摘　要

本次设计了一套冲孔﹑落料的模具。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用冲孔落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定模具的类型。得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。

在论文中第一部分，主要叙述了冲压模具的发展状况，说明了冲压模具的重要性，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。第二部分，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。最后对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次设计模具的绘制和模具的成形提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。

本模具性能可靠，运行平稳，能够适应大批量生产要求，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。

关键词：冲压；落料冲孔模；模具结构；

目录

1冲压基础知识1

2工艺分析3

2.1零件的功用与经济性分析3

2.2零件钣金成形工艺性分析3

2.2.1结构形状与尺寸分析：3

2.2.2精度与表面粗糙度4

2.2.3材料4

3制定工艺方案5

3.1工艺方案的分析5

3.2工艺方案的确定5

4工艺计算6

4.1排样及材料的利用率6

4.11排样的选用原则6

4.12材料利用率的计算6

4.2落料力、冲孔力、卸料力、推件力的计算7

4.4模具刃口的尺寸和公差的确定9

4.41冲裁间隙的确定9

4.42凸、凹模刃口尺寸计算10

5主要零部件设计12

5.1凹模设计12

5.2凸模的设计13

5.3凸凹模设计14

5.4卸料橡胶的设计15

5.5卸料板的设计16

5.6固定板的设计16

5.7上下模座、模柄的选用17

6冲压设备的校核与选定19

6.1冲压设备的校核19

6.2冲压设备的选用19

7绘制模具总装图及零件图20

7.1装配图绘制20

参考文献21

冲压是利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括冲孔、落料、切口、切边、剖切等多种分离工序。

一、按变形性质分类

（一）分离工序

被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的相当应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。这些冲压工序统称分离工序，如剪裁一冲孔、落料、切口等。

（二）成形工序

被加工材料在外力作用下，作用在变形部分的相当应力处于材料的屈服极限与强度极限之间，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称成形工序，如弯曲、拉深、成形等变形工序。

常用的各种冲压加工方法，可见表1-2和表1-3。

二、按基本变形方式分类

（一）冲裁

使材料沿封闭或不封闭的轮廓剪裂而分离的冲压工序为冲裁，如冲孔、落料等。

（二）弯曲

将材料弯成一定角度或形状的冲压工序称为弯曲，如压弯、卷边、扭曲等。

（三）拉深

将平板毛坯拉成空心件，或将空心件的形状和尺寸用拉深模作进一步改变的冲压工序，称为拉深，有不变薄拉深和变薄拉深。

（四）成形

使材料产生局部变形，以改变零件或毛坯形状的冲压工序称为成形，如翻边、缩口等。

三、按工序组合形式分

（一）简单工序

当零件批量不大、形状简单、要求不高、尺寸较大时，在工艺上常采用工序分散的方案，即在一副模具内只完成零件的一个工序，此工序称为简单工序。

（二）组合工序

当零件批量较大、尺寸较小、公差要求较严时，用若干个分散的简单工序来冲压零件是不经济的或难于达到要求的。这时在工艺上多采用工序集中的方案，即将两种或两种以上的简单工序集中在一副模具内完成，称为组合工序。根据工序组合的方法，又可将其分为三类：

1．复合冲压在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上同时完成两种或两种以上的简单工序的冲压方法。

2．连续冲压在压力机的一次行程中，在一副模具的不同位置上同时完成两种或两种以上的简单工序的冲压方法。连续冲压所完成的冲压工序依次分布在条料送进的方向上，压力机每一次行程中，条料送进一个步距，同时冲压相应的工序。除最初几次冲压行程外，以后每次冲压行程都可以完成一个零件。

3．连续一复合冲压在一副模具内包括连续冲压和复合冲压的组合工序。

连续冲压和连续一复合冲压是高效率的组合工序，可使复杂零件在一副模具内冲压成形。在大批量生产中广泛采用。

此外，在生产中也常用冷冲压方法使零件产生局部的塑性变形来进行装配，此工序称为冷冲压装配工序，如铆接、弯接、冷塑压焊接等。

该零件材料为Q235，厚度0.5mm。尺寸公差等级为IT11级，该零件的产量属于大批量，零件外形对称，材料为一般用钢，故冲压加工经济性良好。

2.2.1结构形状与尺寸分析：

图2-1零件图

图2-2毛坯图

该制件形状简单，厚度适中，属于普通冲压件，但有几点应该注意：

1根据工件的形状分析，该工件为落料、冲孔、弯曲件,因此在加工时要考虑到冲孔和弯曲工序的干涉问题；

2大批量生产，应重视模具材料的选择和模具结构的确定，保证模具的寿命；

3制件体积不是很小，从安全考虑，要采取适当的取件方式，模具结构上设计好推件和取件方式。

2.2.2精度与表面粗糙度

此零件的表面粗糙度均为自由表面粗糙度，尺寸公差等级为IT11级。

2.2.3材料

零件材料是Q235，参考文献[1]可知Q235为极软的碳酸钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。但存在时效敏感性，淬硬性及淬透性极低。大多轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件和焊接构件。

力学性能：抗拉强度σb(MPa)：310-380

屈服强度σs(MPa)：240

伸长率δs(％)：21-25

综上所述，该零件的形状、尺寸、精度、材料均符合冲裁工艺性要求，故可以采用冲压方法加工。

根据以上基本工序，可拟定出以下三种冲压工艺方案：

方案一：落料、冲孔、弯曲单工序模

方案二：落料冲孔复合模、冲孔単工序完成

方案三：采用多工位级进模

分析比较上述三种工艺方案，可以看出：方案一模具简单，数量多，冲压效率低。方案二相对于方案一模具较复杂，数量减少，冲压效率提高。方案三相对于前两种方案模具最复杂，制造周期长，数量最少，冲压效率最高，但是由于弯曲工序的尺寸较大，设计模具和加工模具都比较困难。

经过全面分析、综合考虑，以零件质量、生产效益及经济性几个方面衡量，认为三种方案中方案三为最佳的方案，即采用落料冲孔复合模和单工序弯曲模完成此制件，本次设计主要设计落料冲孔复合模。

由于产量大，材料利用率是一项很重要的经济指标，要提高材料利用率就必须减小废料面积，条料在冲裁过程中翻动要少，使工人操作方便、安全，减轻劳动强度，排样应保证冲裁件的质量，无论是采用有废料或少、无废料的排样，根据冲裁件在条料上的不同布置方法，排样方法有直排、斜排、对排、多排等多种形式的排列方式，可以根据不同的冲裁件形状加以选出用。现工件外形为圆形，采用有废料的直排法，比较方便、合理。

搭边起补偿条料的剪裁误差，送料步距误差以及补偿于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。使凸，凹模刃口双边受力，受力平衡，合理间隙一易破坏，模具寿命与工件断面质量都能提高。对于利用搭边自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。搭边的合理数值主要决定于材料厚度、材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般板料愈厚，材料愈软以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值也应愈大。由查表得工件间搭边值a=1.5mm、侧面a=2mm。

采用直排的排排样方案，如图4-1所示：

计算冲压件的毛坯面积(用CAD自带的测量面积工具)：

S=672mm2

送料步距A：送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，每次只冲一个零件的步距按式：A＝D＋a，

A=8＋1.5＝9.5mm

条料宽度B：B=（84+2×2）mm=88mm

图4-1排样图

通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率來表示，按式：

=100%=100%

式中——一个步距内零件的实际面积

——一个步距内所需毛坯面积

A——送料步距

B——条料宽度

带入数据可得：

=100%=100%≈80.4%

计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。一般可按下公式计算：

式中FP-------冲裁力（N）；

L--------冲裁周边长度（mm）；

t--------冲裁料厚(mm)；

τb---------------抗剪强度（MPa）；

落料力

材料的抗剪强度=360

﹙4-1﹚

其中——冲裁力

——冲裁周边长度，cad测量184mm。

——材料厚度

——材料抗剪强度

——系数

冲孔力

﹙4-2﹚

冲裁时的推件力和卸料力及压力机的选择

表4-1卸料力、推件力及顶件力系数

冲裁材料

纯铜、黄铜

0.02～0.06

0.03～0.09

铝、铝合金

0.025～0.08

0.03～0.07

钢

材料厚度

～0.1

0.06～0.075

0.1

0.14

>0.1～0.5

0.045～0055

0.065

0.08

>0.5～2.5

0.04～0.05

0.050

0.06

>2.5～6.5

0.03～0.04

0.040

0.05

>6.5

0.02～0.03

0.025

0.03

查表4-1，，，则n取8个

故（4-3）

=2.4

则最大冲压力：

﹙4-4﹚

查表选取国产100开式压力机J23-10

其最大闭合高度为180

连杆调节高度为35

模柄孔尺寸为直径30，深度为55

工作台尺寸左右为240、前后370，垫板厚度35

间隙在冲裁模中指凸、凹模刃口间缝隙的距离，通常称为单边间隙。考虑使用习惯，仍采用双边间隙作为间隙的定义。

对普通冲裁，间隙对冲裁力和卸料力有明显影响。特别对卸料力影响显著。与此同时，间隙还影响冲裁件的尺寸和模具寿命。试验表明，当间隙过小时，落料件尺寸大于凹模尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸；间隙过大时，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件大于凸模尺寸。在正常使用情况下，间隙增大，模具寿命会明显提高。

选用冲裁间隙的主要依据是在保证冲件断面质量的前提下使模具寿命提高。在通常情况下，可根据冲件剪切表面质量及尺寸精度、模具寿命等因素，将冲裁间隙分为两大类。其中小间隙主要适用于电子、电工、仪表等行业，冲裁厚度较薄(t≤0.5㎜)；大间隙适用于冲裁厚件(t＞0.5)的冲模以及一般技术要求的模具。

凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。

凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与凹模配作法。

该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不宜采用，故采用第二种算法：凸模与凹模配作法。

（1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸---第一类尺寸A

Aj=(Amax-x△)

（2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸---第一类尺寸B

Bj=(Bmin+x△)

（3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸---第一类尺寸C

Cj=(Cmin+)

其中，x为磨损系数。

查表得：

工件精度IT10级以上x=1

工件精度IT1-IT13x=0.75

工件精度IT14x=0.5

因为本工件尺寸均为基本尺寸，故按IT14级精度，x=0.5。

在所有的尺寸中，

属于A类尺寸的有：，

属于B类尺寸的有：

属于C类尺寸的有：

注：①凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸——第一类尺寸A。

②凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸——第二类尺寸B。

③凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸——第三类尺寸C。

其中，x为磨损系数，公差等级按IT11，选择x为0.75。

具体计算如表4-2。

表4-2工作零件刃口尺寸计算

尺寸类型

公称尺寸

公式

计算后尺寸

备注

落料

采用间隙0.04-0.06

冲孔

中心距

Cj=(Cmin+)

虽然各类冲裁模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，可以分为工艺零件和结构零件两类。

设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件的定位、固定以及总体装配方法，本套模具主要采用螺钉固定模具零件，销钉起零件的定位作用，采用挡料销送进定距和导料销送进定位，无侧压装置。下面就分别介绍各个零部件的设计方法。

5.1.1凹模外形的确定

凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。

凹模各尺寸计算公式如下：

凹模边壁厚H=Kb1（5-1）

凹模边壁厚c=(1.5～2)H（5-2）

凹模板边长L=b1+2c（5-3）

凹模板边宽B=b2+2c（5-4）

式中：b1-冲裁件的横向最大外形尺寸；

b2-冲裁件的纵向最大外形尺寸；

K-系数，考虑板料厚度的影响，查表5-1。

表5-1系数K值

材料料宽s/mm

材料厚度t/mm

≤1

>1～3

>3～6

≤50

0.30～0.40

0.35～0.50

0.45～0.60

>50～100

0.20～0.30

0.22～0.35

0.30～0.45

>100～200

0.15～0.20

0.18～0.22

0.22～0.30

>200

0.10～0.15

0.12～0.18

0.15～0.22

查表5-1得：K=0.3。

根据公式（5-1）可计算落料凹模板的尺寸：

凹模厚度：

H=Kb1=0.3×84=25.2（mm）

根据公式（5-2）可计算凹模边壁厚：

c=(1.5～2)H=1.5×25.2～2×25.2（mm）

取凹模边壁厚为40mm。

取凹模厚度为30mm。

根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。

选用标准模板，即：L×B×H=160mm×140mm×30mm。

5.1.2凹模刃口结构形式的选择

冲裁凹模刃口形式有直筒式和锥形两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺寸较大，所以采用刃口为直通式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变。

5.1.3凹模精度与材料的确定

根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为IT11级，内型腔精度为IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um，上下平面的平行度为0.04，材料选Cr12。

5.2.1凸模结构的确定

凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该制件形状不复杂，所以将落料模设计成台阶式凸模，台阶式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。

5.2.2凸模材料的确定

该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以凸模的材料应选Cr12，热处理58～62HRC。

5.2.3凸模精度的确定

根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用IT7级，表面粗糙度为Ra0.8um。

5.3.1凸凹模外形尺寸的确定

凸凹模的外形由本套模具所设计的零件图样外形确定。凸凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量，一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，与落料凹模配合确定，其内孔尺寸与冲孔凸模配合确定。

5.3.2凸凹模壁厚的确定

凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒型刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大一些。

凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小一些,一般取厚度的1.5倍，即为3mm。本设计中凸凹模的壁厚为11mm，故该凸凹模的侧壁强度要求足够。

5.3.3凸凹模洞口类型的选取

本设计采用的是倒装式复合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要设计凸凹模洞口类型，排出积存废料。

(a)(b)(c)(d)(e)

图5-1凸凹模洞口的类型

(a)直通式(b)直通式(c)直通式(d)锥筒式(e)锥形式

凸凹模洞口的类型如图5-1所示，其中a、b、c型为直筒式刃口凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料的聚集而增大了推件力和凸凹模的涨裂力，给凸、凸凹模的强度都带来了不利影响。一般复合模和上出件的冲裁模用a、c型，下出件用b、d型其中d型是锥筒式刃口，在凸凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大。

综上所述，本设计选用a型洞口。

表5.2卸料橡胶的设计计算

项目

公式

结果

备注

卸料板工作行程

ΔHˊ=h+h+t

4

h为凸凹模进卸料板的高度1mm。

h为凸模冲裁后进入凹模的深度1m。

橡胶工作行程

H=ΔHˊ+h

8

h为凸模修模量，取4m。

橡胶自由高度

H自=+h修

32

L工—冲模的工作行程mm，对冲裁模而言，L工=t+1

h修磨—预留的修磨量。根据模具设计寿命一般取4~6mm。

橡胶预压缩量

L预=（0.1~0.15）H自

4mm

L预—橡胶的预压缩量

每个橡胶承受的载荷

F=F/4

1260N

选4圆筒形橡胶

橡胶的横截面积

取2520mm2，直径取30mm

F：每个所需的弹压力

q：约为0.26-0.5Mpa。

校核橡胶自由高度

0.5≤H/D

满足

橡胶的安装高度

H装=H自-L预

28

在冲压工艺分析中已经选择了弹性卸料装置，采用卸料板进行卸料。卸料板不仅有卸料作用，还具有用凸凹模导向，对凸凹模起保护作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相等。卸料板与凸凹模的间隙值由表5-3确定，取0.1mm。

卸料板的厚度选为15mm，卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据凹模的尺寸160mm×140mm×30mm，从而可以确定卸料板的尺寸160mm×140mm×15mm。

表5-3卸料板与凸凹模间隙值

材料厚度t/mm

＜0.5

0.5～1

＞1

单边间隙Z/mm

0.05

0.1

0.15

凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。

凸凹模固定板主要是固定凸凹模，保证凸凹模有足够的强度，使凸凹模与下模座、下垫板更好的定位。凸凹模与凸凹模固定板的配合按H7/m6。

固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍。

则固定板的厚度：

H固=（0.6～0.8）H凹（5-5）

式中：H固-固定板厚度；

H凹-凹模厚度。

根据公式（5-5）得凸模固定板和凸凹模固定板厚度都为：

H固=（0.6～0.8）H凹

=（0.6～0.8）H凹

=（0.6～0.8）×30

=18～24（mm）取厚度为20mm。

5.7.1上下模座的选用

本模具采用后侧导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。后侧导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离25mm。而下模座底面与导柱底面的距离为15mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用H7/r6的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用H7/r6的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。导柱与导套之间采用H7/r6的间隙配合，导柱与导套均采用20钢，热处理硬度渗碳深度0.8～1.2mm，淬硬58～62HRC。

导柱的直径、长度，按标准选取。

导柱：A28h6×200GB/T2861.1

导套：A42H6×110GB/T2861.6

模座的的尺寸L/mm×B/mm＝160mm×160mm,上模座的厚度与下模座厚度查标准分别为50mm、55mm。

5.7.2模柄的选用

模柄的作用是将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/n6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，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，使用与较大是模具。

（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冲模导向精度的影响，适用于滚珠导柱、导套导向的紧密冲裁。

根据本模具结构，采用压入式模柄。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。

该模具的闭合高度由以下零件高度相加之和求的。

该模具闭合高度：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h（6-1）

式中：L-冲孔凸模长度；

H-凸凹模厚度；

h-冲孔凸模冲裁后进入凸凹模的深度h=1mm。

根据公式（6-1）得模具的闭合高度为：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h

=235.5（mm）

可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以使用，该模具的闭合高度大于所选压力机型号为J23-10的最大装模高度。改选为J23-25，闭合高度为270，可以使用。

根据模具闭合高度、冲裁力等，压力机型号为J23-25，能满足各项要求，因此选取J23-25号压力机。

运用AutoCAD软件，按照上述几章设计的尺寸，绘制模具装配总图及各零件图。总装配图按照0#图纸绘制，零件图则按照其它型号的图纸绘制。图样幅面应符合国家(GB4457.1-84)。

先绘制装配草图，经指导老师认可，才进行正式图的绘制。绘图过程中严格按照国标制图标准绘制。

装配图应用足够说明模具构造的投影图及必要的剖面图、剖视图，一般主视图和俯视图应对应绘制。还要注明必要尺寸，如模具高度、轮廓尺寸以及装配保证的有关尺寸和精度。画出排样图，填写详细的零件明细表和技术要求。装配结构图如图7-1：

图7-1模具总装图

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