冲压模具设计参考模板1

冲压与塑料成型设备

（课程设计）

题目 XXX模具设计

班级机电模具ZB421301 姓名拉尔木吉

指导教师魏良庆

目录

第一章止动片冲压工艺分析及模具设计 (3)

1.1设计零件 (3)

1.2冲压件工艺分析 (3)

1.3冲压工艺方案的确定 (4)

1.4模具结构形式的确定 (4)

1.5排样设计 (5)

1.6冲压力的计算 (6)

1.7压力中心的计算 (8)

1.8初选压力机 (10)

第二章模具总体设计 (11)

2.1模具类型的选择 (12)

2.2定位方式的选择 (12)

2.3卸料方式的选择 (13)

2.4出件方式 (13)

2.5确定送料方式 (13)

2.6导向方式的选择 (13)

第三章模具工作部分尺寸计算 (14)

3.1工作零件刃口尺寸计算 (14)

3.2卸料装置中弹性元件的计算 (16)

第四章主要零部件设计 (18)

4.1工作零件的结构设计 (18)

4.2其它模具零件结构尺寸 (24)

4.3模架的选用 (27)

4.4其它标准零件的选用 (31)

第五章压力机的校核 (35)

第六章模具的装配总图 (36)

第一章止动片冲压工艺分析及模具设计

1.1设计零件

图1-1为止动片制件，材料为20，厚度为3mm，大批量生产。试设计

图1-1 止动片零件图

相应的模具及其主要的零部件，工件结构分析、工艺分析、模具方案的论证、进行总体结构设计、制定主要件的工艺规程、必须的工艺计算、制造工艺以及一定的技术经济分析等。

1.2 冲压件工艺分析

（1）材料:该冲裁件的材料Q235-A是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。

（2）零件结构: 零件结构简单对称，无尖角，外形有多处圆弧，中间有一个圆孔，孔的最小尺寸24mm，满足冲裁最小孔径Dmin>=10t=12mm的要求，成型后须保证各尺寸公差要求。顶部和底部各有三个孔，孔的最小尺寸7mm,孔与

边缘的最小壁厚为10mm ，孔与孔之间的最小距mm 12.025±，满足冲裁件最小孔边距mm 35.1min =≥t l 的要求，满足许用壁厚要求，因此，该制件具有良好的冲压工艺性，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，精度要求比

较低，可按工T14级确定工件尺寸的公差。有七个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属IT12。

由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。

1.3 冲压工艺方案的确定

由图1-1可知，该零件包括冲孔、落料两个基本工序，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，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，对该见冲压生产以采用方案（2）为最佳。

1.4 模具结构形式的确定

正装式复合模和倒装式结构比较：

正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲载

件，还可以冲制孔边距较小的冲载件。废料不会在凸凹模孔内积聚，每次由打棒打出，可减少孔内废料的涨力，有利于凸凹模减小最小壁厚。

倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲载件，但倒装式复合模结构简单，

又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有力条件，所以应用十分广泛。

制件的平直度要求较高，孔边距较小，工件最小壁厚为3mm，小于倒装式复合模要求最小许用壁厚 4.9mm，不能使用倒装式复合模生产。由以上分析确定该制件的生产采用正装式复合模具生产。

1.5 排样设计

排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样和选择适当的搭边值，是降低成本、保证工件质量及延长模具寿命的有效措施。

排样的方式有多种多样，如：直排、斜排、直对排、混合排、少废料和五废料等排样方式，由止动片图得，此冲裁件采用直排。

排样时工件以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件；保持条料有一定的刚度，便于送料。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且影响冲裁件的剪切表面质量。

条料边缘的搭边和工件间的搭边分别为2mm和2.2mm从而可计算出条料宽度和送进步距分别为96.4mm和38mm。如图1-2所示。

毛坯排样采用的是条料，且垂直于送料方向的凹模宽度大于送料方向的凹模长度，为降低生产成本，提高经济效益，采用横向手工送料方式，条料的送进方向。

图1-2 止动片排样图

一个步距内的材料利用率η为：裁单件材料的利用率按下式计算，即

%100bh

n 1?=A η 式中：A 冲裁面积(不包括内形结构废料)；

1n — 个冲距内冲冲裁件数目；

b —条料宽度；

h —进距。

利用CAD 可计算得21420.56mm A = 所以%78.38%1004

.963856.14201%100bh n 1=???=?=A η 查板材标准，宜选1000mm 900mm ?的钢板，每张钢板可剪裁为9张条料

(mm 1000mm 4.96?)，每张条料可冲26个工件，则总η为：

%93.36%1001000

90056.1420269%100n =????=?=LB A 总η 毛坯长度：L=31+64+31+1.57*(2+0.28*3)=130.46mm

冲裁件的周边长度=16*3.14+62+128+32+28=340.24mm

1.6 冲压力的计算

1.6.1冲压力

冲件外轮廓线的理论冲载力：

F 。=Lt τ

F 。=Lt τ=340.24*3*341=348.06（KN ）

式中：1F —实际冲裁力（KN ）；

L —工件外轮廓周长，由CAD 计算可得L=130.46mm ；

t —材料厚度，其中t=3mm ；

τ—材料的搞剪强度（Mpa ），查表得取τ＝341Mpa 。

K —系数，取K=1.3；

所以1F =K *F 。=1.3*340.24*3*341=452.48(KN)

落料力F 落=Lt b σ

式中：b σ=610Mpa ，参考文献[i]P 6表1-3可得

F 落=340.24*1.3*610=269.81(KN)

冲孔力：孔的φ为24mm 的冲载力τKLt F =2

式中：2F —冲孔力（KN ）；

L —工件外轮廓周长.L=16π+31*2+64*2+18*4+4*7=340.24mm

t —材料厚度，t=3mm ；

τ—材料的搞剪强度（Mpa ），查表得取＝490Mpa 。

K —系数，取K=1.3

所以τKLt F =2=1.3*3.14*24*3*490=145.314(KN).

孔的φ为7的冲载力τKLt F =3

式中：3F —冲孔力（KN ）；

L —工件外轮廓周长。

t —材料厚度，t=3mm ；

τ—材料的搞剪强度（Mpa ），查表得取＝490Mpa 。

K —系数，取K=1.3

所以τKLt F =3=1.3*3.14*7*490*3=42.00378(KN)

1.6.2 卸料力

按式2.6.3得：

1F K F X X = 式中：

X F —卸料力因数,由参考文献[i]P 6表1-3查得X F ＝0.04。

则卸料力：0.04452.4818.09X F KN =?=

1.6.3推件力

由式1-26得

1T T F nK F =，式中： n 为同时卡在凹模内料的个数，T K =0.045

11*0.045*452.4820.36()T T F nK F KN ===

1.6.4顶件力

顶件力计算按式1-27：1D D F K F =

式中：D K —顶件力因数，其值由参考文献[i]P 6表1-3查得D K =0.05

顶件力则0.05452.4822.62D F KN =?= 模具总冲压力为：

1452.4820.3618.09492.93X T F F F F KN =++=++=

1.7 压力中心的计算

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。冲模的压力中心如图1-3所表示。

图1-3 凹模型口图

工件的y 方向对称，故压力中心到y 轴的距离：

820y y y +=

其中：mm y 52=，mm y 58-=

所以：mm y y y 0820=+=

x 方向不对称，故压力中心到x 轴的距离为：

11

10987654321111110109988776655443322110l l l l l l l l l l l x l x l x l x l x l x l x l x l x l x l x l x ++++++++++++++++++++= 其中：mm l 71.151= mm x 18.531-=

mm l 93.292= mm x 352-=

mm l 83.353= mm x 82.03-=

其中r=18mm ，99.1/3==r l α，α为弧度

mm l 58.114= mm x 2.194=

mm l 7.375= mm x 64.325=

mm l 58.116= mm x 2.196=

mm l 83.357= mm x 82.07-=

mm l 93.298= mm x 358-=

mm l 56.129= mm x 509-=

mm l 8.6210= mm x 010=

mm l 27.2811= mm x 2511=

将以上数值代入公式得：

mm l l l l l l l l l l l x l x l x l x l x l x l x l x l x l x l x l x 80.311

10987654321111110109988776655443322110-=++++++++++++++++++++= 该工件冲载力不大，压力中心偏移坐标原点较小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点。

1.8 初选压力机

压力机公称压力的确定：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，即

≥=

(1.1~1.3)542.22~640.81

P F KN

∑

因此初选压力机为：HFA630

HFA630

第二章模具总体设计

2.1 模具类型的选择

冲裁模结构类型很多，按工序组合程度分类，可分为：单工序模、复合模、级进模等。

单工序模是指在压力机的一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模，落料模只适用于冲裁精度要求不高，形状简单和生产批量小的冲件。

复合模是指在压力机的一次行程中，在模具的同一工位上同时完成两道或两道以上不同冲裁工序的冲模。它在结构上的主要特点是有一个或几个具有双重作用的工作零件——凸凹模，如在落料冲孔复合模中只有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。根据凸凹模在模具中的装配位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模。复合模因压料较好，冲件平整精度高，该生产采用的是大批量生产，生产效率较高。

级进模又称连续模，是指在压力机一次行程中，依次在同一模具的不同工位上同时完成多道工序的冲裁模。在级进模上，根据冲件的实际需要，将各工序沿送料方向按一定顺序安排在模具的各工位上，通过级进冲压便可获得所需冲件。级进模不但可以完成冲裁工序，还可以完成成形工序等等，是一种多工序高效率冲模。它可分为普通级进模和多工位精密级进模。

根据零件的冲裁工艺方案，确定采用复合模。此模具的结构较为简单，降低了模具的加工难度，减少生产成本，提高了生产效益。

2.2 定位方式的选择

因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销。控制条料

的送进步距采用挡料销初定距。

2.3 卸料方式的选择

刚性卸料与弹性卸料的比较：

刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲载后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取)

2.0(t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时，

~

5.0

卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲载间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大，材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。

弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料，由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择0(，若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲t)2.0

~

载间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。

工件平直度较高，料厚为2mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故采用弹性卸料。

2.4 出件方式

因采用正装式复合模生产，故采用上出件为佳。

2.5 确定送料方式

因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B大于送料方向的凹模长度L，故采用纵向送料方式，即由前向后送料。

2.6 导向方式的选择

方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳，其对角导柱模架上、下模座工作平面的横向尺寸L一般大于纵向尺寸B，常用于横向送料级进模或者纵向送料的单工序冲载模、复合模。

方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便，因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。

方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠，刚性好等优点。常

用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。

方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向准确可靠、滑动平稳。但只能纵向送料，一般用于单工序模或复合模。

根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该复合模采用中间导柱的导向方式，即方案四最佳。

第三章 模具工作部分尺寸计算

3.1 工作零件刃口尺寸计算

凸、凹模间隙对冲载件质量、冲载工艺、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲载件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲载力小、模具寿命高，但分别从质量，冲载力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个合适的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙min C ，最大值称为最大max C 。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值。

3.1.1 落料模具工作零件刃口尺寸计算

落料时，因外形轮廓较简单，故模具按配合加工的方法制造，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：

落料部分以落料凹模为基准计算，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此均属于A 类尺寸。

查表可知：

凸模和凹模最小间隙为：mm Z 246.0min =

凸模和凹模最大间隙为：mm Z 360.0max =

查相关资料得因数x 为：

当工件精度IT10以上 x=1

当工件精度IT11到IT13 x=0.75

当工件精度IT14 x=0.5

所以落料凹模基本尺寸为：

4/0

max )(?+?-=x D D d 尺寸00.122mm -：0.12/40.03100(20.750.12) 1.91D

mm ++=-?= 尺寸00.126mm -：0.12/40.0320

0(60.750.12) 5.91D mm ++=-?= ()0

00.24°?0.06418*26480.5*0.24125.24D mm π--=+++= 落料部分相应的凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证其双面间隙为：0.246mm 到0.360mm

3.1.2冲孔模具工作零件刃口尺寸计算：

冲孔时，凸模外形为圆孔，故模具采用凸、凹模分开加工的方法制造，以冲孔凸模为基准计算，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：

查表可知：

凸模和凹模最小间隙为：mm Z 246.0min =

凸模和凹模最大间隙为：mm Z 360.0max =

查相关资料得因数x 为：

当工件精度IT10以上 x=1

当工件精度IT11到IT13 x=0.75

当工件精度IT14 x=0.5

根据公式2.4.3和公式2.4.4得

4/min )(?-?+=x d d T

4/0

min )(?++=Z d d T A 孔0.1507mm ?+： mm d T 0038.00

4/15.0113.4)15.075.04(--=?+=

mm d A 038.004/15.00359.4)246.0113.4(++=+=

校核：mm A T 076.0=+δδ mm Z Z 114.0min max =-

满足：min max Z Z A T -≤+δδ条件

孔0.21024mm ?+：0

00..24/40.06(240.750.21)24.16T d mm --=+?=

0.24/40.0600(24.160.246)24.406A d mm ++=+=

校核：mm A T 106.0=+δδ mm Z Z 114.0min max =-

满足：min max Z Z A T -≤+δδ条件

3.2 卸料装置中弹性元件的计算

3.2.1 卸料块的设计

卸料装置一般是弹性的,其基本零件是卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成，弹性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍。卸料板与凸模的双边间隙根据冲件料厚确定，一般取0.1～0.3mm 。此外，为便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口端面0.3～0.6。卸料螺钉一般采用标准的阶梯形螺钉，其数量按卸料板形状与大小确定，卸料板为圆形时常用3～4个，为矩形时一般用4～6个。卸料螺钉的直径大小可选 8～12mm ，各卸料螺钉的长度应一致，以保证卸料板水平和均匀卸料。弹性卸料装置依靠弹簧或橡皮的弹力来卸料，卸较力不太大，但冲压时可兼起压料的作用。

3.2.2弹性元件橡胶的设计

（1）橡胶的形状及数量

由于橡胶允许承受的载荷较大，安装灵活方便，因而是冲裁模中常见的弹性元件。

冲裁中用于卸料的橡胶有聚氨脂橡胶和合成橡胶，其中聚氨脂橡胶性能比合成橡胶优异，所以采用聚氨脂橡胶，形状为圆筒形橡胶，假设数量为n=4

（2）确定橡胶的自由高度0H

工）（H H 4~5.30=

12h h 133

7h t

mm

=++=++=

其中：工作h 卸料板工作行程

1h 为凸凹模凹进卸料板的深度，取1mm

2h 为凸凹模冲载后进入凹模的深度3mm

t 为材料厚度3mm

7(5~10)(65)mm 12mm

H h h =+=+=+=

其中：工H 橡胶工作行程 修h 为凸凹模修磨量，取5mm

综合上述，0448mm H H == ，取工H 为0H 的25%

（3）确定橡胶的预压缩量预H

0H 15%~%10）（预=H

015%0.15487.4mm H H ==?=

（4）每个橡胶承受的载荷1F

选用四个圆筒形橡胶

1180904524.544

X F F N === （5）橡胶的外径D

5.012))/(27.1(P F d D +=

其中d 为圆筒形橡胶的内径，假如选用直径为8mm 的卸料螺钉，取橡胶上螺钉过孔的直径d=10㎜，MPa P 1=。

所以66D mm =

为了保证足够的卸料力，可取D=70mm 。

（6）校核橡胶的自由高度0H

0480.687070

H == 橡胶垫的高径比在5.1~5.0之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为

0-48-7.441.6mm H H H ===

第四章 主要零部件设计

4.1 工作零件的结构设计

4.1.1凸凹模

零件外形相对简单，根据实际情况并考虑加工，为了满足凸凹模强度和刚性，将凸凹模设计成阶梯式，使装配修磨方便。采用成形铣、成形磨削加工。凸凹模总长L ：

1234

1541.615172.6L h h h h mm

=++-=+++=

其中1h 为凸凹模固定板厚度，2h 为橡胶安装高度，3h 为弹性卸料板厚度，4h 为凸凹模凹进弹性卸料板厚度。其结构图如图4-1：

图4-1凸凹模

4.1.2落料凹模

（1）凹模结构形式

凹模的结构形式也较多，按外形可分为标准圆凹模和板状凹模 ，按结构分为整体式和镶拼式、预应力组合式。按刃口形式也有平刃和斜刃。一般用多采用整体式及镶拼式，根据零件为多种几何形状，整体式适用于小型凸、凹模，镶拼组合式主要用于较大的凸、凹模。根据以上分析应采用整体式，各种凹模的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。根据实际生产需要，使用外形为矩形的板状凹模。

（2）凹模的固定方式

凹模的固定方式有三种：第一种是热套和冷压；第二种是低熔点合金，环氧树脂浇注及无机粘接；第三种是螺钉紧固，销钉定位。采用第一种时不易装拆，主要用于冷挤压预应力凹模。用第二种时，其紧固力较小，不易装拆。采用第三种时，紧固力大，定位可靠，通用性较强，装拆方便，适用于各种类型的模具采用，要保证螺孔间、螺孔与销孔间及螺孔或销孔与凹模刃口间的距离不能太近，否则会影响模具的寿命。根据以上分析应采用螺钉紧固，销钉定位。

凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉、销钉与上模座固定的固定方式。因冲件为中批量生产，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直筒形刃口，该形式刃口强度较高，修磨后刃口的尺寸不变，用于冲裁形状或精度要求高的零件。

（3）凹模尺寸计算

其外形尺寸按相关公式2.9.3、2.9.4计算：

凹模厚度

m m

kb

H 16.219223.0=?==

查表取k=0.23

考虑到推进块的安装空间和运动空间，凹模的实际厚度应增加。取H=25mm 凹模壁厚

mm

H

C )32.42~74.31(16

.21)2~5.1()2~5.1(=== 取C=40mm

凹模宽度

mm

H

b B )136~111(25)4~3(36)4~3(=+=+=

取B=125mm

凹模长度

mm

H

l L )192~167(25)4~3(92)4~3(=+=+=

取L=160mm

所以凹模轮廓尺寸为 mm mm mm 25125160??，为了保证螺孔间、螺孔与销钉孔之间的强度和模具的寿命，一般开的孔与孔之间的距离根据表2.9.3知道销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5㎜，螺纹孔与凹模刃口间的距离取大于两倍孔径值。

（4）凹模材料的选用和强度校核

根据需要，凹模的材料选用T10A ，工作部分热处理淬硬60～64HRC （材料及热处理选用参考表1.4.4）。查表2.9.14选M8的螺钉。凹模板中的孔与孔之间的校核:由表2.9.3校核最小的A 值为12mm,最小的B 值为14mm,最小的C 值为5mm,最小的D 值为12mm,以上的所有尺寸都能符合要求,因此孔与孔之间的距离得以校核。

强度校核：凹模的强度校核主要是校核其厚度H ，凹模在冲载力的作用下会产生弯曲，如果凹模厚度不够，就会产生较大的弯曲变形甚至断裂。凹模强度计算近似公式

][a

b 1a b 3222弯弯）（σσ≤+=H F 式中：F 为冲载力，单位N