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4 冲裁模具设计 教学内容： 确定模具类型， 设计计算凸凹模刃口的形 状、尺寸、精度、配合间隙以及选择定位、 卸料方式等。 教学要求： 了解各种类型冲裁模具的结构形式、使用 范围及其特点。掌握冲裁模具的设计步 骤。根据工艺方案所定的工艺顺序、工序 性质和设备选用情况设计一般的冲裁模 具。 4.1 普通冲裁模设计 基本原则： (1) 模具与制件的尺寸精度及生产批量 适应 (2) 模具与压力机 适应 (3) 模具与工艺适应 (4) 尽量选用标准模架和模具零件 (5) 模具工作与存放 安全 4.1.1 无导向开式简单冲裁模 特点：结构简单，重量轻，尺寸小，制造容易，成本 低。但调整麻烦，寿命低，冲裁件精度差， 操作不够安全。 冲压工艺与模具设计·86· ·86· 应用：精度要求不高、形状简单、批量小的冲裁件。 图 4.1 无导向开式简单冲裁模 4.1.2 导板式落料冲裁模 特点：有导板导向，但压力机行程要短(一般不大于 20mm)。 第 4 章冲裁模具设计·87· ·87· 图 4.2 导板导向式冲裁模 4.1.3 设计实例 4.1.3.1 导柱导套式落料冲裁模 特点：导柱、导套进行精确导向定位 应用：精度要求较高、生产批量较大的冲裁件 冲压工艺与模具设计·88· ·88· 图 4.3 导柱导套式落料模 4.1.3.2 设计举例 第 4 章冲裁模具设计·89· ·89· 图 4.4 制件图 材料 Q235，大批量生产 1) 冲裁件工艺分析 外形简单，一次冲裁加工即可成形。 大批量生产，采用单工序、后侧导柱导套式冲裁模进行加工。 制件尺寸较厚，采用固定卸料板刚性卸料和下出料的方式。 2) 工艺计算 (1) 冲裁力、卸料力、推件力计算及初选压力机 查 表Q235的MPaMPa b460375， 取 MPa b 460。 表 4- 1 部分碳素结构钢力学性能 牌 号 屈 服 强 度 s/ MPa 伸 长 率 /% 抗 拉 强 度 b/ MPa Q215 Q235 Q255 Q275 165215 185235 205255 225275 2631 2126 1924 1520 335410 375460 410510 490610 计算冲裁力： 冲压工艺与模具设计·90· ·90· 1b 403460N173 328NFDt 查表 0.045K推 ； 表 4- 2 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 /mm K 卸K 推 K 顶 钢 0.1 0.0050.075 0.1 0.1 4 0.10.5 0.0450.055 0.063 0.0 8 0.52.5 0.040.05 0.055 0.0 6 2.56.5 0.030.04 0.045 0.0 5 6.5 0.020.03 0.025 0.0 3 铝、铝合金0.0250.08 0.030.07 纯铜、黄铜0.020.06 0.030.09 由取凹模刃口高度8mmh，故在凹模口内同时存 有冲孔废料的个数 8 3 3 h n t 个 推料力： 21 30.045173 32823 399)0(NFnKF 推 总力： 12(17332823 399)196 727(N)FFF 初选： 公称压力为250kN的开式压力机。 (2) 确定模具压力中心 本例产品为对称形状制件， 压力中心位于制件的 几何中心。 (3) 计算排样 由表 4.3 取搭边值 1 2a （便于进距取整）， 2.5a 条料 宽度为 45mm，进距为 42mm。 表 4-3 最小工艺搭边值(单排) 总 第 4 章冲裁模具设计·91· ·91· 材料厚度 t / mm 工件间 a1/mm 沿边 a/mm 0.25 1.8 2.0 0.250.5 1.2 1.5 0.50.8 1.0 1.2 0.81.2 0.8 1.0 1.21.6 1.0 1.2 1.62.0 1.2 1.5 2.02.5 1.5 1.8 2.53.0 1.8 2.2 3.03.5 2.2 2.5 (4) 冲裁摸间隙及凹模、凸模刃口尺寸公差计算 查表， min 0.46mmZ， max 0.64mmZ。 表 4- 4 冲裁模初始双面间隙z ( z = 2c ) (单位： mm) 板料厚度 /mm 材料 08、10、35、 Q235 40、50 65Mn ZminZmaxZminZmaxZminZmax 0.5 0.040 0.060 0.040 0.080 0.040 0.060 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 0.9 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.090 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.230 冲压工艺与模具设计·92· ·92· 1.75 0.220 0.320 0.220 0.320 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 2.1 0.260 0.380 0.280 0.400 2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 2.75 0.400 0.560 0.420 0.600 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 查表， p0.02mm， d 0.03mm。 表 4- 5 规则形状 (圆形、方形 )冲裁凸模、凹模的极限偏差 (单位： mm) 基本尺寸凸模偏差 p凹模偏差 d 18 0.020 0.020 1830 0.020 0.025 3080 0.020 0.030 80120 0.025 0.035 120180 0.025 0.040 180260 0.030 0.045 260360 0.035 0.050 360500 0.040 0.060 查表，0.5x。 表 4-6 磨损系数 x 材 料 厚度 t/mm 工件公差/ mm（为上偏差减下偏差） 非圆形圆形 x=1 x=0.75 x=0.5 x=0.75 x=0.5 1 0.16 0.17 0.35 0.36 0.16 0.16 12 0.20 0.21 0.41 0.42 0.20 0.20 24 0.24 0.25 0.49 0.50 0.24 0.24 第 4 章冲裁模具设计·93· ·93· 4 0.30 0.31 0.59 0.60 0.30 0.30 由于 pd 0.05mm， maxmin 0.18mmZZ，满足 maxmin ZZ pd 故凸、凹模采取分别制造的方法。 凸、凹模尺寸： d 0.030.03 d000 ()(400.50.25)mm39.88mmDDx p 000 pdmin0.020.02 (Z)(39.880.46)mm39.42mmDD 3) 有关模具零件设计计算 (1) 凹模、凸模、凸凹模尺寸 取凹模厚30mm，外圆直径110mm。（校核） 凸模采用圆形冲孔凸模， 采用固定板固定 方式。 (2) 选择上、下模板及模柄 采用 GB/T2851.31990 后侧滑动导柱导 向模架。 根据凹模外形尺寸110mm选相近规格标准模板 LB，为160mm 125mm，上模板厚40mm，下模板厚50mm。 选 用GB/T2861.1 1990 导 柱25m m180m m， GB/T2861.6 1990导套25m m95m m38m m。 根据压力机模柄孔尺寸，选择40 110AJB/T7646.1 1994 压入式 模柄 。 (3) 其他结构尺寸 垫板： 110mm6mm 凸模固定板： 110mm45mm 冲压工艺与模具设计·94· ·94· 刚性卸料板：110mm12mm 导料板：110mm8mm 凸模长度： p (45201280.5)mm85.5mmH， 取86mm 4) 模具闭合高度 0 (40645201283050)mm211mmH 所选压力机闭合高度 max 250mmH， min (25070)mm180mmH。 满足 max 5mmH 0 H min 10mmH 5) 绘制模具总图及零件图 第 4 章冲裁模具设计·95· ·95· 图 4.5 冲裁模装配图 图 4.6 工作零件图 冲压工艺与模具设计·96· ·96· 4.1.4 连续模 连续模在一次冲压行程中，在几个不同的工位上 同时完成多道工序的冲裁的冲模， 又称级 进模。 图 4.7 侧刀定距边连续冲裁模 第 4 章冲裁模具设计·97· ·97· 4.1.5 正装式复合模 正装式复合模： 落料凹模在下模布置。 图 4.8 正装式冲孔落料复合冲裁模 4.1.6 倒装式复合模 倒装式复合模： 落料凹模在上模布置的复合模。 冲压工艺与模具设计·98· ·98· 图 4.9 冲孔落料倒装式复合冲裁模 第 4 章冲裁模具设计·99· ·99· 优点：废料能直接从压力机落料孔落下，操作方便， 生产效率较高，应用广泛。 4.2 特殊冲裁模设计 4.2.1 拼块式冲裁模 模具凸模或凹模采用拼块的方法组成。 图 4.10 拼块上螺钉、销钉的布置图 4.11 嵌入法 冲压工艺与模具设计·100· ·100· (a) 冲大件拼块落料模平面结构 (b) 冲大件拼块落料上模 图 4.12 冲大件拼块落料模结构 第 4 章冲裁模具设计·101· ·101· 4.2.2 厚料冲孔模 图 4.13 厚料冲孔模结构图 4.2.3 小孔冲裁模 对于一般的软钢，其最小极限孔径mind等于板料厚度t， 即 min dt。 小孔冲模的结构特点 主要是保护凸模不被折断 。 通常 采用凸模全长导向方式， 或采用超短凸模 方式。 图4.14所示小孔冲模。工件厚度2mm，Q235钢板， 冲两个2mm孔。 冲压工艺与模具设计·102· ·102· 图 4.14 对凸模采用全长导向的小孔冲模结构 第 4 章冲裁模具设计·103· ·103· 图 4.15 活动护套与固定护套结构图图 4.16 凸模 导向组件在工作始末情况 冲压工艺与模具设计·104· ·104· 4.2.4 悬臂式冲孔模与侧向冲孔模 图 4.17 悬臂式冲孔模结构图 4.2.5 两同心件落料模 图 4.18 同心件落料复合模结构 第 4 章冲裁模具设计·105· ·105· 图 4.19 同心件零件图 4.2.6 硬质合金冲裁模 硬质合金冲裁模 用硬质合金作为凸模和凹模材 料的冲裁模。 特点：模具寿命比一般合金钢模具寿命高20倍30 倍。 模具成本比一般合金钢模高3倍4倍。 材料：含钴量在8%30% 的钨钴类合金，YG15、 YG20、YG25。 冲压工艺与模具设计·106· ·106· 图 4.21 硬质合金连续冲裁模结构 第 4 章冲裁模具设计·107· ·107· (a) 零件图(b) 排样图 图 4.22 零件图及排样图 4.2.7 棒料切断模 (a) 正视图 冲压工艺与模具设计·108· ·108· (b) 俯视图 图 4.23 棒料切断模结构图 4.2.8 非金属冲裁模 (a) 冲孔的刃口(b) 落料的刃口(c) 复合模 图 4.24 尖刃冲裁模结构 第 4 章冲裁模具设计·109· ·109· 4.2.9 精密冲裁模 4.2.9.1 整修 整修将普通冲裁后所得的毛坯放在整修模中进 行一次或数次整修加工， 去掉粗糙不平的 断面与锥度，得到光滑平整的断面。整修 工艺示意图，如图4.25所示。 图 4.25 整修工艺示意图图 4.26 尖角的整修 4.2.9.2 光洁冲裁 1) 小间隙圆角刃口冲裁 冲压工艺与模具设计·110· ·110· 图 4.27 带椭圆角或圆角的凹模 2) 负间隙冲裁 图 4.28 负间隙冲裁图 4.29 负间隙冲裁凸模尺寸分布 第 4 章冲裁模具设计·111· ·111· 4.2.9.3 精冲 工艺特点：压力下塑性变形，阻止与推迟裂纹产生。 图 4.30 精冲模具结构简图 模具结构： 冲压工艺与模具设计·112· ·112· 图 4.31 落料冲孔精冲模 第 4 章冲裁模具设计·113· ·113· 图 4.32 凸模活动式复合精冲模 习题 1. 简述题 (1) 试分析无导向开式冲裁模、导板式冲裁模与导柱 式冲裁模各自特点 (2) 正装复合模与倒装复合模各有何特点？如何选 择？ (3) 滚动模架和滑动模架相比，在结构特点上有什么 冲压工艺与模具设计·114· ·114· 不同？ (4) 非金属冲裁的特点和金属冲裁的特点有什么不 同？非金属冲裁的凸、凹模刃口形状和金 属冲裁的凸、凹模刃口形状有什么不同？ (5) 整修的冲裁原理和普通的冲裁原理有什么不同？ 整修的精度可以达到多少？ (6) 采用精冲和采用负间隙冲裁有何异同？ (7) 简述精冲工艺原理，并分析精冲模具的结构特点。 2. 设计题 (1) 如图4.33所示大型工件，如采用拼块式落料模结 构形式，应该如何划分镶拼结构？ 图 4.33 设计拼块落料模的拼块形式 (2) 设计落料冲裁模，材料Q235，t=2mm，如图 4.34 所示。 第 4 章冲裁模具设计·115· ·115· 图 4.34 设计落料冲裁模 (3) 设计冲孔落料级进模或复合模，并且对这两种模具的特 点进行比较。材料10 钢， t=2mm，如图 4.35 所示。 图 4.35 设计冲孔落料级进模或复合模