沖孔-落料復合模、彎曲模

第一章前言

1.1我國模具的現狀與發展

中國模具標準件發呈現狀

由于中國模具標準化工作起步晚、進展慢，再加上過去“大而全”、“小而全”、“自產自配”等

陳舊觀念的影響，因此，中國模具標準件長期以來始終是品種規格少、牛.產規模小、流通不暢通。

即使是目前生產較多的模架、導向件、推桿推管、彈性元件等，也是中低檔產品多，中高檔產品少。

一些外資企業生產的高檔模具標準件，由于價格昂貴而影響其推廣應用。

模具標準件適合于社會化大批量專業化生產，但中國長期以來卻始終是散、亂、差的局面。目

前全國雖然已有銷售點近百家，但大多數規模不大、庫存不多、銷售額小，即使是中國模具工業協

會標準件委員會模具標準件聯合銷售網內的50多家經營單位，也存在同樣問題。個別單位安排開展

網上銷售和電子商務，但這工作起步不久，要形成規模尚待時日。

中國模具標準件市場發展展望

模具標準件是模具的重要組成部分，對縮短模具設計制造周期、降低模具生產成本、提高模具

質量都具有特別重要的技術經濟意義。國際模具及五金塑膠產業供應商協會副秘書長王金玲表示，

模具標準件的專'業化生產和商品化供應，極大地促進了模具工業的發展。廣泛應用標準件可縮短設

計制造周期達25-40%；可節約由于運用者自制標準件所造成的社會工時，削減原材料及能源的奢侈;

可為模具CAD/CAM等現代技術的應用奠定基礎；可顯著提高模具的制造精度和運用性能。通常采納

專業化生產的標準件比自制標準件其協作精度和位置精度將至少提高一個數量級，并可架證互換性,

提高模具的運用壽命，進而促進行業內部經濟體制、經營機制以及產業結構和生產管理方面的改革,

實現專業化和規?；a，并帶動模具標準件商品市場的形成與發展。可以說沒有模具標準件的專

業化和商品化，就沒有模具工業的現代化。

近年來隨著我國模具工業的迅猛發展，模具零件的標準化、專業化和商品化工作，已具有較高

的水平，取得了長足的進步。自1983年全國模具標準化技術委員會成立以來，組織專家對模具標準

進行制定、修訂和審查，共發布了90多項標準，其中沖模標準22項、塑料模標準20余項。這些標

準的發布、實施，推動了模具行業的技術進步和發展，產生了很大的社會效益和經濟效益。模標準

件的探討、開發和生產正在全面深化綻開，無論是產品類型、品種、規格，還是產品的技術性能和

質量水平都有明顯的提高。

西安解放軍1001模具標準件探討所開發研制含油導板和導套、球鎖式快換凸模和固定板、斜楔

裝置和零部件、高檔塑料模標準件；昆山精密模具導向但有限公司生產的精密導向件；廣州東華模

具推桿廠生產的氮化推桿；渭河工模具總廠生產的沖壓模架；福州東方模具公司生產的獨立導柱；

深圳南方模具廠生產的注塑模架；上?？死蕦幖夹g設備有限公司生產的熱流道系列產品等等。其中

有的已達到國內先進水平，有的正在接近或達到國際水平，填補了國內空白。

中國模具行業發展規劃提出：模具標準件要擴大品種、提高精度，達到互換。其中主要品種，

如模架、導向件、推桿、彈性元件等，要實現按經濟規模大批量生產。2005年模具標準件運用覆蓋

率達到60%,2010年達到70%以上（其中大型模具60%零件實現標準化），基本滿足市場須要，模架、

導向件、推桿、推管、彈性元件、標準組件、小型標準件［如標準凸凹模、澆口套、定位圈、拉鉤等）

和熱流道元件是發展重點?？梢娔＞邩藴驶澳＞邩藴始矫嬷D難任務和美妙前景。中國模具工

業協會標準件委員會提出的模具標準化工作的指導思想是：標準化是基礎。

但是，必需醒悟地看到，目前我國模具的標準化程度和應用水平還比較低，樂觀地估計不足30%,

與國外工業發達國家（70-8黑）相比，尚有較大的差距?，F在生產銷售廠家雖然逐年增加，但大多數

是規模小、設備陳舊、丁藝落后、成本高、效益低.只有一般中小型標準沖模模架和塑料模模架、

導柱、導套、推桿、模具彈簧、氣動元件等產品，商品化程度較高，可基本滿足國內市場的需求，

并有部分出口。而那些技術含量高、結構先進、性能優異、質量上乘、更換便捷的具有特性化的產

品，如球鎖式快換凸模及固定板、固體潤滑導板和導套、斜楔機構及其零部件，高檔塑料模具標準

件和氮氣彈簧等在國內的生產廠家甚少，且由于資金缺乏，技改項目難以實施，生產效率低，交貨

周期長，供需沖突口益突出。因此，每年尚需從國外進口相當數量的模具標準件，其費用約占年模

具進口額的3-8孔國產模具標準件在技術標準、科技開發、產品質量等方面，還存在不少問題。諸

如，產品標準混亂，功能元件少且技術含量低，適用性差；技改力度小、設備陳舊、工藝落后、專

業化水平低、產品質量不穩定；專業人才缺乏，管理跟不上、生產效率低、交貨周期長；生產銷售

網點分布不均,經營品種規格少,供應不足：某些單位為了爭奪市場,不講質量.以次充好.偽劣

商品充斥市場。還有不計成本、盲目降價、擾亂市場的現象，是須要仔細探討，亟待解決的.

國際模具及五金塑膠產業供應商協會負責人羅百輝指出，隨著我國國民經濟的快速發展，模具

市場的總趨勢是平穩向上的。汽車、摩托車行業是模具的最大市場。家用電器、電子通信、建筑器

材、儀器儀表、塑料橡膠等行業也有相當可觀的模具市場。因此，模具標準件的應用必將日益廣泛。

在今后的市場經濟中模具標準件必將成為一種特別活躍而又高速發展的產品。從長遠發展的角度看,

我國模具工業必將伴隨著學問經濟時代的來臨而發生深刻的變革，模具結構的典型化、零部件的標

準化、標準化的專業化生產和商品化供應，也是今后發展的必定趨勢。因而深信模具標準件行業的

發展前景是特別樂觀而美妙的。

1.2本次設計的意義

本次設計是在高校期間的最終一次設計，也是對高校三年所學學問的檢驗，更是走上工作崗位

前的一次練兵，因此，此次設計的意義深遠。

此次設計完全采納電子文檔和AUTOCAD繪圖，因此這又是一次對CAD熟識的過程，對畢業后干

脆操作CAD有很大的幫助。此次設計的為復合模具，在冷沖模中占有相當大的比重，所設計的落料

拉深沖孔復合模也是比較復合模具中的典型。因此設計這一副模具可以對模具的設計有根深的理解,

希望這次設計圓滿順當的完成。

其次章沖裁工藝分析

2.1.1沖裁件的形態和尺寸

圖2T工件圖

對沖壓工藝性分析的分析：

依據所設計的是電閘開關的連結電表與電線介媒，必需是導電性良好，有肯定硬度，才能保證

通電性能暢通；而且所設計是應用廣泛，在現實生活中保證了用電的平安，小到生活上、大到工廠

及國家的用電的平安。據統計可以中批量生產，因此，所選是該工件材料H62,查文獻⑴表8-3,該

銅種是純銅。含銅品為99.70%,具有良好的沖壓、抖延和彎曲性能，易切削。

該工件屬于較典型的沖孔、落料、彎曲件，形態簡潔，全部尺寸公差等級均為IT14,對工件厚

度改變也沒有作要求。

2.1.2沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上依據沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。

沖裁工序的組合

沖裁工序可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁

復合沖裁是在壓機一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序；級進

沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成肯定的依次，在壓機一次行程中條料在沖模的不同工序

位置上，分別完成工件所要求的工序。除最初幾次沖程外，以后每次沖程都可以完成一個沖裁件。

組合的沖裁工序比單工序沖裁生產效率高，獲得的制件精度等級高。

沖裁組合方式的確定應依據下列因素確定。

1.生產批量一般來說，小批量與試制采納單工序沖裁，中批和大批量生產采納復合沖裁或級進

沖裁。

2.工件尺寸公差等級復合沖裁所得到的工件尺寸公差等級高，因為它避開了多次沖壓的定位誤

差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整。級進沖裁所得到的工件尺寸公差等級較復合沖

第三章主要設計計算

3.1毛坯尺寸計算

1.1彎曲件毛坯綻開長度的計算：

一般將r>0.5t的彎曲稱為有圓角半徑的彎曲,rWO.5t的彎曲稱為無圓角半徑彎曲。

依據：如圖2-5工件圖，所以1.5>0.5X21固零件是有圓角彎曲，計算如下：

有圓角半徑的彎曲(r>0.5t)

有圓角半徑的彎曲件，毛坯綻開尺寸等于彎曲件直線部分長度與圓弧部分長度的總和。

板材L形彎曲件，(彎曲角90度時)長度L的計算：

L=EL+E7raK800(h+Xt)(3.3)

式中L——為彎曲件毛坯總長度，(mm)；

Li---為各段直線部分長度(mm)；

a——為各段圓弧部分彎曲中心角；

r.r一-為各段圓弧部分彎曲半徑，(mm)：

X,一一為各段圓弧部分中性層位移系數。

各段直線部分長度的計算：

Li=15-1.5-2

=11.5(mm)

L2=50-1.5-2

=46.5(mm)

毛坯綻開尺寸：

L=ll.5+46.5.5+9007T180°(1.5+0.42X2)

=58+3.6738

=62,6738(mm)

｛注：Xi圓弧部分中性層位移系數查書《沖壓工藝與模具設計(其次版)》中表3.3.3,彎

曲90°時系數Xi,Xi=0.42o)

3.2彎曲工序壓力計算

3.2.1自由彎曲時的彎曲力的計算

3.2.1.1彎曲力的計算

依據所設計的零件圖，是V形彎曲件彎曲力公式如：

F自=0.6Kbt2ab/r+t

式中F自一一為沖壓行程結束時的自由彎曲力，(N)；

b——沖裁件寬度(mm)；

t---材料厚度(mm)；

r一一總裁件彎由半徑(mm)；

ab-----材料抗拉強度(MPa)；

K一一為平安系數。一般取系數K=1.3

V形彎曲件彎曲力計算：

F自=0.6X1.3X8X(4)2X300/1.5+2

=4608/3.5

-2139.43(N)

(注：查沖壓工藝與模具設計(其次版)書，沖壓金屬板料的力學性能表1.4.1,選用硬材料

材料抗拉強度為300(MPa-}

3.2.1.2校正彎曲時的彎曲力

V形彎曲件彎曲公式：

F校=口,4

式中F?！獮樾Ｕ龔澢鷷r的彎曲力，(N)；

q——為校正部分垂直投影面積，(mm)2；

A——為單位面積上的校正力，(MPa)；

詳細彎曲計算如下：

L=62.6738(mm)；取整數約為63。

A=63X8

=504(mm)'

F校=40X504

=20160(N)

{注：查沖壓工藝與模具設計(其次版)書，校正彎曲時單位壓力q值表3.3.2,選用硬材料為黃

銅、厚度1?3之間。選取最大的為40(MPa))

因為彎曲不須要頂件和壓料力FQ=0

3.2.1.3壓力機噸位的確定

自由彎曲時壓力機噸位應為：

F壓機2F自+FQ(3.3.5)

F壓機22139.43(N)

由于校正力是發生在接近壓力機下死點的位置，校正力的數值比自由彎曲力、頂件力和壓料力大得

多，故F自、FQ值可忽視不計。則按校正彎曲力選擇壓力機的噸位，即：

FIE機》F校<3.3.G)

F壓機220160(N)

故F壓機取用2300。(N)。

3.3彎曲模主要工作零件結構參數的確定

1.彎曲凸模和凹模的圓角半徑

(1)彎曲凸模的圓角半徑(r「)

當彎曲件的相對彎曲半徑r/tV5?8,且不小于rmin/t時，凸模的圓角半徑一般等于彎

曲件的圓角半徑;

若彎曲件的圓角半徑小于最小彎曲半徑(rvrmin)時，首次彎曲可先彎成較大的圓角半

徑，然后采納整形工序進行整形，使其滿足彎曲件圓角的要求；

若彎曲件的相對彎曲半徑較大(r/t>io),精度要求較高時，由于圓角半徑的回彈大，

凸模的圓角半徑應依據回彈值作相應的修正。

(2)凹模圓角半徑

凹模的圓角半徑的大小對彎曲變形力和制件質量均有較大影響，同時還關系到凹模厚

度的確定「凹模圓角半徑過小.坯料拉入凹模的滑動阻力大,使制件表面易擦傷甚至出現床痕°凹

模圓角半徑過大，會影響坯料定位的精確性,凹模兩邊的圓角要求制造勻稱一樣，當兩邊圓角有差

異時，毛坯兩側移動速度不一樣，使其發生偏移。生產中常依據材料的厚度來選擇凹模圓角半徑：

當tW2mm時，ra=(3?6)t

t=2?4mm時，ta=(2?3)t

t>4mm時，ra=2t

彎曲模結構尺寸示意圖；

圖3-1彎曲結構尺寸

V形彎曲凹模其底部圓角半徑可依據彎曲變形區坯料變薄的特點?。簉'a=(0.5~0.8)(rt

+t),或在底部開退刀槽。

依據設計零件尺寸：

rt=1.5(mm)ra=3X2K'a=0.8X(1.5+2)

—6(mm)=0.8X3.5

=2.8(mm)

h=22(mm)Lo=15(mm)

｛注：查《沖壓工藝與模具設計(其次版)》書h、Lo的值，表3.4.1彎曲V形件的凹模深度Lo及

底部最小厚度值h}o

3.4零件沖裁模的凸模和凹模配制加工計算刃口尺寸

對于形態困難或料薄的沖壓件，為了保證沖裁凸、凹模間有肯定的間隙值，必需彩用協

作加工。此方法是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一個（基準件），然后依此為基準再按最小

合隙配作另一件。這種加工方法的特點是：

（1）模具的沖裁間隙在配制中保證，不需受到Idp+IddI<2Zmax-2Zmin條件限制，加

工基準件時可適當放寬公差，使工簡潔。依據閱歷，一般沖裁模具的制造偏差dp或dd?般可取

△/4（△為制件公差）。

（2）尺寸標注簡潔，只在基準件上標注尺寸和制造公差，配制件只標注公稱基本尺寸并注明做

所留的間隙值。但該方法制造的凸模、凹模是不能互換的。尺寸（凸凹模刃口尺寸）。

在計算困難形態的凸模、凹模工作部分的尺寸時，其各部分尺寸在模具工件時磨損性質不同，

一個凸模或凹模會同時存在著三類不同磨損性質的尺寸：①凸?；虬寄Ｄp會增大的尺寸；②凸

模或凹模磨損后會減小的尺寸：③凸?；虬寄Ｄp后基本不變的尺寸。

依據查《沖模設計應用實例》書，表2—10落料、沖孔模刃口始用間隙：

沖裁模初始雙面間隙Zmax=0.34Zmin=0.30。未標公差的毛坯尺寸依據IT14級精度計算,

也可查《沖模設計應用實例》書末附錄D1。依據《沖模設計應用實例》書中的附錄查得零件各尺寸

公差為：

15。一0.4362.670-0,6220-0.2504/3。8°-0.36

62.67

圖3—1要沖裁的零件圖

表2.3.2以沖孔凸模設計為基準的刃口尺寸計算

工序性質凹模刃口尺寸磨損狀況基準件凹模的尺寸（圖2.3.4b）配制凸模的尺寸

磨損后增大的尺寸Aj=(Amax—XA)o+°25A

按凹模實際尺寸配制，保

落料磨損后減小的尺寸Bj=(Bmin4-XA)°-o,25A證雙面合理間隙Zmin?

Zmax

磨損后不變的尺寸Cj=(Cmin+0.5A)±0.125A

表2.3.3以沖孔凸模設計為基準的刃口尺寸計算

工序性質色模刃口尺寸磨損狀況基準件凸模的尺寸（圖2.3.4b）配制凹模的尺寸

?/c?A\+0.25A

磨損后增大的尺寸aj=(Hmax—XA)o

按凸模實際尺寸配制，保證

沖孔磨損后減小的尺寸bj=(bmin+XA)-o.25^

雙面合理間隙Zmin?Zmax

磨損后不變的尺寸cj=(Cmin+O.5A)±0.125A

1.1依據零件特點，先沖孔兩個04o°3°的孔，該沖裁件屬沖孔，凸模設計為基準件,是凸模刃口

尺寸磨損變小的尺寸。

由表231查得：其磨損系數為X=0.5o｛注：查《沖壓工藝與模具設計(其次版)》書｝

bj=(bmin+xA)°-0.25ZS

=(4+0.5X0.3)°-o.25x0.3

=4.15°-O,O75

凸模刃口尺寸確定，查《沖模設計應用實例》書中表2-10,沖裁合理間隙Zmax=0.34

Zmin=0.30,故：凸模刃口尺寸按凹模相應部位的尺寸型制，保證雙面最小間隙為Zmin=0.30。

L2依據零件的形態，后落料?，以凹模設計為基準件。是凹模刃口尺寸磨損變大小的尺寸有：

5O°-o.628°-0.36R4o其中R4為半磨損尺寸，制造偏差d=o.25ZV2；為保證圓弧R4

與8。一0.36尺寸相切，故R4不需用公式計算，干脆取Aj8計算值的一半。由表231查得：其磨損

系數為x=o.5。｛注：查《沖壓工藝與模具設計(其次版)》書｝

Aj=(Amax—XA)o+0-2°A

Aj5o=(62.67-0.5X0.62)o+o-25xo,62

=62.36o+°-155

+025X0136

AJ8=(8-0.5X0.36)o-

=7.82o+°，09

AR4=Aj8/2

=7.85/2O+OO9/2

=3.91o+0045

凸模刃口尺寸確定，查《沖模設計應用實例》書中表2-10,沖裁合理間隙Zmax=0.34

Zmin=0.30,故：凸模刃口尺寸按凹模相應部位的尺寸配制，保證雙面最小間隙為Zmin=0.30。

3.5沖裁力的計算

計算沖裁力的目的是為了合理地選用沖壓設備、設計模具和檢驗模具的強度。壓力機的噸位必

需大于所計算的沖裁力，以適應沖裁的需求。

若采納平刃沖裁模具，其沖載力FP按下式計算：

FP=KPtLx

式中T---為材料抗剪強度，（MPa）；

L------為沖裁周邊長總長，（mm）；

t------為材料厚度，（mm）；

系數KP一—是考慮到沖裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙的波動（數值的改變或分布不均）、潤滑狀

況、材料力學性能與厚度公差的改變等因素而設置的平安系數，?般取1.3o當查不到材料抗剪強

度T時，可用抗拉強度ab代替。此時KP=10

依據沖裁零件計算：

FP=1.3X2X（8+62.67—4+8兀/2）X300

=1.3X2X79.17X300

=61752.6（N）

卸料力推料力和頂料力的計算；生產中常采納閱歷公式計算：

卸料力：FQ=KFP

推料力：FQi=nKiFP

頂料力：FQ2=K2FP

式中，FP------沖裁力，（N）：

K——卸料力系數，其值為0.02?0.06（薄料取大值，厚料取小值）；

Ki——推料力系數，其值為0.03?0.07（薄料取大值，厚料取小值）：

K2——頂件力系數，其值為0.04?0.08（薄料取大值，厚料取小值）；

n——梗塞在凹模內的制件或廢料數量，n=h/t,h為直刃口部分的高，（mm）；t為材料厚，（mm）。

料厚（mm）

K卸K推0!

W0.10.065-0.0750.10.14

>0.1—0.50.045-0.0550.0630.08

鋼>0.5?2.50.04-0.050.0550.06

>2.5~6.50.03-0.040.0450.05

>6.50.02-0.060.0250.03

鋁鋁合金0.025-0.080.03-0.07

紫銅黃銅0.02-0.060.03-0.09

注：卸料力系數K卻在沖多孔、大搭邊和輪廓困難時取上限值

當沖裁完成后，由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，在板材上沖裁出的廢料(或工件)

孔徑沿徑向發生彈性收縮，會箍在凸模上。而沖裁下來的工件或(廢料)徑向會擴張，因此會卡在

凹模內，為了使沖裁過程連續，操作便利，就須要把套在凸模上的材料卸卜，把卡在凹?？變鹊墓?/p>

件或廢料推出。

依據所設計模具，卸料力推料力和頂料力的計算：

卸料力：：Q=0.06X61752.6

=3705.156(N)

n=6/2

=3

推料力：FQi=3X0.07X61752.6

=12968.046(N)

頂料力：FQ2=0.08X61752.6

=4940.208(N)

3.5.1壓力機公稱壓力的選取

沖裁時，壓力機的公稱壓力必需大于或等于沖裁時各工藝力的總和FP總

采納彈壓卸料裝置和卜.出件的模具時：

FL=FP+FQ+FQi

采納彈壓卸料裝置和上出件的模具時：

Fl'總=向，十FQ十FQ2

采納剛性卸料裝置和下出件的模具時.：

依據所設計的模具，選用強壓卸料裝置和上出件的模具時：

FP總=61752.6+3705.156+4940.208

=70397.964(N)

3.6沖壓模具壓力中心的計算：

模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使

沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應通過模柄的軸心

線，否則會使沖模和壓力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產生過大的磨損，模具導向零件

加速磨損，降低模具和壓力機的運用壽命。

沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：

(1)對稱形態的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。

(2)工件形態相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心與零件的對稱中心

相重合。

(3)形態困難零件、多凸模的壓力中心可用解析計算法求出。

解析法的計算依據是：各分力對某坐標軸的力矩之代數和等于諸力的合力對該坐標軸的力矩。求出

合力作用點的坐標位置，即為所求模具的壓力中心。

計算公式為：

Xo=(L1X1+L2X2……LnXn)/(L1+L2……Ln)=2LiXi/ZLi(2.4.10)

y(>=(Llyl+L2y2...Lnyn)/(L1+L2....Ln)=ZLiyi/ZLi(2.4.11)

依據零件圖如下:

Xo={16X4兀+2X(58.67X39.335)+4“X68.67+8n/2X68.67}/(4n+2X58.67+4“+

8n/2)

={200.96+4615.5689+862.4952+862.4952)/12.56+117.34+12.56+12.56

=6541.5193/155.02

^42.20

y?=14(依據零件的特殊狀況：是對稱的)

第四章沖裁工藝分析

沖裁工藝設計包含沖裁件的工藝性分析、沖裁工藝方案的確定和技術經濟分析的內容。良好的

工藝性和合埋的工藝方案，可以用最少的材料，最少的工序數量和工時，并使模具結構簡潔，模具

壽命高，最終穩定地獲得合格工作勞動量和工藝成本是衡量沖裁工藝設計的主要指標。

4.1沖裁件的工藝性分析

沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖壓工藝的適應性，即沖裁件的結構、形態、尺寸及公差等技

術要求是否符合沖裁加工的工藝要求。工藝性是否合理，對沖裁件的質量、模具壽命和生產率有很

大的影響。

4.2沖裁件的形態和尺寸

1.沖裁件形態應盡可能簡潔、對稱、排樣廢料少。在滿足質量要求的條件下，把沖裁件設計成

少、無廢料的排樣形態,如圖2-la）所示零件，若外形無關緊要，只是三孔位置有較高要求，改為

圖2Tb）所示形態，可用無廢料排樣，材料利用率提高40乳

2.除在少、無廢料排樣或采納鑲拼模結構時，允許二件有尖銳的清角外，沖裁件的外形或內孔

交角處應采納圓角過渡，避開清角。

進距

a)

b）

a）有廢料排樣b）無廢料排樣

圖3-2沖裁件形態對工藝性的影響示例

3.盡量避開沖裁件上過長的懸臂與狹槽，如圖3—3,應使它們的最小寬度b21.5t。

圖3-3沖裁件的結構工藝性圖

4.沖裁件孔與孔之間、孔與零件邊緣之間的壁厚（圖3—4）,因受模具強度和零件質量的限制,

其值不能太小。一般要求c2L5l,c>t<,若在彎曲或拉深件上沖孔，沖孔位置與件壁間距應滿足

圖示尺寸。其要求見圖2-3o

12R+0.5t5f

圖3—4彎曲件的沖孔位置

5.沖裁件的孔徑因受沖孔凸模強度和剛度的限制，不宜太小，否則簡潔折斷和壓彎。沖孔最小

尺寸取決于材料的機械性能、凸模強度和模具結構。

2.1.2沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求

沖裁件的精度要求，應在經濟精度范圍以內，對于一般沖裁件，其經濟精度不高于IT11級，沖

孔件比落料件高一級。

4.3沖裁件的尺寸基準

沖裁件的尺寸基準應盡可能和制模時的定位基準重合，以避開產生基準不重合誤差?？孜怀叽?/p>

基準應盡量選擇在沖裁過程中始終不參與變形的面或線上，切不要與參與變形的部位聯系起來。如

圖3—5所示，原設計尺寸的標注（圖a）,對沖裁圖樣是不合理的，因為這樣標注，尺寸LI、L2必

需考慮到模具的磨損而相應給以較寬的公差造成孔心距的不穩定，孔心距公差會隨著模具磨損而增

大。改用圖b）的標注，兩孔的孔心距才不受模具磨損的影響，比較合理。

b)

a）強調邊距b）強調中心距

圖3-5沖裁件的尺寸基準

4.4排樣的分析及利用率

依據零件的尺寸要求，選擇少廢料排樣法。

（-）搭邊

排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補償定位

誤差，保持條料有肯定的剛度，以保證零件質量和送料便利。搭邊過大，奢侈材料。搭邊太小，沖

裁時簡潔翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還會拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低

模具壽命，或影響送料工作。

表.3-2搭邊a和al數值（低碳鋼）

圓件及r>2t的工件矩形工件邊長L<50mm矩形工件邊長L>50mm

或，<2,的工件

里A

7D孽J二

材料厚度

工件間a.沿邊a工件間a.沿邊a工件間a,沿邊a

<0.251.82.02.22.52.83.0

0.25-0.S1.21.51.82.02.22.5

0.5-0.81.01.21.51.81.82.0

08-1.2081.0i.2151518

1.2-1.61.01.21.51.81.82.0

1.6*2.01.21.51.82.02.02.2

2.0-2.51.51.82.02.22.22.5

2.5-3.01.82.22.22.52.52.8

3.0-352.22.52.52.82.83.2

3.5-4.02.52.82.53.23.23.5

4.0~5.03.03.53.54.04.04.5

5.0-120.6/0.7t0.7t0.8t0.8，0.9r

搭邊值通常是由閱歷確定，表2所列搭邊值為一般沖裁時閱歷數據之一。

（二）條料寬度的確定

排樣方式和搭邊值確定后，條料的寬度和進距也就可設計出。進距是每次將條料送入模具進行

沖裁的距離。進距與排樣方式有關，是確定擋料銷位置的依據。條料寬度的確定與模具的結構有關。

確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順

當地在導料板之間送進條料，并有肯定的間隙。

1.有側壓裝置時條料的寬度（圖4—1）

1—導料板2—凹模

圖4-1有側壓裝置時條料的寬度的確定

有側壓裝置的模具，能使條料始終沿基準導料板送粒，因此條料寬度可按下式計算:

8=（。+2。+b）—3（mm）（式3一2）

式中

B-----條料寬度的基本尺寸(mm)；

1-----條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸(mm)；

“1-----側面搭邊,查表3(mm)；

&一一條料下料剪切公差，查表4、表5nim)

2.無側壓裝置時條料的寬度(圖4—2)

圖4一2無側壓裝置時條料的寬度的確定

無側壓裝置的模具，其條料寬度應考慮在送料過程中因條料的搖擺而使側面搭邊減小。為了補

償側面搭邊的減小部分，條料寬度應增加一個條料可能的搖擺量。故條料寬度為：

B=[D+2(a+5+c)]—6(mm)(式3—3)

式中c——條料與導料板之間的間隙(即條料的可能搖擺量)，查表2-8(mm)o

導料板之間的距離，應使條料與導料板之間保持肯定的間隙(表3-3),以保證送料暢通。

表3-3剪料公差及條料與導料板之間隙(mm)

條料寬度t

條料寬度

wl>1?2>2?3>3?5

B

6C8C6C5C

W500.40.10.50.20.70.40.90.6

>50?1000.50.10.60.20.80.41.00.6

>100?1500.60.20.70.30.90.51.10.7

>150-2200.70.20.80.31.00.51.20.7

>220-3000.80.30.90.41.10.61.30.8

綜合考慮以上各種問題，最終確定采納有廢料直排的排樣方式，排樣圖如圖4—3所示

圖4―3排樣圖

材料的利用率計算如下：

在沖壓零件的成本中，材料費用約占60%以上，因此材料的經濟利用具有特別重要的意義。

沖壓件在條料或板料上的右置方法稱為排樣。不合理的排樣會奢侈材料，衡量排樣經濟性的指標是

材料的利用率，可用下式計算：

n=(S/So)X100%=(S/AB)X100%

式中，n-----材料利用率；

s一-工件的實際面積；

So一一所用材料面枳，包括工件面積與廢料面積：

A一一步距(相鄰兩個制件對應點的距離)；

B—條料寬度；

沖裁件面積S:

S=8X58.67+2兀//2

=494.48

依據所設計的沖裁模不是有側壓裝置的模具也不是無有側壓裝置的模具

固條料寬度：

B=2X1.5+53.67

=61.67

A=2X4+3

S0=61.67X11

=678.37

材料利用率：

r）=（494.48/678.37）X100%

=72.89%

第五章模具總體設計

5.1模具類型的選擇

有沖壓工藝分析可知，采納符合沖壓，所以模具類型為落料-沖孔復合模、彎曲模。

5.2定位方式的選擇

因為該模具運用的是條料，卸料采納彈性卸料裝置.，所以導料采納導向螺栓，送進步距限制采

納擋料銷。

5.3卸料、出件方式的選擇

模具是采納彈性卸料板，還是采納固定卸料板，取決于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考

慮因素。由于彈性卸料模具操作時比固定卸料模具便利，操作者可以望見條料在模具中的送進動作,

且彈性卸料板卸料時對條料施加的是柔性力，不會損傷工件表面，因此實際設計中盡量采彈性卸料

板，而只有在彈性卸料板卸料力不足時，才改用固定卸料板。隨著模具用彈性元件彈力的增加（如

采納矩形彈簧），彈性卸料板的卸料力大大增加。依據目前狀況，當材料料厚約在2mm以下時采納彈

壓卸料板，大于2mm時采納固定卸料板較為貼近實際。本模具所沖材料的料厚為1mm,因此可采納

彈性卸料板。

5.4導向方式的選擇

如采納縱向送料方式，相宜采納中間導柱導套模架（對角導柱導套模架也可）；橫向送料相宜采

納對角導柱導套模架：而后側導柱導套模架有利于送料（縱橫向均可且送料較順暢），但工作時受力

均衡性和對稱性比中間導柱導套模架及對角導柱導套模架差一些；四角導柱導套模架則常用于大型

模具；而精密模具還須采納滾珠導柱導套。本模具采納兩導柱置于后側，雖然導向狀況較差，但它

能從三個方向送料，操作便利，對導向要求不太嚴格且偏移力不打的狀況廣泛的采納這種形式。

第六章零部件設計

6.1模具材料的選擇

6.1.1沖壓模具材料

制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質合金、鋼結硬質合金、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、高

分子材料等等。FI前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：

碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高銘或中銘工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質合金、

鋼結硬質合金等等。

1.碳素工具鋼

在模具中應用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等，優點為加工性能好，價格便宜。但淬透性和

紅硬性差，熱處理變形大，承載實力較低。

2.低合金工具鋼

低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎上加入「適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，削減了淬

火變形和開裂攸向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有CriVMn、9Mn2V、

7Cr5iMnMoV（代號CH-1）、GCrNiSiMnMoV（代號GD）等。

3.高碳高格工具鋼

常用的高碳高銘工具鋼有Crl2和Crl2MoV、Crl2Mo用1（代號D2）,它們具有較好的淬透性、

淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載實力僅次于高速鋼。但碳化物偏

析嚴峻，必需進行反復鋤拔（軸向繳、徑向拔）改鍛，以降低碳化物的不勻稱性，提高運用性能。

4.高碳中鋁工具鋼

用于模具的高碳中銘工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含銘最較低，共晶碳化物

少，碳化物分布勻稱，熱處理變形小，具有良好的淬透性和尺寸穩定性。與碳化物偏析相對較嚴峻

的高碳高輅鋼相比，性能有所改善。

5.高速鋼

高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強度，承載實力很高。模具中常用的有即8Cr4V

（代號8-4T）和含鴇量較少的W6Mo5Cr4V2（代號6-5-4-2,美國牌號為M2）以及為提高韌性開發

的降碳降鋼高速鋼6W6Mo5Cr4V（代號6W6或稱低碳M2）。高速鋼也須要改鍛，以改善其碳化物

分布。

6.基體鋼

在高速鋼的基本成分上添加少展的其它元素，適當增減含碳晟，以改善鋼的性能。這樣的鋼種

統稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點，具有肯定的耐磨性和硬度，而且抗疲憊強度和韌性均優于

高速鋼，為高強韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有6Cr4W3Mo2VNb

（代號65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號LD）、5Cr4Mo3SiMnYAL（代號012AL）等。

7.硬質合金和鋼結硬質合金

硬質合金的便度和耐磨性高「其它任何種類的模具鋼，但抗彎強度和韌性差。用作模具的硬質

合金是鋁鉆類，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選川含鉆量較低的硬質合金。對沖擊性大的

模具，可選用含鉆量較高的硬質合金。

鋼結硬質合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鋁、銅、鶴、帆等）做粘合劑，以碳化鈦

或碳化鋁為硬質相，用粉末冶金方法燒結而成。鋼結硬質合金的基體是鋼，克服了硬質合金韌性較

差、加工困難的缺點，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。鋼結硬質合金含有大量的碳化物，雖然硬

度和耐磨性低于硬質合金，但仍高于其它鋼種，經淬火、回火后硬度可達68?73HRC。

6.1.2CrWMn鋼的性能

由于該模具是復合模具沖裁，綜合考慮選用用材料CrWMn,熱處理HRC60?64。

CrWMn鋼C含量0.9%?1.05%,Mn含量0.8%?1.1%,Si含量0.15%?0.35%,Cr含量0.9%?1.2%,

淬火溫度820?840℃,HRC不低于62,回火溫度140?160℃,HRC62?65（查文獻⑸：儲凱，許斌,

李先民，李維民主編《機械工程材料P126表8T1》）。具有高淬透性、高硬度和耐磨性，淬火尺寸

穩定性好，變形小，并有效好的韌性。

由于鴇形成碳化物，這種鋼在淬火和低溫回火后具有比銘鋼和9SiCr鋼更多的過剩碳化物和更

高的硬度及耐磨性。此外，鴿還有助于保存細小晶粒，從而使鋼獲得較好的韌性。所以i1CrWMn鋼

制成的刃具，崩刃現象較少，并能較好地保持刀刃形態和尺寸。

但是，CrWMn鋼對形成碳化物網比較敏感，這種網的存在，就使工具刃部有剝落的危急，從而

使工具的運用壽命縮短，因此，有碳化物網的鋼，必需依據其嚴峻程度進行鍛壓和正火。這種鋼用

來制造在工作時切削刃口不猛烈變熱的工具和淬火時要求不變形的量具和刃具，例如制作刀、長沖

裁模的工作零件對材料性能特殊要求，沖裁模的刃口在工作時受到猛烈的摩擦和沖擊，所以其模具

材料應當具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲憊斷裂性能。

6.2凹模的結構形式與固定方法

常見的凹模結構形式有整體式凹模和組合式凹模兩種形式。

圖6-1所示為整體式凹模結構，其俯視外形按毛環和工件形態可做成矩形或圓形，用螺釘和銷

釘干脆固定在模板上。整體式凹模的特點是制作簡潔，工作部分與非工作部分做為一體，全由優質

鋼制造，運用時，若局部損壞就得整體更換。因此，整體式凹模只適用欲沖制中、小型工件。

圖6-2所示為組合式凹模結構。凹模的工作部分與非工作部分是分開制成的，非工作部分（圖

中凹模套1）可以用一般鋼制造。凹模2過渡協作壓裝在凹模套1（或固定板）內，然后再用螺釘和

銷釘把凹模套緊固在模板上。組合式凹模而已節約珍貴的模具材料，且當凹模損壞后易于修理更換。

這種凹模適用于沖大、中型工件上的孔。

1一凹模套2—凹模

圖6-1整體式凹模圖6-2組合式凹模

因為工件形態簡潔對稱，所以模具的工作零件均采納整體結構。

凹模的孔口形式：

凹模的孔口形式通常有如圖6-3所示的幾種。圖中a、e為直壁形，刃口強度高，

刃磨后空口尺寸不變，制造便利。但是在孔口內易于積存工件或廢料?，增大了凹模的脹

力、推件力和孔壁的磨損；磨損后每次的修磨量大，模具的總壽命較低。此外，凹模磨

損后孔口可能成倒錐，使沖成的工件或廢料反跳到凹模表面上，造成操作困難。直壁形

孔口凹模適用于沖裁精度較高、厚度較大的工件。對于上頂出工件（或廢料）的模具也

采納此種孔口形式。a適用于圓形或矩形工件；e適用于形態困難的工件。b、c、d的孔

口為錐形，孔口內不易于積存工件或廢料，孔壁所受的脹力、摩擦力小，所以凹模的磨

損及每次的餓刃磨量小，但刃口強度較低，且刃口的尺寸在修磨后略有增大。一般用于

形態簡潔，精度要求不高和較薄的沖裁件。c適用于較困難的沖裁加件；d用于沖裁薄

料和凹模厚度較薄的狀況。

圖6-3凹模的孔國形式

f為凸臺式凹模，適用于沖裁軟而薄的金屬與非金屬材料，這種材料一般不淬火或淬火強度不

高[（35?38）HRC],可以用手錘敲打凸臺斜面以調整模具間隙，直到試沖出滿足的沖壓件為止。

凹?？仔偷闹北诟叨龋篽）、斜度角（&和6）與工件的材料厚度和加工方法有關，其數值見

表6~1。

還有?種和整體凹模相比，其厚度和長度要小得多薄刃口組合凹模的結構。這種結構及設計不

僅適用于一般沖裁，也能用于諸如奧氏體鋼板疊層沖裁模等簡易而先進的模具。

薄刃口組合圓凹模如圖5-4所示。用模具鋼制作的薄刃口模1是與墊板2用螺釘或壓板緊固和

用粘結劑緊固在一起的。假如兩者和二為一，用同種模具鋼制作，即變為一般的整體凹模，可視為

圖中點劃線所示。

表6-1凹模孔型參數

主要參數

t/mm備注

h/mmafi

之4

<0.5a、戶值僅適用于鉗工加工。電火

0.5-12515Z2°

花加工時，一般儀=4'?20’，復合模取小

1.0~2.526

值，力=30'?50'

2.5?6.0之8。帶斜度裝置的線切割時，

30，3°

>6.0—隹1°?1.5°

1一薄刃合凹模2—凹模墊塊3、5—緊定螺釘4一下模座

圖6-4薄刃口組合凹模圖6-5凹模外形尺寸

（3）模外形尺寸的確定凹模外形尺寸應保證有作夠的強度和剛度。由于凹模的結構不一,,

受力狀態又比較困難，一般依據沖裁件遲緩廠和板料厚度，按下列閱歷公式確定外形尺寸（見圖6-5）。

凹模高度

H=kb（215mm）

凹模壁厚（刃口到外邊緣的距離）：

C=（1.5-2.0）H■>30-40）

式中占一沖裁件最大外形尺寸

K一系數?？紤]坯料厚度影響的系數，其值可參考表6-2。

表6-2系數K值

0.5123>3

b/mm

<500.30.350.420.50.6

50^1000.20.220.280.350.42

100^2000.150.180.20.240.3

>2000.10.120.150.180.22

注：t為厚度。

上述方法適用于確定i般工具鋼經過熱處理，并在平面支撐條件下工作的凹模尺寸。沖裁件形

態簡潔時，壁厚系數K取偏小值，形態困難時取偏大值。用于大批量生產條件下的凹模，其高度應

當計算結果中增加總的修模量。

所設”的凹?？紤]以上因素，最終確定尺寸如圖5-6所示：

取凹模厚60,外圓直徑。125。落料凹模采納螺釘、銷釘的固定方式干脆固定在下模座上，按

GB70-80選4根內六角圓柱頭螺釘M10X40,按GB119-86選兩根D型圓柱銷D10X45?

圖6-6落料凹植結構

6.3沖孔凸模的結構設計

凸模設計應考慮沖孔完畢后再進行落料?，由于沖孔凸模相對于其它幾個模具直徑尺寸較小，采

納中間中間用一根螺釘固定在凸模固定板上，按GB70-80選內六角圓柱頭螺釘M5X30,凸模詳細結

構圖如圖6-8所示：

圖5-8兩個沖孔凸模

6.4凸模固定板的設計

凸模固定板取厚度為20mm,沖孔凸模通