倒装复合冲裁模设计机电技术教育专业 王艳梅指导教师 张华摘 要: : 冲压生产是当代金属加工领域的重要手段，冷冲模是冲压生产中不可少的主要工艺设 备。本课题是针对倒装复合冲裁模的设计，其主要设计过程如下：首先，对冲压件工艺分析，从而 确定冲裁间隙及凸、凹模和凸凹模刃口尺寸。其次，通过对冲裁件的排样来实现对材料的利用率。 再次，通过对冲裁力的计算来选择压力机和确定压力中心。最后，进行模具零部件的设计及选用， 运用 AutoCAD 绘制模具装配图和零部件图。关键词:倒装复合冲裁模；凸模；凹模 引言模具是工业生产中使用极为广阔的工艺装备。采用模具生产零部件，具有高效、 节省材料、成本低廉、保证质量等一系列优点，是当代工业生产的重要手段和工艺发 展方向。现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水 平。模具设计是制造模具的依据和基础，因此进行模具设计时，设计者不仅要有较高 的模具设计理论知识，还要有一定的模具制造及使用实践经验，才能设计出结构合理、 成本低廉、使用方便、寿命较长的优质模具来。在一般情况下，进行模具设计应按设 计程序和步骤进行。 冲裁是利用冲模将板料的一部分沿一定轮廓形状与另一部分分离的工序。经过冲 裁以后，板料被分成带孔部分和冲落部分。若冲裁的目的在于获得一定形状和尺寸的 内孔，这种冲才被称为冲孔。若冲裁的目的在于获得具有一定外形轮廓和尺寸的零件， 这种冲裁成为落料。冲裁工序所需要的模具称为冲裁模。冲裁模是从条料、带料或半 成品上沿规定轮廓分离板料使用的模具，通常指落料模和冲孔模。 本设计是典型的倒装复合冲裁模设计。 复合模是指在压力机的一次行程中，在模具的同一个工位上同时完成两道或两道 以上不同的冲模。复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几 个具有双重作用的工作零件凸凹模。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两种。凸凹模装在上模的称为正装式复合模，凸凹模装 在下模的称为倒装式复合模。从正装式和倒装式复合模结构分析中可以看出，两者各 有优缺点。正装式复合模较适用于冲裁材料较软或料厚较薄、平直度较高的冲件，还 可以冲制孔边距较小的冲件。而倒装式复合模结构简单（省去了顶出装置） ，便于操作， 并为机械化出件提供了条件，故应用非常广泛。1 冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析是指冲裁件对冲压加工工艺的适合性，即冲裁件的结构形状、 尺寸大小、精度等级等是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料 消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单等。通常对 冲裁件的工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。1.1 冲裁件的结构与尺寸 该零件结构较简单，形状对称，由圆和直线组成。冲裁件的形状应尽可能简单、 对称，最好采用圆形、矩形等规则的几何形状或由这些形状所组成，使排样式废料最 少。冲裁件零件简图如下图 1-1 所示。图 1-1 冲裁件零件简图 冲裁件的外形或内形的转角处，要避免尖角出现，应以圆弧过渡，以便于模具 加工，减少热处理或冲压时在尖角处开裂的现象，同时可以防止尖角部位的刃口磨损 过快而使模具寿命降低。表 1-1 冲裁减的凸出悬臂和凹槽最小宽度 B(mm)材料B硬钢（1.5-2.0）t黄铜、软钢（1.0-1.2）t铝（0.8-0.9）t冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。 冲裁件的孔与孔之间、孔御边缘之间的距离，受模具强度和冲裁件质量的制约， 其之不宜过小，一般要求 c(1 一 15)t,c(152)t，如图 1-2 所示。图 1-2 冲件上的孔距及孔边距1.2 冲裁件的精度44 0-0.54220.6226+0.240R1012045由表 1-2、1-3 可查出，冲裁件内外形所能达到的经济精度为 IT12IT13，孔中心 与边缘距离尺寸公差为0.6。将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较， 可知该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其他尺寸标注、生产批量等情况， 也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲孔落料复合冲裁模进行加工，且一次冲压成 形。表 1-2 冲裁件内、外形所能达到的经济精度基本尺寸/ mm材料厚度 t/ mm3366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123IT14IT12IT1335IT14IT12IT13表 1-3 冲裁件孔中心与边缘距离尺寸公差（）孔中心与边缘距离尺寸材料厚度 t/ mm505012012022022023020.50.60.70.8240.60.70.81.040.70.81.01.21.3 冲裁件的材料 冲裁件所用的材料，不仅要满足其产品使用性能的技术要求，还应满足冲裁工艺 对材料的基本要求。特别在大批量生产中，为满足制件使用要求，组织均衡生产，冲 压工艺对所用材料提出更严格的要求，虽然通过提高冲压件结构工艺可以改善冲压过 程中的变形条件，但主要是靠提高和稳定材料的质量，以适应冲压过程的变形要求而生产出优质的冲压件。该零件选用 10 钢，带料，其抗剪强度=260340MPa, 抗拉b强度=300440MPa，断后伸长率=29%，此材料冲裁加工性较好。选用带钢的优b10点是有足够的长度，可以提高材料的利用率，适合于大批量生产的自动送料，符合本 设计要求。2 冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口部分尺寸之差。凸模与凹模间每侧的间隙称 为单面间隙，用 Z/2 表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用 Z 表示。如无特殊说明， 冲裁间隙都是指双面间隙。冲裁件间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值，冲裁间隙对冲裁过程和模具寿命也有着较大的影响。如图 2-1 所示。 即： Z=Dd-dp式中 D d凹模刃口尺寸；d p凸模刃口尺寸。图 2-1 冲裁间隙2.1 间隙对冲裁力的影响间隙很小时，因材料的挤压和摩擦作用增强，冲裁力必然较大。随着间隙的增大， 材料所受的拉应力增大，容易断裂分离，因此冲裁力减小。但试验表明，当单面间隙 介于材料厚度的 5一 20范围内时，冲裁力降低不多，不超过 5一 10。因此， 在正常情况下间隙对冲裁力的影响不很大。间隙对卸料力、顶件力、推件力的影响比较显著。由于间隙的增大，使冲裁件的 光面变窄，材料弹性回复使落料件尺寸小于凹模尺寸,冲孔件尺寸大于凸模尺寸，因而 使卸料力、推件力或顶件力随之减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的 15一 25 左右时，卸料力几乎降为零。但间隙继续增大时会增大毛刺，引起卸料力、顶件力的 迅速增大，反而对减少冲裁力不利。 2.2 间隙对模具寿命的影响模具寿命通常是用模具失效前所冲得的合格冲裁件数量来表示。冲裁模的失效形 式一般有磨损、变形、崩刃和凹模胀裂。间隙大小主要对模具的磨损及凹模的胀裂产 生较大影响。在冲裁过程中，由于材料的弯曲变形、材料对模具的反作用力主要集中在凸、凹 模刃口部分。如果间隙小于垂直冲裁力，则侧向挤压力将增大，摩擦力也增大，且间 隙小时，光而变宽，摩擦距离增长，摩擦发热严重，所以小间隙将使凸、凹模刃口磨 损加剧，甚至使模具与材料之间产核结现象，严重的还会产生崩刃。另外，小间隙因 落料件堵塞在凹模洞口的胀力也大，容易产生凹模胀裂。小间隙还易产生小凸模折断， 凸、凹模相互啃刃等异常现象。Z 2Z 2dTDA凸、凹模磨损后，其刃口处形成圆角，冲裁件上就会出现不正常的毛刺，且因刃 口尺寸发生变化，冲裁件的尺寸精度也降低，模具寿命减小。因此，为了减少模具的 磨损，延长模具使用寿命，在保证冲裁件质量的前提下，应当选用较大的间隙值。 2.3 冲裁间隙值的确定 在冲压实际生产中，冲压实际生产中，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力和 保证模具有一定的寿命，我们给间隙值规定一个范围，这个间隙值范围就称为合理间 隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙(Zmin)，最大值称为最大合理间隙(Zmax)。考虑 到冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙会增大，故在设计和制造新模具时，应采用最 小合理间隙。Z 2dTDA图 2-2 合理间隙的确定确定合理间隙的方法有理论确定法和经验确定法两种。由于理论计算法在生产中 使用不方便，主要用来分析间隙与上述几个因素之间的关系。因此，实际生产中广泛 采用经验数据来确定间隙值。 经验确定法是根据经验数据来确定间隙值。有关间隙值的经验数据值，可在一般 冲压手册中查到，表 3-5 冲裁模初始双面间隙 Z（）12。 本设计合理间隙的确定也采用经验确定法，根据经验数据来确定间隙值。有查表 可得 Zmax=0.380，Zmin=0.260。3 凸、凹模刃口尺寸的确定3.1 凸、凹模刃口尺寸计算的原则 落料时，因落料件光面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应先确定凹模刃口 尺寸，即以凹模刃口尺为基准。又因落料时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，故凹模基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内 的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是在凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。 冲孔时，因孔的光面尺寸与只模刃口尺寸相等或基本一致，应先确定凸模刃口尺 寸，即以凸模刃口尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随凸模刃口的磨损而减小，凸模基 本尺寸应取冲件尺寸公差范围内的放大尺才。冲孔凹模的基本尺寸则是在凸模基本尺 寸上加上最小合理间隙。 凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模加工方法确定，既要保证冲裁间隙要求和冲出合格零件，又要便于模具加工。 3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算方法 凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本上可分为两类。3.2.1 凸、凹模分别加工时的计算法凸、凹模分别加工是指凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工， 冲裁间隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保证。这种方法要求分别计算出凸模和凹模的刃 口尺寸及公差，并标注在凸、凹模设计图样上。其优点是凸、凹模具有互换性，便于 成批制造。但受冲裁间隙的限制，要求凸、凹模的制造公差要小，主要适用于简单规 则形状(圆形、方形或矩形)的冲件。3.2.2 凸、凹模配作加工时的计算法凸、凹模配作加工是指先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件 (一般落料时以凹模为基准件，冲孔时以凸模为基准件)，然后根据基准件的实际尺寸 按间隙要求配作另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配作保证，工艺比较简 单，不必校核，并且还可以放大基准件的制造公差(一般可取冲件公差的 l4)，使制 造容易，因此是目前一般工厂常常采用的方法，特别适用于冲裁簿板件和复杂形状件 的冲模加工。 采用凸、凹模配作法加工时，只需计算基准件的刃口尺寸及公差，并详细标注在 设计图样上。而另一非基准件不需计算，且设计图样上只标注基本尺寸(与基准件基本 尺寸对应一致)，不标注公差，但要在技术要求中注明：“凸(凹)模刃口尺寸按凹模实 际刃口尺寸配作，保证双面间隙值为 ZminZmax” 。 其计算方法如下： 落料时以凹模为基准，配作凸模。设落料件的形状与尺寸如下图所示。3-1(a)为落料凹模刃口的轮廓图，图中虚线表示凹模磨损后尺寸的变化情况。从图 3-1(b)可看出，凹模磨损后刃口尺寸的变化有增大、减小和不变三种情况，故凹模刃口尺寸也应分三种情况进行计算：凹模磨损后变大的尺寸(如图中 A 类尺寸)，按一般落料凹模尺寸公式计算；凹模磨损后变小的尺寸(如图中 B 类尺寸)，因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸，故按一般冲孔凸模尺寸公式计算：凹模磨损后不变的尺寸(如图中 C 类尺寸)，可按凹模型孔中心距尺寸公式计算。图 3-1 落料件与落料凹模(a) 落料件;(b) 落料凹模落料设零件尺寸为，则计算公式为D式 3-1dDDd0式中落料凹模刃口尺寸（） ；dD凸模刃口尺寸（） ，按凹模实际尺寸配制，留双边间