付耳盖子的加工工艺及模具设计

高职学院

毕业设计（论文）

题 目： 付耳盖子的加工工艺及模具设计 专业名称： 机电一体化技术 班级学号： 09902116 学生姓名： 魏吉义 指导教师： 柴京富

二O一二年六月

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南昌航空大学高职学院毕业设计（论文）任务书

I、毕业设计(论文)题目：

付耳盖子的加工工艺及模具设计

II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 1. 付耳盖子零件图 2. 材料为 Q235钢板

3. 零件设计和加工工艺规程编制合理

4. 模具设计要求满足加工工艺，并且结构紧凑，重量轻，便于移动，操作简 单，安全．

III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：

1. 收集有关资料，写出开题报告 （2周）2月13日-2月26日 2．进行工艺方案设计并编制加工工艺规程 （2周）2月27日-3月11日 3．进行模具设计方案的选择及设计计算 （3周）3月12日-4月01日 4．绘制模具装配图及其部分零件图 （4周）4月02日-4月29日 5. 外文资料翻译（不少于6000实词） （1周）4月30日-5月06日 6．撰写毕业论文 （3周）5月07日-5月27日 7．准备毕业答辩 （2周）5月28日-6月08日

Ⅳ 、主 要参考资料：

【1】濮良贵等主编.机械设计.高等教育出版社，2001

【2】翁其金等主编.冲压工艺及冲模设计.机械工业出版社，2004

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【3】模具实用技术丛书编委会编.冲模设计应用实例.机械工业出版社，2004 【4】王先逵主编.机械制造工艺学.机械工业出版社，2001 【5】A H BURR.MECHANICAL ANALYSIS AND DESIGN.1981,ELSEVIER

高等职业技术 学院 机电一体化 专业 099021 班

学生（签名）： 魏吉义

日期： 自 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 6 月 8 日

指导教师（签名）： 柴京富

助理指导教师(并指出所负责的部分)：

系（室）主任（签名）：

附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。

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付耳盖子的加工工艺及模具设计

学生姓名：魏吉义 班级：099021

指导老师：柴京富

摘要：通过分析付耳盖子的结构特点和冲压工艺性, 设计了制件的凹模、凸模及凹

凸模。设计采用由圆形筒进行翻边工序，为下一道工序冲孔及翻孔扫清障碍，最后，通过整修工序，使得生产的完全的成型。利用拉深与挤压相结合的方法以及合理选择制件材料和拉深系数,成功地解决了付耳盖子过渡圆角起皱及长宽比容易拉裂等问题。模具在连续生产中, 制件质量稳定, 模具寿命高。

论文是由翻边设计、冲孔模设计组成，冲压模具主要是将板料分离或成形而得到制件的加工方法。因为模具的生产主要是大批量的生产，而且模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量，模具的设计与制造主要考虑到模具的设计能否满足工件的工艺性设计，能否加工出合格的零件，以及后来的维修和存放是否合理等。在本次设计中的取暖器主机连接座中，不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求，还要保证它的使用寿命。

其次设计中还要考虑到它的实际工作环境和必须完成的设计任务，两套模具的模架分别采用后置和中间形式，凹模采用整体凹模，这样可以采用线切割等数控设备来一次完成全部的工序加工，在设计中我要考虑到很多关于我所设计模具的知识，包括它的使用场合、外观要求等，从这里可以知道模具设计是一项很复杂的工作，所以在设计要不断的改进直到符合要求。

关键词：拉深 冲孔 翻孔 加工工艺

指导老师签名：柴京福

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目录

1绪论 ............................................... 8

1.1引言 .......................................................... 8 1.2我国冲压技术现状 .............................................. 8

1.2.1冲压模相关介绍 .......................................... 8 1.2.2冲模在制造业中的地位 .................................... 8 1.2.3冲压技术的发展方向与发展重点 ............................ 9 1.3总结 .......................................................... 9

2模具设计过程与要点 ............................... -10

2.1冲压模具设计要点 ............................................. 10 2.1.1冲压模具的功能.......................................-10-

2.1.2冲压模具的一般设计程序 ................................. 11 2.2冲压模具设计要点 ............................................. 12 2.3.冲压设备的选择 .............................................. 13

2.3.1设备类型的选择 ......................................... 13 2.3.2设备类型的选择原则 ..................................... 15

3工件工艺性分析及方案确定 .......................... 16

3.1冲裁工艺性分析 ............................................... 16

3.1.1零件材料分析 ........................................... 16 3.1.2结论 ................................................... 17 3.2拉深工艺性分析 ............................................... 17 3.3冲孔工艺性分析 ............................................... 17 3.4翻孔工艺性分析 ............................................... 17 3.5冲压件冲压工艺方案确定 ....................................... 17

3.5.1方案种类 ............................................... 17 3.5.2方案分析 ............................................... 18 3.5.3方案确定 ............................................... 18

4排样及计算材料利用率 .............................. 20

4.1确定排样方式 ................................................. 20 4.2计算材料利用率 ............................................... 20

4.2.1.计算制件的面积A ....................................... 20

5

4.2.2.确定搭边a与a1的值 ................................... 21 4.2.3.材料利用率计算 ........................................ 21

5冲裁压力及压力中心计算 ............................ 23

5.1落料力F落 ................................................... 23 5.2卸料力F 卸 ................................................... 23 5.3拉深力F拉 ................................................... 23 5.4冲孔力F冲 ................................................... 24 5.5顶件力F顶 ................................................... 24 5.6翻孔力F翻 ................................................... 25 5.7总冲压力F总 ................................................. 25 5.8压力中心的确定 ............................................... 26

6主要工作部分尺寸计算 ............................ -27-

6.1凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则 ......................... 27 6.2凸、凹模刃口尺寸的计算方法 ................................... 27 6.3料刃口尺寸 ................................................... 28 6.4冲孔翻孔刃口尺寸 ............................................. 29

7凸模、凹模及凸凹模的结构设计及校核 ...............-31-

7.1冲裁模工作零件的设计 ......................................... 31

7.1.1凹模 ................................................... 32 7.1.2凸模 ................................................... 33 7.2卸料、顶件和推料装置 ......................................... 36 7.3定位元件 ..................................................... 37 7.4导向元件 ..................................................... 37 7.5模架和模柄选择 ............................................... 38

7.5.1模架选择 ............................................... 38 7.5.2模柄选择 ............................................... 39 7.6压力机选择 ................................................... 39 7.7模具寿命 ..................................................... 40

8拉深模具设计 ...................................... 41

8.1拉深部分设计 ................................................. 41

8.1.1工艺计算 ................................................................................................ 41

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8.2.2拉深力计算 ............................................. 42 8.3压力机的选择 ................................................. 43

9.结论 ............................................. 44

9.1总结 ......................................................... 44 9.2展望 ......................................................... 44

参考文献 ........................................... 45 致 谢 ........................................... 45

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1绪论

1.1引言

日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。

随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。

1.2我国冲压技术现状

1.2.1冲压模相关介绍

冷冲压:是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。

冲压可分为五个基本工序：冲裁、弯曲、拉深、成形和立体压制。 冲压模具:在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。

冲压模按照工序组合分为三类：单工序模、复合模和级进模。

复合模与单工序模相比减少了冲压工艺，其结构紧凑，面积较小；冲出的制件精度高，工件表面较平直，特别是孔与制件的外形同步精度容易保证；适于冲薄料，可充分利用短料和边角余料；适合大批量生产，生产率高，所以得到广泛应用，但模具结构复杂，制造困难。

冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 1.2.2冲模在制造业中的地位

在现代工业生产中，冲模约占模具工业的50%，，在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品

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等工业部门得到极其广泛的应用。据统计，利用冲模制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%~70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。

1.2.3冲压技术的发展方向与发展重点

根据我国冲模技术的发展现状及存在的问题，今后应朝着如下几个方面发展：

1.开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具。

2.加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具制造周期。 3.大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术，提高模具制造过程的自动化程度。

4.积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料。

5.发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需要。

6．重点发展模具表面的各种强化超硬处理等技术提高模具使用寿命。

1.3总结

冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。近年来，冲压成型工艺有了很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度日趋精确，生产率有了极大的提高，正把冲压加工提高到高品质、新的发展水平。由于引入了计算机辅助工程（CAE）冲压成形已从原来对应力应变进行有限元分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化分析设计。计算机在模具领域，包括设计、制造、管理等领域发挥着越来越重要的作用。

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2模具设计过程与要点

本课题的主要目的是通过对付耳盖子的设计和加工工艺过程的分析，完成该零件的冲压模具设计。

该零件需通过①落料--②拉深--③冲孔--④平面翻孔--⑤整修五道工序完成。

2.1冲压模具设计要点

2.1.1冲压模具的功能

冲模的功能是具有制造出一定数量的冲压产品的能力，且加工还有高效率、高精度、互换性好及节约原材料等功效。

在此，可以把制造出所需的冲压产品视之为对冲模的一级功能要求。如图2.1所示，被加工材料送至固定在冲压设备上的冲模里，经过冲压加工，获得所需形状、尺寸和性能的产品。在实现冲模的一级功能要求中，即在冲模使材料变成产品的加工过程中，由于除了要保证使材料经受既定的冲压加工(塑性成形)以外，前后还必须有正确的导向、定位以及方便的卸料与出件等动作所以，冲模实际上是由具有不同功能的零部件组成的一种装置。

图2.1 冲模的一级功能要求

由于冲压产品的生产方式不是单件生产、而是批量生产，因此，为达到所需冲压产品的数量，还需具有某些二级功能要求。

冲模的二级功能要求是对其一级功能要求的完善、强化或补充。从冲模的使用角度出发，其二级功能要求主要应包括如图2-2所示的各项内容。显然，冲模的二级功能要求愈完善，则冲模的结构可能会愈复杂。

应当指出，冲模功能的各项内容正是冲模设计的依据和条件。

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图2.2 冲模的二级功能要求

2.1.2冲压模具的一般设计程序

依据冲压件的产品图样进行冲压工艺过程设计并确定工艺方案后，可进行冲模的设计。在模具设计时，要收集、准备有关的设计参考资料;经过充分理解、研究和确定内容之后，便可着手绘制模具的草图；在绘制草图阶段，进行讨论，以防发生设计上的重大错误；然后，再绘正式图。

一般模具设计图可按图2-3之方框图的步骤完成。由此方框图可知：在冲模设计过程中，必定有冲压工艺方案的分析、确定及工艺计算，从工艺方案分析开始到正式绘制模具图，中间各种步骤还应有反复分析与交叉进行的过程。

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产品图、实物资料可加工性分析样品、参考资料工艺方案确定工艺计算编写模具设计说明书模具构思图构思图讨论绘制正式图研究校对完成模具图

图2.3 模具设计程序

2.2冲压模具设计要点

模具总体结构形式的确定是设计时必须首先解决的问题，也是冲模设计的关键，它直接影响冲压件的质量、成本和冲压生产的水平。模具类型的选定，应以合理的冲压工艺过程为基础，根据冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能、生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面的因素，做综合的分析研究并考虑综合经济效果，在满足冲压件质量要求的前提下，达到最大限度地降低冲压件的成本。确定模具结构形式时，必须解决以下几方面的问题：

(1)模具类型：单工序模，级进模，复合模等；

(2)操作方式：手工操作，自动化操作，半自动化操作；

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(3)进出料方式：根据原材料的型式确定进料方法，取出和整理零件的方法，原材料的定位方法；

(4)压料与卸料方式：压料或不压料，弹性或刚性卸料等；

(5)模具精度：根据冲压件的特点确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式及模具固定方法等。

同时，在制造模具时，除生产批量、生产成本、冲压件的质量要求外，在设计冲模时还必须对其维修性能、操作方便、安全性特别是手工操作模的安全方面等予以充分的注意。

2.3.冲压设备的选择

2.3.1设备类型的选择

设备类型的选择要依据冲压件的生产批量、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状与精度要求来进行。压力机原理图如图2.4所示。

图2.4 曲柄压力机传动系统

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(1)根据冲压件的大小进行选择，参照表2-3-11。

表2-3-11 按冲压件大小选择设备

零件大小

选用类型 开式机械压力机

特点 有一定的精度和刚度，操作方便

精度与刚度更高，结构紧凑，工作

平稳

适用工序 分离及成形 （深度浅的成形件） 分离、成形 （深度大的成形件）

小型或中小型

大中型

闭式机械压力机

(2)考虑精度与刚度：在选用设备类型时，还应充分注意到设备的精度与刚度。压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载时模具间隙会发生很大的变化，影响冲压件的精度和模具寿命。设备的精度也有类似的问题。尤其是在进行校正弯曲、校形及整修这类工艺时更应选择刚度与精度较高的压力机。在这种情况下，板料的规格应该控制更严，否则，因设备过大的刚度和过高的精度反而容易造成模具或设备的超负载损坏。

(3)根据冲压件的生产批量选择，参照表2-3-12。

表2-3-12 按生产批量选择设备

冲压件批量

薄

小批量

板 厚板

设备类型 通用机械压力机 液压机 高速压力机

大中批量

多工位自动压力机

(4)考虑生产现场的实际可能：在进行设备选择时，还应考虑生产现场的实际可能。如果目前还没有较理想的设备供选择，则应该设法利用现有设备来完成

特点

速度快、生产效率高质量

较稳定

行程不固定，不会因超载

损坏设备 高效率

高效率，消除了半成品堆

储问题

适用工序

各种工序 拉深、弯曲、胀形 冲裁 各种工序

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工艺过程。

(5)考虑技术上的先进性：需要采用先进技术进行冲压生产时，可以选择带有数字显示的、利用计算机操作的及具有数控加工装置的各类新设备。 2.3.2设备类型的选择原则

设备规格的选择应根据冲压件形状的大小、模具尺寸及工艺变形力等进行。从提高设备的工作刚度、冲压件的精度及延长设备的寿命观点出发，要求设备容量有较大剩余。最新的观点是使设备留有40～30%的余量，即指使用设备容量的60～70%。还有的建议只使用容量的50%，即取设备的吨位为工艺变形力的2倍。

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3工件工艺性分析及方案确定

零件图如下图3

图3 付耳盖子零件图

生产批量 ：大批量 ；材料 ： Q235 ；材料厚度 ：0.25 mm；制造精度：

IT13

3.1冲裁工艺性分析

3.1.1零件材料分析

该零件材料为Q235冷板材料，厚度t=0.25mm。Q235属于普通碳素钢，其力学性能如表3-3-1

表3-1-1 Q235 力学性能 抗剪强度τ 屈服点σs 304-374MPa 235MPa 抗拉强度σb 伸长率δ 375-460MPa 28% 由上表可知，Q235具有良好的冲压成形性能，为一般冲压用钢，适合冲裁。

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3.1.2结论

综上所述，该零件的冲裁工艺性较好，冲裁加工能够达到设计要求。

3.2拉深工艺性分析

该工件的材料是Q235，厚度t=0.25，具有良好的可拉伸性，要将工件拉深成付耳盖子，观察其形状及尺寸，可知道，该工件可以通过拉深的校核。详细计算见后文。

3.3冲孔工艺性分析

该工件经拉深翻边后，已基本成型，还缺少的是冲孔的工序。为了更好地使零件符合标准，需通过冲孔这步骤。已知零件材料为Q235，厚度t=0.25，由Q235力学性能可见，该材料完全符合冲孔工艺。详细计算见后文。

3.4翻孔工艺性分析

该工件材料为Q235，由其力学性能得知，该材料可以进行翻孔工艺。详细计算见后文。

3.5冲压件冲压工艺方案确定

3.5.1方案种类

根据工件形状，从零件的结构特征可以看出，冲压所需的基本工序包括落料、拉深、冲孔、翻孔和整修等工序，现确定以下方案：

方案一：落料、拉深单工序模、冲孔级进模、翻孔单工序模、整修单工序模 方案二：落料、拉深单工序模、冲孔单工序模、翻孔级进模、整修单工序模 方案三：落料、拉深单工序模、冲孔单工序模、翻孔单工序模、整修单工序模 单工序模、连续模和复合模的相互比较见表3-5-1

表3-5-1单工序模、连续模和复合模的性能比较

项目 工件尺寸精度 单工序模 较低 级进模 一般IT11级以下 复合模 较高，IT9级以下 工作情况 17

工件形状 易加工简单件 可加工复杂零件，如形状与尺寸要受模宽度极小的异形件、具结构与强度的限特殊形件 制 较高 孔与外形的位置精度 工件平整性 工件尺寸 工件料厚 操作性能 较高 较差 推板上落料，平整 一般不受限制 一般不受限制 方便 较差，易弯曲 宜较小零件 0.6～6mm 方便 推板上落料，平整 可加工较大零件 0.05～3mm 不方便，要手动进行卸料 工艺性能

安全性 比较安全 比较安全 不太安全 较高，压力机一次3.5.2方案分析

分析比较上述三种方案，可以看到：各工序分别进行虽然模具简单，但是生产周期长。方案一、二中，使用连续模具，精度不能保证，因此方案一、二被排除；对于方案三，没有上述的缺点，因其工序复合程度比较高，生产率比较高，结构简单，制造费用低。因此最终确定第三种方案。本设计主要设计落料单工序模、拉深单工序模。 3.5.3方案确定

综合考虑采用方案三，再来确定采用正装复合模还是采用倒装复合模。

低，压力机一次行高，压力机一次行程生产率 程只能完成一道工序，但在多工位压力机使用多副模具时，生产率高 内可完成多道工序 行程内能完成两道以上工序 条料宽度 模具制造 要求不严格 要求严格 要求不严格 结构简单，制造周结构复杂，制造和调结构复杂，制造难期短 整难度大 度大 18

正装复合模和倒装复合模的比较见下表3-5-3

表3-5-3正装复合模和倒装复合模的比较

序号 1 2 正装 对于薄冲件能达到平整要求 倒装 不能达到平整要求 操作不方便，不安全，孔的废料由操作方便，能装自动拔料装置，能提高打棒打出 生产效率又能保证安全生产，孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉 3 废料不会在凸凹模孔内积聚，每次废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有由打棒打出，可减少孔内废料的胀较大的壁厚以增加强度 力，有利于凸凹模减少最小壁厚 4 装凹模的面积较大，有利于复杂制如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在件拼快结构 底座上省去固定板 从表3-6-3中可以看出：正装对于薄冲件能达到平整要求，且废料不会在凸凹模孔内积聚，有利于凸凹模减少最小壁厚。而倒装不能达到平整要求，而且废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度。

从保证冲裁件质量、经济性和安全性前提下，综合考虑采用正装复合模，即模具结构为落料、拉深、冲孔和翻孔正装复合模。

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4排样及计算材料利用率

4.1确定排样方式

冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。排样方案对材料利用率、冲件质量、生产率、模具结构与寿命都有重要的影响。根据零件形状，为了不增加模具的制造难度，考虑采用有废料排样方式。如图4-1

采用有废料和少废料排样，排样图分别如图4-1-1和图4-1-2

图4-1-1 有废料排样

图4-1-2无废料排样

少废料排样虽然材料利用率有所提高，但由于条料本身的宽度公差，以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响冲裁件尺寸而使冲裁件的精度降低，也降低了模具寿命，结合各自的优缺点，综合考虑采用有废料排样法。

4.2计算材料利用率

4.2.1.计算制件的面积A

制件面积A的计算公式：

A=错误！未找到引用源。402 (3-2)

= 错误！未找到引用源。*40*40

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=1256(mm) 式中 D—毛坯外径(mm) 4.2.2.确定搭边a与a1的值

查《冷冲模设计》表3-10搭边a与a1数值 取a=1.2mm a1=1.5mm 于是条料宽度:b=40+2a1=43mm

进距:l=40+a=41.2mm

4.2.3.材料利用率计算

查《中国模具设计大典》第3卷冲压模具设计。 表18.3-24轧制薄钢板的尺寸（GB/T708-1988） 板料规格选用0.25mm×700mm×1000mm(tmm×Bmm×Lmm) 1）若采用纵裁：

裁板条数n1=B/b=700/43=16条余11.99mm

每条个数n2=(错误！未找到引用源。-a)/l=(1000-1.2)/41.2错误！未找到引用源。=24个余9.99mm

每板总个数n总=n1*n2 =16*24 =384(个)

材料利用率 η总=[错误！未找到引用源。(4-2-3-1)

=[384*1256/(700*1000)]*100% =68.9%

2

n总*A/(L*B)]*100%

2）若采用横裁：

裁板条数n1=L/b=1000/43=23个余10.99mm

每条个数 n2=（B-a)/l=(700-1.2)/41.2=16个余39.55mm 每板总个数n总=n1*n2 =23*16 =368(个)

材料利用率 η总=[错误！未找到引用源。

n总*A/(L*B)]*100%

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(4-2-3-2)

=[368*1256(700*1000)]*100% =66.03%

显然纵裁的材料利用率要高些，因此选用纵裁。

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5冲裁压力及压力中心计算

5.1落料力F落

查《冷冲模设计》第54页，落料力F落公式为

F落=KLtτ (5-1)

式中 F落—落料力（N） L—冲裁件周长(mm) t—材料厚度(mm)

τ—材料的抗剪强度（MPa） K—系数，常取K=1.3

这里L=2*（40+30）=140，t=0.25mm 取τ=350MPa 则 F落=1.3*140*0.25*350 =15925.0（N）

5.2卸料力F 卸

查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数 取K卸 =0.035

F卸 = K卸 . F落

(5-2)

=0.035*1592 =557.38（N）

5.3拉深力F拉

查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数 取K=0.32，τ=400MPa

F拉=KLtτ

=0.32*140*0.25*400 =4480（N）

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5.4冲孔力F冲

查《冷冲模设计》第54页，落料力F冲公式为

F冲=KLtτ (5-4)

式中 F冲—落料力（N） L—冲裁件周长(mm) t—材料厚度(mm)

τ—材料的抗剪强度（MPa） K—系数，常取K=1.1

这里L=π*40*0.25mm t=0.25mm 取τ=450MPa 于是F冲=1.1*π*40*0.25*0.25*450 =3885.75（N）

5.5顶件力F顶

查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数 取K顶 =0.72

F顶 = K顶.F冲

(5-5)

= 0.72×3885.75 =2797.74（N）

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5.6翻孔力F翻

图5-6平板毛坯上直接翻孔

查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数

F翻=1.1π(D-d)tσ

式中 D为翻孔后直径(mm) d为翻孔预冲孔直径(mm) T为材料厚度(mm)

σ为材料的屈服极限（Mpa） 这里D=5.8，d=D-2

（H-0.43r-0.72t)=3.05-2*(1.6-0.43*0.4-0.72*0.25)=0.965

F翻=1.1*π*（5.8-0.965）*0.25*450

=1878.76（N）

5.7总冲压力F总

F总=F落+F冲+F卸+F顶+F拉+F翻

(5-7)

=15925+557.38+4480+3885.75+2797.74+1878.76 =29524.63（N）

25

5.8压力中心的确定

计算压力中心的目的是使模柄轴线和压力机滑块的中心线重合，避免滑块受偏心载荷的影响而导致滑块轨道和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。

从制件的形状可以看出，该制件是长方体结构，形状对称，故模具压力中心就在圆心部位，即无须再来计算了。冲压力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的模具来说，须使压力中心通过模柄的中心线。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。

本零件属于复杂形状的多凸模冲裁，计算压力中心时，先选定x和y轴，然后根据公式(2.7)和(2.8)来计算。 n x0? y0??Lxi?1nnii?1i?1niii??LLy?Li (5.8.1) (5.8.2)

ii?1对于使用AutoCAD绘制的零件图，将选定的原点移动到与图纸坐标原点重合

的位置，在零件图上创建域，通过查询面域特性便可获得零件的压力中心。按上述方法获得压力中心(31,15)。

26

6主要工作部分尺寸计算

6.1凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则

在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤压材料产生的，而孔的光面是凹模刃口挤压材料产生的。故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况进行，其原则如下：

(1) 落料时 落料件光面尺寸与凹模尺寸相等（或基本一致），故应以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凹模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减初始间隙。

(2) 冲模刃口制造公差 凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具一定的使用寿命。

6.2凸、凹模刃口尺寸的计算方法

根据凸、凹模的加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上分为两类。

(1)凸模与凹模分别加工方法

这种加工方法目前多用于圆形或简单规则形状（方形或矩形）的工件。该加工方法优点是，凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。其缺点是，模具的制造公差小，模具制造困难，成本较高。

(2) 凸模与凹模配合加工法

配作法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按间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，并且还可适当放大基准件的制造公差，使制造容易，故目前一般工厂常常采用此种加工方法。该零件的模具也采用这种方法。

根据冲裁件结构的不同，刃口尺寸的计算方法如下：

①落料 落料时应以凹模为基准来配作凸模，凹模磨损后刃口尺寸有变大、变小和不变三种情况：

凹模磨损后变大的尺寸：

??4Ad?(Amax?x?)0

(3.10)

27

凹模磨损后变小的尺寸：

Bd?(Bmin?x?)0?

?4(3.11)

凹模磨损后无变化的尺寸

?5?) 工件尺寸为C0??时： Cd?(C?0.?8(3.12)

?05?) 工件尺寸为C??时： Cd?(C?0.?8(3.13)

?''工件尺寸为C??时： Cd?C?

4(3.14)

其中，Ad、Bd、Cd为相应的凹模刃口尺寸；Amax为工件的最大极限尺寸；

Bmin为工件的最小极限尺寸；C为工件的基本尺寸；?为工件公差；?'为工件偏

差。

以上是落料凹模刃口尺寸的计算方法。落料用的凸模刃口尺寸，按凹模实际尺寸配制，保证最小间隙Zmin?0.09。故在凹模上只标注基本尺寸，不标注偏差，同时在图样的技术要求上应该注明：“凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙值为Zmin?Zmax”。

②冲孔 冲孔时应以凸模为基准件来配作凹模。凸模刃口尺寸的计算情况与落料相似，可参照以上公式分析。配制凸模的图样上须标明：“凹模刃口尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙值Zmin?Zmax”。

6.3料刃口尺寸

查《冷冲模设计》表3-3冲裁模初始双面间隙Z 取Zmin=0.04mm Zmax=0.06mm

对零件图中未注公差的尺寸，冲压件一般保证精度IT12，因制件形状简单且对称，在这里保证精度IT13。

查《互换性与测量技术基础》表3-6简单形状冲裁时凸凹模的制造偏差 δ

凹=+0.03mm δ凸=-0.02mm

凹|+|δ凸|=0.03+0.02 mm

因此：|δ

=0.05mm

Zmax -Zmin=0.06-0.04mm

28

=0.02mm |δ

凹|+|δ凸|> Zmax –Zmin

因此在这里采用单配方法加工。

对于落料，先做凹模，并以它作为基准配做凸模

查《互换性与测量技术基础》表2-4查出其极限偏差为：

错误！未找到引用源。

70

mm

查《冷冲模设计》表3-5磨损系数 取X=0.5

则 D凹=错误！未找到引用源。 (6-3)

=错误！未找到引用源。mm

落料凸模的尺寸按凹模尺寸配制，其双面间隙为0.04～0.06

6.4冲孔翻孔刃口尺寸

冲孔部分：δ |δ

凹=+0.01mm δ凸=-0.01mm

凹|+|δ凸|=0.01+0.01mm

=0.02mm |δ

凹|+|δ凸|

对于采用分别加工时，应保证下述关系： |δ

凹|+|δ凸|

(6-4-1)

但对于形状复杂或料薄的工件，为了保证凸、凹模间一定的隙值，必须采用配合加工。

因此在这里采用还是采用单配方法加工 对于冲孔，先做凸模，并以它作为基准配做凹模

查《互换性与测量技术基础》表2-4查出其极限偏差为：

0.914错误！未找到引用源。

mm

查《冷冲模设计》表3-5磨损系数 取X=0.5

则 d凸=错误！未找到引用源。

(6-4-2)

29

=错误！未找到引用源。1.049

mm

冲孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.04～0.06mm

30

7凸模、凹模及凸凹模的结构设计及校核

7.1冲裁模工作零件的设计

冲裁模图形如下图，具体设计详见后文

31

7.1.1凹模

凹模类型很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶拼式；刃口有平刃和斜刃。

(1) 凹模外形结构及其固定方法

在实际生产中，由于冲裁件的形状和尺寸千变万化，因而大量使用外形为圆形或矩形的凹模板，在其上面开设所需要的凹模洞口，用螺钉和销钉直接固定在模板上。

凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺孔（或沉孔）间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。

(2) 凹模孔口的结构形式

凹模型孔侧壁的形状有两种基本类型：一是与凹模面垂直的直刃壁；另一是与凹模面稍倾斜的斜刃壁。

常用的直刃壁型孔有三种结构形式：全直壁型孔，只适用于顶件式模具，如凹模型孔内带顶板的落料模与复合模。阶梯形直刃壁型孔，适用于推件式模具。直刃壁型孔的特点是刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变，制造方便。

较实用的斜刃壁凹模只有一种，这种凹模孔口内不易积存废料，磨损后修磨量较小，刃口强度较低，修磨后孔口尺寸会增大，但是由于倾斜角?不大（15'?30'），所以增大量不多，这种刃口一般用于形状简单，精度要求不高冲件的冲裁，并一般用于下出件的模具。

该模具凹模为整体式，采用矩形凹模板、直刃壁型孔。 (3) 整体式凹模轮廓尺寸的确定

冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用。由于凹模结构形式和固定方法不同，受力情况又比较复杂，目前尚不用理论计算方法确定凹模轮廓尺寸。在生产中，通常根据冲裁的板料厚度和冲件的轮廓尺寸，或凹模孔口刃壁间距离，按经验公式来确定。

①凹模厚（高）度H

H?ks (7.1.1)

其中，s为垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离(mm)；k为系数，考虑板料厚度的影响。

凹模刃壁间最大距离s=40，数k查表3.15[1]得k=0.2~0.3

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H=ks=(0.2~0.3)40=8~12m 为了保证凹模具有足够的强度和刚度，取H=10m ②凹模宽度B

B=s+(2.5~4)H=40+（2.5~4）10=65~80 (7.1.2) 为了保证凹模的强度和刚度，取凹模外形尺寸为80*10 根据凹模厚度，选择M5的螺钉；

从凹模外缘到螺孔的最小允许尺 寸，查表2.18[5]得a1?1.25d?12.5mm； 凹模块上螺孔间距的尺寸范围，查表2.20[5]得60?115mm 绘制凹模如图7.1.1所示。

图7.11 冲裁凹模结构设计

7.1.2凸模

(1)凸模长度的确定

根据冲件的形状和尺寸的不同，冲裁凸模的加工以及装配工艺等实际条件亦有所不同，所以在实际生产中使用的凸模结构型式也就有很多种的样式：其截面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃；结构型式有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。其固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销固定以及粘结剂烧注法固定等。

通过对零件上孔的分析，大孔采用台肩固定，两个小孔采用铆接固定。

33

复合模里，凸模的长度是由凸模固定板、凹模垫板和凹模的厚度来决定的。如式(3.19)：

L?1l?ll2? 3

(3.19)

其中，L为凸模长度；l1为凸模固定板厚度；l2为凹模垫板厚度；l3为为凹模厚度。

l2和l1大约取凹模厚度的(0.6~0.8)倍，l1=16mm，l2=12mm。

凸模长度：

L=l1+l2+l3=16+12+20=48mm

(2)凸模的强度计算

冲裁时凸模因承受了全部压力，所以它承受了很大的压应力。而在卸料时，又承受有拉应力。因此，在一次冲裁过程中，其应力为拉伸和压缩交变反复作用。在一般情况下，凸模的强度是足够的，因此没有必要做强度的校核。但是在冲裁厚的和硬的材料时，就有达到破坏应力或者由于疲劳而破坏的危险。尤其是在凸模特别细长或凸模的断面尺寸很小时（如冲小孔的情况），就必须要对凸模的强度——包括凸模的最小断面（危险断面）的承压能力和抗纵向弯曲能力进行校核。该模具需要对小凸模进行校核。

①凸模承受能力的校核：

??(3.20)

P?[?c] F其中，?为凸模内的压应力(MPa)；P为冲裁力(N)；F为凸模的最小断面积(mm2)；[?c]为凸模材料的许用应力。

查附录A[3]得?c?1000MPa；

??P8640?Mpa?667.5Mpa?[?c] F2.725?4.75所以凸模的承受能力足够。 ②失稳弯曲应力的校核

该凸模有顶件块导向，并且自由长度很短，不需进行失稳校核。 由以上校核可知，凸模完全满足强度要求 绘制凸模如图7.1.2所示。

34

图7.1.2.1冲裁凸模结构设计

冲裁时凸模承受了相当大的压应力，同时在卸料时又承受了拉应力，交变反复作用。所以必须充分考虑其强度。冲小圆孔凸模：为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应做成逐渐增大的多级型式。凸模结构形式是由冲裁件的形状、尺寸、冲模的加工工艺以及装配工艺等实际条件决定的。其结构有：镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等；其截面形状有圆形和非圆形。凸模的固定方式有台肩固定、铆接固定、直接用螺纹和销钉固定、黏结剂浇注法固定等。

根据零件结构分析，该零件需要冲孔径为0.914mm的小孔，属于需要特别保护的小凸模，所以在冲孔凸模台阶上安装个弹件，

图7.1.2.2冲孔凸模结构设计

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7.2卸料、顶件和推料装置

卸料、推件和顶件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，卸料是指把冲件或废料从凹模上卸下来；推件和顶件一般指把冲件或废料从凹模中卸下来。

(1)固定卸料装置

常用的固定卸料板有：与导料板制成一体的卸料板，结构简单，但装配不便；分体式卸料板，导料板装配方便，应用较多；悬臂式卸料板，用于窄长件的冲孔或切口后的卸料；拱桥式卸料板，用于空心件或弯曲件冲底孔后的卸料。

(2)弹压卸料装置

弹压卸料装置的基本零件包括卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶）、卸料螺钉等。

弹压卸料装置卸料力较小，但它既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。因此质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁（t<1.5mm）宜用弹压卸料装置。该模具采用弹压卸料装置。

卸料板的设计应注意：卸料板要求耐磨，材料一般选45钢，淬火，磨削，粗糙度Ra0.4~0.8?m；卸料板安装尺寸，计算中要考虑凸模刃磨量；该卸料板根据工件形状制成矩形，型孔与凸模的配合为H7/h6。

卸料板卸料是最常见的卸料方式。带导向的弹压卸料板由于运动平稳，并能对细小的凸模工作起到保护作用，在小孔冲模以及复杂的模具中得到很好的应用。两个模具分别采用弹压卸料板卸料和自动落料如下图。图C式冲孔废料由下模出料。图D式弹零件被推料板推出。我采用的卸料材料是聚酯橡，它的伸缩率为25%，因为卸料高度需30mm，故聚酯橡的直径为Φ120mm。

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图C 图D

7.3定位元件

模具定位零件是用以保证在冲压加工过程中材料和毛坯的正确送进及正确地将工件安放到模具上，以完成下一步的冲压工序。定位的准确与否直接影响冲件的加工精度。

条料在模具送料平面中送进时，必须在两个方向有限位：一是在与送料方向垂直的方向上限位，另一是送料方向上的限位，它控制条料一次送进的距离（步距）。属于送进导向的定位零件有导料销、导料板和侧压板等，属于送料定距的定位零件则有导正销、挡料销和定距侧刃等。

选择定位的方式和确定定位零件的结构形式时，应根据坯料形式、模具结构、冲件的精度和生产率的要求等来确定。

考虑到模具采用人工送料方式，对条料的控制调整可由人工完成，因此不需要用定距侧刃和导正销，而导料板体积较大，且其安装需加螺钉固定，一定程度上减弱了凹模的强度，影响模具寿命。因此采用固定挡料销来定位，由表2-24[5]

H7查得基本尺寸D?8mm的挡料销，它与凹模采用配合，对凹模强度的影响甚

m6微。用2颗销确定送料方向，另一颗销确定步距。

7.4导向元件

导向元件的作用是提高模具精度、减少冲床对模具精度的不良影响，同时还可以节省模具的调整时间，以及提高冲件的精度的模具寿命。常用的导向装置是导柱导套结构型式和导板导向型式。导柱导套结构又可以分为光滑的圆柱导向和

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滚珠导向装置两种。

光滑的圆柱导向装置常分为一级精度(IT5~IT6级)和二级精度(IT7~IT8级)两种。对于冲裁模来说，应根据冲裁间隙来学则其导向的等级。其原则是：导柱与导套之间的间隙应小于凸模与凹模之间的间隙。在一般的情况下，当冲裁间隙值在0.03mm以下时，应选用一级精度；而当冲裁间隙值大于0.03mm时，则可以选用二级精度的模具。对于要求寿命长的和复杂的模具，如硬质合金模、复杂的连续模，应选用一级精度的模具；而对于一般变形工序，则可以选用二级精度的模具。该模具凸模与凹模制件的间隙值为0.04～0.06mm，选用二级精度的导柱和导套。

上下模的导向，在凸模与凹模开始作用前，或压料板接触到制件前就应充分合上，以确保导向在冲压时即已发挥正常作用。导柱的长度应保证冲模在最低位置时，导柱的是端面与上模座顶面的距离不小于10~15mm；而下模底面与导柱底面的距离不小于5mm。

目前导柱与导套已经实现标准化，查表2-53[5]，采用基本尺寸d=70mm和的A型导柱，长度范围分别是150~210mm。导柱越大，模具的刚性越好，寿命也相对提高。

7.5模架和模柄选择

7.5.1模架选择

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。模架是整个模具的基础。此外，框架还要承受和传递压力，所以模架不仅要有足够的强度，还应该有足够的刚度。为了缩短模具制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准，并有商品模架出售。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质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不同，又各具有多种模架类型。

选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位、出件方式，材料送进方式，导柱受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑。

选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大30～40mm。模板厚度一般定为凹模厚度的1～1.5倍。选择模架时还要注意到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孔的孔径每边约大40～50mm。冲压模具的闭合高度应大于压

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力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度等。

通常中、小型冲模常采用后侧式、对角式或对称式的导柱型模架。四角导柱式模架主要用于精度要求高的冲压件和大型冲压件。

通过分析，该模具采用后侧导柱式模架。

查表2-64[5]，取工作台L*B=150*，模具闭合高度H?220~265mm的模架。下模座和压力机工作台采用压板和螺钉紧固，这样即可靠又方便安装调整。 7.5.2模柄选择

模柄的作用是把上模部分与压力机的滑块相连接，并将作用力由压力机传给模具。模柄的结构型式有很多，如带凸缘的模柄，主要用于大型模具；压入式模柄，主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔或上模比较重的场合；旋入式模柄则通过螺纹与上模座相固定并加防转螺钉，以防转动，它适用于中小型模具。采用以上几种结构型式的模柄，由于压力机滑块和导轨之间的间隙存在以及水平侧向分力的作用使模具的精度受到一定影响，也使冲床的导轨和模具的寿命有所降低，并使冲压件的精度要有所下降。采用浮动式模柄可以消除或降低模具结构型式造成的影响。但是本模具上需要安装推料装置，打杆必须通过模柄孔来实现推料，因此为了满足这个要求，浮动式模柄是不适用的。所以选择旋入式模柄，查表2-78[5]，选用基本尺寸d=70mm的模柄，其防转螺钉为M6，中心孔d3?17mm，采用直径为16mm的打杆。

7.6压力机选择

计算模具的闭合高度为：

H＝l上模座＋l下模座＋2l垫板＋l凸凹模＋l凸模－l重合

(7.5.1)

式中，凸凹模厚度为65mm，上、下模的垫板厚度均取为10mm，上模座厚度为40mm，下模座厚度为45mm，取凸凹模进入凹模的深度为1.5m。

H=（45+40+2*10+65+65-1.5）=233.5mm （7.5.2）

由5.7节计算出的总冲裁力F总=29524.63（N），查表13.10[6]选择型号为JH21-45的开式固定台压力机。压力机主要参数如下：标称压力450kN，最大闭合高度270mm，封闭高度调节60mm，工作台孔?160mm，模柄?50mm?60mm，行程次数80次/分。

装模高度校核如下式：

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Hmax?5mm?H?Hmin?10 (7.5.3)

这里Hmax?270mm，Hmin?210mm，H=233.5mm，满足装模要求。 模具生产率，每二个行程冲出一个件，因此每小时生产量为：

P?80?60(件)?2400(件) 27.7模具寿命

所谓冲裁模具的寿命，是指由于模具工作部分刃口的磨损致使冲件的质量达到允许极限时的冲裁次数。在一般冲裁模中，当工作部分经过刃磨后大致可以恢复到最初的质量状态。因而都把两次刃磨之间的冲裁次数叫做模具的单位寿命，而把新模具从开始使用并经过多次刃磨或经更换易损备件直至不能再继续使用时的所有冲裁次数的总和称为模具的总寿命。

判别模具寿命的依据一般有：毛刺、尺寸变化、穹弯和冲件切口的断面质量。而引起这些现象的根源就是模具的磨损。因此改善模具刃口的磨损条件会提高模具的寿命。而影响刃口磨损的最大因素是冲裁的间隙，而冲裁间隙又能影响到冲裁件的精度，因此，很有必要在加工精度和模具寿命上找到一个最优点，能降低加工精度的尽量降低，提高模具的寿命意味着成本的节省。其次影响刃口磨损的因素是冲裁件的轮廓，因此，可以从改进冲裁件的工艺性上来提高模具的寿命。冲裁件轮廓尽可能的圆滑，最小壁厚尽量增大，这些都能提高模具的寿命。再次是改进凸、凹模的材料，增强它们硬度和强度，减少磨损，以提高模具的寿命，例如用硬质合金替代工具钢，使模具的寿命能提高几倍甚至十几倍以上。 对本模具，寿命可参考表2-96[5]，得模具在20～25次修磨后的总寿命为40～70

万件。

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