用导正销定距的冲孔落料级进模

摘 要

在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中冲压模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。

本文介绍了级进模冷冲压成形过程，并且简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，冲压工序性质、数目和顺序的确定。进行了工艺力、压力中心、模具工作部分尺寸及公差的计算，并设计出模具。还具体分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料装置、垫板、凸模固定板等）的设计与制造，冲压设备的选用，凸凹模间隙调整和编制一个重要零件的加工工艺过程。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。通过充分利用现代模具制造技术对传统机械零件进行结构改进、优化设计、优化工艺方法能大幅度提高生产效率，这种方法对类似产品具有一定的借鉴作用。

关键词：级进模具；冲压模具；模具设计；工艺

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Abstract

In the traditional industrial production, the worker works very hard and there are too much work for them, so the efficiency is low. With the development of the science and technology nowadays, the use of punching die in the industrial production gain more attention, and be used in the industrial production more and more. Self-acting feed technology of punching die is also used in production, punching die could increase the efficiency of production and could alleviate the work burden，so it has significant meaning in technologic progress and economic value.

This article describes the anti-theft lock picks cold stamping process ，and a brief analysis of the blank shape, size, layout, the Conference Board, stamping processes in nature, number and sequence determination. For the process, the center of pressure, the die size and the tolerance of the calculation, design mold. Also analyzes the mold of the main components (such as punch and die and dump devices, slates, Punch plate, etc.) design and manufacturing, stamping equipment selection, punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process. Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly. By fully utilizing modern manufacturing technology to mold traditional mechanical parts for structural improvements, design optimization, Process optimization methods can greatly enhance production efficiency, the method of similar products have some reference.

Key words: anti-theft lock picks；punching die；Mold design; process

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目 录

1 综论 ....................................................................................................................... 1

1.1 冲压的定义和特点................................................ 1 1.2 冲压基本工序.................................................... 2 1.3 冲压模具........................................................ 3 1.3.1冲压模具的定义 ................................................ 3 1.3.2冲压模具的分类 ................................................ 4 1.4 我国冲压技术的现状.............................................. 4 1.5 冲压技术的发展趋势.............................................. 4 1.6 冲压模具的设计步骤.............................................. 6 1.6.1取得必要的资料 ................................................ 6 1.6.2确定工艺方案及模具结构形式 .................................... 6 1.6.3进行必要的工艺计算 ............................................ 6 1.6.4模具的总体设计 ................................................ 7 1.6.5模具主要零部件的结构设计 ...................................... 7 1.6.7选定冲压设备 .................................................. 7 1.6.8绘制模具总图 .................................................. 7 1.6.9绘制各非零件的零件图 .......................................... 7 1.7.0填写模具记录卡和编写冲压工艺文件 .............................. 8

2冲压工艺设计 ........................................................................................................ 8

2.1 冲压件的工艺性分析.............................................. 8 2.1.1结构工艺性 .................................................... 8 2.1.2尺寸精度与粗糙度 .............................................. 9 2.1.3冲裁件的材料 .................................................. 9 2.2 工艺方案的确定.................................................. 9

3 冲压模具总体结构设计 ................................................................................ 10

3.1 模具类型....................................................... 10 3.2 操作与定位方式................................................. 10 3.3 卸料与出件方式................................................. 10 3.4 模架类型及精度................................................. 11

4 模具设计工艺计算 ......................................................................................... 12

4.1 排样设计与计算................................................. 12 4.2 冲压力的计算................................................... 12 4.3 压力中心的确定................................................. 13 4.4 冲裁模间隙的确定............................................... 13 4.5 刃口尺寸的计算................................................. 14 4.5.1刃口尺寸计算的基本原则 ....................................... 14

5 模具零件的设计 .............................................................................................. 16

5．1 工艺零件的结构设计............................................ 16

III

5.1.1冲孔凸模的设计 ............................................... 16 5.1.2卸料板的设计 ................................................. 16 5.1.3导料板的设计 ................................................. 18 5.1.4导正销 ....................................................... 18 5.2 辅助零件的结构设计............................................. 18 5.2.1选择模架 ..................................................... 18 5.2.2模柄 ......................................................... 19 5.2.3模具的闭合高度 ............................................... 19

6冲压工艺过程卡 ................................................................................................. 21 结论 ................................................. 22 谢 辞 ............................................... 23 参考文献 ............................................. 24

IV

1 综论

1.1 冲压的定义和特点

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。冲压加工的对象一般为金属板料（或带料）、薄壁管、薄型材等，板厚方向的变形一般不侧重考虑，因此也称为板料冲压，且通常是在室温状态下进行（不用加热，显然处于再结晶温度以下），故也称为冷冲压。

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) 质量稳定，互换性好。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。

(2) 冲压可加工出尺寸范围较大、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，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

(3) 节能且节约金属。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。

(4) 是一种高效率的加工方法。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。

但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品；冲压工艺尤其是冲裁的噪音和振动较大，劳动保护措施不到位时，还存在安全隐患；同时，模具需要一个生产准备周期。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。

冲压应用领域：

（1）汽车行业的冲压。以拉深为主。在我国这部份主要集中在汽车厂、拖拉机厂、飞机制造厂等大厂，独立的大型冲压拉深厂还不多见。

（2）汽车等行业零部件类冲压。主要是冲剪成形。这部分的企业有许多都归在标准件厂，也有一些独立的冲压厂，目前一些汽车厂或拖拉机厂的周围都有许多这样的小厂。

（3）电器件冲压厂。这类厂是一个新的产业，随着电器的发展而发展起来，这部分厂主要集中在南方。

（4）生活日用品冲压厂。做一些工艺品，餐具等，这些厂近几年也有大的

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发展。

（5）家用电器部件冲压厂。这些厂都是在我国家用电器发展起来后才出现的，大部分分布在家电企业内。

（6）特种冲压企业。如航空件的冲压等就属于这类企业，但这些工艺厂也都归在一些大厂。

表1.1 各类产品中冲压加工零件所占比例

产品 比例/％ 汽车 60-70 仪器仪表 60-70 电子 >85 电机 电器 70-80 家用 电器 ≤90 自行车、 手表 >80 1.2 冲压基本工序

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。分离工序的共同目的是将坯料/工序件/半成品沿一定的轮廓相分离。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。成型工序的共同目的是在材料不产生破坏的前提下使坯料/工序件/半成品发生塑性变形，成为所需制件。各工序简介见表1.2。

表1.2 冷冲压的基本工序

工序 工序 性名称 质 剪裁 分离 工落裁 冲孔 序 冲料 用剪刀或冲模切断板材,切断线不封闭 用冲模沿封闭线冲切板料,冲下来的部分为工件用冲模沿封闭线冲切板料,冲下来的部分为废料 工序简单图 特点及应用范围

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切口 在坯料上沿不封闭线冲出缺口，切口部分发生弯曲,如通风板 切边 将工件的边缘部分切掉 弯曲 把板料弯成一定的形状 成拉深 形 工序 成形 翻边 复合工序 起伏 将板料局部冲压成凸起和凹进形状 将板料上的孔或外缘翻成一定角度的直壁，或将空心件翻成凹缘 压力机冲压一次可完成两道或多道不同工序的冲压方 1.3 冲压模具 1.3.1冲压模具的定义

冲压模具，是在冷冲压加工中，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。

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把平板形坯料制成空心工件

1.3.2冲压模具的分类

冲压模具的分类方法有很多种，通常可按工序性质或工序组合程度来分。按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合程度可分为单工序模、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，下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。 1.4 我国冲压技术的现状

在国家产业政策的正确引导下（退税），市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，已形成了300多亿元各类冲压模具的生产能力。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具；为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了；精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产；面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。

虽然中国模具工业过去的十多年中取得了令人瞩目的成长，但在模具设计、制造能力等多方面与工业发家国家对比仍有较大的差距，主要表现在：① 在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模的模具结构与生产周期方面存在一定差距。②在标志冲模技术先进水平的多工位级进模的制造精度、使用寿命、模具结构和功能上存在一定差距。 1.5 冲压技术的发展趋势

随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求，结合我国当前的情况，未来的发展趋势可总结为以下几个方面：

（1）冲压工艺方面

冲压工艺过程的优劣，决定了冲压件的质量和成本，因此研究和推广各种冲压新工艺是冲压技术发展的重要趋势，这对于提高生产率和产品质量，降低成本和扩大冲压工艺的应用范围有很大的现实意义。

目前，国内外涌现并迅速用于生产的冲压先进工艺有：精密冲压、柔性模（软模）成形、超塑性成形、无模多点成形、爆炸和电磁等高能成形、高效精密冲压

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技术以及冷挤压技术等。

（2）冲模设计与制造方面

模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求，有两种趋向应给予足够的重视。

①对于模具的结构与精度

一方面为了适用高速、自动、精密、安全等大批量自动化生产的需要，冲模正向高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展。另一方面，为适用市场上产品更新换代迅速的要求、各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造也得到迅速发展。

②先进制造技术有模具设计与制造领域的应用

计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用，使得模具设计与制造水平发生了深刻的革命性的变化。目前，最为突出的是模具CAD/CAE/CAM。在这个方面，国际上已有许多应用成熟的计算机软件。我国不但能消化、应用国外的软件，不少单位还自行开发了模具CAD/CAE/CAM软件，如CAXA。

模具的加工方法迅速现代化。各种加工中心、高速铣削、精密磨削、电火花铣削加工、慢走丝线切割、现代检测技术等已全面走向数控（NC）或计算机数控化（CNC）。

在模具材料及热处理、模具表面处理等方面，国内外都进行了不少研制工作，并取得了很好的实际效果。冲模材料的发展方向是研制高强韧性冷作模具钢，如65Nb、LD1、LM1、LM2等就是我国研制的性能优良的冲模材料。

模具的标准化和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。

模具标准化是组织模具专业化生产的前提，模具专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键（先进国家模具标准化已达到70～80%）。

（3）冲压设备及冲压自动化方面

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件。高效率、高精度、长寿命的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备与之相匹配；为了满足新产品小批量生产的需要，冲压设备朝多功能、数控方向发展；为了提高生产效率和安全生产，应用各种自动化装置、机械手乃至机器人的冲压自动生产线和高速压力机纷纷投入使用。

（4）冲压基本原理的研究

冲压工艺、冲模设计与制造方面的发展，均与冲压变形基本原理的研究进展密不可分。例如，板料冲压工艺性能的研究，冲压成形过程应力应变分析和计算机模拟，板料变形规律的研究，从坯料变形规律出发进行坯料与冲模之间相互作

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用的研究，在冲压变形条件下的摩擦、润滑机理方面的研究等，这都为逐步建立起紧密结合生产实际的先进冲压工艺及模具设计方法打下了基础。 1.6 冲压模具的设计步骤

冲压模具的设计实质上是冲件工艺方案的制定和模具结构的设计。和般步骤可归纳为以下几点。 1.6.1取得必要的资料

充分研究设计任务书，取得注明具体技术要求的产品零件图样。根据相关资料分析工件的冲压工艺性，对工件进行工艺审核及标准化审核。了解产品用途，并进行冲压件的工艺性及尺寸公差等级分析，对于一些冲压件结构不合理或工艺性不好的，必须征询指导教师的意见后进行改进。在初步明确设计要求的基础上进行冲压总体方案的论证。

另外，设计开始前必须预先准备好《冷冲模国家标准》、《模具设计与制造简明手册》、《冷冲压模具结构图册》等技术资料，及图板、图纸、绘图仪器等工具。也可将课程设计全部或部分工作安排在计算机上用Auto CAD、pro/E等软件来完成，相应地需事前调试设备及软件、准备好打印用纸及墨盒等材料。 1.6.2确定工艺方案及模具结构形式

通过工艺性分析，结合工艺计算，并经分析比较确定最佳方案，是冲压工艺过程设计中十分重要的环节。它包括：

（1）根据工件的形状特征、尺寸精度及表面的质量的要求，进行工艺分判断出它的主要属性，确定基本工序的性质。即落料、冲孔、弯曲、拉伸、翻边和胀形等基本工序。列出冲压所需的全部单工序，一般情况可从产品图样要求直接确定。

（2）根据工艺计算，确定工序数目。对于拉探件，还应计算拉深次数。而弯曲件、冲裁件等也应根据其形状、尺寸及精度要求等，确定是一次还是几次加工。

（3）根据工序的变形特点、尺寸精度要求及操作方便性等要求，确定工序排列的先后顺序。如采用先冲孔后弯曲、还是先弯曲再冲孔等。

（4）根据生产批量、尺寸大小、精度要求以及模具制造水平、设备能力等多种因素，将已初步依次而排的单工序予以可能的工序组合。如复合冲压工序、连续冲压工序等。通常，厚料、低精度、小批量、大尺寸的冲件宜采用单工序生产，选用简单模；薄料、小尺寸、大批量的冲件宜采用级模连续生产；而形位精度高的冲件，则宜采用复合模进行冲压。

在确定工序的性质、顺序及工序的组合后，即确定了冲压的工艺方案。也即决定了各工序模具的结构形式。 1.6.3进行必要的工艺计算

（1）工艺方案确定后，对各道冲压工序进行工艺计算： （2）计算胚尺寸；

（3）排样及计算材料消耗定额；

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（4）计算冲压所需的力、所消耗的功； （5）计算模具的压力中心；

（6）决定凸、凹模的间隙，计算凸、凹模工作部分尺寸； （7）对于拉深工序，需决定拉深的方式（压边或不压边），计算拉深次数及中间工序的半成品的尺寸。

对于某些工艺，如连续拉深等，则需要进行专门的工艺计算。 1.6.4模具的总体设计

在上述分析计算的基础上，进行模具结构的总体设计并初步计算出模具的闭合高度，概略地定出模具的外形尺寸。根据确定的工艺方案和冲压件形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便与安全等要求，选定冲模类型及结构形式。

1.6.5模具主要零部件的结构设计

模具主要零部件的结构设计包括：工作部分零件，如凸模、凹模、凸凹模等结构形式的设计及固定形式的选择；定位零件，如固定挡料销、活动挡料销及定距侧刃的选用及设计；卸料和推件装置，的选用和计算；导向零件，如导柱、导套等的设计；支持及夹持零件、坚固零件，如模柄、上下模座的结构形式的选择等。

1.6.7选定冲压设备

冲压设备的选择是工序设计和模具设计的一项重要的内容。合理的选用设备对工件质量的保证、生产效率的提高、操作时的安全性等都有重要的影响，也为模具的设计带来方便。冲压设备的选择主要决定其类型和规格，选定时主要取决于工艺要求和生产批量。 1.6.8绘制模具总图

模具总图（包括零件工作图）的绘制应严格按照制图标准来进行。同时在实际生产中，结合模具的工作特点和安装、调整的需要，其图面的布置已形成一定的习惯。

总装图的内容包括：一、主视图。一般情况下，其中一半绘制冲压开始以前毛胚置入的情况；另一半绘制冲压结束后、工件已成形（或已分离）、冲床滑块在下止点位置的状态。二、俯视图。通常情况下，一半绘制下半部分俯视图，另一半绘制上半部分的俯视图。三、列出零件明细表，注明材质及数量。凡标准件都要选定规格。四、技术要求及说明。技术要求包括冲压力、所选用的设备型号、模具总体的形位公差及装配、安装、调度、模具闭合高度、模具间隙及其他技术要求。

1.6.9绘制各非零件的零件图

零件图上应注明全部尺寸、公差及配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料

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及热处理要求，以及其他各项技术要求。 1.7.0填写模具记录卡和编写冲压工艺文件

对于小批量生产时，应填写工艺路线明细表；而在大量生产时，则需要对每个零件制定工艺过程卡和工序卡。

2冲压工艺设计

冲压工艺设计主要包括冲压件工艺性分析和冲裁工艺方案确定两方面的内容。冲压工艺的优劣，决定了冲压件的质量和成本，所以是一项十分重要的工作。

2.1 冲压件的工艺性分析

冲压件工艺性，即是指冲压件对冲裁工艺的适用性，是判断冲裁件能不能达到规定的技术要求、裁定该冲压件加工难易程度、裁定是否需要采取特殊工艺措施及预测可能出现的问题。良好的冲压工艺性应能满足材料省、工序少、模具结构简单、加工容易、寿命较长、操作安全方便、产品质量稳定等要求。一般情况下，对冲压工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。若存在冲压工艺性不好、冲压加工困难，则应在不影响其使用性能的前提下提出修改意见，经与产品设计人员协商同意后对冲压件图样作出适合工艺性的修改。 2.1.1结构工艺性

为了降低加工费用，提高加工效率，普通冲裁件应满足以下几个方面的结构工艺性要求：（1）应尽量避免应力集中的结构。冲裁件各直线或曲线连接处应尽可能避免出现尖锐的交角。除少废料排样、无废料排样、裁搭边排样或凹模使用镶拼模结构外，都应有适当的圆角相连，这样，避免冲压零件和模具成型零件产生应力集中，及模具热处理开裂。（2）冲裁件应避免有过长的悬臂和窄槽，以利于凸、凹模的加工，提高凸、凹模的强度，防止崩刃。一般材料取b≥1.5t,高碳钢应同时满足b≥2t，L≤5b；当b≤0.25mm时模具制造难度很大，当t≤0.5mm时，前述要求按t=0.5mm判断。（3）冲裁件上孔与孔、孔与边之间的距离不宜过小，以避免制件变形或因材料易拉入凹模而影响冲裁质量，凹模强度和模具寿命也受影响（当t<0.5时，按t=0.5计算）。一般当冲孔边缘与冲裁件的外形边缘不平行时（a1）不小于t，平行时（a）应不小于1.5t。(4)因受凸模刚度的限制，冲裁件的孔径不宜太小。冲孔最小尺寸取决于冲压材料的力学性能与凸模强度和模具结构。（5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，为避免凸模受水平推力而折断。孔壁与制件直壁之间应保持一定距离。使L≥R+0.5t。

本设计中的冲压零件，材料为Q235，厚度为3mm，属于大批量生产。由零件图可见，零件工艺结构简单；弯曲半径较大，没有应力集中的结构；孔的直径远大于材料的厚度，孔与零件边沿的距离符合要求。包括冲孔、落料二个基本工序，有良好的冲压性能，没有违反冲裁、弯曲件的工艺性规定，适合于冲裁。

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2.1.2尺寸精度与粗糙度

冲裁件的尺寸精度要求，应在经济精度范围以内。对于普通冲裁件一般可达IT11级，较高精度可达IT8级，冲孔比落料的精度约高一级。冲裁件的断面粗糙度一般为Ra12.5~50μm，最高可达Ra6.3μm。在满足使用要求的情况下应尽量取较低的精度等级和较大的粗糙度值，以提高加工经济性。

本设计中的零件尺寸精度为IT8级，因此一般冲裁可以达到要求。零件图上的尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可按IT13级确定工件的公差。由于冲裁件没有断面粗糙度的要求，不必考虑，这样，模具结构更简单，又降低设计和制造成本。

2.1.3冲裁件的材料

该冲压件的材料为Q235。Q235的屈服强度抗剪强度τ=216~400Mpa，伸长率32%，此材料具有良好的塑性及较高的弹性，冲裁性较好，可以冲裁加工，并且价格低廉，容易得到，符合经济性要求。 2.2 工艺方案的确定

确定工艺方案就是确定冲裁件的工艺路线。确定工艺方案包括：确定工序数目、确定工序组合、工序顺序安排。在工艺分析的基础上制定几种可能方案；再根据冲裁件的生产批量、再根据冲裁件的生产批量、形状复杂程度、尺寸大小、材料厚薄、模具制造和维修条件及冲压设备条件等多方面的因素，拟订出多种可能的不同工艺方案，进行分析比较，选取一个较为合理的方案。

根据制件的工艺分析，其基本工序有落料、冲孔共二道工序，按其先后顺序组合，可得如下几种方案；

(1) 落料——冲孔：单工序模冲压； (2) 冲孔——落料：复合模冲压； (3) 冲孔——切断：级进模冲压。

方案（1）属于单工序模冲裁工序冲裁模，指在压力机一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。考虑到此制件属大批量生产，因此采用单工序须要模具数量较多，费用高，生产率低，操作也不安全，劳动强度大，不合理，故不宜采用。

方案（2）属于复合冲裁模，复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。若采用复合冲，可以得出冲件的精度和平直度较好，生产率较高，但因后为落料凸模同时也是弯曲上模，落料刃口结构难以设计，所以此方案也不适用。

方案（3）属于进级模，是指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模具。由于制件的结构尺寸小，厚度小，用级进模冲裁时，可以使用自动送料装置，降低劳动强度，提高生产率，操作方便，通

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过合理设计可以达到较好的零件质量和较高的精度，最为合适。根据以上分析，该零件采用级进冲裁工艺方案。

3 冲压模具总体结构设计

冲压模具总体结构设计的内容主要包括选择模具的类型、确定操作与定位方式、确定卸料与出件方式和选择模架类型及精度等。 3.1 模具类型

择模具类型时应根据确定的工艺方案和冲压件形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便与安全等要求，选定冲模类型及结构形式。从零件精度方面考虑，复合模冲出的制件精度高于级进模，级进模又高于单工序模。用单工序模冲压多工序的冲压件时，要经过多次定位和变形，产生积累误差大，冲压件精度较低。复合模是在同一位置一次冲出，不存在定位误差。厚料、低精度、小批量、大尺寸的冲压件宜单工序生产，用简单模；薄料、小尺寸、大批量的产品宜用级进模连续生产；形位精度高的产品，可用复合模加工相关尺寸。

根据零件的冲压工艺方案分析，本设计采用级进模。 3.2 操作与定位方式

确定操作与定位方式时，就综合考虑工人操作是否安全，是否符合操作习惯，定位是否准确、可靠等。对于一些形状复杂、需要进行多道工序冲压的小型件，如果用单工序模分步冲压，需用手钳放置或取出坯料/工序件/制件，多次进出危险区域，很不安全，应尽量减少手进入工作区的次。有时即使批量不大，也采用比较安全的级进模进行冲压。

设计中的零件属大批量生产，安排生产宜采用自动送料方式，由自动送料装置进行粗定位，再用导正销导正。这种方式直接减少了人力投入，生产更加安全，成本得到了控制；并且减少了人为因素引起的送料误差，制件精度得到了保证。 3.3 卸料与出件方式

卸料与出件方式包括卸料、推件和顶件装置。其作用是当冲模完成一次冲压之后，把制件/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，卸料是指把制件/废料从凸模上卸下来；推件是指把制件/废料从凹模中推出来；而顶料是把制件/废料从凹模中顶出来。

卸料装置的结构形式有：固定(刚性)式、弹压式、废料切刀。固定(刚性)式装置的卸料力大，卸料可靠，结构简单，用于冲裁板料较厚(t＞0.5)、卸料力较大、冲裁件平直度要求不很高时的场合。弹压卸料装置的优点是冲裁件平直度较高，质量较好，用于质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁。对于落料或成形件的切边，如果制件大或板料厚，卸料力大，往往采用废料切刀代替卸料板，将废料切开而卸料。

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推件与顶件的目的都是从凹模中卸下制件或废料。一般把装在上模内的称为推件；装在下模内的称为顶件。推件装置一般是刚性的，其特点是推件力大，工作可靠，所以应用广泛。弹性推件装置用于板料较薄且平直度要求较高的冲裁件，其特点是容易疲劳，弹力不够，制件易嵌入边料中。

该冲压零件对平整度没有特殊的要求，为降低设计成本、简化模具结构，本设计采用固定卸料方式。为了便于操作，提高生产率，废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式.。

3.4 模架类型及精度

常用的标准模架是由上、下模座及导柱、导套组成。模架的组成零件已标准化，设计中可直接选用标准模架。模架的形式有：后侧导柱模架、中间导柱模架、对角导柱模架、四角导柱模架。后侧导柱的模架，送料及操作比较方便，但由于导柱装在同一侧，容易偏斜，影响模具寿命，适用于冲制中等复杂程度及精度要求一般的制件，如落料、冲孔、引伸等。对角导柱、中间导柱及四角导柱模架的共同特点是，导向装置都安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠，冲压时，可防止偏心力矩而引起的模具的偏斜，有利于延长模具的寿命。但条料宽度受导柱间距离的限制。对角导柱模具常用于级进模，中间导柱及四角导柱模架常用于复合模、压弯模、成形模冲制较精密的制件。滑动导向模架精度等级分三级，分别为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级；滚动导向柜架的精度要高一些，分别是0级和0Ⅰ级，使用时根据实际需要来选。 由于冲裁件尺寸不大，冲裁间隙较小，又是级进模，因此从操作方便的角度考上，宜采用后侧导柱模架。综合考虑零件精度要求以及冲裁间隙等因素，因此采用Ⅰ级模架精度。

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4 模具设计工艺计算

模具设计工艺计算的内容包括排样设计与计算、冲裁力的计算、压力中心的确定、冲裁间隙的确定、刃口尺寸的计算、刃壁高度的确定等。 4.1 排样设计与计算

冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样内容包括：选择排样方法、确定搭边数值、计算条料宽度及步距、画出排样图。排样的方法有很多种，一般根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样又可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多种形式。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。

该冲裁件材料厚度适中，尺寸不大，但是圆弧曲线多，形状比较复杂。从提高冲裁件质量、延长模具寿命等因素考虑，采用有废料排样。根据零件的形状，可得出横排、纵排和对排三种排样方案。此工件只有冲孔和落料两个工序。材料为Q235，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结果简单，有2个直径24mm的孔；孔与孔，孔与边缘之间的距离满足要求，工件的尺寸全部为自由公差，可看着IT14级，尺寸精度底，普通冲裁就能满足要求。采用图（一）所示的排样方法，可减少废料。第一次冲裁使用活动挡料销，然后第二次可用固定挡料销。

搭边值取1.8mm，壁厚取2.2mm，条料宽度为114.7mm，步距为55.8mm，一个步距的材料利用率为67.2% 。

图4.1

4.2 冲压力的计算

该模具采用级进模，选择弹性卸料，下出件。冲压力的相关计算见表1 根据计算结果，冲压设备拟选择 J23-25。

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表4,2 条料及冲压力的相关计算 项目分结果 项目 公式 类 4300.72冲裁件面积A A=542+?272-2??122 mm 排样 条料宽度B B=108+2?3.1＋0.5 114.7mm 21mm 67.2% 备注 a=2.2mm, a1=1.8mm 步距S S=54+1.8=55.8 nA一个步距的材料＋100% ??利用率 BS冲裁力Fp 冲压力 推件力FQ1 冲压工艺总力FZ 4.3 压力中心的确定

Fp=KpLt?=1.3×277.56?3×235 FQ1=nFp=8?0.03?254384 FZ?=0.9㎜ c=0.5㎜ 254384L=277.56mm N 61052N n取8 315436N 刚性卸料 下出件 =Fp＋FQ1 =254384+61052 模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。

模具的压力中心，可按以下原则来确定：

1、对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。

2、工件形状 相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 3、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置即为所求模具的压力中心。

通过软件得出该零件的压力中心点（-2.89，0）。

4.4 冲裁模间隙的确定

设计模具时，选择一个合理的冲裁间隙，可获得冲裁件断面质量好、尺寸精度高、模具寿命长、冲裁力小的综合效果。生产实际中，一般是以观察冲裁件断面状况来判定冲裁间隙是否合理，即塌角带和断裂带小、光亮带能占整个断面的1/3左右，不出现二次光亮带、毛刺高度合理，得到这种断面状况的冲裁间隙就是在合理的范围内。

确定合理冲裁间隙方法有：理论计算法、查表法、经验记忆法。但迄今为止，理论计算法尚不能在实际工作中发挥使用价值。在生产实际中，合理间隙值是通过查问由实验方法所制定的表格确定的。冲裁模初始用间隙值由文献【4】查得，如表4.5所示。经查表4.5，最小双面间隙2Cmin=0.36mm，最大双面间隙2Cmax=0.42mm。

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表4.4 冲裁模初始用间隙2c(mm) 材料 厚度 小于0.5 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 08、10、35、 09Mn、Q235 2Cmin 2Cmax 2Cmin 16Mn 2Cmax 40、50 2Cmin 2Cmax 2Cmin 65Mn 2Cmax 极小间隙 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 4.5 刃口尺寸的计算

4.5.1刃口尺寸计算的基本原则

冲裁模凸模和凹模工作部分的尺寸直接决定冲裁件的尺寸和凸凹间隙的大小，是冲裁模上的重要尺寸。计算的原则是：第一，冲孔件的尺寸等于凸模实际尺寸；第二，落料件的尺寸等于凹模实际尺寸。常用的模具加工方法有：凸模和凹模分别加工的分别加工法；凸模和凹模配合加工的单配加工法。分别加工法分别规定凸、凹模的尺寸及公差，使之可分别进行加工制造，凸、凹模的尺寸及制造公差都对间隙有影响，此方法制造的模具零件具有互换性，Zmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。单配加工法用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙，此方法只需计算基准件的基本尺寸及公差，另一件不需标注尺寸，仅注明“相应尺寸按凸模(或凹模)配作，保证双面间隙在Zmin～Zmax之间”即可。单配加工法基准件的制造公差不再受间隙大小的限制，同时配合件的制造公差δ≤Zmax～Zmin，就可保证获得合理间隙，模具制造更容易。在实际生产中大

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多用配合法做模。结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单,适宜采用线切割机床分别加工落料凸模，凹模，凸模固定板，卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算见表二所示。 尺寸及分类 表4.5.1 工作零件刃口尺寸的计算 尺寸转换 计算公式 结果 ??d0备注 落料 R27 R27 Dd?(Dmax?x?)Dp?(Dd?2C)026.860?0.021 查表得冲裁双面间隙2Cmin=0.36㎜ 2Cmax=0.42㎜ 磨损系数X=0.5，模具按IT14级制造。校核满足 26.5?0.01300min??p 冲孔 ?24 ?24 dp?(dmin?x?)??p dd?(dp?2Cmin)0d ??24.09?0.0130 24.450?0.021孔心距 54 54 Ld=（Lmin＋0.5△）＋0.125△ 54.25?0.0625?0.0625

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5 模具零件的设计

从冲模的典型结构分析中可以看出，组成冲模的零件虽然多种多样，但根据其作用可以分为两大类：工艺零件与结构零件。前者直接参与完成工艺过程并决定着制件的形状与尺寸及其精度，后者只对模具完成工艺过程起保证或完善作用。 5．1 工艺零件的结构设计

这类零件是直接参加完成冲压工序及与材料和冲件相互接触，它们对完成工艺过程起主要作用，直接使板料产生金属流动、造成塑性变形或引起材料分离的零件。其中包括：工作零件，如凸模、凹模、凸凹模等；定位零件，如挡料销、定位板、定距侧刃等、卸料、推料及压料零件，如卸料板、压边圈、顶件器、废料切刀以及与模具安装在一起的送料、送件装置等。

工艺零件设计时，首先要考虑零件用什么方法加工制造及总体装配方法。结合模具的特点，本模具适宜采用线切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及冲孔大凸模、冲孔小孔凸模。这种加工方法可以保证这些零件各个内孔的同轴度，使装配工作简化。下面就分别介绍各个零部件的设计方法。 5.1.1冲孔凸模的设计

该冲压件虽然形状不是很复杂，但曲线比较多，所以将落料模设计成直通式凸模，直通式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，直通式凸模采用线切割机床加工。凸模加工好后需要进行热处理，使其硬度达到58~62HRC。凸模直接用2个M4的螺钉固定在垫板上，与凸模固定板按H7/m6配合。采用固定卸料板时，凸模长度按下式计算：

L?H1?H2?H3?Y （式5—1）

式中：H1——凸模固定板的厚度： H2——卸料板的厚度； H3——导料板的厚度；

Y——附加的长度，包括凸模刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度(0.5~1 mm)、凸模固定板与卸料板的安全距离A=(15~20mm)等。 所以，L=108mm。 5.1.2卸料板的设计

本模具的卸料板不仅有卸料作用，还具有对外形凸模导向和对内孔凸模起保护作用。卸料板的外形尺寸与凹模板一样，即L×B=300×240㎜。卸料板厚度可从文献【2】查到，如表5.3所。经查表5.3得卸料板厚度h=30㎜因该板同时兼起导板作用，按H7/h6制造，同时就保证导板与凸模之间的间隙要小于凸、凹模之间的间隙，以确保凸、凹模的正确配合。

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表5.1.2 凹模壁厚（mm） 冲件料厚 冲件料宽 ≤0.08 ≤40 >40~50 >50~70 >70~90 >90~120 >120~150 20~25 22~28 28~36 32~42 35~45 40~52 矩形凹模的宽度和长度 L ×B 63×50、63×63 80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80 125×100、125×125、140×80、140×80 140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×125 160×160、200×140、200×160、250×125、250×140 200×200、250×160、250×200、280×160 250× 250、280×200、280×250、315×200 315×250 >0.8~1.5 22~28 24~32 30~40 35~45 40~52 42~52 >1.5~3 24~32 28~36 32~42 38~48 42~54 45~58 >3~5 28~36 30~40 35~45 40~52 45~58 48~62 表5.1.2矩形和圆形凹模的外形尺寸（mm）（GB2858-81）

矩形和圆形凹模厚度 H 10、12、14、16、18、20 12、14、16、18、120、22 14、16、18、20、22、25 16、18、20、22、25、28 16、20、22、25、28、32 18、22、25、28、32、35 20、25、28、32、35、40 20、28、32、35、40、45 表5.1.3 固定卸料板厚度 冲件厚度t ~0.8 >0.8~1.5 >1.5~3 >3~4.5 >4.5

卸料板宽度 ≤50 6 6 8 10 12 >50~80 6 8 10 12 14 17

>80~125 8 10 12 14 16 >125~200 10 12 14 16 18 >200 12 14 16 18 20

5.1.3导料板的设计

条料靠着导料板送进，可以避免送偏。为使条料顺利通过，导料板间的距离应等于条料的最大宽度加上一间隙值（一般大于0.5mm）。本设计中导料板的长度与凹模板一样，即L?125。查文献【4】表14-17和【10】由文献【10】可确定卸料板的厚度，经查表5.4得，导料板厚度为10㎜（送料时材料不抬起）。由此可得导料板1的外形尺寸360×60×10㎜，导料板2的外形尺寸为360×60×10㎜，导料板的其他尺寸看零件图。

表5.1.3.1 导料板厚度 导料板长度 冲件材 料厚度 ≤1 >1~2 >2~3 >3~4 >4~6 5.1.4导正销

使用导正销的目的是消除送料时用挡料销和导料板等定位零件作粗定位时的误差，保证冲件在不同工位上冲出的内形与外形之间的相对位置公差要求。导正销主要用于级进模，也可用于单工序模。导正销直径一般应大于2mm以防折断，如果小于2mm，则应冲工艺孔来导正。导正销直径按h6至 h9制造，分A型、B型、C型、D型四种形式。A型用于导正d=2~12mm的孔；B型用于导正d≤10mm的孔，这种形式的导正销采用了弹簧压紧结构，如果送料不正确时，可以避免导正销的损坏；C型用于导正d=4~12mm的孔，这种形式拆装方便，模具刃磨后导正销长度可以调节；D型用于导正d=12~50mm的孔。

本设计中的导正孔d=24mm，采用D型导正销。根据JB/T7647.3—1994，导正销的结构尺寸参看零件图。

5.2 辅助零件的结构设计 5.2.1选择模架

模架由上、下模座及导柱、导套构成。模架的基本技术要求有： (1)要有足够的强度与刚度，以保证工作时整个模具系统的稳定。

(2)要有足够的精度，如上、下模座上、下平面均要平行；导柱、导套要与上、下模座垂直：模柄要与上模座垂直。

(3)上、下模座之间的导向要精确，导柱、导套之间的间隙要合理，以保证上、下模

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送进时材料抬起 ≤200 4 6 8 10 12 >200 6 8 10 12 14 送进时材料不抬起 ≤200 3 4 6 8 10 >200 4 6 6 8 10

之间的运动平稳、顺畅，不移位或很少移位。

根据GB/T2851-2008，由凹模外形尺寸及安装要求选取凹模周界：L×B=70×70㎜，闭合高度：H=150~190，可选得：

上模座：400×300×60㎜；材料为HT200，上模座要进行调质处理，使其硬度为28~32HRC。

下模座：400×300×60㎜；材料为HT200，下模座要进行调质处理，使其硬度达到28~32HRC。

导柱，滑动式导柱与导套之间的配合间隙根据冲模的要求选取，其间隙必须小于冲裁间隙，冲裁间隙小的一般选用H6/h5配合；间隙大的选用H7/h6配合。为最大限度的保证精度要求，本设计中导柱与导套之间采用H6/h5配合。

导套，导套与模座的装配一般为过盈配合，在某些特定的情况下，还可以采用粘结的方法固定，作为模架零件加工精度达不到要求时的一种补救方法。为方便装拆，本设计采用H7/r6过盈配合的方法将导套固定到模座上。

5.2.2模柄

模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有：（1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。（2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用H7/m6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。（3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，为防止松动，拧入防转螺钉紧固，垂直度较差，主要用于小型模具。（4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座紧固在一起，使用与较大的模具。（5）浮动式模柄，它由模柄，球面垫块和连接板组成，这种结构可以通过球面垫块消除冲床导轨位差对对冲模导向精度的影响，适用于滚珠导柱、导套导向的精密冲裁。

由压力机的型号JG23-40可查得模柄孔的直径为50㎜，深度为70㎜。由装配要求，模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转。由于采用固定卸料，上模座回程时受力较大，因此选用压入式模柄较合理。在设计模柄时模柄长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致，所以根据GB/T7646.1-94得到所需的模柄，材料为Q235，结构尺寸看图纸。 5.2.3模具的闭合高度

冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离H。冲模的闭合高度必须为压力机的装模高度相适应。冲模的闭合高度H闭应介于压力机的最大装模高度Hmax和最小装模高度Hmin之间，其关系式如下：

Hmax?5?H闭?Hmin?10 （式5—5）

式中：Hmax——压力机的最大装模高度；

H闭——冲模的闭合高度；

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Hmin——压力机的最小装模高度。

由此可见该模具闭合高度为268㎜小于所选压力机JG23-40的最大装模高度（300mm）可以使用

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6冲压工艺过程卡

厂名 冲压工艺卡 产品型号 产品名称 材料技术要求 工序内容 毛坯尺寸/mm 条料 1.5x68x1800 零件名称 零部件型号 每毛坯可制件数 设备 毛坯质量 工艺装备 共 页 第 页 辅助材料 备注 材料牌号及规格/mm 工序号 工序名称 01 下料 剪床栽板 JG23-40 冲孔02 冲孔 2??24 JG23-40 冲孔落料级进模 03 落料 零件与板料分离 JG23-40 冲孔落料级进模 04 检验 按产品零件图检验 更改文件号 签字 会签 (日期) 标记 处数 日期 编制 审核 （日期） （日期）

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结论

通过二周的模具课程设计对所学的专业知识有了一个比较全面的总结和运用。而且通过这次设计又学习到不少新的知识。在以前的学习中没有接触过这方面的知识，相信这些知识在以后我的工作中会应用较多。通过这次设计已经对模具有了一定的了解，并且初步掌握了模具的设计。

这次设计让我感觉到，想做好一件事，一定要做好充足的准备工作，然后按照计划一步一步的完成。另外，通过此次设计也深深感觉到仅仅学习课本上面的知识是远远不够的，今后必须增加阅读，扩大自己的知识面。

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谢 辞

本次设计一直是在指导老师和同学的悉心指导下进行的。指导老师治学态度严谨，学识渊博，并且在整个过程中，分阶段对我的设计进行总结，并提出新的问题，特别是在设计的初始阶段和模具的结构设计上给了我很多建设性的建议，使我做了许多有益的思考，设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题。在此，对指导老师表示由衷的敬意和诚挚的感谢。另外，在设计过程中也多次和身边的同学做过很多交流、探讨并得到了许多启发，在此也感谢同学们给予的帮助。

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参考文献

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