紫铜零件倒装模设计说明书

机电与车辆工程学院毕业设计（论文）

题 目： 紫铜零件倒装复合模设计 专 业： 机械电子工程 班 级： 09级一班 姓 名： 陆锦龙 学 号： 1611090117 指导教师： 夏显明 日 期： 2012.12.28

目 录

绪 论……………………………………………………………………………………………3 1零件冲裁工艺性分析与计算 ..................................................................................... 6

1.1零件冲裁工艺性分析 ....................................................................................... 7 1.2 零件的冲载间隙 ............................................................................................. 8 1.3 零件凸凹模刃口尺寸及制造公差的计算 .................................................... 10 2 零件排样 .................................................................................................................. 14

2.1 材料的合理利用 ............................................................................................ 14 2.2 搭边值的确定 ............................................................................................... 14 2.3 确定零件排样方法 ........................................................................................ 16 2.4 条料宽度与步距的确定 ................................................................................ 16 3 冲压力的计算与压力机的选择 ............................................................................... 17

3.1 冲压中心与冲压力的计算 ............................................................................. 17 3.2 公称压力的确定 ............................................................................................. 20 3.3压力机的选择 .................................................................................................. 20 4.1模具凸模、凹模和凸凹模的结构设计 .......................................................... 22 4.2模具总体设计与标准零件 ............................................................................... 26 4.3模具总装图 ...................................................................................................... 31 4.4 模具的装配 ...................................................................................................... 34 结论 ............................................................................................................................... 35 参考文献 ........................................................................................................................ 36

4 模具的设计 .......................................................................................... ……………22

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紫铜零件倒装复合模设计

摘要：本文以紫铜零件倒装复合模设计为主要内容，其中包含冲压件工艺分析、工艺方案及模具类型的确定、排样设计、冲压力与压力中心计算、工作零件刃口尺寸计算、工作零件结构尺寸、其它模具零件结构尺寸、冲床选用、模具总装配图CAD二维和PROE三维。能综合运用我在所学的模具设计方面的知识，培养我在设计方面的能力。能通过自己所学的知识与实践相结合。

关键词：紫铜零件；倒装复合模；模具设计；CAD；PRO/E

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绪 论

1 模具工业的现状及我国模具的发展趋势

1、现代模具工业有“不衰亡工业”之称。 模具是以特定的结构形式通过一定的方式使材料成形为制品的工具产品，是工业生产基础工艺装备，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，越来越引起各级政府和国民经济各产业的重视，特别是轻工、电子、机械、通讯、交通、汽车、军工等部门，如果没有模具就很难生产和发展产品；如果不能及时供应模具，就会影响生产的发展；如果模具精度低则产品质量差；如果模具寿命短则生产效率低、成本高。欧美工业发达国家将模具比喻为“点铁成金”的“磁力工业”、“金钥匙”、“金属加工帝皇”、“进入富裕社会的原动力”。在我国把模具称为“工业之母”、和“无以伦比的效益放大器”。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。随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高。在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，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。此外，许多研究机构和院校开展模具技术的研究和开发。

2、我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，60％－80％的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。精度将越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5μｍ，现在已达2－3μｍ。不久，１μｍ精度的模具将上市。随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在１μｍ以下，这就要求发展超精加工。

我国模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。通过这种多功能的模具生产出来的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪

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表的铁芯组件等。多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。这种模具缩短了产品的生产周期，今后在不同领域将得到发展和应用。随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，这项技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。国内热流道模具也已经生产，有些企业已达30％左右，但总的来看，比例太低，亟待发展。随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型工艺的模具将随之发展。模具标准件的应用将日渐广泛，模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。同时，快速经济模具的前景十分广阔。由于人们要求模具的生产周期越短越好，因此开发快速经济模具越来越引起人们的重视。例如研制各种超塑性材料来制作模具；用环氧、聚酯或在其中填充金属、玻璃等增强物制作简易模具。这类模具制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。还可用水泥塑料制作汽车覆盖件模具。中、低熔点合金模具，喷涂成型模具，电铸模，精铸模，层叠模，陶瓷吸塑模及光造型和使用热硬化橡胶快速制造低成本模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。模具行业中压铸模的比例将不断提高。随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，对压铸模的数量、寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高，塑料模的比例将不断提高，其精度和复杂程度也将随着相应提高。未来模具产品将配合光电、3C/IC产业发展，以更快的速度制造出更精密的产品，因此精密电子模具的协同开发、高品质模具产品的全球化供应，应是今后模具业的重要发展方向。 2 现代模具设计制造技术简介

目前，英、美、德等国及我国一些高等院校和科研院所开发的模具软件，具有新一代模具CAD/CAM软件的智能化、集成化、模具可制造性评价等特点。罗百辉表示，新一代模具软件应建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识上。这些知识经过了系统化和科学化的整理，以特定的形式存储在工程知识库中并能方便地被模具所调用。在智能化软件的支持下，模具CAD不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论的指导下，充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验，其设计结果必然具有合理性和先进性。

新一代模具软件以立体的思想、直观的感觉来设计模具结构，所生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，这就要求模具软件在三维参数化特征造型、成型过程模拟、数控加工过程仿真及信息交流和组织与管理方面达到相当完善的程度并有较高集成化水平。衡量软件集成化程度的高低，不仅要看功能模块是否齐全，而且要看这些功能模块是否共用同一数据模型，是否以统一的方式形成全局动

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0.7 0.8 0.064 0.072 0.092 0.104 0.064 0.072

0.092 0.104 0.064 0.072 0.092 0.104 0.064 0.064 0.092 0.092 由上表可查得：零件冲裁间隙可取Z＝Zmin＝0.04mm。

1.3 零件凸、凹模刃口尺寸及制造公差的计算

1 凸、凹模刃口尺寸及制造公差计算的原则

事实证明，由于凸、凹模刃口间隙的存在，落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的尺寸接近于凹模刃口的尺寸，冲孔件的尺寸接近于凸模刃口的尺寸。所以，计算凸 、凹模刃口尺寸及制造公差时应遵循的原则如下：

1）落料时，落料件的尺寸取决于凹模尺寸；冲孔时，孔的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。

2）在设计凸、凹模刃口尺寸时，考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，故在设计落料模时，凹模公称尺寸取工件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模公称尺寸取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。在凸模、凹模受到一定磨损时仍冲出合格零件。

3）在确定模具刃口制造公差时，既要能保证工件的精度要求，又能保证合理的间隙数值。一般模具制造精度比工件精度高3～4级。

4）冲裁模刃口尺寸均按“入体”原则标注，即凹模刃口尺寸偏差标注正值，凸模刃口尺寸偏差标注负值，而对孔心距以及不随刃口磨损而变的尺寸，取为双向偏差。 2 凸、凹模刃口尺寸及制造公差的计算方法

根据上述基本原则，可以确定凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差。由于模具加工和测量方法的不同，凸模与凹模刃口尺寸及制造公差的计算方法，可分为两种：凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。

1）凸模与凹模分开加工

分开加工是指凸模与凹模分别按照各自的图纸单独加工，模具间隙靠加工出的尺寸保证。采用凸模与凹模分开加工这种方法，要分别计算和标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证间隙值，应满足式2－2条件。

δ

凸

+δ凹 ≤ Zmax－Zmin （1.2）

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式中：δ凸—— 凸模的制造公差，其值见表2.5；

δ凹—— 凹模的制造公差，其值见表2.5。

表2.5 规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差 t=0.5mm

凸模公差δ≤10 ＞10～50 ＞50～100 0.004 0.004 0.005 凸 凹模公差δ0.006 0.006 0.008 凹 下面就冲孔和落料两种情况加以分析讨论。 （1）冲孔

根据刃口尺寸计算原则，冲孔时应首先确定凸模刃口尺寸。由于基准件凸模的刃口尺寸在磨损后会减小，因此应使凸模的基本尺寸接近工件孔的最大极限尺寸，在增

?大凹模尺寸以保证最小合理间隙Zmin。凸模的制造取负偏差。设工件孔的尺寸为D0，

其计算公式为：

d凸 = (d﹢xΔ)0 （1.3）

??凸?凹 （1.4）

d凹 = (d凸﹢Zmin)?0式中 d凸、d凹 ——冲孔凸、凹模基本尺寸（mm）；

Δ——工件制造公差（mm)； x ——磨损系数，其值可查表1.6。

表1.6 磨损系数x

料厚 t/mm 1 非圆形冲件 0.75 0.5 冲件公差Δ/mm 1 1～2 2～4 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 0.17～0.35 0.21～0.41 0.25～0.49 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 圆形冲件 0.75 0.5

（2）落料

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根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值Zmin。仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。设工件尺寸为D0??，其计算式如下：

?凹 （1.5）

D凹=（D－x△）?0 D

凸

=（D凹－Zmin）0 （1.6）

??凸式中：D凹、D凸——落料凹、凸模基本尺寸(mm)。

(3) 凸、凹模刃口部分尺寸及制造公差计算如下： 1）冲孔凸、凹模刃口部分尺寸

孔Ф28mm：由冲孔所得。查表1.4得最大、最小合理间隙值：

Zmax＝0.06 mm ，Zmin＝0.04 mm。

查表1.5得凸、凹模制造公差：

δ凸＝0.004 mm ，δ凹＝0.006 mm。 较核：Zmax－Zmin＝0.02 mm，δ凸+δ凹＝0.01 mm。 满足Zmax－Zmin≥δ凸+δ凹条件。 查表1.6得磨损系数x： x＝0.75。

?0.1由凸、凹模刃口尺寸的计算方法，对于孔Ф280的凸、凹模刃口尺寸可采用凸模

与凹模分开加工方法计算。

根据式（1.3）和（1.4）得：

d凸=（d1 + x△）0＝（28＋0.75×0.15）0?0.004 mm ??凸1 ＝28.1125 0?0.004 mm

?0.006d凹＝（d凸＋Zmin ）0?凹1＝（28.1125＋0.04）0 mm

??0.006 ＝28.1525 0 mm

2）冲孔凸、凹模刃口部分尺寸

孔Ф12.5mm：由冲孔所得。查表1.4得最大、最小合理间隙值：

Zmax＝0.06 mm ，Zmin＝0.04 mm。

查表1.5得凸、凹模制造公差：

δ凸＝0.004 mm ，δ凹＝0.006 mm。 较核：Zmax－Zmin＝0.02 mm，δ凸+δ凹＝0.01 mm。 满足Zmax－Zmin≥δ凸+δ凹条件。 查表1.6得磨损系数x： x＝0.75。

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?0.1由凸、凹模刃口尺寸的计算方法，对于孔Ф280的凸、凹模刃口尺寸可采用凸模

与凹模分开加工方法计算。

根据式（1.3）和（1.4）得：

d凸=（d1 + x△）0＝12.61250?0.004 mm ??凸1?0.006d凹＝（d凸＋Zmin ）0?凹1＝12.63750 mm

?对于孔心距（32±0.1），由冲孔是获得，故有：

L凹 =（Lmin + 0.5Δ）±Δ/8

=（31.9+0.5×0.1）±（0.1/8） = 31.95±0.0125（mm） 2）落料时凸、凹模刃口部分尺寸

由于零件落料形状较复杂，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：

根据计算原则，以凹模为基准件，因凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此属于A类尺寸。

查表2－6得磨损因数x为：当 △＜0.16时，x＝1；当0.17＜△＜0.35 时，x＝0.75。

所以 A ＝（Amax－x△）0??4 得：

?0.144

92凹 ＝（92－1×0.14）0?0.035= 91.860 mm

mm

52凹 ＝（52－1×0.12）0 = 51.880

?0.03?0.124

mm

mm

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2 零件排样

2.1 材料的合理利用

排样的目的在于节约原材料，在保证安全的情况下，尽可能的降低成本。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。一般以一个进距内的材料利用率η来表示，其计算公式如下：

nA×100% （2.1） bh式中 A ——冲裁件面积（包括内形结构废料）（mm2）；

η=

n ——一个进距内冲裁件数目； b ——条料宽度（mm）；

h ——步距（mm）。

也可用一张板料上总的材料利用率η

η

总来表示，其计算公式如下：

总

= n总ALB×100% （2.2）

式中 η总——一张板料上冲裁件总数目；

L ——板料长（mm）。

2.2 搭边值的确定

排样中工件之间，以及工件与条料侧边之间留下的余料称为搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲出合格的工件和送料方便。搭边还可以保持条料有一定的强度和刚度，便于送料，提高劳动生产率。

搭边是废料，从节省材料出发，搭边越小越好。但过小的搭边值容易挤进凹模，

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增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件剪切表面质量。为了避免这一现象，一般可取等于材料的厚度。

搭边值的大小与下列因素有关：

1）材料的力学性能：一般来说，硬材料的搭边值可小些，而软材料、脆性材料的搭边值要略大一些。

2）工件的形状与尺寸：冲裁件的尺寸大或有尖突的复杂形状时，则搭边值要去取大一些；反之则取小一些。

3）材料厚度：材料较厚的工件搭边值应取大一些。

4）送料方式及挡料方式：用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以小一些。 5）卸料方式：弹性卸料比刚性卸料的搭边值要小一些。

一般来说，搭边值是由经验确定的。表2.1列出了冲裁时的最小搭边值。

表2.2 搭边a和a1数值

圆件及r＞2t的工件 工件间a1 ＜0.25 0.25～0.5 0.5～0.8 0.8～1.2 1.2～1.6 1.6～2.0 2.0～2.5 2.5～3.0 3.0～3.5 3.5～4.0 4.0～5.0 5.0～12 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 沿边a 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.5 0.7t 矩形工件边长 L＜50mm 工件间a1 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 沿边a 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 矩形工件边长L＞50mm或r＜2t的工件 工件间a1 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 沿边a 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t 材料厚度 因为此次设计采用的往复送料形式，故由表可查得搭边值：冲裁时的最小搭边值的大小为：a＝1.5mm，a1＝1.2mm。

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2.3 确定零件排样方法

常用的冲裁件的排样方法分为三类。 1）有废料排样

有废料排样是指沿工件全部外性冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留 有搭边。这种排样的缺点就是：材料的利用率低。

2）少废料排样

少废料排样是指模具只沿工件部分外行轮廓冲裁，只是局部有搭边的存在，这样一来就提高了材料的利用率。

3）无废料排样

无废料排样是指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。

少、无废料排样的缺点是工件质量较差，模具的寿命不高。但这类排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。并且，工件必须具备一定的形状特征才能采用少、无废料排样。

上述的三类排样方法，按工件的外行特征又可分为直排法、斜排样、对排法、混合排、多行排、裁搭边法等形式。根据零件的对称性结构特点，此设计的排样图采用直排有废料排法，其排样图如图2.1所示。

图2.1 排样图

2.4 条料宽度和步距的确定

在排样方式和查得的最小搭边值之后，根据条零件的排样方法和展开长度就可以确定条料的宽度，进而可以确定导料板间间距。条料的宽度要保证冲裁时冲件周边有足够的搭边值，导板见距应使条料能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与条料之间在一定的间隙。

由排样图2-4中，我们可以得到条料的宽度和送进步距如下：

条料宽度：b= 55 mm

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送进步距：h =77mm

3 冲压力的计算与压力机的选择

3.1冲压中心与冲压力的计算 1 压力中心的计算

冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。压力中心应与冲床滑块中心线重合，以保证冲裁模具的正确、平稳的工作，防止滑块承受偏心载荷，使得模具歪斜，造成凸、凹模之间的间隙不均匀，从而导致冲床滑块与导轨和模具的不正常模损，降低冲床和模具的寿命。所以在设计模具时，必须要确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与冲床滑块中心重合。

冲裁件的压力中心与冲裁件的重心不同，压力中心是冲裁合力的中心，与冲裁力的大小和作用位置有关，而重心则取决于工件形状和质量分布，只有当工件具有中心对称形状时，压力中心才和中心重合。

零件是轴对称零件，所以其重心在对称中心上。

R1464图3.1

2 冲压力的计算

R6,25在冲裁过程中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称，是冲裁时压力机应具有的最小压力。冲压力是选择压力机、设计冲裁模和校核模具强度的重要

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R14

依据。由其定义可知，冲压力的计算包括冲裁力的计算、卸料力的计算、推件力的计算和顶件力的计算。现分别介绍如下：

1）冲裁力计算

冲裁力是冲裁时凸模冲穿板料所需的压力。直接影响冲裁力的大小主要因素有抗剪强度、材料厚度和冲裁件轮廓周长。同时，冲裁间隙、刃口锋利程度、冲裁速度、润滑情况等都对冲裁力有影响。

一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：

F?KL?t (3.1) 式中 F —— 冲裁力（N）；

L —— 冲裁件的冲裁长度（mm）；

t —— 板料厚度（mm）； τ—— 材料的抗剪强度（Mpa）。 K——系数，一般取1.3.

为了方便，也可以用材料抗拉强度σb 按下式估算：

F=Ltσb (3.2) 式中 σb—— 为材料的抗拉强度，Mpa

在此次设计的零件落料冲孔复合模中，冲裁力包含落料力和冲孔力。下面就落料力和冲孔力两方面分别进行计算：

（1）冲孔力：

L1＝（88+2×39.3）mm =166.6 mm

t ＝0.5 mm τ＝300 MPa （2）落料力：

L =225.5mm

t =0.5 mm τ=300MPa 则落料力F落＝1.3Ltτ

= (1.3×225.5×0.5×300)N =43.97 KN

则冲孔力 F冲＝1.3 Ltτ

＝（1.3×166.6×0.5×300）N ＝32.5 KN

故零件落料冲孔时所需冲裁力的大小为：

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F＝F冲＋F落＝（43.97＋32.5）KN

＝76.5 KN

2）卸料力、推件力和顶出力

当冲裁结束后，由于材料的弹性恢复及摩擦的存在，从板料上冲裁下的部分回梗塞在凹模孔口内，而冲裁剩下的材料则会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上和卡在凹模内的材料（冲件或废料）卸下或推出。

把从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力，用F卸表示； 把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力，用F推表示； 把逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力，用F顶表示。

卸料力、推件力和顶出力是从压力机和模具的卸料、推件和顶件装置中获得的，所以选择压力机的公称压力和设计冲模以上装置时，应分别予以计算。影响这些力的因素有很多，主要有材料的力学性能与厚度、冲件形状与尺寸、冲模间隙与凹模孔口结构、排样的搭边大小及润滑情况等。在实际计算中，卸料力、推件力和顶出力通常采用经验公式进行计算，见式（2－17）。

卸料力：F卸=K卸F落 推件力：F推=n K推F冲

顶出力：F顶=K顶F落 （3.3）

式中：K卸、K推、K顶—— 分别为卸料力、推件力系数,其值见表3.1；

n—— 同时卡在凹模内的零件数。 表3.1 卸料力、推件力、顶件力系数

冲件材料 钢 料厚/（mm） 约0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 K卸 0.06~0.09 0.04~0.07 0.025~0.06 K推 0.1 0.065 0.05 K顶 0.14 0.08 0.06 于是，卸料力： F卸=K卸F落=（0.04×43.97）KN

=1.76KN

推件力：冲孔凹模刃口直壁高度h=3mm，则

h3 同时卡在凹模内的零件数n＝＝＝6

t0.5F推=nK推F冲=（6×0.05×32.5）KN

＝9.75KN

顶件力F顶＝K顶×F落＝（0.06×43.97）KN＝2.64 KN

冲裁时，总冲压力为冲裁力和与冲裁力同时发生的卸料力、推件力或顶件力之和。模具的结构不同，总冲压力所包含的力的成分也有所不同，具体的可分以下几种情况计算。

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采用弹性卸料装置和下出料方式的冲模时， F总=F + F推+ F卸 采用弹性卸料装置和上出料方式的冲模时， F总=F + F顶+ F卸 采用刚性卸料装置和下出料方式的冲模时， F总=F + F推 采用弹性卸料和刚性出料方式冲模时， F总=F + F卸

此次设计采用的是弹性卸料装置和下出料方式冲模，故总的冲压力如下： F总＝F＋F推=（76.5＋9.75）KN

＝86.25 KN

3.2公称压力的确定

对于冲裁工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总冲压力的1.1～1.3倍，用公式表示如下：

P ≥（1.1～1.3）F总 式中：P ——压力机的公称压力； F总——冲裁时的总冲裁力。

根据2.6所算得的总的冲压力得压力机的最小公称压力如下： P＝1.3×F总＝1.3×86.25＝112.12KN≈120KN 3.3压力机的选择

冲压工作是将冲压模具安装在冲压机上进行的，因而模具的设计要与冲压设备的`类型和主要规格相匹配，否则是不能工作的。正确选择冲压设备，关系到设备的安全使用、冲压工艺的顺利实施及冲压件质量、生产效率、模具寿命等一系列重要问题。 1 冲压设备类型确定

压力机按床身及结构可分为开式和闭式曲柄压力机。开式压力机有固定台式、可倾式和升台式三种。固定台式压力机刚性、抗震性和稳定性好，适用较大吨位。可倾式压力机产生的废料可通过自重滑下。升台式压力机适用于模具高度变化较大的冲孔、修边及弯曲工序。

冲压设备类型的确定主要是根据所要完成的冲压工艺性质、生产批量、冲压件的

20

（2－18）

尺寸大小和精度要求等来选择。对于零件此类小型冲裁件，主要选用开式曲柄压力机。开式曲柄压力机虽然刚度不高，但是由于它提供了极为方面的操作条件和易于安装附属装置的特点，适宜于精度要求不太高的冲压件生产，目前是中小型冲压件生产的主要设备。

2 冲压设备规格的选择

在选定了冲压设备的类型后，应该进一步根据冲压件的大小、模具尺寸及冲压力及模具尺寸来选择设备的规格。确定压力机规格时，一般应遵循以下原则。

1）压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。

2）压力机滑块行程应满足工件高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。

3）压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装。尤其是压力机的闭合高度应于冲模的闭合高度相适应。

根据上文已算出的总的冲裁力F＝86.25 KN以及最小公称压力P＝120 KN，考虑压力机的适用范围，故选择开式双柱可倾式压力机，其型号为J23-40，其部分参数如下：

标称压力：400 KN； 滑块行程：100mm；

模柄孔尺寸（直径×深度）：υ50mm×70mm 床身两立柱之间的距离：340mm；

工作台尺寸：前后：460mm；左右：700mm； 最大倾斜角度：30°； 电动机功率：5.5KW。

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4 模具设计

4.1模具凸模、凹模和凸凹模的结构设计 1 凸模

1）凸模的结构形式与固定方法

由于冲件的形状和尺寸不同，所以凸模按结构分有：整体式、护套式和镶拼式；按截面形状分有：圆形凸模结构和非圆形结构凸模。不管凸模的结构形状如何，其基本结构均由两部分组成：一是工作部分，用以成形冲件；二是安装部分，用来使凸模正确地固定在模座上。

凸模的固定方法有台肩固定、铆接固定、粘结剂浇注固定、螺钉与销钉固定等。本次设计选用的凸模结构是整体式圆形凸模。为保证强度、刚度及便于加工与装备，凸模结构常做成圆滑过渡的阶梯形，前段直径为d的部分是具有锋利刃口的工作部分，中间直径为D的部分是安装部分，它与固定板按H7/m6或H7/n6配合。

圆形凸模已经标准化，其固定方式见图4.1。此次设计采用的是圆形凸模B型，其结构形式见凸模零件图。

图4.1 凸模固定形式

2）凸模的长度

对采用弹性卸料板的冲裁模，其凸模的长度应根据模具的具体结构确定。采用固定卸料板的冲裁模，基本结构如图所示。凸模的长度按下示计算。

L＝t1＋t2＋t3＋l (4.1) 式中，t1——凸模固定板的厚度（mm）；

2

t——卸料板的厚度（mm）；

t3——导尺厚度；

l——附加厚度，包括：凸模进入凹模的深度：总修磨量6～12mm；凸模固定板

与卸料板之间的安全距离L1=12～20mm。

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此次设计采用的是弹性卸料装置，故其凸模长度根据凹模厚度、凸模固定板厚度和模具的总体设计要求确定，尺寸见零件图。中心孔凸模如下：

4.2 中心孔凸模

4.3 凸模结构图

3）凸模强度的校核

在一般情况下，凸模的强度是足够的，所以不用进行强度校核。但是对于 对于特别细长的凸模或板料厚度较大的情况下，应进行压应力和弯曲应力的校 核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。此次设计时采用的是圆形凸模B型，其强度不需要进行校核。 2 凹模

1）凹模的结构形式与固定方法

凹模的结构形式也有很多种，按凹模的刃口形式可分为平刃和斜刃；按外行可分为标准圆凹模、锥形孔口凹模；按凹模的结构可分为整体式凹模和镶拼式凹模。

此次设计采用的是整体式凹模，其结构形式见凹模零件图。因为采用的是倒装结构，故凹模采用六角螺钉和圆柱销钉固定，其形式见复合模的装配图。

2）凹模的刃口形式

（1）锥形刃口：如图4.4(Ⅰ)所示。冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量

23

较小。但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大。适用于形状简单，精度要求不高，材料厚度较薄工件的冲裁。

当t﹤2.5mm时，α＝15′； 当t＝2.5~6mm时，α＝30′；

当采用电火花加工凹模时，α＝4~20′。

(Ⅰ) (Ⅱ)

图4.4 凹模刃口形式

（2）柱形刃口：如图4.4（Ⅱ）所示。刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变。但孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。

当t<0.5mm时，h=3～5mm； 当t=0.5～5mm 时，h=5～10 mm ；

当t=5～10mm时，h=10～15mm，α＝3o～5o。

根据上述两种刃口形式的优缺点，加之采用的是倒装结构. 3）凹模外形尺寸的确定

凹模外行尺寸包括凹模板的平面尺寸L×B（长×宽）及厚度尺寸H。从凹模刃口至凹模边缘的最短距离称为凹模的壁厚c。由以上分析和零件零件图可得：本设计凹模采用柱形刃口整体式凹模。凹模的外形尺寸常用经验公式计算确定。

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图4.5 凹模

由图4.5得：凹模厚度的确定式见（4.2）。

H=Kb （4.2）

凹模壁厚的确定式见（4.3）。

c=(1.5～2)H （小型凹模）

c=(2～3)H （大型凹模） （4.3） 式中：b——凹模孔的最大宽度mm； K——因数，见表4.1；

H——凹模厚度； c——凹模壁厚。

表4.1 因数K的数值

材料厚度t/ mm b/ mm ＞50～100 ＞100～200 0.2 0.15 0.22 0.18 0.28 0.20 0.5 1 2 按上式计算的凹模外形尺寸，可以保证凹模有足够的强度和刚度，一般可不再进行强度校核。

根据经验式可以得知，

H=Kb＝0.2×87.6 mm＝17.52 mm； c=1.5H=1.5×17.52mm =26.28 mm。

取整后，取凹模厚度为40 mm，凹模壁厚为30 mm，图4.2（Ⅱ）中h取h=3mm。 则根据上面得到的凹模厚度跟壁厚，凹模的外形尺寸：

长度：L=b+2×c=87.6+2×30=147.6mm；

由于零件的形状左右两边的尺寸是对称的，故我们在此计算凹模宽度，其计算如下：

宽度：B=b＋2×c=65＋2×30=125 mm；

根据凹模标准，可以选用160×125作为凹模的外行尺寸，结构形式见凹模零件图。 3 凸凹模外型结构

凸凹模是复合模中的主要工作零件，工作端的内外缘都是刃口，一般内缘与凸模刃口的结构形式相同，外缘与凹模刃口形式相同，用凸、凹模刃口形式的计算方法可以得到其外形尺寸。其结构形式见凹模零件图。

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由于凸凹模内外缘之间的壁厚是由冲件孔边距决定的，所以当冲件孔边距离较小时，必须考虑凸凹模强度，强度不够时就不能采用复合模冲裁。凸凹模的最小壁厚与冲模的结构有关：正装式复合模因凸凹模内孔不积存废料、胀力小，最小壁厚可小些；倒装式复合模的凸凹模内孔一般积存废料，胀力大，最小壁厚应大些。

凸凹模的最小壁厚值目前一般可按经验数据确定，本次设计采用的是倒装复合模，其最小壁厚的选取查表4.2。

表4.2 倒装式复合模的凸凹模最小壁厚/mm

材料厚度 最小壁厚a 最小直径D 0.4 1.4 15 0.8 2.3 1.0 2.7 18 1.2 3.2 1.5 3.8 21

图4.6 凸凹模 4.2总体设计与标准零件选用

虽然各类模具的结构形式和复杂程度不同，但组成模具的零件种类是基本相同的。根据它们在模具中的功用和特点，分为结构性零件和工艺性零件两大类。下面就这两类零件加以分析说明以及选择的标准。 1 结构性零件 1）导向零件

导向零件一般是指导柱和导套，而导柱、导套两者组成导向装置，其可保证冲压

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时上、下有精确的位置关系。对于生产批量大、要求模具寿命高、便于安装、工件精度高的模具，一般采用导向装置对上、下模进行导向，以保证上模相对下模的正确运动。常用的导向装置有导板式、滑动导柱导套式和滚珠导套式。这些导向装置都已经标准化，生产中可直接选用。在中、小型模具中最广泛采用的是滑动导柱导套式的导向装置。。

2）固定零件

冲模的固定零件有模座、模柄、凸、凹模固定板、垫板等

（1）上、下模座

冲模的模座分上、下模座，其形状基本相同，除特殊形状外，都选用标准件。上、下模板和中间的导向装置一起称为模架，而无导向装置的一套上、下模板称为模座。

模座是整个模具的基础零件，它不仅要直接或间接安装冲模的全部零件，而且要承受和传递冲压力。因此，模板不仅需要具有足够的强度，而且还要有足够的刚度。

（2）模柄

模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，中小型模具一般都是通过模柄与压力机滑块想连接的。故模柄的结构尺寸需要根据压力机上的模柄孔尺寸来选用标准。模柄的结构形式较多，并已标准化。此次选用的模柄形式是凸缘式模柄，其标准的标准结构形式见装配图中的模柄。

（3）凸模固定板

固定板的作用是将小型凸、凹模零件固定在上、下模座上。固定板平面尺寸除了保证能安装凸模（凹模）外，还要考虑螺钉和销钉孔的位置。固定板固定凸模（凹模）外，还要求固紧牢靠并有良好的垂直度。因此，固定板必须有足够的厚度和刚度。其厚度可按下列经验公式计算：

对于凹模固定板 H=（0.6～0.8）H凹； 对于凸模固定板 H=（1～1.5）D凸。

由于此次设计采用的是倒装式复合结构，故凹模采用的是螺钉跟销钉固定。对于凸模固定板采用的是矩形固定板，其基本结构形式160×125×25（L×B×H）。

（4）垫板

垫板作用是直接承受和分散凸模传来的压力，防止模板被凸（凹）模端面压陷。因此，当凸模或凹模与模座接触的端面上产生的单位压力超过模座材料的许用挤压应力时，就应与模座的接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板，否则可不加垫板。

垫板的外行尺寸与凸模固定板相同，厚度可取4～12mm，其轮廓形状已标准化。此次设计采用的是160×125×5（L×B×H）。

3）紧固件

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（1）螺钉

螺钉是用于紧固模具的传统零件，主要承受拉应力。螺钉是标准件，种类很多，冲模中使用最为广泛的是圆柱头内六角螺钉（GB/ T70），该螺钉紧固牢靠，且钉头埋在模板内，使得模具结构紧凑，外形美观。如下图：

4.7 卸料螺钉 （2）销钉

销钉起定位作用，防止零件之间发生错移，销钉本身承受切应力。销钉一般用两个，此处采用普通圆柱销钉（GB/T 117）。 2 工艺性零件 1）定位零件 （1）挡料销

挡料销作用是给予条料或带料送料时以确定送进距离的定位销件。抵住条料的搭边或工件轮廓，起定位作用。挡料销的主要形式有活动挡料销、固定挡料销、初始挡料销、临时挡料销、侧刃等。由于此次设计采用的是倒装复合模冲裁，凹模装在上模座上，挡料销只能设置在位于下模的卸料板上。此时若在卸料板上安装固定挡料销，因凹模上要开设让开挡料销的让位孔会削弱凹模的强度，故选用活动挡料销，。其销的标准结构见下图4.8

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图4.8 活动挡料销 （2）导料销

导料销结构简单，制造容易，多用于简单模或复合模中。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进。导料销一般设两个，并位于条料的同一侧，条料从右往左送进时位于后侧，从前往后送进时位于左侧。此次设计采用的是活动式导料销，其结构形式跟活动式挡料销一样。

3）卸料零件 （1）卸料装置

卸料装置常用的有刚性卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀三种形式，其中常用的主要的卸料装置为刚性和弹性卸料装置，这二者的区别如下：

刚性卸料装置主要是指刚性卸料板，一般装在下模的凹模上，它结构简单，卸料力大，卸料可靠。对于t>0.5mm、平直度要求不很高的冲裁件一般使用较多，而对薄料不太适合。

弹性卸料装置结构比较复杂，可靠性与安全性都不如刚性卸料板，并且由于受到其自身的影响，卸料力较小。但弹性卸料的优点是既能起到卸料的作用，还可以在冲裁时起压料作用，平直度高，因此对于质量要求较高的冲裁件或是材料厚度t>1.5mm的薄板冲裁宜采用。

根据上述分析比较，此次设计采用的是倒装复合模结构，其凹模是安装在上模座上，故卸料装置采用弹性卸料装置。弹性卸料装置一般是由卸料板、弹性元件、和卸料螺钉组成。卸料用的弹性元件有弹簧、橡胶及气垫三种，弹簧的压力随行程增加而增加，呈一定线性增长。橡胶的压力和额行程呈曲线式增长，气垫的压力在行程中基本不变。目前常用的弹性元件是弹簧和橡胶。在本设计中选用橡胶作为弹性元件。

橡胶的选用设计及计算： 1）橡胶的自由高度：

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S工作=t＋1＋S修模； H自由=（3．5～4）S工作；

式中：S工作——橡胶的工作行程；

t——工件的厚度；

S修模——模具的修模量(mm)，一般取4～6； H自由——橡胶的自由高度。 则根据上述的公式得到橡胶的自由高度：

H自由=（0.5＋1＋4）×4＝5.5×4=22mm。

2）橡胶的装配高度H装配：

H装配=（0.85～0.9）H自由=0.9×22≈19.8mm。 弹性卸料板的选取：

表4.3 弹性卸板的厚度H

冲件厚度 ≤50 ≤0.8 >0.8～1.5 8 10 >50～80 10 12 卸料板宽度B >80～125 12 14 >125～200 14 16 >200 16 18 选厚度为H＝14mm。注意：由于卸料板孔与凸模之间是有间隙的，故装配时需要注意两者之间的间隙值，其单边间隙值取值见表4.4。

表4.4 卸料板孔与凸模的单边间隙值C

材料厚度 单边间隙 <0.5 0.05 >0.5～1 0.10 >1 0.15 （2）推件装置

推件装置也可分为刚性推件与弹性推件。当模具回程时，压力机上横梁作用于打杆，将力依次传递给推板和推件块，把模孔中工件或废料推出。刚性推件装置推件力大，工作可靠，所以应用十分广泛。对于板料较薄且平直度要求较高的冲裁件宜采用弹性推件装置。

根据零件的设计要求，可采用刚性推件装置。其推件力大，工作可靠，其基本零件如推杆、顶板、顶杆等都已标准化，设计时根据冲件结构形状、尺寸与推件装置的结构要求从标准中选取。

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4.3 模具总装图

4.9 推件装置 31

4.10模具总装图

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4.11模具的三维图

1.下模座 2.内六角螺钉 3.导柱 4.弹簧 5.卸料板 6.活动挡料销 7. 内六角螺钉 8.导套 9.上模座 10.凸模固定板 11.顶件块 12.顶杆 13.推板 14.打杆 15.模柄16. 内六角螺钉 17.冲大孔凸模 18.垫板 19.小孔凸模 20.凹模 21.凸凹模 22.固定板 23.圆柱销 24.活动挡料销 25.卸料螺钉26.弹簧 27.凸模镶块

工作原理：该模具为倒装复合摸，冲压时可自动送料，板料由卸料板5上的活动挡料销6挡料送进。 工作时上模下行，由凸凹模（21）、落料凹模（20）、冲孔凸模（17、19）完成落料冲孔，使工件成型，工作完成后上模上行，当滑块碰到上死点时，打杆和推板开始工作，将工件从凹模内推出落下，冲孔废料从工作台孔内直接落下。

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4.4模具的装配

复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模，这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工。本模具为落料冲孔复合模其装配一般按下面的步骤进行：

①装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。 ②将凸模装入凸模固定板，保持与固定板端面垂直，同磨端面平齐 ③将凸凹模装在固定板上，并保持与固定板端面垂直，同磨端面齐平。 ④确定凸凹模固定板 在下模座上的位置，用平行夹板夹紧，作凸凹模固定板上的螺孔和下模座上的螺钉过孔，并保持孔位置一致。

⑤划下模板漏料孔线，加工漏料孔。

⑥按凹模上的孔引作凸模固定板和上模座的螺钉过孔。

⑦将带凸模的固定板装在上模板上，螺钉不要拧得过紧，进行试装合模，使导柱缓慢进入导套，如果凸模与凸凹模的孔对的不太正，可轻轻敲打凸模固定板，利用螺钉过孔的间隙进行调整，直至间隙均匀。此时用划针在上模板上划出凸模固定板位置。

⑧在上模组件上增加凹模，重新合模，作冲裁外形和各孔的全面细致的间隙调整，其中包括用冲纸法试验，直至获得均匀的间隙。

⑨上模和下模分别钻较销孔（防止位置移动），装入销钉，并保持销与孔有适当的过盈。其它零件可按图装配，达到要求后打标记。

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结论

模具加工在整个工业生产中，是一个十分重要的行业。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通讯、家电和轻工业等行业中，60%～80%的零件都要靠模具成形，并且随着近几年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切，精度要求也越高，结构也越来越复杂。模具技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标准，并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。

本设计课题是冲裁模设计紫铜零件。紫铜零件形状简单、对称性好，是一种比较适合冲压工艺的零件。此次设计包含俩道工序：冲裁和冲孔。故此次设计的重中之中就是冲裁模具的设计。此次冲裁模具采用的倒装结构，其结构特点是：将落料凹模放在上模座上，增加一个凸凹模放在下模座上。这样一来就使得模具的规模结构大大的减小，而且倒装结构复合模中的冲裁件由凸凹模的落料孔落下，而落料件则是通过上模座的刚性推件装置顶出，这样一来，整个冲压过程的生产效率得到很大的提高，而且这种模具的操作简单、安全。但是这种模具设计的时候对主要工作零件的精度要求相当高，故设计时对主要零件的计算需相当的仔细认真。

经历了几个月的设计，我深刻的明白了一个重要的道理：不管设计的东西再复杂,只要又总体思路才能使设计更完美,才不会漏洞百出，想出来的思路要能和整体相匹配，适合结构的需要。而且课题设计不是漫无目的的查阅资料，只有你真正知道需要什么的时候，才去有筛选的阅读优秀的文章。

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Design of compound die for copper parts flip Abstract: this article with copper parts flip composite mold design as the main content, including stamping process analysis, process scheme and die type determination, layout design, the impact force and the center of pressure calculation, the working parts of the cutting edge

dimension calculation, the working parts of the structure size, other mould parts structure size, press selection, die general assembly drawing CAD PROE 2 d and 3 d. Can the integrated use of I learned in the mold design knowledge, cultivate my ability in design. Can pass their knowledge combining with practice.

Keywords: copper parts; Flip compound die, Mould design; CAD; PRO/E

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mti7.html