冲压模具设计流程

参考资料
1、邓展主编，《冲压工艺与冲模设计手册》，化学工业出版社，2013年4月
2、魏春雷，吴俊超主编，《冲模设计与案例分析》，北京理工大学出版社，2010年12月
表1
表2 弹压与固定卸料搭边值
表3 最小搭边值
表4 拉深件修边余量
表5 拉深系数
表6 拉深次数
案例分析：
图1所示冲裁件，材料为A3,厚度为2mm ，大批量生产。

试制定工件冲压艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程。

2.1冲压件基本情况 零件名称:止动件 生产批量:大批 材料:A3 t=2mm
2.2冲压件工艺分析
①材料:该冲裁件的材料A3钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。

②零件结构:该冲裁件结构简单，并在转角有四处R2圆角，比较适合冲裁。

③尺寸精度:零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按工T14级确定工件尺寸的公差.孔边距12二的公差为-0.11,属11级精度。

查公差表可得各尺寸公差为:
零件外形: 65074.0-mm 240
52.0-mm 300
52.0-mm R300
52.0- mm R20
25.0-mm 零件内形: 1036
.00
+ mm
孔中心距3731
.031.0+-mm
有好的冲压性能，良好的冲压性质以及精确地公差等级所有该件适合冲裁。

2.3方案及模具结构类型
该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案: ①先落料，再冲孔，采用单工序模生产； ②落料一冲孔复合冲压，采用复合模生产； ③中孔一落料连续冲压，采用级进模生产。

方案①模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求.由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。

方案②只需要一套模具，冲压件的形位精度和尺寸易于保证，且生产效率也高。

尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。

方案③也只需要一套模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度较复合模的低。

欲保证冲压件的形位精度，通过以上三种方案的分析比较，对该件冲压生产以采用方案
②为佳。

2.4排样设计
查《冲压模具设计与制造》表2,确定搭边值: 两工件间的搭边:a=2.2m ； 工件边缘搭边:a1=2.5m ； 步距为:32.2m ；
条料宽度H=(D+2a1)-▽=(65+2×2.5)-▽=70 确定后排样图如图2所示。

冲裁单件材料的利用率：
%100bh
n ⨯=
A
η=1550÷（70×32.2）×100%=68.8% ？ (3-3) 式中 A —冲裁面积(包括内形结构废料)； n — 一个冲距内冲冲裁件数目； b —条料宽度； h —进距。

查板材标准，宜选900mm ×1000mm 的钢板，每张钢板可剪裁为14张条料(70×1000mm)，每张条料可冲378个工件，则η总为：
η总=
LB
nA 1
×100% =1000
90015503785⨯⨯×100%
= 65.1%
2.5压力与压力中心计算 2.5.1冲压力
冲裁力F = F 1=1.3Lt τ (3-4) =1.3× 215.96× 2×450 =252.67(KN) 式中：
F —冲裁力（N ）；
L —工件外轮廓周长，L ＝21mm ； t —材料厚度；
τ—材料的剪切强度（Mpa ），查得τ＝350Mpa 。

其中τ按非退火A3钢板计算.
冲孔力 F冲= F1=1.3Lt
=1.3×27×3.1×10×2×X450
=74.48(KN)
其中:d为冲孔直径，2 7×3.14为两个孔圆周长之和卸料力：
F卸＝K卸F落(3-5) 式中：
K卸—卸料力因数，其值由[2]表2-15查得K卸＝0.05。

卸料力：
F卸=6×0. 055 ×37.24
=12.30(KN)
推件力：
推件力计算：
F推=nK推F冲(3-7) 式中：
K推—推件力因数，其值由[2]表2-15查得Ｋ推＝0.05；
n—卡在凹内的工件数，n=4。

推件力则为：
F推＝6×0.055×37.24
=12. 30 (KN)
其中n=6是因有两个孔.
模具总冲压力为：
F总＝ F落＋F卸＋F压＝252.67+74.48+12.63+12.30
2.6压力中心
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。

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快的中心相重合。

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的磨损，模具导向零件加速磨损，减低模具和压力机的使用寿命。

冲模的压力中心，的按下述原则确定：
（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

（3）形状复杂的零件，多孔冲模，级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力中心。

2.6.1如图3所表示
由于工件x 方向对称，由于工件x 方向对称，故压力中心X0=32.5mm 。

y c ＝
3
21992211L L L
Y L Y L Y L +⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅++
＝
31.4
+31.4+ 14.5+38.61+ 14.5+ 24 +60 +2431.4x12
+31.4x12+14.5x24+738.61x27.9+14.5x24+24x12+60x0+24x12
＝ 238.41
3105.52
计算时，忽略边缘4-R2圆角。

2.7工作零件刃口尺寸计算，
落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制;冲孔部分明中孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。

既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。

2.7.1刃口尺寸计算.
对于孔φ10的凸凹模的制造公差查表查得Ｓ凹=0.025mm, Ｓ凸=0.020mm 由于Ｓ凹＋Ｓ凸＞Z max －Z min ，故采用凸模与凹模配合加工方法。

因数由[2]
表2-13查得，X ＝0.5
D
5
.2凸= (d+x )
0凸
S -=（10+0.5*0.4）
02.0-=10.2
009
.0-mm
R
25
.1
凸=1/2d
5.2
凸
=5.1
09
.0-
mm
d
5.2
凸凹=(10+0.4×0.5+0.132)
02
.0
+
=10.3
09
.0
mm
R
25
.1
凸凹=1/2d
5.2
凸凹
=5.15
02
.0
+
mm
冲孔：d
1A =（10.2+0.132）
02
.0
+
=10.332
02
.0
+
mm
落料：D
A =（125-0.2）
02
.0
+
=29.87
02
.0
+
mm
2.7.2落料凹模板尺寸:
凹模厚度: H=Kb(≥15mm)
H=O. 28 ×X 65=18.2 mm
凹棋边壁厚c≥(1.5-2)H
= (1. 5-2)× 18.2
=(27.3-36.4)mm 实取c=30mm
凹棋板边长: L=b+2c=65+2 X 30=125mm
查标准JB/T一6743.1-94:凹模板宽B=125mm
故确定凹棋板外形为:125×125×18(mm)凹棋板作成薄型形式并加空心垫板后实取
为:125×125×14(mm)。

2.7.3凸凹模尺寸:
凸凹模长度:L=hl+h2+h3=16+10+24=50 (mm)
其中:h1凸凹模固定板滚度
h2:一弹性卸料板厚度
h-增加长度(包括凸模进入凹棋深度，弹性元件安装高度等)。

凸凹模内外刃口间壁厚校核:根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm,据强度要求查《冲压模具设计与制造》表2.9.6知，该壁厚为4.9 mm即可，故该凸凹模侧壁强度足够。

3.7.4冲孔凸模尺寸:
凸模长度:L凸=h1+h2+h3 =14+12+14 =40mm
其中:hl-凸模固定板厚 h2一空心垫板厚；
h3-凹模板厚；
凸模强度校核:该凸模不属于细长杆，强度足够。

2.8冲床选用
2.8.1冲压设备的选择依据：
1）所选压力机的公称压力必须大于总冲压力，即F压＞F总
2）压力机的行程大小应适当。

由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁，弯曲等模具，其行程不于过大，以免发生凸模与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。

对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成行零件的取出。

3）所选压力机的最大高度应与冲模的闭合高度相适应。

即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。

4压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。

但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受里条件也是不利的。

2.8.2压力机的选择
根据总冲压力 F 总=352KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,用J23-63开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。

其主要工艺参数如下：
公称压力：630KN ；滑块行程：130mm ；行程次数：50 次∕分；根据总冲压力 F 总=352KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J23-63开式双分查表1。

最大闭合高度：360mm ；连杆调节长度：80mm ；工作台尺寸（前后×左右）：480mm×710mm。

2.9．其它模具零件结构尺寸
根据倒装复合模形式特点: 凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94，确定其它模具模板
2.10 冲孔刃口尺寸计算
对于孔φ30的凸凹模的制造公差由[2]
表2-12查得Ｓ凹=0.025mm,Ｓ凸=0.020mm 。

由于Ｓ凹＋Ｓ凸＞Z max －Z min ，故采用凸模与凹模配合加工方法。

因数由[2]
表2-13查得，X ＝0.5
则d 凸＝(d+X ∆)0凸
S -＝(10+0.5*0.52)
0025
.0- mm (3-11)
＝10.18
0025
.0- mm
D 凹按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.04～ 0.06mm ，其工作部分结构尺寸如图3-8。

图3-7落料力刃口尺寸 图3-8 冲孔刃口尺寸
2.11模具的零件设计与计算 2.11 1凸模的外形尺寸
计算冲裁时所受的应力，有平均应力σ和刃口的接触应力σk 两种。

因为孔径d=30mm ，材料厚度t=0.5mm 。

d ＞t, 凸模强度：
σk ＝
d
t 5
.012-⋅τ≤[σ] (3-15)
式中：
t —冲件材料的厚度（mm ），t=0.5mm ； d —凸模或冲孔直径（mm ），d=30mm ； τ—冲件材料抗剪强度（Mpa ），τ＝310Mpa ； σk —凸模刃口的接触应力(Mpa)；
[σk ]－凸模刃口的许用接触应力Mpa 。

σk =
30
5
.05.01310
2⨯
-⨯≈625Mpa ≤1800Mpa 凸模在中心轴向心压力的作用下，保持稳定（不产生弯曲）的最大长度与导向方式有关。

卸料板导向凸模 最大允许长度L max 的计算：
L max =τ
πt Ed 381 (3-16)
式中：
L max —凸模最大允许长度（mm ）；
E —凸模材料弹性模量，对于钢材可取E ＝21000Mpa ； 其余符号见前式。

L max ＝310
5.2210003014.3813
⨯⨯=2373.9mm
因为弹性卸料板，其具体长度如图
3-10
3-10 凸模
2.11.2 凹模尺寸结构
凹模的外形尺寸常用下列经验公式确定
凹模的厚度确定由式子：
H＝Kb (3-17) 凹模壁厚（指凹模刃口与外缘的距离）的确定：
(1) 冲￠30小凹模C＝(1.5～2)H (3-18)
(2) 冲￠147大凹模 C＝(2～3)H
式中：
b—凹模孔的最大宽度（mm）；
￠30=￠147
则
(1)￠30凹模厚度：H＝0.3×30=9mm
壁厚：C=1.5×9=13.5mm (2)￠14凹模厚度：H＝
0.15×147=9mm
壁厚：C=2×22.05=44.1mm
(3)凸凹模最小壁厚：m=1.5t=1.5×0.5=0.75mm
凹模的结构形式[1]。

冲裁凹模的刃壁形式：
(1) ￠30凹模见图3-11，固定结构形式见图
h=3～5mm
a=5′～30′
(2)冲裁￠147凹模见图3-13参考.
3.7 卸料设计与计算
3.7.1 卸料板结构形式
卸料板结构形式采用[1]B1表14-9序号5图：无导向弹压卸料板,见图3-14。

适用范围：广泛应用于薄材料和零件要求平整的落料冲孔复合模，卸料效果好，操作方便。

图3-12 凹模的固定结构形式图3-13 凹模的结构形式
图3-14卸料板
2.11.3 卸料螺钉
卸料螺钉结构形式：采用标准卸料螺钉结构。

凸模刃磨后须在卸料螺钉头下加垫圈调节。

2.14.4 卸料螺钉尺寸关系
为保持装配后卸料板
各卸料螺钉的长度L及孔深3-15，据[1]图
14－44,各尺寸关系如下：
H=(卸料板行程)+(模)+h1+(5～10mm) (3-19)
模具刃磨量＝5mm，h1
则H＝21+5+6+8＝
d1＝d+(0.3～0.5)mm
＝16＋0.4＝16.4mm
e＝0.5～1.0mm取e。