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1、摘 要 在目前激烈的市场竞争中，产品投入市场的迟早往往是成败的关键。模具是高质量、高效率的产品生产工具，模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。因此客户对模具开发周期要求越来越短，不少客户把模具的交货期放在第一位置，然后才是质量和价格。因此，如何在保证质量、控制成本的前提下加工模具是值得认真考虑的问题。模具加工工艺是一项先进的制造工艺，已成为重要发展方向，在航空航天、汽车、机械等各行业得到越来越广泛的应用。模具加工技术，可以提高制造业的综合效益和竞争力。研究和建立模具工艺数据库，为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据，对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。本文的主要目标就是构建一个冲压
2、模具工艺过程，将模具制造企业在实际生产中结合刀具、工件、机床与企业自身的实际情况积累得高速切削加工实例、工艺参数和经验等数据有选择地存储到高速切削数据库中，不但可以节省大量的人力、物力、财力，而且可以指导高速加工生产实践，达到提高加工效率，降低刀具费用，获得更高的经济效益。关键词:冲压 冲模 分离工序 复合 切边 悬臂冲孔 冲裁件精度1/36 目 录 1.绪 论1 1.1 冲压的概念、特点及应用1 1.2 冲压的基本工序及模具3 1.3 冲压技术的现状及发展方向3 2.零件的工艺性分析7 2.1 零件的工艺性分析7 2.2 冲裁件的精度与粗糙度8 2.3 冲裁件的材料9 2.4 确定工艺方案9
3、 3.冲压模具总体结构设计9 3.1 磨具类型9 3.2 操作与定径方式9 3.3 卸料与出件方式9 3.4 模架类型及精度9 4.冲压磨具工艺与设计计算9 4.1 排样设计与计算9 4.2 设计冲压力与压力中心11 5.磨具的总 X 图与零件图14 5.1 总 X 图14 5.2 冲压磨具的零件图14 5.3 压力机的校核21 6.冲压磨具零件加工工艺的编制22 6.1 凹模加工工艺过程22 6.2 凸模加工工艺过程22 6.3 卸料板加工工艺过程24 6.4 凸核固定板加工工艺过程24 6.5 模座加工工艺过程25 6.6 导料板加工工艺过程25 2/36 1.绪 论 1.1 冲压的概念、
4、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才
5、能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1)冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸 X 围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上
6、冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。1.2 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基
7、本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。3/36 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结
8、构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.3 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌
9、现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1).冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优
10、化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用 X 围的各种压4/36 新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。(2.)冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具 CAD/CAM 技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、
11、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、C 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS 系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现 2
12、4 小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。设计要求:设计该零件的冲裁模 冲压件 3D 图如下图所示:图 1-1 工件图 5/36 冲压件 2D 尺寸图如下图所示:图 1-2 工件图 冲压技术要求:零件名称:传动轴轴键套 材料:不锈钢 1Cr18Ni9 材料厚度:2mm 生产批量:大批量 未注公差:按 IT14 级确定。2.零件的工艺性分析.2.1 零件的工艺性分析 该零件材料为不锈钢 Cr18Ni，圆筒外径45mm,壁厚为 2mm,壁上有 12 个位置均匀的键槽，底部为不规则型通孔，工件结构中等复杂，此工件满足
13、冲裁的加工要求。工件尺寸按照 IT14 级精度加工，尺寸精度低，普通冲裁完全满足要求。冲裁件孔与孔之间或孔与边缘之间的距离受模具的强度和冲裁件质量的制约，其值不应过小，一般要求 C(11.5)t,所以由图 2-1 可知 C=（41-39）/2=1mm,6/36 图 2-1 工件图 由以上可知孔与边缘之间距离 C 满足冲孔工艺性要求。2.2 冲裁件的精度与粗糙度 冲裁件的基本公差等级不高于 IT14 级，一般落料公差等级最好低于 IT10 级，冲孔件公差等级最好低于 IT9 级，由表 3-5 可得落料公差,冲孔公差分别为 0.40,0.08。而冲件落料公差，最高精度冲孔公差分别为 0.5、0.1
14、5，因此可用于一般精度的冲裁，普通冲裁可以达到要求。2.3 冲裁件的材料 不锈钢 1Cr18Ni9，经热处理后的抗剪强度为 460520/MPa，抗拉强度为 560640b/MPa，断后伸长率 40%，此材料具有良好的塑性级较高的弹性，冲裁性较好，可以冲裁加工。2.4 确定工艺方案.该冲裁件包括落料、拉伸、切边、冲孔四个工序，对零件进行工艺分析后可得出结论：零件属于大批量生产，圆筒壁无不规则形状，壁厚为 2mm，端面要求平整光滑，底部为简单型不规则通孔，且孔边距太小，为了防止工件变形，先采用落料、拉伸复合模完成圆筒外形；然后采用水平切边模对端面进行切边，接着用单工序冲孔模加工底孔；壁上的键槽需
15、采用悬臂式冲孔模，单个零件需要三次冲孔才能加工完成 12 个键槽；整个零件需要四套模具进行加工：落料、拉伸模具 水平切边模具 7/36 冲孔模具 悬臂式冲孔模具 冲压模具总体结构设计 3.1 模具类型 根据零件的冲裁工艺方案，采用落料、拉伸复合模，再采用切边和冲孔单工序模。3.2 操作与定位方式 零件大批量生产，安排生产时，尽量采用自动送料方式能够达到批量生产，且能降低模具成本。零件尺寸较大，厚度较高，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正。3.3 卸料与出件方式 考虑零件尺寸较大，厚度较高，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出
16、件方式。3.4 模架类型及精度 由于零件材料较厚，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用级模架精度。4冲压模具工艺与设计计算 4.1 毛坯尺寸计算 由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素影响拉伸后的工件边不整齐，甚至出现凸耳，需要在拉伸后进行修边，所以在计算坯料直径时需要计算是否需要修边余量。零件的相对直径45.131/45/dH，修边余量的选取可参考下表 表 4-1 无凸圆筒形拉深件的修边余量h mm 工件高度h 工件的相对高度 h/d 附图 0.50.8 0.81.6 1.62.5 2.54 8/36 10 102
17、0 2050 50 100 100 150 150 200 200 250 250 1.0 1.2 2 3 4 5 6 7 1.2 1.6 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 1.5 2 3.3 5 6.5 8 9 10 2 25 4 6 8 10 11 12 查表可得h=2.5mm。4.2 毛坯外径尺寸计算 该工件是无凸缘圆筒形件，根据等面积的原则采用解析法求毛坯直径。如图，将工件分成两个简单的几何体1a、2a和3a，9/36 由图可计算落料毛坯的表面积:A=1a+2a+3a 各部分 a 的计算由表 4-4（见冲压工艺与模具设计一书）差得：1a=421d 2a=)4(21rdr 3a
18、=hd2 分别将1a、2a和3a带入式（4.10）可得毛坯直径为:D=hdrdrd211)4(244=21221824rdhdd 若14.3，rdd221，h=H-r 代入上式，得 10/36 D=mm864839231434392 4.2 排样设计与计算（1）排样的设计 冲裁件在板料，带料或条料上的布置方法称为排样。合理的排样是将低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。应考虑一下原则：提高材料利用率（不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件的形状）。合理排样可使操作方便，劳动强度低。模具结构简单，寿命更长。保证冲件质量和 冲件对板料纤维方向的要求。A：根据零件图可选用少废料的利用率情况，
19、排样有三种：a 有废料排样 b 少废料排样 c 无废料排样 只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边，这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。B：排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排。等 根据零件的形状和排样方法确定为直排样。（2）搭边值和侧边值的确定 表 4-1 搭边值和侧边值的数值（mm）材料厚 度t（mm)圆件及 r2t 圆角 矩形边长 l50 矩形边长 l50 或圆角 r2 工件间 a1 侧边a 工件间 a 侧边 a1 工件间a1 侧边 a 0.25以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.250.5 1.2 1.5 1.8 2.
20、0 2.2 2.5 0.50.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.81.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 11/36 1.21.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.0 1.62.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.5 工件间的搭边值按圆形取 a1=2.0mm,侧边值按圆形取 a=2.5mm。因此送料步距为X=D+a1=86+2=88mm 条料宽度查表 表 4-2 剪裁下的下偏差（mm）条 料 厚 度t(mm)条料宽度 b(mm)50 50100 100 200 200 0.5 0.5 0.7 1.0 0.5 1.0 1.0 1.0
21、3 1.0 1.0 1.0 1.5 1.0 1.0 1.0 2.0 所以得出该零件的排样如下图所示：图 4-1（3）计算材料利用率 由零件图在 CAD 用计算机算得一个零件的面积为：12/36 aA=4531+25.19-25.17-1262825972mm 一个进距内的坯料面积:bA=8684=68042mm,因此材料利用率为:=(aA/bA)100%=(2597/6804)100%38%因此材料利用率为 38%，但因为该零件侧壁上有 12 个键槽，底部为通孔，固可知该材料利用率低为正常 X 围之内。（4）计算拉深次数 毛坯相对厚度 t/D=2/86=2.3，相对高度69.045/31/dH
22、，根据工件直径和毛坯直径算出总的拉深系数总m=d/D=45/86 0.53，查表 4-6（冲压模具课程设计指导与 X 例一书）根据毛坯相对厚度得1m=0.5，进一步得总m1m，则说明工件可一次拉成，即工件拉深次数 n=1。4.3 设计冲压力与压力中心,初选压力机.该零件需要四套冲压模具才能完全加工完成，固考虑加工成本等因素，冲压设备压力机的选取按照四套模具中需要冲压压力最大的一套模具进行选择。经过认真分析后，得出四套冲压模具中，落料、拉伸复合模具的冲压压力最大，所以压力机的选取按照落料、拉伸模的各工序压力总和进行计算、选择。4.3.1计算各工序压力 落料力的计算：LtF3.1落 落F落料力（N
23、）；L工件外轮廓周长 L=mmD2708614.3；t材料厚度 t=2mm；材料抗剪强度（MPa）由书（冲压模具课程设计指导与 X 例一书）附录1A查得=480Mpa;落料力则为：KNMPammmmF33748022703.1落 13/36、卸料力的计算：落卸卸FKF 卸K卸料力因数，由表 2-15（冲压模具课程设计指导与 X 例一书）查 卸K=0.045 卸料力：KNF15337045.0卸、拉深力的计算：无凸圆圆筒形件的一次拉深成型的拉深公式：bdtkF拉 拉F拉深力 d 拉深件的直径，d=41mm t 材料厚度 b材料的强度极限（MPa）由附录1A（冲压模具课程设计指导与X 例一书）查得
24、 b=600Mpa k修正系数 由表 418（冲压模具课程设计指导与X 例一书）查得k=0.75 拉深力：拉F=0.753.14412600115.8KN 推件力的计算：底孔推nKFF 推F推件力（N）；K推件力因素 K=0.05；n 冲孔时卡在凹模内的废料数量，n=1 推件力则为：KNmmF15154205.01推 压边力的计算：压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合适的压边力 X 围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多
25、因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算。qdDQ)(4220 14/36 依据（P328，冲压工艺与模具设计实用手册）式中 D毛坯直径（mm）d冲件的外径（mm）q单位压边力（MPa）（表 520，冲压工艺与模具设计实用手册）q 的值取 2。所以 KNQ724586422 为安全起见，防止设备的超载，对于冲裁工序，压力机的公称压力 P 应大于或等于冲裁时总冲压力的 1.11.3 倍。即：P（1.11.3）Fmax=落F+卸K+拉F+推F+Q=337+15+116+15+7=490KN 取 P=1.2 Fmax P=588KN 4.32 压力中心 模具压力中心就是冲裁力合力的
26、作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳的工作，减少导向性的磨损，从而提高模具的寿命。冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力的作用点方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力的中心点可转化为求轮廓线的中心。该工件为圆筒形，所以其压力中心就在圆的中心。4.3.3 冲压设备的选择 参照附录3B（冲压模具工艺与模具设计一书）选用公称压力为 630KN 的开式双 柱压力机 J23-63，其主 要技术参数为：公称压力：630KN 滑块行程：130KN 15/36 最大闭合高度：360KN 闭合高度调节量：280m
27、m 工作台尺寸：480710mm 模柄孔尺寸：5080mm 5、主要工作部分尺寸计算 5.1 落料、拉伸复合模具主要工作部分尺寸计算 a.落料刃口尺寸计算 087.082的凸凹模的制造公差由表 212（见冲压模具设计实例一书）查得 035.0凹025.0凸 查表 2.14（见冲压工艺与模具设计一书）查得 16.0maxZ12.0minZ 由于minmax06.0ZZ凸凹=0.04，故采用凸模与凹模配合加工方法。查表 2.15 可查得：x=0.5，mmxDD21.00484.0040max57.8587.05.086凹 凸D按凹模尺寸配制，其双面间隙为 0.120.16mm,其工作部分结构尺寸如
28、图所示：16/36 图 5-1 b.拉深工作部分尺寸计算 066.045的凸凹模的制造公差由表 212（见冲压模具设计实例一书）查得 03.0凹05.0凸 mm505.4466.075.0-45)75.0(03.0003.000）（凹凹DD mmZD005.0005.00505.4022-66.075.0-45)275.0D(）（凸凸 其工作部分结构尺寸如图所示：图 5-2 5.2 切边模具主要工作部分尺寸计算 切边模的凸、凹模的主要尺寸在凹模这边，固只需计算凹模的工作部分尺寸，凸模这根据实际情况配作，尺寸小于零件内径即可，根据切边模的工作原理可取凸模尺寸40。066.045的凸凹模的制造公差
29、由表 212（见冲压模具设计实例一书）查得03.0凹,所以 mm505.4466.075.0-45)75.0(03.0003.000）（凹凹DD 17/36 5.3 冲底孔模具主要工作部分尺寸计算 零件尺寸065.039和065.035的制造公差由表 212（见冲压模具设计实例一书）查得 03.0凹02.0凸 查表 2.14（见冲压工艺与模具设计一书）查得 16.0maxZ12.0minZ 由于minmax05.0ZZ凸凹=0.04，故采用凸模与凹模配合加工方法 查表 2.15 可查得：x=0.5，mmxDD162.00465.0040max67.3865.05.039凹 mmxdd162.0
30、0465.0040max67.3465.05.035凹 凸D和凸d按凹模尺寸配制，其双面间隙为 0.120.16mm,5.4 冲侧壁键槽孔模具主要工作部分尺寸计算 侧壁键槽孔52.0018和36.006的凸、凹模的制造公差由表 212（见冲压模具设计实例一书）查得 mm020.0凹，mm020.0凸。查表 2.14（见冲压工艺与模具设计一书）查得 16.0maxZ12.0minZ 由于minmax04.0ZZ凸凹=0.04，故采用凸模与凹模分别加工方法。查表 2.15 可查得：x=0.5，mmx002.0002.00min74.1752.05.018DD凹凸 mmxd002.0002.00mi
31、n82.536.05.06d凹凸 mmZ02.0002.000min86.1712.074.17DD凹凸凹 mmZ02.0002.000min94.512.082.5dd凹凸凹 6.模具的总装图与零件图 6.1 根据前面的设计与分析,我们可以得出如模具的总装图 18/36 图 6-1 落料、拉伸复合模 19/36 图 6-2 水平切边模 图6-3 冲孔20/36 图 6-4 悬臂孔模 6.2 冲压模具的零件图 6.2.1 落料凹模设计 凹模工作部分的尺寸计算，参见前面的主要工艺参数的计算。其他部分结构寸的计算如下：a.凹模厚度 H 凹模板的厚度 H 主要不是从强度需要考虑的，而是从连接螺钉旋入
32、深度与凹模刚度的需要考虑的。凹模板的厚度一般应不小于 10mm，特别小型的模具可取 8mm。随着凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也应相应的增大。整体凹模板的厚度可按如下的经验公式计算：H=Kb(15mm)21/36 式中 K系数，考虑板厚的影响，板料越厚，凹模厚度也要相应的增加，K 的系数查表 2.2（见冲压工艺与模具设计一书），b冲裁件的最大外形尺寸(因为是落料凹模，所以取毛坯外径尺寸)，K=0.35 b=86 可得：H=Kb=0.3086=25.8mm b.凹模壁厚 C 凹模壁厚 C 是指凹模刃口到凹模外边缘的最短距离。凹模壁厚将直接影响凹模板的外形尺寸，即长度与宽度（L x B）。故在
33、设计过程中应选择合适的凹模壁厚 C。材料选择为Cr12，热处理硬度为 6064HRC，此凹模板采用矩形凹模板。凹模壁厚 C 值主要考虑布置连接螺钉孔和销钉孔的需要，同时也能保证凹模强度和刚度，在选择凹模壁厚时，还应注意以下几点：工件落料时取表中较小值，反之取较大值；型孔为圆弧时取小值、为直边时取中值、为尖角时取大值；当设计标准模具或虽然设计非标准模具，但凹模板毛坯需要外购时，应将计算的凹模外形尺寸 L X B 按模具国家标准中凹模板的系列尺寸进行修正，取较大规格的尺寸。凹模的外形尺寸一般是根据被冲裁件的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。凹模壁厚可按如下的经验公式计算：C=(1.52)H(30
34、40mm)=38.7mm 在求得凹模壁厚和厚度后，就初步有了凹模的外形的尺寸，这个外形尺寸，还须向国家标准靠拢。由凹模壁厚 C=40mm；凹模厚度 H=25mm 知：凹模长 L=86+2 x 40 =166 mm 凹模宽 B=86+2 x 40 =166 mm 凹模板外形尺寸：L x B x h=166 x 166 x 25 查表 14-6 摘自 GB2858-81 矩形和圆形凹模外形尺寸知:将上述凹模板外形尺寸改为:160 x 160 x 25mm 22/36 凹模外形尺寸形状如下图所示:图 6-5 凹模 6.2.2 凹凸模设计（落料凸模、拉伸凹模）材料选择为 Cr12，热处理硬度为 606
35、4HRC。刃口尺寸在前面已经确定，综合考虑其它的因素决定其具体尺寸如下：凸凹模即落料时为落料凸模、拉深时为拉深凹模。在设计过程中综合考虑。凸凹模的工作部分尺寸在前面的设计计算中已经算出，这里根据零件的加工深度设计出凸凹模的内外形尺寸。在其内部设计了限位倒角，以限制顶件块的行程，。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。凸凹模的零件图如下图所示：23/36 图 6-5 凹模 6.2.3 拉伸凸模设计 拉深凸模的工作部分尺寸在前面的设计计算中已经算出，这里根据零件的加工深度设计出凸模的内外形尺寸，在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。拉深凸模的零件图如下图所示：24/36 图 6-6 凸模 6.3
36、选用标准模架 6.3.1 模架的类型 模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上，为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，由有多种模架类型，如：后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。所以此零件的冲压模架除悬臂冲孔模外均选用滑动导向型的后侧导柱式模架。5.2 模架的尺寸 25/36 选择模架尺寸时要根据凹模
37、的轮廓尺寸考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模大 3040mm，模版厚度一般等于凹模厚度的 11.5 倍。选择模架时，还要考虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大 4050mm。在本设计中，凹模采用圆形的结构，其工作部分基本尺寸为86mm，壁厚为 40mm，所以其外径基本尺寸为 155 mm，厚度为 h28 mm。模具的闭合高度 H 应介于压力机的最大装模高度maxH与最小装模高度minH之间，其关系为：maxH10HminH5 由上面压力机的选择可知道maxH=400 mm，minH=maxH70=330 mm。所以 H 应介于325
38、mm410mm之间。查2第 416419页表 15.2，选用的模架为、上模座、下模座分别为：模架：250250（240285）GB/T2851.3 上模座：25025050 GB/T2855.5 下模座：25025065 GB/T2855.6 由此可知其最大装模高度为285mm，最小装模高度为240mm，符合 H 的要求。下模座周界尺寸为250250，而凹模的外径为155mm，所以周界尺寸符合要求。下模座厚度为65mm，而凹模的厚度为28mm，也符合要求。工作台孔尺寸为 150mm，模座的宽度也比工作台孔尺寸大，也符合要求。根据模具的结构，可知其闭合高对为 65431121hhhhtLHhhH
39、闭合 式中：闭合H模具的闭合高度，mm；1h上模座厚度，mm，由前可知1h50 mm；2h上垫板厚度，mm，此处选2h5 mm；1H凸模固定板厚度，mm，由前可知1H25 mm；1L上凸凹模长度，mm，由前可知L65 mm；t制件厚度，mm，此处t2.5 mm；3h下推板厚度，mm，由前可知3h21 mm；4h下凸凹模固定板厚度，mm，由前可知4h25 mm；5h下垫板厚度，mm，选取5h5 mm；26/36 6h下模座厚度，mm，由前可知6h=65 mm。综上可得 闭合H50+5+25+65+2.5+21+25+5+60 263.5 mm，所以闭合H介于 225mm 和310mm 之间，符合
40、设计要求。6.3 冲模的导向装置 冲模工作时，除了由压力机滑块对上模与下模进行导向以外，还可单独设置导向装置进行导向，其主要作用如下：1.模具在压力机上安装调整比较的方便。2.冲制的工件质量稳定，冲裁间隙始终保持一致而不易发生变化，因此工件有较好互换性。3.冲模不易损坏，故模具的寿命比无导向冲模高。6.3.1 模架的导向（1）模架导向的特点 普通模架由导柱、导套、上模座和下模座组成。从安全考虑，通常导柱安装在下模座，导套安装在上模座。导柱与导套的配合面取圆柱面，以便容易加工成小间隙配合，使模架的导向精度高于压力机滑块的导向精度。采用模架进行导向，不仅能保证上、下模的导向精度，而且能提高模具的刚
41、性、延长模具的使用寿命、使冲裁件的质量比较稳定、使模具的安装调整比较容易。因此在中小型冲模上广泛采用模架作为上、下模的导向装置。模具可视为模具的一个部件，并且早已高度标准化与商品化。在冲模设计时，特别是中小型冲模设计时，应尽量选择专业生产的标准模架，对提高模具质量、缩短制模周期有着十分重要的意义。（2）模架的类型及应用 按导柱不同的位置，分为如下四种模架：中间导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对称中心线上，两个导柱的直径不同，可避免上模与下模装错而发生啃模事故。适用于单工序模和工位少的级进模。后侧导柱模架 后侧导柱模架导柱分布在模座的一侧且直径相同，只适用横向送料。其优点是工作面开敞，是适于在大件
42、边缘冲裁。其缺点是刚性与安全性最差，工作不够平稳、，应尽量少用。27/36 对角导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对角线方向上，既可以横向送料，又可以纵向送料。由于导柱间的误差方向与送料方向倾斜，因此一般认为导向精度高于前两种模架。适于各种冲裁模使用，特别适于级进冲裁模的使用。为避免上、下模的方向装错，两导柱直径制成一大一小。四导柱模架 4 个导柱分布在矩形凹模的两对角线方向上。模架的刚性很好，导向非常平稳，但价格较高，一般的冲压加工不需要四导柱模架。只要要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁模，以及同时要求模具寿命很高的多工位自动级进模才采用。弹压导板式模架 弹压导板除具有弹压卸料板压料及卸料功能外
43、，还能对凸模进行导向。按导柱导套配合性质的不同，有如下两种形式：导柱导套滑动导向模架 将导柱与导套制成小间隙配合，为 H6/h5 时称为一级 模架，为 H7/h6 时称为二级模架。在加工时，导柱导套与模座均为 H7/r6 过盈配合。为避免导套压入模座因变形而影响与导柱的配合，将导套压入段的内孔直径加大 1mm，不与导柱相配合。装配良好的模架，应能用两手轻轻抬起上模座而下模座不动，但这样的效果很难达到，因为导柱与模座为过盈配合，压入导柱导套时难以保证垂直度。所以在装配时，导柱、导套与模座可以较松的过渡配合 H7/m6 代替过盈配合，容易保证导柱和导套的轴线垂直于模座平面，使模架的导向精度只决定于
44、加工精度，而容易制成精密模架。对于冲裁模，导柱导套的配合间隙应小于单面间隙。当双面冲裁间隙不造过 0.03时，相当于板料厚度小于 0.5mm，可选用一级模架。双面冲裁间隙超过 0.03mm 时，可选用二级模架。为了保证使用中的安全和可靠性，设计与装配模具时，还应注意下列事项：当模具处于闭合位置时，导柱的上端面与上模座的上平面应留 1015mm 的距离；导柱下端面与下模座下平面应留 25mm 的距离。导套与上模座上平面应留不小于 3mm 的距离，同时上模座开横槽，以便排气。导柱导套滚动导向模架 在导柱与导套之间加多排钢球，组成滚动导向装置滚动导向的突出特点是：钢球与导柱、导套之间不但没有间隙，而
45、且有 0.010.02mm 的过盈量，成为无间隙导向。因此其导向精度非常高。为了减少磨损，钢球沿导柱与导套工作面的滚动轨迹应不重合。为此，钢球在保28/36 持圈内的排列；横向应当错开，纵向连线与导柱轴线成 8 度角。为了防止保持圈在工作时下沉、脱离导套而减少配合长度，可在导柱上另加一个支承弹簧。滚动导向装置属于无间隙导向，精度高，寿命长。使用于高速冲模、薄料（t 小于0.5mm）无间隙冲裁、精密冲裁、硬质合金模及其它精密冲裁。标准模架 标准模架是指列入模具国家标准的模架。标准模架有如下特点：a.标准模架是模具标准件中商品化程度最高的，有各种型号与规格可供选购。b.出售的标准模架均由专业厂成批
46、制造，质量有保障，价格便宜。c.虽然每个模具都是单件生产的，但是模架却可以批量生产。为适应批量生产的需要，降低生产成本，提高模架质量，模座采用铸铁制造，普通模架的导柱与导套选用20 号钢制造并经渗碳淬火，硬度为 5862HRC；而滚动导向模架的导柱与导套则采用轴承钢GCr15制造，淬火硬度为6268HRC。（4）标准模架严格按冷冲模模架技术条件GB2854-81制造与验收。可见，标准模架的质量是很高的，设计模具时应尽量选用。根据以上对各种模架的比较，为了提高生产率，降低模具的成本，故在选择模架时，根据以上模架的使用和装配要求，在此设计中选用后侧导柱标准模架。6.4 卸料装置 卸料装置的功用是在
47、一次冲裁结束之后，将条料或工件与落料凸模或冲孔凸模脱离，以便进行下一次冲裁。在这里只介绍固定卸料装置。固定卸料装置的形式有如下几种：（a）整体式卸料板：结构简单，但装配调整不便。（b）分体式卸料板：导料板装配方便，应用较多。（c）悬臂式卸料板：用于窄长件的冲孔或切口后的卸料。（d）拱桥十卸料板：用于空心件或弯曲件冲底孔后的卸料。固定卸料板的固定方式有两种：（a）卸料板和凹模用同一螺钉和销钉紧固到下模座上，螺钉数量为 4 个。其结构简单，但为了刃磨凹模，在拆下卸料板同时，也使凹模脱离了下模座。如模具是用导柱导向的，刃磨后再重新装配模具，很可能使冲裁间隙不如初装时均匀而损害模具的精度。（b）卸料板
48、只连接到凹模上，凹模再单独连接到下模座上，螺钉一般要增加 46 个，29/36 销钉要增加 2 个。其结构复杂些，但拆下卸料板时，凹模不脱离下模座，也就克服了前者的缺点。应注意，在下模座与卸料板定位销对应处，应钻直径稍大于销直径的通孔，以便拆卸料板时顶出销钉。如果板料较薄，采用固定卸料方式，会引起板料严重翘曲，使工件质量不好，在间隙过大时，还容易出现卡死现象，严重时可能损坏模具。因此，采用固定卸料方式，按生产经验，板料厚度不宜大于 0.8mm，而且不适于冲软铝板。固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同，其厚度可取凹模厚度的 0.8 倍，板料厚度超过 3mm 时，可与凹模厚度一致。固定卸料板形
49、孔与凸模的单面间隙可以取 0.20.5mm，厚料与硬料可取大值。故通过以上所述，则选择弹性卸料板。6.5 推件装置 复合模出件均为逆出件，冲入凹模内的工件需由出件装置反向推出或顶出。倒装复合模的出件装置在上模，也称为推件装置，顺装复合模的出件装置在下模，也称为顶件装置。推件装置一般由推件板、推杆、打板、打杆组成。在回程，当滑块内的打杆横梁撞击到床身两侧的限为螺钉时，便产生推件力，并通过打杆、打板、推杆传至推件板。类似的装置如果用于顺装复合模就是排除冲孔废料的打料装置。6.5.1 模柄的类型及选择 中小型模具一般都用模柄将上模与压力机滑块相连接。设计模具时，选择模柄的类型要考虑模具结构的特点和使
50、用要求，模柄工作段的直径应与所选定的压力机滑块孔的直径相一致。下面分别介绍几种常见的标准模柄形式，可供设计时选用。（a）旋入式模柄 旋入式模柄，通过螺纹与上模座连接，上端两平行面供搬手旋紧用。骑缝螺钉用于防止模柄转动。（b）压入式模柄 压入式模柄，固定段与上模座孔采用 H7/h6 过渡配合，并加骑缝销防止转动。装配后模柄轴线与上模座垂直度比旋入式模柄好。（c）凸缘式模柄 凸缘模柄，在上模座加工出容纳模柄大凸缘的沉孔，与凸缘为 H7/h6 配合，并用 3 个或 4 个内六角螺钉进行固定。由于沉孔底面的表面粗糙度较差，与上模座的平行度也较差，30/36 所以装配后模柄的垂直度远不如压入式的模柄。因