冲压模设计过程分析_冲压模设计经典案例

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冲压模设计过程分析

姓名：徐松 班级：09材控1班学号：0910121083

摘要: 冲压是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压。前者适合变形抗力高，塑性较差的板料加工；后者则在室温下进行，是薄板常用的冲压方法。冲压模设计过程包括冲压件工艺性分析、制定冲压工艺方案、冲压模具整体结构设计、冲压工艺设计与计算（包括排样设计、冲压力计算、压力中心的确定、刃口尺寸的计算、压力机选择）、冲压模具结构设计与计算（包括工作零件设计、定位零件设计、卸出料零件设计、模架及组成零件设计、连接与固定零件设计）、装配图及零件图的绘制。

关键词：冲压；冲压模；凸、凹模；排样；冲压设备

0 引言

冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。因为它通常是在室温下进行加工，所以称为冷冲压。冷冲压不但可以加工金属材料，而且还可以加工非金属材料和复合材料。

冲压件与铸、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压件一般不再经，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。但由于冲模制造一般是单件小批量生产，精度高，技术要求高，是技术密集型产品，制造成本高。生产中有噪声，所以冲压成形适宜批量生产。

冲压加工工艺的优点突出，在国民经济各部门中获得了广泛应用。不仅在日常生活用品中占据非常重要的位置，而且在现代航空、航天、兵工、汽车、拖拉机、电机、电器和电子仪表生产中也占有十分重要的地位。冲压工艺性

1.1冲压件工艺性分析

冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，即设计的冲压件在结构、形状、尺寸及公差以及尺寸基准等各方面是否符合冲压加工的工艺要求。

影响冲压件工艺性的因素有很多，分析工艺性主要考虑冲压件的公差等级和断面粗糙度以及冲压件结构形状与尺寸。

1.2制定冲压工艺方案

确定冲压件的工艺方案时需要考虑冲压工序的性质、数量、顺序、组合方式以及其它辅助工序的安排。

冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁、级进冲裁。确定冲裁组合方式时考虑如下因素：

（1）根据生产批量；（2）根据冲裁件尺寸和精度等级；（3）根据对冲裁件尺寸形状的适应性；（4）根据模具制造安装调整的难易和成本的高低；（5）根据操作是否方便与安全。

级进冲裁顺序的安排为：（1）先冲孔或冲缺口，最后落料或切断，将冲裁件与条料分离。（2）采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距。

多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排为：（1）先落料使坯料与条料分离，再冲孔或冲缺口。1

（2）冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔后冲小孔。

1.3 冲压模具总体结构设计

冲压模具结构设计主要确定模具结构形式。如果冲压件的生产批量很小，可以考虑单工序的简单模具，按冲压工序逐步来完成，以降低冲压件生产成本。若生产批量很大，应尽量考虑将几道工序组合在一起的工序集中的方案，采用一副模具可以完成多道冲压工序的复合模或级进模结构。

单工序冲裁模是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。特点是结构简单，制造方便、成本低廉，但制件精度，生产效率低。一般有以下几种单工序模：

（1）无导向单工序冲裁模：结构简单、制造周期短、成本较低。但冲压件质量差，模具寿命低，操作不够安全。一般适用于冲裁精度要求不高、形状简单、批量小的冲裁件；

（2）导板式单工序冲裁模：导板模比无导向简单模的精度高，寿命也较长，使用时安装较容易，卸料可靠，操作较安全，轮廓尺寸也不大。导板模一般用于冲裁形状比较简单、尺寸不大、厚度大于0.3mm的冲裁件

（3）导柱式单工序冲裁模：导柱式冲裁模的导向比导板模的可靠，精度高，寿命长，使用安装方便，但轮廓尺寸较大，模具较重、制造工艺复杂、成本较高。它广泛用于生产批量大、精度要求高的冲裁件

级进模是整个冲件的成形是在连续过程中逐步完成的。有用导正销定位的级进模、侧刃定距的级进模。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化，但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高。适用于大批量生产小型冲压件。

复合模是在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小，但结构复杂，制造精度要求高，成本高。适用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。冲压工艺设计与计算

2.1 排样设计

冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。根据材料利用程度，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，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等形式。

排样设计时应：

（1）根据冲压件形状尺寸查表确定搭边值；

（2）根据公式S=D+a1（式中D——平行于送料方向的冲裁件宽度（mm）；a1——冲裁件

之间搭边值（mm））计算出步距；

（3）根据公式B=Dmax+2a（式中 Dmax——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm)；B——

条料宽度基本尺寸(mm)；a——侧搭边值(mm)；Δ——条料宽度的单向（负向）偏差（mm））确定条料宽度；

（4）根据条料板所冲裁的数量计算条料长度；

（5）最后根据冲压件形状及计算结果画出若干种排样示意图，并根据公式η总=

算各种方案的材料利用率，选择总利用率最高的排样方式。

2.2 冲压力计算

冲裁时，凸模给材料施加压力，同时，材料也对凸模产生反作用力，通常我们把这种反作用力称为抗力。材料对凸模的最大抗力就是冲裁力，在冲压过程中，压力机滑块所必须同时担负的各种压力总和即为冲压力。冲裁时可能产生的压力包括冲裁力、卸料力、推件力、和顶件力。它是选择压力机和设计模具的重要依据之一，为了正确选择压力机和设计模具，就必须计算冲裁力。nA1BL×10000计

2.3 压力中心的确定

冲裁力合力的作用点称为冲模的压力中心。设计冲裁模时，应该使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心想重合，即冲裁模的模柄中心应该与冲裁模的压力中心一致，以保证冲裁模在压力机上正常、平衡地进行重制工作。若无法使压力中心与滑块中心线完全重合，则设计中考虑采取平衡偏心载荷的措施，但偏载力要控制在尽可能小的范围内，且偏心距离不应该超过冲裁模的模柄尺寸。

压力中心确定原则如下：

（1）冲裁形状对称的冲件时，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。

（2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。

（3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置按x0R的半径（mm）；α——圆弧中心角的1/2（°））

（4）多凸模冲裁时的压力中心：根据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。根据下面公式可求得压力中心坐标(x0,y0)位置。

nn

ii180sin计算（式中R——圆弧所对应

x0=L1x1+L2x2++LnxnL1+L2++Ln∑Lx=i=1ny0=L1y1+L2y2++LnynL1+L2++Ln∑L=i=1n

i=1iyii∑Lii=1∑L

式中L1、L2、L3………Ln分别为各冲裁周边长度。

2.4 刃口尺寸计算

2.4.1 间隙的选择

间隙是指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值，是设计模具的重要工艺参数。间隙的大小影响冲裁断面质量、尺寸精度、冲裁力、模具寿命。

冲压生产中主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命来确定冲裁间隙的范围，即合理间隙。确定合理间隙的方法有理论确定法和查表法。用理论法确定合理间隙值，是根据上下裂纹重合的原则进行计算。查表法是根据材料厚度及材料类型进行查表。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。

2.4.2 刃口尺寸计算的原则

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切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下：

（1）落料：落料件光面尺寸与凹模尺寸相等，故应以凹模为基准。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。而落料凸模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；

（2）冲孔：工件光滑的孔径和凸模尺寸相等，故应以凸模为基准。又因落料件尺寸会随凸模刃口的磨损而减小，故落料凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；

（3）孔心距：当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。由于凸凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的基本尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双向对称偏差标注。

（4）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标准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具一定的使用寿命。

2.4.3 刃口尺寸的计算方法

刃口尺寸的计算方法可以分为两种情况：凸模与凹模分别加工和凸模与凹模配合加工。

（1）凸模与凹模分别加工方法目前多用于圆形或简单规则形状的工件。计算公式如下：

落料Dd(Dmaxx)

Dp(DdZmin)0Pd0 0P(DmaxxZmin)

P 冲孔dp(dminx)

dd(dp d

0Zmin)d

0(DmaxxZmin)

Dmax式中Dd——落料凹模基本尺寸(mm)；Dp——落料凸模基本尺寸(mm)；——落料件最大极

δp限尺寸(mm)；Δ——落料件外径公差(mm)；Zmin——凸、凹模最小初始双面间隙(mm)；——凸

模刃口尺寸制造偏差，可按IT6选用(mm)；δd——凹模刃口尺寸制造偏差，可按IT7选用(mm)； x——磨损系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，x值在0.5~1之间，与工件制造精度有关。

（2）凸模与凹模配合加工法：先加工凸模（或凹模），然后再根据制造好的凸模（或凹模）的实际尺寸，配置凹模（或凸模），在凹模（或凸模）上修出最合理间隙。加工方法为把先加工凸模（或凹模）作为基准件，它的工作部分的刃口尺寸作为基准尺寸，而与它配做的凹模（或凸模）只需在图纸上标注相应部分的凸模（或凹模）的公称尺寸，不标注制造公差。

2.5 压力机的选择

冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。压力机设备分机械压力机、液压机、剪切机和弯曲矫正机。机械压力机代号为J，液压机代号为Y，剪切机代号为Q，弯曲校正机代号为W。要根据冲压工艺特点、生产率、送取毛坯和工件是否方便以及操作安全等选用冲压设备。在选择合适的压力机之后应注意参数的校核。冲压模具结构设计与计算

3.1 工作零件设计

3.1.1 凸模设计

凸模结构形式有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式、带护套式和快换式等。凸模的固定方式有台阶固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等。

凸模长度主要根据模具结构，并考虑修磨、操作安全、装配等的需要来确定。当按冲模典型组合标准选用时，则可取标准长度，否则应该进行计算。

当采用固定卸料板和导料板时，其凸模长度按式L=h1+h2+h3+h计算；当采用弹压卸料板

h1—凸模固定板厚度时，其凸模长度按式L=h1+h2+t+h计算（式中：L—凸模长度（mm）；（mm）；

h2—卸料板厚度（mm）；h3—导料板厚度（mm）；t—材料厚度（mm）； h—增加长度（mm））。

模具刃口要有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，所以应有较高的硬度与适当的韧性。形状简单的凸模常选用T8A、T10A等制造；形状复杂，淬火变形大，特别是用线切割方法加工时，应选用合金工具钢（如Cr12、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV等）制造。

3.1.2 凹模设计

凹模是指在冲压过程中与凸模配合直接对冲压制件进行分离或成形的工作零件。凹模的类型有

很多，结构有整体式和镶拼式；凹模的外形有圆形和矩形；刃口有平刃和斜刃。

凹模尺寸计算指其平面尺寸与厚度。冲裁中小型工件时，常采用圆形凹模；大型工件时，常采用矩形凹模。凹模厚度由式H=kb（≥15mm）计算；凹模壁厚由式C=（1.5~2）H（≥30~40mm）计算；凹模长度由A=b+2c计算；凹模宽度由式B=a+2c计算。

3.2 定位零件

为了保证模具正常工作和冲出合格冲裁件，必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置，即必须定位。

条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与送料方向垂直的方向上限位，保证条料沿正确的方向送进，称为条料横向定位；二是在送料方向上的限位，控制条料一次送进的距离（步距），称为条料纵向定位。对于工序件的定位，基本上也是在两个方向上的限位。

（1）导料板用于固定卸料式冲模和级进冲裁模。导料板有整体式和分开式。前者与刚性卸料板配合使用，用于简单模和级进模；后者与刚性卸料板或弹性卸料配合，应用较广。

（2）导料销应用灵活广泛，用于简单模和复合模中。导料销有固定式和弹顶式两种基本类型，前者多用于顺装式复合模，后者多用于倒装式复合模。在弹压卸料倒装式落料模上，也可采用导料销进行导料。

（3）侧压装置是在条料公差较大时，为避免条料在导料板中偏摆，使最小搭边得到保证。板厚小于0.3mm时及自动送料的模具中不宜采用侧压装置。弹簧式侧压装置侧压力较大，用于厚料；簧片式侧压装置结构简单，侧压力小，用于薄料；板式侧压装置侧压力大而且均匀，用于单侧刃的级进模中。

（4）固定挡料销主要用在落料模与顺装复合模上，在2～3个工位的简单级进模上有时也用；活动挡料销是一种可以伸缩的挡料销，通常安装在倒装落料模或倒装复合模的弹压卸料板上；回带式挡料装置是一种装在固定卸料板上的卸料装置。板料不能太薄，一般应不小于0.8mm，且软铝板也不适用；始用挡料装置在级进模解决首件定位问题时使用。

（5）侧刃在级进模中使用。侧刃按端面形状分为平面型（Ⅰ）型和台阶型（Ⅱ）型两类。台阶型多用于厚度为1mm以上板料的冲裁。侧刃按截面形状分为长方形侧刃和成形侧刃。

（6）导正销是为了消除送进导向和送料定距或定位板等粗定位的误差。主要用于级进模。主要有固定导正销和活动式导正销。

3.3 卸出料零件设计

模具是采用弹性卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹性卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动作，且弹性卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，因此实际设计中尽量采弹性卸料板，而只有在弹性卸料板卸料力不足时，才改用固定卸料板。随着模具用弹性元件弹力的增强（如采用矩形弹簧），弹性卸料板的卸料力大大增强。

固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。因此当冲裁板料较厚（大于0.5mm）、平直度要求不很高的冲裁件时一般采用固定卸料装置。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。用于质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁（t

3.4 模架及组成零件设计

模架主要有导柱模模架和导板模模架。其中导柱模模架由上模座、下模座、导柱、导套等组成；导板模模架由弹压导板、下模座、导柱、导套等组成。作为凸模导向用的弹压导板与下模座以导柱导套为导向构成整体结构，凸模与固定板是间隙配合，因而凸模在固定板中有一定的浮动量。

3.5 连接与固定零件设计

连接与固定零件主要有模柄、固定板、垫板、紧固件等。

中、小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上。要求与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；与上模正确而可靠连接。通常模柄形式有：（1）旋入式模柄：主要用于中、小型

有导柱的模具上；（2）压入式模柄：主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔的场合；（3）凸缘模柄：凸缘厚度小，但平直度差；（4）浮动模柄：主要用于滚动导向模架，在压力机导向精度不高时，选用一级精度滑动导向模架也可采用。但其模具必须使用行程可调压力机；（5）通用模柄：根据需要可更换不同直径的凸模；（6）槽形模柄：主要用于弯曲模，也可用于冲非圆孔冲孔模、切断模等。

固定板用于固定小型的凸模和凹模，标准凸模固定板有圆形、矩形和单凸模固定板等多种形式。其厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，与凸模过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后磨平，材料一般选用Q235、45钢。

若凸模头部端面上的单位压力P大于模座材料的许用压应力时，就需要加垫板；反之则不需要加垫板。垫板的平面形状尺寸与固定板相同，其厚度一般取6~10mm。

螺钉、销钉在冲模中起紧固定位作用。螺钉拧入的深度不能太浅，否则紧固不牢固；也不能太深，否则拆装工作量大。圆柱销钉配合深度一般不小于其直径的两倍，也不宜太深。装配图及零件图的绘制

总装配图应有足够说明冲模构造的投影图及必要的剖视，剖面图，一般主视图和俯视图对应绘制。绘图时，先画工作零件，再画其它各部分零件，并注意与上一步计算工作联合进行。

一般情况下，用主视图和俯视图表示模具结构。主视图上尽可能将模具的所有零件剖出，可采用全剖视或阶梯剖视。俯视图可只绘出下模或上、下模各半的视图。有必要时再绘一侧视图以及其它剖视图和部分视图。

在模具总装配图中，只要简要注明对该模具的要求和注意事项，在右下方适当位置注明技术条件。技术条件包括冲压力、所选设备型号、模具闭合高度等，冲裁模要注明模具间隙等。零件图中所有的配合尺寸或精度要求较高的尺寸都应标注公差（包括表面形状及位置公差）。未注尺寸公差按IT14级制造。所有的加工表面都应注明表面粗糙度等级。总结与体会

随着科学技术的发展，模具行业对国民经济和社会的发展，越来越起着重要的作用。好的冲压模能够保证产品的质量，提高生产率，降低生产成本，并增加产品的使用寿命，所以冲压模设计十分必要。冲压模设计过程包括冲压件工艺性分析、制定冲压工艺方案、冲压模具整体结构设计、冲压工艺设计与计算（包括排样设计、冲压力计算、压力中心的确定、刃口尺寸的计算、压力机选择）、冲压模具结构设计与计算（包括工作零件设计、定位零件设计、卸出料零件设计、模架及组成零件设计、连接与固定零件设计）、装配图及零件图的绘制等。

冲压工艺的应用愈加广泛，冲压技术发展趋势是冲压模设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变；模具结构日趋大型、精密、复杂及寿命日益提高；快速经济模具技术的推广应用；提高模具标准水平和模具标准件的使用率；开发优质模具材料和先进的表面处理技术。

作为材料成型及控制工程专业的学生，我们应该努力学习专业知识，熟练掌握模具设计的过程和详细步骤，为以后的学习生活打下坚实的基础。

参考文献

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