变压器芯片落料冲裁模设计

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变压器芯片落料冲裁模设计

绪论

1. 冷冲压模具设计的目的

冷冲压模具设计是为模具设计与制造专业的学生在学完基础理论课、技术基 础课和专业课程的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是： 

1）综合运用本专业所学课程的理论和生产实践知识，进行一次冷冲压模具设 计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。 

2）巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计 的方法和步骤。 

3）掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，

【2】 熟悉标准和规范等。

2. 冷冲压模具设计应注意的问题

冷冲压模具设计的整个过程是从分析总体方案开始到完成全部技术设计，着 期间要经过设计计算、绘图、修改等步骤。在设计过程中应注意以下问题。

2.1 合理选择模具结构

根据零件图样及技术要求，结合生产实际情况，提出模具结构方案，分析、 比较，选择最佳方案结构。

2.2 采用标准零部件

应尽量采用国家标准零部件及工厂冲模标准件。使模具设计典型化及制造简 单化，缩短设计制造周期，降低制造成本。

2.3 其它 

[1] 定位销的用法

冲模中的定位销常选用圆柱销，其直径与螺钉直径相似，不能太细，每个模 具上只需两个销钉，其长度勿太长，其进入模具体长度是直径的2~2.5倍。 

[2] 螺钉的用法

固定螺钉拧入模体的深度勿太深。如拧入铸铁件的深度是螺钉直径的 2~2.5

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倍，拧入一般钢件深度是螺钉直径的1.5~2倍。 

[3] 打标记

铸件模板要设计出加工、定位几打印编号的凸台。 

[4] 对导柱、导套的要求

模具完全对称时两导柱的导向直径不宜设计的相等，避免和模时误装方向而

【6】 损坏模具刃口。导套长度的选取应保证开始工作时导柱进入导套10~15mm。

3. 冷冲模具的发展状况

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场 需求量维持在 600 亿至 650 亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发 展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004 年国内模具进口总值达到 600 多亿，同时，有近 200 个亿的出口），到 2005 年模 具产值预计为600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增 长到2005年的 2亿美元左右。

巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。1999 年中国大陆制造工业 对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。 对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。

汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。1999 年，国内 汽车年产量为183万辆，。 保有量为1500万辆， 预计到2005年汽车年产量将达300 万辆。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车 覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例如，到2005年汽车行业将需要各种 塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。 家 用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩 电的年产量已超过 3200 万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了 1000 万 台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。

其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将

【2】 对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。

目前世界上模具工业的年产值约为 680 亿美元。我国 2004 年模具产值为 530 亿元，模具出口 4.91 亿美元，同时还进口 18.13 亿美元。我国已成为世界上净出 口模具最多的国家。大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、 大型汽车覆盖件模具等虽已能生产，但总体技术水平不高，与国外先进国家相比， 仍有很大差距，特别是模具寿命低的问题非常突出。如：国外硅钢片冲模总使用 寿命在 500 万次以上，而国内一般为 50 万­60 晚次，最高 150 万次。国内热锻模 使用寿命 50 万次，国内只有 3­5 万次。国外热锻模使用寿命 12000 次以上，国内

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一般为3000­5000次。影响模具寿命的因素较多，但模具材料是重要因素。高寿命 模具离不开优质模具材料。国内模具钢品种少、质量差、性能低。虽然国内也研 制出许多高性能模具钢，但大多数是上世纪70­80年代研制的，因种种原因，真正 使用的量较少，钢种也不多。每年使用量不足 1 万吨。故在生产上使用的仍然是 老钢种为主，如冷模用CrWMn、Crl2、Crl2MoV等，热模用3CrW8V、6542等， 另外，由于模具钢的改锻效果差、选材与热处理不当等原因，也造成模具的寿命 低。主要从冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三个方面来进行扼要分析国内 模具钢的研究开发情况。现具体介绍冷作模具钢的开发概况：

对冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐模性，足够的强度和韧性，高 的疲劳寿命，良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。九十年代以前，国 内常用的冷作模具钢有：碳素工具钢T1OA，合金工具钢9SiCr、9Mn2V、CrWMn、 Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si，高速工具钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，轴 承钢GCrl5、弹簧钢60Si2WMna，参碳钢20Cr、12CrNi3A、不锈钢3Cr13等。其 中用量最大的是Cr12、Cr12MoV 、TIOA 、CrWMn 、9SiCr 、9Mn2V 、GCr15 、60Si2Mn  

和 W18Cr4V。为满足生产要求，国内先后研究开发了一系列新型冷作模具钢。如： 高强韧耐磨钢（7Cr7Mo2V2Si（代号L）、Cr8MoV3Si（代号ER5）、9Cr6W3Mo2V2 （代号 GM）等） 、高速钢基体钢（65Cr4W3Mo2VNb、60Cr4Mo3Ni2WV、 

【8】 5Cr4Mo3SiMnVAI） 、低合金冷作模具钢等。

4．结论

总的来说现在国内模具设计制造技术比国外已有了突飞猛进的发展，在本课 题中的模具设计与制造概况，国外的技术要比国内有较高的发展，无论从设计方 面或制造方面国外的技术要领先于中国，如本课题中的硅钢片冲裁模：国外硅钢 片冲模总使用寿命在500万次以上，而国内一般为50万­60晚次，最高150万次。 之所以国内模具寿命低，不光是我国模具钢材料不及国外的，更根本的原因还是 由于国内模具制造技术方面，因此国内应从根本上考虑，模具制造技术方面与装 配方面。

本课题中的变压器芯片落料冲裁模从设计技术方面与制造方面和前人的设计 无太大变化，本课题中的变压器芯片只有主体“山”字形结构，并无垫片，因此， 在工序上就省略了一道工序，从先前的级进模变为单工序落料模，模具结构就比 级进模要简化的多，制造工序也不同先前的模具制造工序。在本课题中设计的模 具，由于其冲件体积小，冲出的工件主要用于小功率的变压器，因此，在模具结 构方面，该模具要比先前模具有所不同。其具体设计与模具结构将以以下几章具 体说明。

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第 1章 零件的工艺性分析

1.1 零件的总体工艺性

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，对冲裁件工 艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。 良好的冲裁工艺性应能满足材料 较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。 此工件是标准的小容量变压器的铁心片，生产批量大，材料是软磁合金材料 1J50，厚度是 0.2mm, s b =658M R a 使用时由“山”字片一层层叠加而至变压器铁 心所需的厚度，其零件尺寸公差无特殊要求，可按IT14选取，利用普通冲裁方式 达到图样要求。由于该工件的外行简单、形状规则，使用与冲裁加工。

1. 2 冲裁件的结构工艺性

1.2.1 冲裁件内形及外形的转角

冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过度，以便于模具的

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加工，减少热处理面积的开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过度磨损。圆角半径R 的最小值，见表1­1所示：

表 1­1冲裁件最小圆角半径

注：t为材料的厚度，当t<1mm时，均以t=1mm计算。

1.2.2 冲裁件上的悬臂及凹槽部分尺寸

应尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽宽度也不宜过小， 其值依据冲裁材料不同而不同。选用冲裁件材料为高碳钢时，b>2t；冲裁件材料为 黄铜、纯铜、软钢时，b>1.5t（t 为材料厚度，b为悬臂或凹槽的宽度，t<1mm时，

【4】 按t=1mm计算）。

1.3 冲裁件的精度和断面粗糙度

1.3.1 精度

冲裁件的经济精度一般不高于IT11级，最高可打IT8~IT10级，冲孔比落料的 精度约高一级，冲裁件的尺寸公差、孔中心距的公差可查阅《冷冲模具设计手册》。 对于该冲裁零件由于它自身并不需较高的冲裁精度，古可选此零件的冲裁精度为 IT14级计算。

1.3.2 断面粗糙度

冲裁件的断面粗糙度一般为 R a 12.5~50m m，最高可达 R a 6.3m m，具体数值 见表1­2。

表 1­2 一般冲裁件断面的近似粗糙度

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由于该冲裁件厚度较薄、表面无特殊公差要求，古对于该冲裁件断面粗糙度 应选用R a 6.3m m 

第 2章 确定工艺方案

2.1 概述

冲裁件的结构形式多种多样，如果按工序的组合分类，可分为单工序模、级 进模、复合模等。各种冲裁模的构成大体相同，主要由工作零件、定位零件、卸

【7】 料与推料零件、导向零件、连接与固定零件等组成。

确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及 冲裁工序顺序的安排。冲裁工序数一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与 冲裁工序的顺序。

2.2 确定冲裁工序的组合形式及冲裁顺序

冲裁工序的组合方式可以分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。所使用的 模具对应为单工序模、复合模和级进模。

一般组合冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。冲裁工序 的组合方式可根据下列因素确定： 

[1] 根据生产批量来确定 一般来说，小批量和试制生产采用单工序模具，中、 大批量生产采用复合模或级进模， 生产批量与模具类型的关系可参见表2­1所示： 、

表 2­1 生产批量与模具类型的关系

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注：表内数字为每年班产量数值，单位：千件 

[2] 根据冲裁件尺寸和精度等级来确定 复合冲裁得到的冲裁件尺寸精度等 级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲 裁件较平整。进级冲裁比复合冲裁精度等级低。 

[3] 根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定 冲裁件的尺寸较小时，考虑到单 工序模送料不方便和生产效率低，常采用复合模冲裁和级进冲裁。由于该冲裁件 的尺寸较小且精度无太大要求，若采用级进模加工不但模具结构复杂且加工过程 麻烦，采用单工序模加工就比较简单。 

[4] 根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定

且成本较低。 

【5】 [5] 根据操作是否方便与安全来确定 对复杂形状的冲裁 件来说，用复合冲裁比采用级进冲裁较为适宜，应为模具制造安装调整比较容易，

综上所述，对于一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行 比较，选取在满足冲裁件质量与生产率的前提下，模具制造成本较低、模具寿命 较高、操作较方便及安全的工艺方案。应此，对于该冲裁件应以选择更合理的工 序组合，从该冲裁件的生产批量、形状精度及模具的安装调试精度来考虑，并且 只须一次落料即可，因此该冲裁件更适合于单工序模加工。

由于此冲裁件只需一次落料加工，故只需一个工序即可。

2.3 冲裁件工艺方案的确定

零件属于大批量生产，生产工艺性较好，从零件的形状﹑尺寸标注等情况来 看均符合冲裁的工艺要求,该工件只须一次落料既可,故采用单工序落料模进行加 工。

第 3章 排样方案的确定

在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量 生产中，较好的确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。

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3.1 材料的合理利用

3.1.1 材料的利用率

冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理 利用材料的经济性指标。

一个步距内的材料利用率η（式3.1.1）可用下式表示： η=nA ×100% Bh （3.1）

式中：A——一个不距内冲裁件的实际面积； 

B——条料宽度； 

h——步距。

η值越大，材料的利用率就越高，在冲裁件的成本中材料费用一般占 60%以

【1】 上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。

3.1.2 提高材料利用率的方法

要提高材料的利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措 施是：设计合理的排样方案，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），或利用废料作小零件等。

对于一定形状的冲裁件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可 能的。该零件是变压器芯片的冲裁件，对于提高材料的利用率无特别的要求，若 要提高材料的利用率，就必须充分利用结构废料。但对于此零件其结构废料是必 不可免的，因此可从改变零件的结构形状入手来提高材料的利用率。

3.2 排样方法

根据材料的合理利用情况，条料的排样方法可分为三种：即有废料排样、少 废料排样和无废料。

从零件的结构形状和工艺特点来看，该零件的排样方法只有少废料排样和有

【3】 废料排样两种排样方法。

根据工件外形尺寸，生产工艺特点，零件的工艺方案采用单工序模具进行加 工。根据单工序落料模具的特点、工件的外形尺寸及形状等综合方面因素进行考 虑，工件的排样可有如下两种方案：

方案（一） 直排有废料排样，如图3-1所示：

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方案（二） 直排少废料排样，如图3-2所示：

根据两种排样方案图，考虑模具结构形状，方案（二）的排样使模具的结构 复杂化不及方案（一）用直排有废料排样，因此该零件的排样应采用直排有废料 排样的排样方法。

3.3 塔边

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叫塔边。塔边 的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料的刚度， 方便条料送进，提高劳动生产率；同时，塔边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺 被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。

塔边值对冲裁过程及冲裁件有很大的影响；因此一定要合理确定搭边数什。 搭边过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘

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曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力 不均，损坏模具刃口。根据生产的统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高 

【6】 50%以上。

3.3.1 影响搭边值的因素

3.3.1.1 材料的力学性能 硬材料的搭边值可小些；软材料，脆材料的搭边值 要大一些。

3.3.1.2 材料的厚度 材料越厚，塔边值越大。

3.3.2.3 送料及挡料方式 用手工送料，有侧压装置的塔边值可以小些；用侧刃

【9】 定距比用挡料销定距的塔边小一些。

3.3.2 塔边值的确定

由于塔边值对冲裁过程及冲裁质量影响很大，因此，在确定塔边值时应合理 选用。

塔边值一般是由经验确定的，目前常用的有数种。表3.1为最小值的经验数表 之一，可供查阅：

表 3.1 最小塔边值

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工件图排样的塔边值可查表3.1确定。 其中工件间a 1 =2.2mm、 沿边值a=2.5mm、 进距h=17.2mm。

3.4 条料宽度与倒料板间距离的计算

在排样方案和塔边值确定之后，就可以确定条料的宽度，进而确定导料板间 的距离。由于表3.1所列的侧面塔边值 a已经考虑了剪料公差所引起的减小值，所 以条料宽度的计算一般采用简化公式。由于该冲裁件采用的是侧压装置送料（如 图3.3所示），故可采用下列公式计算：

0 条料宽度 B 0

- D =（D max +2a） - D

导料板间距离 A=B+C= D max +2a+C 

式中：D max ——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； 

a——侧塔边值，可参考表3.1； 

Δ——条料宽度的单向（负向）偏差，见表3.2； 

C

——导料板与最宽条料之间的距离。 （3.2） （3.3）

表 3.2 条料宽度偏差 Δ 

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查表3.1可得工件间a 1 =2.2mm、沿边值a=2.5mm代入式3.2和3.3可得： 

0 0 B 0=（D +2a） =27 - D max - D - 0 . 08 mm；

A= D max +2a+C =32mm。

3.5 计算材料利用率

由以上计算的结果B 和 A值，将其代入式3.1 得一个进距的材料利用率： nA 253η=×100%=×100%=54% B h 2 　7 ´ 17 　. 2 

式中冲裁件的面积 A为：

A=（5×11×2+2×11+4×22）=253mm 2 

第 4章 冲裁工艺的计算

4.1 计算冲裁工艺力

由于该模具采用弹性卸料和下出料方式，落料方式是靠凸模推件力使得冲裁 件下落，故在计算冲裁力时只考虑卸料力和推件力的作用。在计算卸料力和推件 力时一般是按经验公式进行计算。

4.1.1 冲裁力

冲裁模设计时，为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁力。压力机 的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适用冲裁的要求。

平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力（N）可按下式计算： 

F=Lt s b

式中：L——冲裁件的外形周长； 

t——冲裁件厚度； 

s b ——冲裁件材料的屈服强度值。

其中：L=[ ( 2 . 5 + 11 ) ´ 4 + ( 5 + 11 ) ´ 2 + ( 4 + 22 ) ´ 2 ] =138mm； 

t=0.2mm； （4-1）

s b =658MP a 

将 L、t、 s b 带入式4-1中可算得：

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F=Lt s b =138 ´ 0 . 2 ´ 658 = 18906 N 

4.1.2 卸料力

卸料力采用的经验公式为： 

F F 卸 = K 卸

式中： F ； 卸 ——卸料力（N）

K ； 卸 ——卸料力系数（见表4­1）

F——冲裁力（N）。

表 4­1 卸料力、推件力系数

（4-2） 从表4­1中可查的 K K 卸 =0.05，将 卸 、F 带入式 4­2可得 

F卸  = K 卸 F = 0 . 05 ´ 18906 = 945 . 3 N 

4.1.3 推件力 

F F 推 = nK 推

（mm），t为料厚（mm）；

F ； 推 ——卸料力（N）

K 推 ——卸料力系数（见表4­1）； 

F——冲裁力（N）。

从表4­1中可查的 K 推 =0.05； 

h 3 n = = = 15 t 0 . 2 （4­3） 式中： n——硬塞在凹模内料的个数，n=h/t，h 为凹模刃壁垂直部分高度

将 K 推 、F、n带入式4­3可得： 

F推  = nK 推 F = 15 ´ 0 . 07 ´ 18906 = 19851 . 3 N 

冲裁时总的冲裁力为：

F总  = F + F 卸 + F 推

将 F F F 总 。 推 、 卸 、F带入式4­4中，可计算出冲裁时总的冲裁力

F总 = F + F . 3 + 19851 . 3 = 39702 . 6 N 卸 + F 推 = 18906 + 945 （4­4）

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4.2 凸凹模间隙值的确定

凸凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料

力、推件力等有较大的影响，所以必须选择合理的间隙。冲裁间隙数值主要按制 件质量要求，根据经验数值来选用。

其间隙值可查表4­2可得 Z min =0.012mm， Z max =0.018mm。 【1】

表 4­2 冲裁模初始双边间隙 Z                         (mm) 

4.3 凸凹模刃口尺寸的确定

对零件图中未注公差的尺寸，可按IT14来进行选取，从而查表得出其极限偏

. 43 差为 15 - 0 . 43 、17 + 0 、 5 - 0 . 30 、 22 - 0 . 52 、 4 - 0 . 30 。 【10】

0 0 0 0 0 

本例零件因形状比较复杂，且为零件材料为了保证凸凹模之间的间隙值，必 须采用凸凹模配合加工的方法。现以凹模为基准件，根据凹模磨损后的尺寸变化 情况，将零件图中各尺寸进行分类： 

A类尺寸： 22 - 0 . 52 、 15 - 0 . 43 、 5 - 0 . 30 、 4 - 0 . 30 ； 

. 43 B类尺寸：17 + 0 

0 ； 0 0 0 0 

查表4­3可得 A类与 B类尺寸的计算公式为：

. 25 D A （ A - x D ) + 0 ； 凸 = 0 （4­5） 

（4­6）B （ B + x D ) + 0 . 25 D ； 凸 = 0 

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式中： A B ； 凸 、 凸 ——凸模刃口尺寸（mm）

A、B——工件基本尺寸（mm）； 

Δ——工件的公差（mm）； 

1 Δ`——工件的偏差（mm），对称偏差时， D'  = D ； 2 

x——磨擦系数，一般取 x=0.5；

由公式4­5、4­6可计算出凸模的刃口尺寸： 

+ （ 0. 25 ´ 0 . 52 ） . 13 A （22  - 0 . 5 ´ 0 . 52 ） = 21 . 74 + 0 

1 凸 = 0 0 

A 2 凸 = （ 15 - 0 . 5 ´ 0 . 43 ） . 79 - 0 . 108 - ( 0 . 25 ´ 0 . 43 ) = 14 

A 3 （ 5 - 0 . 5 ´ 0 . 3 ） . 85 凸 = - ( 0 . 25 ´ 0 . 30 ) = 4 - 0 . 08 

A 4 凸 = （ 4 - 0 . 5 ´ 0 . 3 ） . 85 - 0 . 08 - ( 0 . 25 ´ 0 . 30 ) = 3 

B （ 17 - 0 . 5 ´ 0 . 43 ） . 22 - 0 . 11 1 凸 = - ( 0 . 25 ´ 0 . 43 ) = 17 

凹模的刃口尺寸可按凸模的实际尺寸配制，并保证双面间隙0.012~0.016mm。

表 4­3 配合加工时，凸、凹模尺寸的计算公式

0 0 0 0 0 0 0 0 

4.4 凸凹模外形尺寸的确定

4.4.1 凹模外形尺寸的确定

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凹模的外形尺寸常用下列经验公式确定

凹模厚度的确定： 

H = Kb （³15mm） （4­7）

（4­8） 凹模壁厚的确定： C = (1  . 5 ~ 2 ) H （³30mm）

式中：b——凹模孔的最大高度。 

K——因数，取 K=0.3 

【6】 H——凹模厚度；

C——凹模壁厚

将以上数据代入公式4­7与4­8中可得： 

H = Kb =0.3×22=6.6mm

考虑凹模板的强度问题，其厚度应圆整为 15mm，使凹模板有足够的强度。凹 模壁厚C可取30mm，凹模的零件图如图示所示：（见零件图）

根据以上尺寸及工件尺寸即可估算出凹模的外形尺寸，既：L×B=82×72mm。

4.4.2 凸模外形尺寸的确定

凸模的外形尺寸祥见第3节，其中凸模固定板厚为 H 1 = 0 . 8 H ； 

H为凹模的厚度。即 H 1 = 0 . 8 H = 12 mm 。

4.5 确定模具的压力中心

冲模的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，减少导向件的磨损，提高模具及压力机的寿命。

冲模压力中心的求法，一般采用求平行力系合力作用点的方法。如图所示， 按比例画出工件形状， 将工件轮廓分成 L L  并选定坐标系xoy， 1 、2 ~~ L 5 的基本线段，

如图4­1所示：

因工件左右对称，其压力中心一定

在对称轴 y上， 即 x 故只计算 y 0 = 0 ， 0 。 

L 12 = 10 ， 1 = 22 - Y 1 = 0 ；

) ´ 4 = 44 ， L 15 - 4 2 = (

1 ) = 5 . 5 ； Y = ´ ( 15 - 4 2 2 

L 

´ 6 = 12 ，3 = 2 

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Y ； 3 = 15 - 4 = 11 

L ´ 2 = 30 ， 4 = 15 

15 Y = = 7 . 5 ； 4 2 L ， 5 = 22 

Y0  = Y 5 = 15 ； L Y Y Y Y Y 10 ´ 0 + 44 ´ 5 . 5 + 12 ´ 11 + 30 ´ 7 . 5 + 22 ´ 15 1 1 + L 2 2 + L 3 3 + L 4 4 + L 5 5 = L 10 + 44 + 12 + 30 + 22 1 + L 2 + L 3 + L 4 + L 5 

= 7 . 87 

第 5章 冲裁模主要零部件的设计

5.1 凸模结构的设计

该模具属单工序落料模，其“山”字铁落料凸模可采用直壁形结构，材料选 用Cr12，刃口部分须热处理，其硬度为58—62HRC，尾部回火至40—52HRC。凸 模的加工可采用线切割一次加工完成，简化了工艺过程，提高了精度。由于凸模 不太大，其固定方式可采用H7/m6的过渡配合，并用低熔点合金浇注法固定。

凸模的长度应根据冲模的具体结构确定，应留有足够的修磨余量 1mm，并且 模具在闭合状态下卸料板至凸模固定板之间应留有避免压手的安全距离。

在模具冲裁过程时卸料板将工件压紧，凸模穿过卸料板与卸料板配合选用 H7/h6的配合间隙，则卸料板对凸模可起导向及支承作用，提高凸模的强度。

5.1.1 冲裁凸模长度的确定

普通冲裁凸模的长度是根据冲裁模的结构来确定的。如图 5­1 所示的模具结 构，凸模的长度应为： 

L = H 1 + H 2 + H 3 + H 4 + H 

（5­1）

式中：H  1 —— 凸模固定板的厚度 （mm）； 

H 2 —— 卸料板厚度（mm）； 

H 3 —— 导尺（导板）或坯料厚度

（mm）； 

H 4 —— 凸模进入凹模的

深度

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（mm）； 

H ——附加长度（mm）；主要考

虑凸模总修磨余量（10~15mm）及模具闭合状态下，卸料板到凸模固定板之间的安全距离 15~25mm）等因素确定。

因此可由公式5­1算出凸模的总长 L，即： 

L = H 1 + H 2 + H 3 + H 4 + H 

= 12 + 12 + 5 + 1 + 10 = 40 mm 5.1.2 凸模强度校验

普通冲裁模的凸模，在一般情况下，其强度是足够的，没有必要进行强度校 验。但是，当凸模特别细长狭小时，或凸模的端面尺寸很小而坯料的厚度较大或 材料特别硬时，就必须进行凸模的强度校验。

5.1.2.1 承压能力校验 异形断面冲裁凸模的承压能力计算校验原则是，冲裁力 必须小于或等于凸模强度所允许的最大压力，则有：

bltt  = bltp £ s 2 [ s c ] （5­2）

式中：b——凸模的宽度（mm）； 

L——凸模截面长度（mm）；

t ——毛坯材料的抗剪强度（N/mm 2 ）； 

T——毛坯料的厚度（mm）；

s c ] ——凸模材料许用压力（N/mm 2 ）。 [ 【8】

凸模材料的许用压力取决于凸模选用的材料种类、 凸模的热处理及冲模的结构 与模具的工作条件等。其许用压力[ s c ] 可根据《模具设计手册》查阅，即[ s c ] =1000 N/mm 。 2 

5.1.2.2 失稳弯曲极限长度 凸模在轴向压力（冲裁力）的作用下，不产生失稳 弯曲的极限长度 L max 与导向方式有关。

由于该模具凸模较小因此其凸模可采用导向装置，在该模具中其卸料板可起 导向作用。故在计算凸模失稳极限长度时应用有导向装置的凸模公式计算： 

L max £ J 

P （ 5­3 ）

式中：J——凸模最小的横截面的轴惯性矩，查表可选取J=520MPa； 

P——冲裁力；

将数值带入式5­3中可算出 L max 的值，即： 

L max £ J 520 =

£ 42 mm P 39702 . 6 

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5.2 凹模的结构设计

凹模可采用整体结构或镶拼结构，但近年来由于线切割机床的普及，采用整 体凹模结构具有制造简单、制作周期短的特点，并且由于凸模固定板、卸料板、 凹模可采用同一程序定位、切割；因而可以保证相对位置的精度，便于装配。另 一个原因，该模具是纯冲裁模，凹模是一个平面，磨损后便于刃磨，考虑以上应 素，将凹模设计为整体凹模，选用Cr12钢作为模具材料，这种材料淬透性较好， 利于刃磨。凹模各区均有废料漏出，漏料孔外的刃口厚度均为3mm。

如图所示，凹模内部的两个矩形区，冲裁时处于悬臂状态，因而凹模应用足 够的厚度，否则由于受弯截面过小，会使此处凹模臂折断，故此处应进行强度计 算。由于材料力学可知，将简化为图5­2示的悬臂梁。

图中载荷 F 1 是作用在头部宽度为6mm的冲裁力；

载荷 F 其作用点位于中部。由式（4­1）F=Ltt 可 2 是作用在长边冲裁力的总和。

计算出悬臂力 F 1 、 F 2 的值。

式中：t ——为剪切强度极限，选用t =400MPa；

t——为板料厚度，t=0.2mm；

F1 = L t t = 6 ´ 0 . 2 ´ 400 = 480 N 1 

F t = 11 ´ 0 . 2 ´ 400 = 880 N 2 = L 2 t 

跟部的弯矩为： 

11 M max = M 1 + M 2 = F1  L + F L = 480 ´ 11 + 880 = 10120 N × mm 1 2 2 2 

矩形截面的抗弯截面模量是由材料力学可知： 

bH 2 

W = 6 （5­4

）

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式中：b、h是图中所注的几何尺寸，其中横板厚度尺寸H是所求的数值。由 材料力学可知弯曲强度条件是：

M max £ [ s ] W （5­5）

式中：[ s ] ——材料许用强度极限（MPa），Cr12 材料取[ s ] =250MPa。

则抗弯截面模量为：

M max £ [ s ] bH 2 

6 （5­6）

由式5­6可得： H ³ 6 M max 6 ´ 10120 = = 6 . 36 mm b s 6 ´ 250 

由计算可知，凹模板厚度不容忽视，板厚应大于6.36mm,再考虑安全因数，凹 模板厚度取为15mm。

5.3 定位零件的结构设计

5.3.1 导尺的设计

导尺的作用是对条料进行导向的。安装在凹模工作部位的一侧，并与模具的 中心平行。本模具其工序均为冲裁，冲压过程中材料没有上、下运动，故导尺工 作侧面制成直线型，导尺与条料之间也无须留间隙，在送料的过程中，条料可沿 导尺并紧挨导尺向前送进完成冲压过程。 导尺的厚度可取5mm， 导尺用45钢制成， 其硬度为50—55HRC。导尺用螺钉和销钉固定在凹模板上。

5.3.2 挡料销的设计

挡料销是用来控制送料的布距，可做成自动挡料销和固定

挡料销两种形式，但为简化模具结构，挡料销可作成固定型，

安装在凹模模块上的正后方，均用H7/m6配合形式。挡料销距

凹模边缘距离为a值，即a=2.5mm

。

挡料销的结构形式选用圆柱形，如图

5­4示：

5.4 卸料部件的设计

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5.4.1 卸料装置的选用

卸料装置的形式有很多，根据冲裁件的结构要求，卸料装置可选用弹性卸料 板，其弹性元件一般多选用弹簧或橡皮。但由于此模具体积较小，冲裁件形位公 差及精度要求需要保证，选用橡皮比选用弹簧要好，故应选用橡皮做为弹性元件。

橡皮选用的原则是： 

[1] 为保证橡胶的正常工作，所选橡胶应满足预压力要求： 

F0  ³ F x 

式中： F ； 0 ——橡胶在预压缩状态下的压力（N）

F 。 x ——卸料力（N）

[2] 为保证橡胶不过早失效，其允许最大压缩量不应超过其自由高度的45%， 一般取

D H 2 = ( 0 . 35 ~ 0 . 45 ) H 自由 

橡胶的预压缩量 D H 预 一般取自由高度的10%~15%。

即 D H 预 = ( 0 . 10 ~ 0 . 15 ) H 自由

H 自由

D （5­9） [3] 橡胶高度与直径之比应按下式校核： 0 . 5 £ 

【1】 式中：D为橡胶的外径（mm）。 （5­7） （5­8） £ 1 . 5 （5­10）

5.4.2 卸料橡皮自由高度的确定

根据材料厚度为 0.2mm，冲裁时凸模可少许压入凹模，但其深度较微小，可 不记。考虑到模具在修磨时刃磨余量1mm；开启时高出凸模1mm，则总的工作行 程 h自由  = 2 . 2 mm。将数据代入公式5­8中可得：

橡皮的自由高度 h 自由 为： 

h 工件 h自由  = = 8 ~ 10 mm （ 0 . 25 ~ 0 . 30 ）

应选取 h自由  = 10 mm 。

模具在组装时橡皮的预压量为： 

h预  = (10  % - 15 %) ´ h . 2 mm 自由 = 1 ~ 1 

应选取 h预  = 1mm  。

由此可算出模具中安装橡皮的空间高度尺寸为9mm。

5.4.3 卸料板外形尺寸的确定

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2gk1.html