谢鹏程业设计

落料冲孔复合模具设计

学生姓名： 谢鹏程

年级专业：2009级模具设计与制造 班 级：模具09371班 指导老师及职称：熊伟 系 部：机械及自动化

湖南·长沙 提交日期：2011年10月

湖南生物机电职业技术学院毕业论文（设计）

诚 信 声 明

本人郑重声明：所呈交的专科毕业论文（设计）是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

毕业论文（设计）作者签名：谢鹏程 2011年 10 月 25 日

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目 录

摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 关键词„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2 工艺性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1任务 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.2冲裁工艺分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3 拟定冲压工艺及模具结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

4 排样 裁板„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 5计算工序压力及确定压力中心„„„„„„„„„„8 5.1 计算工序冲压力，选用压力机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 5.2 确定压力中心„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 6 计算凸凹模刃口尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 6.1 尺寸计算原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 6.2 凸凹模刃口部分尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 7 确定各主要零件结构尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 7.1 主要零件结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 8 确定模具凸模、凹模、凸凹模的结构设计„„„„„„„„„„„„„„10 9 其他零件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 10 压力机的校核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 11 编制典型零件加工工艺规程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 12 总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

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1冲裁件工艺性分析

工件名称：钥匙 工件简图：如图1-1所示 生产批量：大批量 材料： 08F 工件长度：75mm

工件厚度：1.5mm工件精度：IT14级

图1-1 工件简图

1.1材料选择

根据表1-1、表1-2分析，08F为优质碳素结构钢，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件。综合评比均适合冲裁加工。 1.2工件结构形状

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工件结构形状相对简单，属轴对称结构，除有一个12的孔,其余皆为直线，孔与边缘之间的距离也满足要求，可以冲裁。 1.3尺寸精度

零件图上所注公差经查标准公差表1-3为IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。

根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。查公差表可得各尺寸公差为：

000零件外形：120mm 4500.620mm 300.520mm 100.360mm 750.740mm 0.430零件内形：12

0.430mm

从表1-1、表1-2中查出08F

抗拉强度：=280～390Mpa 抗剪强度： τ=220～310Mpa 伸长率： δ=32% 屈服强度：s=180Mpa

分析其力学性能较好，故选择08F材料。

2 冲裁工艺方案的确定

该制件的冲裁工序包括落料和冲孔，其冲裁加工有以下三种方案： 方案一：先冲孔，后落料。单工序模生产。 方案二：冲孔—落料复合冲压。复合模生产。 方案三：冲孔—落料级进冲压。级进模生产。

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表2-1各类模具结构及特点比较

模具种类 比较项目 零件公差等级 零件特点 单工序模 无导向 低 尺寸不受厚度不受 低 有导向 一般 中小型尺寸厚度较厚 一般 级进模 可达IT13～IT10级 小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件 中小型件不平直，高质量制件需较平 工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高 比较安全 冲裁简单的零件时，比复合模低 大批量小型冲压件的生产 复合模 可达IT10～IT8级 形状与尺寸受模具结构与强度，尺寸可以较大，厚度可达3mm 由于压料冲件的同时得到了较平的制件，制件平直度好且具有良好的剪切断面 冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低 不安全，需采取安全措施 冲裁较复杂零件时，比级进模低 形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产 零件平面度 生产效率 安全性 模具制造工作量和成本 适用场合 低 较低 不安全，需采取安全措施 低 比无导向的稍高 料厚精度要求低的小批量冲件的生产

方案一模具结构简单，投资少，且每次冲裁所需的冲裁力较小，可以解决冲压设备吨位不够的问题。其缺点在于零件的精度难于保证，并且零件比较小，在第二次冲孔时，准确定位不宜，容易使人受伤，生产率低。

方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚，模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。

方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺。

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4 模具总体设计

4.1模具类型的选择

经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置的倒装复合模具结构方式。 4.2操作与定位方式 4.2.1操作方式

零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。 4.2.2定位方式

因为导料销和挡料销结构简单，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，控制送料步距采用固定挡料销。 4.3卸料、出件方式 4.3.1卸料方式

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。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。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（0.2～0.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。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（0.1～0.2）t,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裁间隙。常用作落料模、冲

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孔模。

工件平直度较高，料厚为1.5mm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，故可采用弹性卸料。 4.3.2出件方式

因采用倒装复合模生产，故采用弹性上出件。 4.4确定送料方式

因选用的冲压设备为开式压力机，采用横向送料方式，即由右向左送料。 4.5确定导向方式

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。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。

方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左右不受，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，导向平稳、准确。只能一个方向送料。

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，采用后侧导柱的导向方式，即方案二最佳。

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5模具工艺参数确定

5.1排样设计与计算

冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。

根据材料经济利用程度，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、多排等多重形式。

因此有下列三种方案：

方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳（如图5-1所示）。 5.2搭边值的确定

排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。

搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。 搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。

搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损。

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表5-1给出了钢（WC=0.05～0.25%）的搭边值。

对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数： 钢（WC0.3%～0.45%） 0.9 钢（WC0.5%～0.65%） 0.8 硬黄铜 1～1.1 硬铝 1～1.2 软黄铜，纯铜 1.2

搭边值通常由经验确定，表5-1列出的搭边普通冲裁时经验数据之一。 根据制件厚度与制件的排样方法查表5-1得： 两制件之间搭边值a1=1.9mm. 侧搭边值a=2.0mm.

表5-1搭边值和侧边值

圆件及r＞2t圆角 材料厚度t 工件间矩形边长l≤50 侧边a1 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.2 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 矩形边长l＞50或圆角 r≤2 工件间a1 2.8 2.2 1.8 1.5 1.9 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 侧边a 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t a1 0.25以下 0.25～0.5 0.5～0.8 0.8～1.2 1.2～1.5 1.6～2.0 2.0~2.5 2.5~3.0 3.0~3.5 3.5~4.0 4.0~5.0 5.0~12 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 侧边a 工件间a 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.5 0.7t 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 2.0 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 10….

5.3进距与条料宽度计算 5.3.1送料进距A

条料在模具上每次送进的距离称为送料进距，每个进距可冲出一个或多个零件。

A=D+a1 (5-1)

式中 D——平行于送料方向的冲裁件宽度

a1——冲裁件之间搭边值

根据公式(5-1)： A= D+a1=31.9mm

模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式,还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如：L＜B时，采用纵向送料方式；L＞B时，则采用横向送料方式；L=B时，纵向或横向均可。就本模具而言，采用纵向送料方式。（注：L为送料方向的凹模长度；B为垂直于送料方向的凹模宽度）。

图5-1 排样图

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5.3.2条料宽度B计算

排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度也就可以设计出。计算条料宽度有三种情况需要考虑：

（1）有侧压装置时条料的宽度。 （2）无侧压装置时条料的宽度。 （3）有定距侧刃时条料的宽度。

有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。

图5-2 有侧压装置时条料的宽度确定

本设计采用的是有侧压装置的模具。

所谓条料宽度，是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。因条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值。其计算公式如下：

B=[D+2a]-0 △ （5-2）

式中 B——条料宽度基本尺寸；

D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸； A——侧搭边值，查表5-1；

△——条料下料剪切公差；

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表5-2剪料公差△及条料与导料板之间隙（mm）

条料厚度(mm) ≤１ ＞１～３ ＞3～４ ＞4～６ 条料宽度(mm) ≤50 0.5 0.5 1.0 1.0 ＞50～100 0.5 1.0 1.0 1.0 ＞100～200 0.7 1.0 1.0 1.0 ＞200 1.0 1.0 1.5 2.0 根据零件图查表5-2确定剪料公差及条料与导板之间的间隙△=1.0。 0

根据公式(5-2)： B= [D+2a+c]-△

0 =(106.9+2×2.0)1.00=110.91.0

5.4材料利用率的计算 5.4.1计算冲压件面积、周长

因为该工件图由多段圆弧组成，计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度，计算面积也需要准确的找到切点，诸多因素采用人工计算时计算量较大，因此采用UG4.0辅助软件可快速准确的计算出面积、周长（如图5-4）。

取 F=27.6mm2

L=409.68mm

5.4.2计算材料利用率

在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。衡量排样经济性的重要指标是材料的利用率。

冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。

材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示：

η=(nF/AB)×100% （5-3）

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式中 η—— 材料利用率（%）；

n—— 冲裁件的数目；

F—— 冲裁件的实际面积(mm2)，包括工件面积与废料面积； B—— 板料宽度(mm)； A——送料进距。

根据公式(5-3)： η=(1×27.6/31.9×110.9)×100%

≈74.84%

由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。

6计算冲压力与压力机的初选

计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：

FP=KPtLτ （6-1）

式中 τ——材料抗剪强度，见附表（MPa）；

L——冲裁周边总长（mm）； t——材料厚度（mm）;

系数KP是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布

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不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数KP，一般取1~3。当查不到抗剪强度r时，可以用抗拉强度b代替τ，而取KP=1的近似计算法计算。

查表可知材料08F钢的抗剪强度τ=220～310Mpa，故取其抗剪强度τ=260(MPa)。

6.1冲裁力FP的计算

据图5-4可得一个零件内外周边之和L=204.84mm。

查普通碳素结构钢的力学性能表（摘自GB 700—1988、GB/T 13304—1991）知：Q235的抗剪强度τ=220Mpa～310 Mpa.取260 Mpa而制件厚度t=1.5mm，取安全系数Kp=1，则

根据公式(6-1)： FP= KPtLτ

=1×1.5×409.68×260

=159775.2 (N) ≈159.78（KN） 6.2卸料力Fq1的计算

Fq1= KXFP （6-2） 式中 KX——卸料力系数。

查表6-1得KX＝0.04~0.05，取KX＝0.05 根据公式（6-2）： Fq= KXFP =0.05×159775.2 =7988.76 (N) ≈7.99(KN)

表6-1 卸料力、推件力和顶件力系数

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料厚t/mm ≤0.1 ＞0.1~0.5 ＞0.5~2.5 ＞2.5~6.5 ＞6.5 铝、铝合金 纯铜，黄铜 KX 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.025~0.08 0.02~0.06 Kt 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.03~0.07 0.03~0.09 Kd 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 钢 6.3顶件力Fq2的计算

Fq2=KdFP （6-3） 式中 Kd——顶件力系数。 查表6-1得Kd＝0.06.

根据公式（6-3）： Fq2=KdFP

=0.06×159775.2

=9586.512(N) ≈9.59（KN） 6.4总的冲压力F的计算

根据模具结构总的冲压力F=FP+Fq1+Fq2

F=Fq1+Fq1+Fq2

=159775.2+7988.76+9586.512

=177350.472(N) ≈177.35(KN)

6.5 压力机的初选

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。

冲压设备属锻压机械。常见的冷冲压设备有机械压力机（以JXX表示其型号）和液

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压机（以YXX表示其型号）。

根据冲压力的计算和压力中心的计算，选择开式双柱可倾压力机的型号为J23-25

7 模具压力中心的确定

模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，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块的中心相重合。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磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。

模具的压力中心，可按以下原则来确定：

（1）对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。

（2）工件形状相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 （3）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。求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。

其中L1、L2、L3………LN分别为各冲裁周边长度。

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图7-1 压力中心

按比例画出零件形状，选定坐标系XOY。计算出零件压力中心为（-7.5，0）

8冲裁模间隙的确定

8.1冲裁间隙Z

指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值（如图8-1），是设计模具的重要工艺参数。

图8-1冲裁间隙

8.2冲裁间隙分析

（1）间隙对冲裁件尺寸精度的影响

冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。

（2）间隙对模具寿命的影响

模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。 （3）间隙对冲裁工艺力的影响

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随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的5~20%左右时，冲裁力的降低不超过5~10%。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力，当单边间隙达到材料厚度的15~25%左右时的卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。 （4）间隙值的确定

由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、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，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、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适当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Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。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Cmin。

确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。

根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。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。

经验公式： 软材料： t＜1mm， C＝(3%~4%)t

t＝1~3mm，C＝(5%~8%)t t＝3~5mm，C＝(8%~1%)t

硬材料： t＜1mm， C＝(4%~5%)t

t＝1~3mm，C＝(6%~8%)t t＝3~8mm，C＝(8%~13%)t

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根据间隙表8-1查得材料Q235的最小双面间隙2Cmin=0.16mm，最大双面间隙2Cmax=0.24mm

表8-1冲裁模初始用间隙(mm)

T8、45 Z最小 0.03 0.04 0.09 0.11 0.14 0.19 0.26 0.37 0.48 Z最大 0.05 0.08 0.12 0.15 0.18 0.23 0.38 0.43 0. Q235 Z最小 0.02 0.03 0.06 0.08 0.10 0.13 0.20 0.25 0.33 Z最大 0.05 0.07 0.10 0.12 0.14 0.17 0.24 0.31 0.39 08F、10、15、 Z最小 0.01 0.02 0.04 0.05 0.07 0.08 0.13 0.16 0.21 Z最大 0.03 0.04 0.07 0.08 0.10 0.12 0.18 0.22 0.27 1060、1050A、1200 Z最小 0.02 0.025 0.04 0.05 0.06 0.08 0.11 0.14 Z最大 0.03 0.045 0.06 0.07 0.10 0.12 0.17 0.20 材料厚度mm 0.35 0.50 0.80 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 注：08号钢冲裁皮革、石棉和纸板时，取间隙的25%。凸、凹模刃口尺寸的计算

9.1刃口尺寸计算的基本原则

冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现：

（1）由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。

（2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基

20….

准。

（3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，结果使间隙越来越大。

由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则：

（1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。 （2）考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的制件。凸凹模间隙则取最小合理间隙值。

（3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低（即制造公差过大）则生产出来的制件有可能不合格，会使模具的寿命降低。若工件没有标注公差，则对于非圆形工件按国家“配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形工件可按IT17～IT9级制造模具。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注单项公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。 9.2刃口尺寸的计算

由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可以分为两种情况。凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。对于该制件应该选用凸模与凹模分开加工方法。

采用这种方法，是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸。要分别标注凸模与凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙2Cmax，必须满足下列条件：

或

21….

dp2cmax2cmin

d0.62cmax2cmin

0.42c2cmaxminp9.2.1冲孔凸、凹模计算：

设冲孔尺寸为d0根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺

寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙 2Cmin。凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。其计算公式如下：

凸模： dp=(d＋X△)

0P

d0d凹模: dd=(dp＋2Cmin)＝(d＋X△＋2Cmin) 0

在同一工步中冲出制件两个以上孔时， 凹模型孔中心距Ld按下式确定 ：

0.125△ Ld=(Lmin＋0.5△)±

式中 dd——冲孔凹模基本尺寸(mm)；

dp——冲孔凸模基本尺寸(mm)； d——冲孔件孔的最小极限尺寸(mm)；

Ld——同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm)； Lmi——制件孔距最小极限尺寸(mm)； n △——冲孔件孔径公差(mm)；

2Cmin——凸、凹模最小初始双面间隙(mm)；

p ——凸模下偏差，可按IT6选用(mm)，根据表1-3可查得； d ——凹模上偏差，可按IT7选用(mm), 根据表1-3可查得；

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，与工件制造精度有关，可查表9-1或按下列关系取值： 当制件公差为 IT10以上，取x=1；

22….

当制件公差为 IT11～IT13，取x=0.75； 当制件公差为 IT14，则取x=0.5。

表9-1 磨损系数X

非圆形 1 0.75 0.5 工件公差△/mm 1 1~2 2~4 ＞4 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 0.17~0.35 0.21~0.41 0.25~0.49 0.31~0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 0.75 圆形 0.5 料厚t(mm) 根据图1-1和表9-1查得磨损系数X取0.5，即X=0.5. 由公差表(1-3)查得：12 造，所以

0凸模：dp=(d+X△) P0.430为IT14级。设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制

0 =(12+0.5×0.43)0.011 0 =12.2150.011

d 凹模：dd=(dp+2Cmin) 0 =(12.215+0.16)

.018 =12.3750 00.0180

校核: 因为 ｜p｜＋｜d｜=0.011+0.018=0.029mm

2Cmax－2Cmin=0.24-0.16=0.08mm(2Cmax、2Cmin是凸、凹模最大许用

双面间隙，查表8.1得2Cmax=0.24、2Cmin=0.16) 满足 ｜p｜＋｜d｜≤2Cmax－2Cmin。

23….

0.0180所以冲孔凸、凹模刃口尺寸dp=12.2150mm .011mm，dd=12.37509.2.2落料凸、凹模计算：

d凹模： Dd=(D－X△) 000凸模： Dp=(Dd－2Cmin)＝(D－X△－2Cmin) PP式中 Dd——落料凹模基本尺寸(mm)；

Dp——落料凸模基本尺寸(mm)； D——落料件最大极限尺寸(mm)；

——落料件外径公差(mm)；

2Cmin——凸、凹模最小初始双面间隙(mm)；查表8.1取0.246； p——凸模刃口尺寸制造偏差，可按IT6选用(mm)； d——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，与工件制造精度有关。可查表9-1取：X=0.5。

000由公差表（1-3）查得：120mm45mm30mm 75 0.6200.5200.740mm为IT140.430级。设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造。

0所以凹模 120.43:Dd1=(D1-X1)

d0

.018 =(12-0.5×0.43)0 0 .018 =11.7850mm0d 0 300.52:Dd2=(D2-X2)0.021= (30-0.5×0.52)0 0 24….

.021 = 29.740mm 0 4500.620:Dd3=(D3-X3)

d0

.025 =(45-0.5×0.62)0 0.025 =44.690mm 凸模 校核

0750(D4-X4)d0.740:Dd4=0

=(75-0.5×0.74)0.0300 =74.630.0300mm 1200.43:Dp1＝(Dd1-2Cmin)

0P

=(11.785-0.16)00.011

=11.62500.011mm

3000.52:Dp2= (Dd2-2C0min)

P

=(29.74-0.16)00.013

=29.5800.013mm

7500.740:Dp4=(Dd4-2C0min) P

=(74.63-0.16)00.019

=74.4700.019mm

25….

因为 ｜p1｜＋｜d2｜=0.018+0.011=0.029mm ｜p2｜＋｜d2｜=0.013+0.021=0.034mm ｜p3｜＋｜d3｜=0.016+0.025=0.041mm ｜p4｜＋｜d4｜=0.019+0.030=0.049mm

2Cmax－2Cmin=0.24-0.16=0.08mm(2Cmax、2Cmin是凸、凹模最大许用双面间隙，查表8.1得2Cmax=0.24、2Cmin=0.16)满足｜p｜＋｜d｜≤2Cmax－2Cmin。

.025.018.021所以落料凸、凹模刃口尺寸11.7850mm、29.740mm、44.690mm、000.030000074.630mm、11.6250.011mm、29.580.013mm、44.530.016mm、74.470.019mm。 010主要零部件的设计

10.1工作零件的设计与计算

10.1.1凹模的结构设计和外形尺寸计算

（1）凹模的结构设计

凹模：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。 凹模洞口的类型如图10-1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凹模的涨裂力，给凸、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，本设计选用c型筒口。

26….

图10-1凹模类型

（2）外形尺寸计算

凹模结构分为整体式和镶拼式两大类，本设计凹模采用整体式凹模，各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。它的具体凹模轮廓尺寸确定如下：

将压力中心与模柄中心重合。它的具体凹模轮廓尺寸确定如下：

凹模厚度： H=Kb(≥15mm) (10-1)

凹模壁厚： C=(1.5～2)H(≥30～40mm) (10-2)

凹模外形尺寸： B=b+2C (10-3)

式中 b——冲裁件的最大外形尺寸；（mm）；

K——系数，考虑板料厚度的影响（见表10-1）；

H——凹模厚度； C——凹模壁厚；

B——凹模外形最大尺寸。

表10-1系数K的数值

b/mm 料厚t/mm ＜50 ＞50-100 ＞100-200 ＞200

0.5 0.3 0.20 0.15 0.10 1 0.35 0.22 0.18 0.12 27….

2 0.42 0.28 0.20 0.15 3 0.50 0.35 0.24 0.18

＞3 0.60 0.42 0.30 0.22

根据图1-1查表10-1，取K=0.25，又b=75mm，则由公式10-1和公式10-2得： 凹模厚度： H=Kb=0.25×106.9=26.725mm≈27mm； 凹模壁厚： C=(1.5～2H)=(1.5～2)×27=40.5～mm； 根据表10-2取凹模厚度：H=40mm；取凹模壁厚C=50mm。 根据公式（10-2）： B=b+2C

=106.9+ 2×50

=206.9mm L=l+2C

=79.9+2×50

=179.9mm

查表10-2，选取凹模外形尺寸B×L=250mm×200mm。

表10-2 矩形和圆形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994)

矩形凹模的长度和宽度 L×B 63×50 63×63 80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80 125×100、125×125、140×80、140×80 140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×125 160×160、200×140、200×160、250×125、250×140 矩形和圆形凹模厚度 H 10、12、14、16、18、20 12、14、16、18、20、22 14、16、18、20、22、25 16、18、20、22、25、28 16、20、22、25、28、32 凹模轮廓尺寸为250mm×200mm×40mm。 10.1.2冲孔凸模的结构设计和外形尺寸计算 （1）凸模的结构设计

凸模结构分为整体式和镶拼式两大类，整体式中根据加工方法的不同又分为直通式和台阶式。直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工，台阶式凸模一般采用机械加工，当形状复杂时，成型部分常采

28….

用成型磨削。对于圆形凸模，GB2836—81的冷冲模标准已制定出其标准结构形式与尺寸规格，因为本设计中凸模是圆形结构，所以综合考虑采用整体式中的台阶式（如图10-3），与凸模固定板采用H7/m6配合，并按凸模的标准结构形式与尺寸规格选取。 （2）凸模外形尺寸计算

凸模长度尺寸应根据模具的具体结构确定，同时考虑凸模的修模量及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。因为该模具采用的是倒装式复合模，采用的是弹压卸料上出件方式，其总长按相关公式计算：

L=H1+H2+H3

式中 H1——凸模固定板厚度；得H1=0.8×H凹=0.8×40=32mm(标准为32mm)， JB/T-6743.1-94。

H2——凹模厚度；

H3——冲裁件厚度和凸模进入凸凹模经验值。则

L=40+32+2=74mm

凸模强度校核： 该凸模不属于细长杆，强度足够。

图10-3冲孔凸模尺寸

（3）凹模材料的选用

模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有高的硬度与适当的韧性。形状简单寿命要求不高的凸模选用T8A、T10A等材料；形状复杂且寿命要

29….

求较高的凸模选用Cr12、Cr12MoV等制造；对于高寿命、高耐磨性的凸模选用硬质合金。

该凸模材料应选Cr12MoV，热处理58~60HRC，凸模与推件块之间的间隙见表10-3查得凸模与推件块的间隙选为0.035mm。

表10-3 凸模与推件块、导柱与导套的间隙

序号 1 2 3 4 模具冲裁间隙Z >0.015~0.025 >0.025~0.05 >0.05~0.10 >0.1~0.15 推件块与凸模间隙Z1 >0.005~0.007 >0.007~0.015 >0.015~0.025 >0.025~0.035 辅助小导柱与导套间隙Z2 约为0.003 约为0.006 约为0.01 约为0.02 10.1.3凸凹模的设计和外形尺寸计算 （1）凸凹模的结构设计

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。他的内外边缘均为刃口，内外边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。凸凹模的最小壁厚与模具的结构有关：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，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定，倒装复合模的凸凹模最小壁厚见表10-4。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小些。

8表10-4凸凹模的最小壁厚表

材料厚度 最小壁厚a 1.0 2.7 1.2 3.2 1.4 3.6 1.6 4.0 1.8 4.4 2.0 4.9 2.2 5.2 2.5 5.8 由于选用的是倒装式复合模，所以查表得：最小壁厚a=3.8。 （2）凸凹模的外形尺寸计算 其长度L可按下式计算：

L=h1+h2+y （10-4）

30….

式中 h1——凸凹模固定板厚度；得h1=0.6×H凹=0.6×40=24mm。

h2——卸料板厚度；查表10-5取20mm。

y——增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度）；

根据公式（10-4）： L=h1+h2+y

=24+20+20 =mm

表10-5卸料板厚度

冲件厚度t ≤0.8 ＞0.8~1.5 ＞1.5~3 卸料板宽度 ＜50 6 6 8 50~80 6 8 10 80~125 8 10 12 125~200 10 12 14 ＞200 12 14 16 10.1.4工作零件材料的选用

由于冲模为冷冲模，所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性、良好的抗粘结能力、可段性、可切削性、可磨削性、热处理工艺性等。由上要求在该模具中冲孔凸模、凸凹模和凹模板的材料选用Cr12MoV钢。Cr12MoV刚具有较好的淬透性，很高的耐磨性，有较高的冲击韧度。淬火、回火工艺见表10-6。

表10-6 Cr12MoV钢的淬火、回火工艺

低淬低回工艺 钢号 淬火温度 /℃ 950～1000 淬火硬度 HRC 62～ 回火温度 /℃ 200 中淬中回工艺 淬火温度 /℃ 1030 淬火硬度 HRC 63～ 回火温度 /℃ 400 高淬高回工艺 淬火温度 /℃ 1080～1100 淬火硬度 HRC 40～60 回火温度 /℃ 500～520 Cr12MOV 10.3模架及其他结构零件的设计

GB/T2851.1～7(90)—GB/T2852.1～4(90)列出了各种不同结构和不同导向形式的标

31….

准模架，常用的导柱导套式模架，是由上、下模座和导向零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置，由导柱、导套的导向来实现。本设计选用后侧导柱模架如图，后侧导柱模架，由于前面和左、右不受，送料和操作比较方便，因导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导柱导套单边磨损，并且不能使用浮动模柄结构。

图10-5 模架

10.3.1模架的选用

以凹模周界尺寸为依据，根据标准GB/T2851.3—1990选择模架规格为：250mm×200mm×50mm（GB/T2851.3）。 10.3.2导柱、导套的选用

导柱与导套的结构、尺寸一般都是直接由标准中选取，在选用时导柱的长度应保证冲模在最底工作位置时如图10-6，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于(10～15)mm。在最高工作位置时，导柱上端面与导套的下端面的距离不小于(10～20)mm如图10-7，而下模座底面与导柱导柱底面距离为(0.5～1)mm，导柱和导套的配合精度由表10-6查出选择II级。

根据标准GB/T2851.3—1990可知模架的闭合高度Hmin=220mm，Hmax=265mm。 导柱d/mm×L/mm为32mm×210mm

导套d/mm×L/mm×D/mm为32mm×115mm ×48mm

32….

～～

～ 图10-6 导柱和导套结构简图1 图10-7 导柱和导套结构简图2

表10-6 导柱、导套配合间隙

模架精度等级 配合形式 导柱直径 I级 配合间隙值 ≤18 ＞18～30 滑动配合 ＞30～50 ＞50～80 滚动配合 ＞18～35 ≤0.014 ≤0.016 ≤0.021 ≤0.025 0.01～0.02 ≤0.010 ≤0.011 ≤0.015 ≤0.017 II级 配合后的过盈量 10.3.3上、下模座的选用

根据模架的规格选择对应的上、下模座如下： 上模座250mm×200mm×50mm(GB/T2855.5-1990)； 下模座250mm×200mm×60mm(GB/T2855.6-1990)。 10.3.4模柄的选用

根据上模座的厚度可选择使用凸缘式模柄，由标准GB2870-81选择模柄 GB2862.3-81·Q235(材料为Q235的B型凸缘式)。 10.3.5螺钉、销钉的选用

本模具设计Φ6、Φ8的定位销实现各零件连接时的初定位，然后用M12的螺钉实现连接的精定位。材料采用45钢。

33….

～

结论

本文阐述了钥匙冲压模具设计的全过程。在毕业设计过程中，我遵循冲压工艺的基本理论和冲压模具的设计步骤，利用CAD设计软件，进行了冲压的倒装复合模具的设计，完成的具体工作如下：

1、收集相关资料，确定材料及类型。 2、计算相关参数。 3、绘制零件图。

以CAD2004为工具，进行冲压件的模具设计，大大提高了模具设计的效率，充分体现了CAD的灵活和高效。

计算机技术为机械设计领域带来了新的理念和方法，也促进了冲压模具设计和制造手段的进步。我相信：将计算机三维设计运用于冲压模具的设计和制造是模具设计制造技术发展的必然，充分利用计算机技术进行模具CAD/CAM系统的研究具有十分重要的理论和实践意义。

这次的毕业设计融入了我大学三年的全部知识,比如有《机械制图》、《机械制造基础》、《模具加工工艺》、《冲压模具及工艺》、《数控编程与制造》、《CAD/CAM》等重要课程，让我们把这些课程完美的结合在一起。

34….

参考文献

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致谢

本设计是在熊伟老师的悉心指导下和同学们帮助下完成的。本次毕业设计是对自己

所学专业知识的一次巩固和提升。通过这段时间的毕业设计，重新温习了所学课程，同时又有很多新的体会和领悟。在设计的过程中，曾遇到过很多的问题和难点，通过对这些问题的解决，自己感觉很充实，进一步提高了解决实际问题的能力，系统思维有很大的提高。

大学三年，老师一直都是很有耐心地教导我们，在此，我要深深的感谢老师的帮助，从老师身上我不仅学会了很多专业知识，而且学会了很多做人的道理这对我以后步入社会有很大的帮助。

对于此次设计涉及到了很多加工工艺和经验公式，对于在校学习的我，由于缺乏实践经验，显然是一大难题，有理论而没有实践经验是显然不够的，没有老师的指导是不可能完成这分完整的设计的。在此我特别感谢我悉心指导我的郭达全老师和熊伟老师，以及曾经教我们专业课和基础课的所有老师，以及和我一起学习的同学们，是他们给了我完成此次设计的指导和帮助。

由于水平所限，此设计的缺点和错误在所难免，恳请老师批评指正。

35….