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1、第第2 2章章 冲冲 裁裁本章内容本章内容 冲裁是冷冲压最基本最基本的工序之一。本章介绍了冲裁基础、冲裁工艺、冲裁模具结构以及典型冲裁模设计实例。涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、冲裁间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲裁模设计方法与步骤等。本章重点本章重点1冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2刃口尺寸计算原则和方法；3冲裁工艺性分析与工艺方案制定；4冲裁模典型结构及特点；5冲裁模结构设计及模具标准应用；6冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。本章难点本章难点1冲裁变形规律及冲裁件质量影
2、响因素；2刃口尺寸计算原则和方法；3模具结构设计及模具标准应用；4冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。2.1 冲裁基础冲裁基础 冲裁：利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、剖切等。分类：普通冲裁、精密冲裁。落料落料:若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁件时，称为落料；落料工序中使用的模具叫落料模。工件的尺寸由冲裁凹模尺寸决定。冲孔冲孔:若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以外的部分作为冲裁件时，则称为冲孔。冲孔工序中使用的模具叫冲孔模。工件的尺寸由冲孔凸模尺寸决定。1.冲裁变形时板料变形区力态分析冲裁变形时板料变形区力态分析
3、四对力凸、凹模间隙存在，产生弯矩弯矩。1-凸模 2-板材 3-凹模2.1.2 2.1.2 冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁变形过程 2.冲裁变形过程冲裁变形过程(1)弹性变形阶段弹性变形阶段(2)塑性变形阶段塑性变形阶段(3)断裂分离阶段断裂分离阶段2.1.2 2.1.2 冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁变形过程 3.冲裁件质量及其影响因素冲裁件质量及其影响因素指断面状况断面状况、尺寸精度尺寸精度和形状误差形状误差。垂直、光洁、毛刺小 图纸规定的公差范围内 外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小2.1.2 2.1.2 冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁变形过程 3.冲裁件质
4、量及其影响因素冲裁件质量及其影响因素（1）冲裁件断面质量及其影响因素A.断面组成断面组成圆角带圆角带a a：光亮带光亮带b：断裂带断裂带c：毛刺区毛刺区d：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。塑性剪切变形。质量最好的区域。通常占全断面1/3 1/2。裂纹形成及扩展。间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺毛刺。2.1.2 2.1.2 冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁变形过程 B.B.模具间隙的影响模具间隙的影响 B.B.模具间隙的影响模具间隙的影响间隙小，出现二次剪裂，产生第二光亮带间隙大，出现二次拉裂，产生二个斜度C.C.模具刃口状态的影响模
5、具刃口状态的影响当凸模刃口磨钝时，则会在落料件上端产生毛刺；当凹模刃口磨钝时，则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺；当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。(2)冲裁件尺寸精度及其影响因素冲裁件的尺寸精度：指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。该差值包括两方面的偏差：一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差；二是模具本身的制造偏差。影响因素：（1）冲模的制造精度（零件加工和装配）（2）材料的性质（3）冲裁间隙(3)冲裁件形状误差及其影响因素冲裁件的形状误差：指翘曲、扭曲、变形等缺陷。翘翘曲曲：冲裁件呈曲面不平现象。它是由于间隙过大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另外材料的各
6、向异性和卷料未矫正也会产生翘曲。扭曲扭曲：冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。变变形形：由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的。Z=DAdT2.1.3 2.1.3 冲裁间隙冲裁间隙冲裁间隙冲裁间隙1.1.冲裁间隙对冲裁工艺的影响冲裁间隙对冲裁工艺的影响 (1)间隙对冲裁件质量的影响：间隙是影响冲裁件质量的主要 因素。(2)间隙对冲裁力的影响：随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但影响不是很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。(3)间隙对模具寿命的影响：小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生
7、粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较较大的大的间间隙隙值值是十分必要的。2.2.冲裁模间隙值的确定冲裁模间隙值的确定 主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙 Z Zminmin。（1）理论法确定法（2）表格法（表2.3）（3）经验公式法刃口尺寸计算的作用刃口尺寸计算的作用：凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸大小。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。1.1.凸、凹
8、模刃口尺寸计算原则 ()设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。2.1.4 2.1.4 凸模和凹模的刃口尺寸计算凸模和凹模的刃口尺寸计算凸模和凹模的刃口尺寸计算凸模和凹模的刃口尺寸计算 ()由于凸模在使用中越磨越大，凹模在使用中则越磨越小，因此在设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造精度有关。()冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（
9、Zmin）。()选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。()工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。2.2.凸、凹模刃口尺寸计算方法凸、凹模刃口尺寸计算方法（1）分开加工 具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。（2）配合加工 Zmin易保证，无互换性、制造周期长。（3）凸模与凹模分开加工A.落料B.冲孔C.孔心距=L 为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即+ZminZmax，选取必须满足以下条件：凸、凹模的制造公差
10、，可按级来选取。但需校核。或取 例例2-1 如图所示零件，材料Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。解：该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料件。外形由落料获得，和180.09由冲孔同时获得。查表2-4得，则例例2-1（续）（续）由公差表查得：为IT12级，取x=0.75；为IT14级，取x=0.5；设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔：校核：0.008+0.012 0.06-0.040.02=0.02（满足间隙公差条件）例例2-1（续）（续）孔距尺寸：=L=180.12520.09=(180.023)mm落料：校核：0.016+0.025=0.04 0.0
11、2（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：=0.40.02=0.008mm =0.60.02=0.012mm故：（4）凸模与凹模配合加工 配合加工就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。设计时，基准模的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配制件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图纸技术要求上注明:“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证双面合理间隙值 ZminZmax”。特点：模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核 的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。A.根据磨损
12、后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺尺寸类型寸类型：即：磨损后变大，变小还是不变。B.根据尺寸类型，采用不同计算公式。磨损后变大的尺寸，采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。磨损后变小的尺寸，采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。磨损后不变的尺寸，采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。C.刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（）。例例2-2 如图所示零件，材料10钢，料厚t=1 mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及制造公差。d=220.14 mm 解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸
13、及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。由表2-4查得：例例2-2（续）（续）由公差表查得：尺寸80 mm，选x=0.5；尺寸15 mm，选x=1；其余尺寸均选x=0.75。落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸 例例2-2（续）（续）第二类尺寸：磨损后减小的尺寸第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79 mm，39.75 mm，34.75 mm，22.07 mm，14.94 mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值例例2-2（续）（续）1.冲裁力的计算用普通平刃口模具
14、冲裁时，冲裁力冲裁力F一般按下式计算：注:F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗剪强度；K系数。一般取K1.3。2.1.5 2.1.5 冲裁力计算和模具压力中心的确定冲裁力计算和模具压力中心的确定冲裁力计算和模具压力中心的确定冲裁力计算和模具压力中心的确定2.辅助力的计算辅助力的计算从凸模上卸下箍着的料所需要的力。推件力：推件力：将梗塞在凹模内的料顺 冲裁方向推出所需要的力。顶件力顶件力：逆冲裁方向将料从凹模 内顶出所需要的力。卸料力：卸料力：卸料力卸料力推件力推件力顶件力顶件力 卸料力、推件力、顶件力系数。n同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。式中 h凹模洞口的直刃壁高度；t板料厚度。
15、上式中3.压力机公称压力的确定压力机公称压力的确定压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：4.降低冲裁力的措施降低冲裁力的措施(1)阶梯凸模冲裁(2)斜刃冲裁（3）加热冲裁（红冲）5.确定模具压力中心确定模具压力中心模具的压力中心模具的压力中心：冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合重合。5.确定模具的压力中心（续确定模具的压力中心（续）（1）简单几何图形
16、压力中心的位置对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算：5.确定模具的压力中心（续）确定模具的压力中心（续）（2）复杂形状零件模具压力中心的确定用解析计算法，求出冲模压力中心。解析法的计算依据是:合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之代 数和，则可得压力中心坐标（）计算公式。5.确定模具的压力中心（续）确定模具的压力中心（续）（3）确定多凸模模具的压力中心 确定多凸模模具的压力中心，是将各凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心。冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性对冲裁工艺的适应性。即冲裁
17、件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否符合即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否符合冲裁加工的工艺要求。工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模冲裁加工的工艺要求。工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响。具寿命和生产率有很大的影响。冲裁工艺性好冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在正常模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。2.2 冲裁工艺冲裁工艺 2.2.1 2.2.1 冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性（1）冲裁件的形状（2）冲裁件内形及外形的转角1.1.冲裁件的结构工艺性冲裁件的结构工艺性（3）冲裁件上凸出的悬臂和凹槽（4）冲裁件的孔边距与孔间距（5
18、）在弯曲件或拉深件上冲孔时1.1.冲裁件的结构工艺性（续）冲裁件的结构工艺性（续）（6）冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。用无导向凸模和有导向的凸模所能冲制的最小孔径，分别为无导向凸模最小尺寸d:钢:d（1.01.5）t 铜、铝:d（0.80.9）t t冲裁件材料厚度 有导向的凸模最小尺寸d:钢:d0.5t 铜、铝:d（0.30.35）t t冲裁件材料厚度 1.1.冲裁件的结构工艺性（续）冲裁件的结构工艺性（续）冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级经济级两类。（1）冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于I
19、T9级。（2）冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。当冲裁厚度为2 mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra一般可达12.53.2 m。2 2 2 2冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度 冲裁件尺寸的基准应尽可能与其冲压时定位基基准准重重合合，并选择在冲裁过程中基本上下不变动的面或线上不变动的面或线上。3.3.3.3.冲裁件尺寸标注冲裁件尺寸标注冲裁件尺寸标注冲裁件尺寸标注1材料利用率材料利用率材料利用率：冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，它是衡量合理利用材料的经济性指标。
20、一个步距内的材料利用率一个步距内的材料利用率2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 冲裁件的材料利用率冲裁件的材料利用率冲裁件的材料利用率冲裁件的材料利用率一张板料一张板料(或带料、条料或带料、条料)上总的材料利用率上总的材料利用率1 1材料利用率（续）材料利用率（续）材料利用率（续）材料利用率（续）一张板料一张板料(或带料、条料或带料、条料)上总的材料利用率上总的材料利用率1 1材料利用率（续）材料利用率（续）材料利用率（续）材料利用率（续）冲裁所产生的废料：一类是结构废料结构废料；另一类是工艺废料工艺废料。2 2提高材料利用率的方法提高材料利用率的方法提高材料利用率的方法提高材料利
21、用率的方法减少工艺废料减少工艺废料的措施有：设计合理的排样方案合理的排样方案；选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料）；利用废料作小零件（如表2-7中的混合排样）等。利用结构废料利用结构废料的措施有：当材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。在使用条件许可下，也可以改变零件的结构形状，提高材料利用率。2 2提高材料利用率的方法（续）提高材料利用率的方法（续）提高材料利用率的方法（续）提高材料利用率的方法（续）根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种：（1）有有废料排样（图a）（2）少少废料排样（图b）（3）无无废料排样（图c
22、）2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 冲裁件的排样冲裁件的排样冲裁件的排样冲裁件的排样1 1排样方法排样方法排样方法排样方法搭边搭边：排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。搭边的作用：搭边的作用：一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。2 2搭边搭边搭边搭边（1）影响搭边值的因素材材料料的的力力学学性性能能 硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。材料厚度材料厚度 材料越厚，搭边值也越大。冲冲裁裁件件的的形形状状与与尺尺寸寸 零
23、件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。送送料料及及挡挡料料方方式式 用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。卸料方式卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。2 2搭边（续）搭边（续）搭边（续）搭边（续）（2）搭边值的确定表2-8为最小搭边值的经验数据之一，供设计时参考。（1）有侧压装置时条料的宽度条料宽度：B=（D+2a+）-B条料宽度的基本尺寸,mm;D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸,mm;a侧面搭边，查表2-8,mm;条料下料剪切公差，查表 2-9,mm。3 3条料宽度的确定条料宽度的确定条料宽度的确定条料宽度的确定（2）无侧压装置时条料的宽度
24、条料宽度：B=D+2（a+c）-c条料与导料板之间的间隙（即条料的可能摆动量），查表2-9,mm。3 3条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）（3）有定距侧刃时条料的宽度条料宽度：B=（B2+nb）=（D+2a+nb）-b侧刃余料，金属材料取12.5 mm，非金属材料取1.54 mm(薄材料取小值，厚料取大值);n侧刃个数。3 3条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）（3）有定距侧刃时条料的宽度导料板之间的距离为 B01=B+c B02=B2+y=D+2a+y 上式中：y侧刃冲切后条料与导料板之间的间隙，常取0
25、.10.2 mm。薄料取小值，厚料 取大值。3 3条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）条料宽度的确定（续）、条料长度L、板料厚度t、端距l、步距S、工件间搭边和侧搭边a。并习惯以剖面线表示冲压位置。一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸4 4排样图排样图排样图排样图（1）按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等;（2）按工序组合方式可分为单工序模、复合模和级进模;（3）按上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模 等（4）按凸、凹模的材料可分为硬质合金冲模、钢皮冲模、锌基合金冲模、聚氨酯冲模等;（5）按凸、凹模的结构和布置
26、方法可分为整体模和镶拼模，正装模和倒装模;（6）按自动化程度可分为手工操作模、半自动模和自动模。2.3 冲裁模结构设计冲裁模结构设计冲裁模简介冲裁模简介1.1.冲裁模分类冲裁模分类 单工序冲裁模：在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。（1）落料模无导向单工序落料模导板式单工序落料模导柱式单工序落料模（2）冲孔模导柱式冲孔模(3)小孔冲模全长导向结构的小孔冲模2.2.单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模 2.2.单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模 （1 1）落料模）落料模无导向单工序落料模无导向单工序落料模2.2.单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模
27、 （1 1）落料模）落料模 导板式单工序落料模导板式单工序落料模2.2.单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模 （1 1）落料模）落料模 导柱式单工序落料模导柱式单工序落料模 2.2.单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模单工序冲裁模（2 2）冲孔模）冲孔模导柱式冲孔模导柱式冲孔模 小孔冲模小孔冲模全长导向结构的小孔冲模全长导向结构的小孔冲模 级进模级进模(又称连续模、跳步模)：压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的冲模。1用导正销定位的级进模用导正销定位的级进模 2侧刃定距的级进模（双侧刃定距的冲孔落料级进模）侧刃定距的级进模（双侧刃定距的冲孔落料级进模
28、）优点优点：级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。缺点缺点：级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高。适用适用：大批量生产小型冲压件。3.3.级进模级进模级进模级进模 3.3.级进模级进模级进模级进模 （1 1）用导正销定位的级进模）用导正销定位的级进模3.3.级进模级进模级进模级进模 （2 2）双侧刃定距的冲孔落料级进模双侧刃定距的冲孔落料级进模复合模：复合模：只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。设计难点设计难点：如何在同一工作位置上合理地布置好几对凸、凹模结构上的主要特征主要特征：有一个既是落料凸
29、模又是冲孔凹模的凸凹模优点优点：生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。缺点缺点：结构复杂，制造精度要求高，成本高缺点缺点：生产批量大、精度要求高的冲裁件4.4.复合模复合模复合模复合模 （1）正装式复合模正装式复合模（又称顺装式复合模）优点优点：冲出的冲件平直度较高缺点缺点：结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作。适用适用：冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，可以冲制孔边距离较小的冲裁件。（2）倒装式复合模倒装式复合模优点优点：结构简单缺点缺点：不宜冲制孔边距离较小的冲裁件4.4.复合模复合模复合模复合模 （1 1）正装式复
30、合模正装式复合模正装式复合模正装式复合模（又称顺装式复合模）（又称顺装式复合模）（2 2）倒装式复合模倒装式复合模倒装式复合模倒装式复合模1.冲裁模零部件的分类冲裁模零部件工艺零件结构零件工作零件工作零件定位零件卸料与推件零部件模架连接与固定零件 2.3 冲裁模结构设计冲裁模结构设计 2.3.2 2.3.2 模具零件设计模具零件设计（1）凸模的结构形式及其固定方法圆形凸模：阶梯式阶梯式、快换式快换式台肩固定台肩固定、螺钉压紧螺钉压紧非圆形凸模：阶梯式、直通式直通式台肩固定、铆接铆接、粘结剂浇注法固定粘结剂浇注法固定 2.3.2 2.3.2 2.3.2 2.3.2 模具零件设计模具零件设计模具零
31、件设计模具零件设计2.2.凸模及凸模组件设计凸模及凸模组件设计小孔：dt或d1 mm的圆孔和面积A1 mm2的异形孔。提高其强度和刚度的措施：冲小孔凸模加保护与导向:加保护套采用短凸模的冲孔模在冲模的其它结构设计与制造上采取保护小凸模措施提高模架刚度和精度；采用较大的冲裁间隙；保证凸、凹模间隙的均匀性并减小工作表面粗糙度等；采用斜刃壁凹模以减小冲裁力。冲小孔凸模冲小孔凸模冲小孔凸模（续）冲小孔凸模（续）当采用固定卸料板和导料板时，其凸模长度按下式计算：当采用弹压卸料板时，其凸模长度按下式计算：凸模长度尺寸计算凸模长度尺寸计算凸模长度尺寸计算（续）凸模长度尺寸计算（续）凸模刃口要求有较高的耐磨性
32、，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用T8A、T10A等材料;形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选Cr12、Cr12MoV、CrWMn等制造，HRC取5862;要求高寿命、高耐磨性的凸模，可选硬质合金材料。凸模技术要求凸模技术要求 凸模的图纸技术规范 凸模承载能力校核:=F/AminF凸模纵向总压力，N;Amin凸模最小断面面积，mm2圆形凸模 dmin4t/非圆凸模 AminF/dmin凸模最小直径，mm;t冲裁材料厚度，mm;冲裁材料抗剪强度，MPa。凸模强度和刚度凸模强度和刚度 凸模抗失稳弯曲能力校核:凸模冲裁时稳定性校核采用杆件
33、受轴向压力的欧拉公式。凸模分类：无导向装置和有导向装置的凸模 无导向装置凸模有导向装置凸模对于其他各种断面的凸模：max 凸模不失稳弯曲的最大自由长度，mm;d凸模的最小直径，mm;F冲裁力，N;凸模最小断面的惯性矩，mm4，直径为 d的圆凸模 I=d4/64 I凸模无导向装置 对于其他各种断面的凸模：lmax 凸模不失稳弯曲的最大自由长度，mm;d凸模的最小直径，mm;F冲裁力，N;I凸模最小断面的惯性矩，mm4，直径为 d的圆凸模 I=d4/64 凸模有导向装置（1）凹模刃口形式：直筒形、锥形3.3.凹模结构设计凹模结构设计外形外形：圆形、矩形1凹模;2模板（座）;3凹模固定板;4垫板（2
34、 2）凹模外形结构及其固定方法凹模外形结构及其固定方法（3 3）凹模外形尺寸凹模外形尺寸 凹模厚度 H:H=Kb1 （15 mm）垂直于送料方向的凹模宽度 B:B=b1+（2.54）H送料方向的凹模长度 L:L=L1+2C b1垂直于送料方向的凹模孔壁间最大距离,mm;K系数，考虑板料厚度的影响，查表2-10;L1送料方向的凹模孔壁间最大距离,mm;C送料方向的凹模孔壁与凹模边缘的最小距,mm，查表 2-11。凹模材料选择一般与凸模一样，但热处理后的硬度应略高于凸模，HRC取6064。凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行。模孔的表面有粗糙度的要求 Ra=0.80.4m。（4 4
35、）凹模技术要求）凹模技术要求4.凸凹模凸凹模 凸凹模：复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定，倒装复合模的凸凹模最小壁厚见表 2-12。条料两个方向的限位:送进导向送料定距（1）送料方向的定位零件:导料销、导料板、侧压板等。5.5.定位零件的设计定位零件的设计定位零件的设计定位零件的设计 导料板结构导料板结构侧压装置侧压装置 分类：挡料销、导正销、侧刃 挡料销：国标中常见的挡料销有三种形式:固定挡料销（图2-50）、活动挡料销（图2-51）和始用 挡料销（图2-52）。（2 2）送料步距的定位零件）送料步距的定位零件 固定挡料销 活动挡料销
36、 始用挡料销 分类：定位销、定位板。定位方式：外缘定位和内孔定位（2 2）毛坯定位零件）毛坯定位零件 外缘定位外缘定位外缘定位外缘定位内孔定位（1）卸料零件与卸料方式：刚性卸料 弹压卸料废料切刀 6.6.6.6.卸料与推件零件的设计卸料与推件零件的设计卸料与推件零件的设计卸料与推件零件的设计 1凸模;2卸料螺钉;3弹性元件;4卸料板;5凹模;6推件块;7推杆 弹压卸料弹压卸料废料切刀废料切刀 （2）推件、顶件装置：向下推出的机构称为推件，一般装在上模内。向上顶出的机构称为顶件，一般装在下模内。6.卸料与推件零件的设计 1滑块;2挡铁;3横梁;4推杆 推件装置推件装置1顶件块;2凹模;3托杆;4
37、橡胶;5托板;6支承板;7拉杆 弹性顶件装置弹性顶件装置 弹簧属标准件，在模具中应用最多的是圆柱螺旋压缩弹簧、矩形螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。弹簧选择原则:所选弹簧必须满足预压力 F 0 的要求；所选弹簧必须满足最大许可压缩量H 2的要求H2 H；所选弹簧必须满足模具结构空间的要求。7.7.弹簧和橡胶的选用弹簧和橡胶的选用 （1 1）弹簧的选用）弹簧的选用 卸料和顶出装置：选用较硬的橡胶；拉深压边：选用较软的橡胶。模具上安装橡胶的块数、大小一般凭经验。在模具装配、试模时可根据试模情况，可增减橡胶。聚氨酯橡胶的总压缩量一般取小于 35%，对于冲裁模，其预压缩量一般取10%15%。7.7.弹簧和橡胶的
38、选用弹簧和橡胶的选用 （2 2）橡胶的选用）橡胶的选用 主要指模架及组成零件选用。1.模架:(1)导柱式模架是由上模座、下模座、导柱及导套组成。(2)模架形式：（a）对角导柱模架；（b）后侧导柱模架（c）中间导柱模架；（d）四导柱模架 2.3 冲裁模结构设计冲裁模结构设计 2.3.3 2.3.3 模具总体设计模具总体设计 1.1.模架模架分类：上模座和下模座。在选用和设计时应 注意事项:（1）尽量选用标准模架；（2）与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应；（3）模座材料要合理。2.2.模座模座 后侧导柱上模座上模座后侧导柱下模座下模座导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对生产批量较
39、大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导柱、导套导向装置。分：滑动导向（图2-61）和滚动导向（图2-62）。3.3.导柱和导套导柱和导套 滑动导向装置滚动式导向装置 模柄的结构形式模柄的结构形式；1模柄;2垫块;3接头 4.4.模柄模柄 1.冲裁模具设计一般步骤；2.冲裁件的工艺性分析；3.冲裁工艺方案的确定；4.选择模具的结构形式；5.进行必要的工艺计算；6.模具的主要零部件设计；7.校核模具闭合高度及压力机有关参数；8.绘制模具总装图和零件图。2.3 冲裁模结构设计冲裁模结构设计 2.3.4 冲裁模具设计步骤 模具闭合高度与装模高度的关系模具闭合高度与装模高度的关系 1床身
40、;2滑块 2.3.4 2.3.4 2.3.4 2.3.4 冲裁模具设计步骤冲裁模具设计步骤冲裁模具设计步骤冲裁模具设计步骤 模具总装图的一般布置情况模具总装图的一般布置情况 2.3.4 2.3.4 2.3.4 2.3.4 冲裁模具设计步骤冲裁模具设计步骤冲裁模具设计步骤冲裁模具设计步骤 工件名称:阳极板；工件简图 生产批量:中小批量 材料:无氧铜 TU1 材料厚度:2 mm 技术要求:工件要求平整，表面不得有划痕等缺陷。2.4 典型冲裁模设计实例典型冲裁模设计实例 冲压基本工序：落料和冲孔。孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为5 mm。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较
41、低。结论：普通冲裁完全能满足生产要求。2.4 典型冲裁模设计实例典型冲裁模设计实例1.1.1.1.冲压件工艺性分析冲压件工艺性分析冲压件工艺性分析冲压件工艺性分析 方案一:先落料，后冲孔。采用单工序模生产。方案二:落料-冲孔复合冲压。采用正装复合模生产。方案三:冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。分析：方案一需两道工序两副模具，生产成本高，落料后冲孔时操作不方便；方案二需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，操作不方便。方案三需一副模具，但此 工件生产量为中小批量。结论：综合比较，结论：综合比较，采用方案二最佳采用方案二最佳。2.2.2.2.冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确
42、定冲压工艺方案的确定（1）排样方式的确定及其计算 3.3.3.3.主要设计计算主要设计计算主要设计计算主要设计计算（2）冲压力的计算 冲裁力：F=tLb =88.2 kN卸料力:FQ=KF=0.0588.2=4.4 kN顶件力：FQ2=K2F=0.0588.2=4.4 kN根据计算结果，冲压设备拟选根据计算结果，冲压设备拟选J23-10A。零件为规则几何体，压力中心在几何中心。（4）工作零件刃口尺寸计算 落料凹模的基本尺寸：对应凹模尺寸为 对应凹模尺寸为 对应凹模尺寸为 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，同时在技术条件中注明：凸模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配制，保证间隙在 0.120.16mm
43、之间。（3 3）压力中心的确定）压力中心的确定 冲孔凸模的基本尺寸：对应凸模尺寸为冲孔凹模的基本尺寸与凸模相同，同时在技术条件中注明：凹模刃口尺寸与冲孔凸模刃口实际尺寸配制，保证间隙在 0.120.16mm之间。（4 4）工作零件刃口尺寸计算）工作零件刃口尺寸计算 （1）模具类型的选择：采用正装复合模。（2）定位方式的选择：控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的进给步距采用挡料销。（3）卸料、出件方式的选择：采用弹性卸料。采用正装复合模，必须采用上出件。（4）导向方式的选择：为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该模采用中间导柱的导向方式。4.4.4.4.模具总体设计模具总体
44、设计模具总体设计模具总体设计 凸凹模；冲孔凸模 5.5.5.5.主要零部件设计主要零部件设计主要零部件设计主要零部件设计（1 1）工作零件结构设计）工作零件结构设计 凹模 卸料板的设计：卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为10 mm。卸料板采用45号钢制造，淬火硬度为4045HRC。卸料螺钉的选用：卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为8 mm，螺纹部分为M610 mm。顶件块的设计：（2 2）卸料、顶料部件的设计）卸料、顶料部件的设计 采用中间导柱模架。导柱 d/mm L/mm分别为 28160，32160;导套 d/mm L/mm D/mm分别为 28 11542，3211545。上
45、模座厚度 H（上模）取25mm，上、下模垫板厚度 H 垫 取5 mm，上、下固定板厚度H（固）取20 mm，下垫块厚度10 mm，下模座厚度 H（下模）取30 mm。该模具的闭合高度:H 闭=（25+5+5+56+20+20+30+20-2）mm=179 mm 凸模冲裁后进入凹模的深度为2 mm。（3 3）模架及其他零部件设计）模架及其他零部件设计 1模架;2垫板（一）;3凸凹模固定板;4凸凹模;5推杆;6卸料板;7落料凹模;8推板;9凸模;10 垫板（二）;11凸模固定板;12垫板（三）;13顶杆;14模柄;15打杆;16橡胶;17卸料螺钉;18导料销;19挡料销 6.6.6.6.模具总装图
46、模具总装图模具总装图模具总装图 普通冲裁：普通冲裁：工件剪切面上有塌角、断裂面和毛刺，还带有明显的锥度，同时制件尺寸精度较低，一般为IT10IT11。精冲精冲：在一次冲压行程中获得比普通冲裁零件尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性好的优质精冲零件。2.5 2.5 精精 冲冲 1凸模;2齿圈压板;3材料;4顶板;5凹模 2.5.1 2.5.1 精冲的工作原理及过程精冲的工作原理及过程精冲的工作原理及过程精冲的工作原理及过程 精冲方法精冲方法精冲过程精冲过程精冲模结构:活动凸模式精冲模与固定凸模式精冲模。活动凸模式精冲模活动凸模式精冲模2.5.2 2.5.2 精冲模结构精冲模结构精冲模结构精冲模结构 固定凸模式精冲模固定凸模式精冲模