冲裁模具设计说明书

零件名称：连接板  材料Q235  产量 ：10万件   料厚：2mm

1、连接板冲压工艺性的分析

（1）零件结构性状的分析：

本冲裁件形状简单对称，无尖锐清角，便于实现少废料排样。

孔与孔间、孔与零件边缘距离为c=12mm，零件厚度为t=2mm，满足c>1.5t的要求。

冲裁件尽量避免冲裁宽度小于3倍材料厚度的狭长零件【】该冲裁件宽度B>3t，满足要求。

查《冲压模具设计使用手册》表1-16，冲裁件孔的最小尺寸满足要求。

（2）零件精度、粗糙度、断面质量的分析

零件外轮廓尺寸为，内孔尺寸为，内孔间距为查《互换性与计术测量》表2.1得各尺寸精度分别为IT14    、IT13、IT13。查《手册》表1-2 ，该冲裁件内外形所能达到的经济精度不高于IT12级，现在该冲裁件的设计精度小于IT13级，故尺寸精度满足要求。

查手册1-12，厚度为2mm的一般冲裁件剪断面的近似表面粗糙度Ra可达到6.3。查手册表6-1,2mm厚度的冲裁件允许毛刺高度小于0.15mm。由于该冲裁件的粗糙度和毛刺高度没有要求，所以只要模具只要达到一定精度要求，就可以保证冲裁件的断面质量。

（3）冲裁件的材料分析

冲裁板料一般要求较低的强度和较高的塑性。本设计的冲裁板料是未退火的Q235，它是普通的碳素结构钢，有适中的强度与硬度，较好的塑性与韧性。因此该零件是完全可以用冲裁的方法加工成形的。

2、冲裁工艺方案的确定

（1）第一种方案：采用单工序分步加工，工序简图如图2

单工序模是指压力机在一次行程中完成一道工序的冲裁模【】采用单工序分布加工优点是模具制造简单，维修方便。但冲制该零件需要冲孔落料两道工序，这会造成冲压设备、模具和工人的增加，同时各工序间的半成品运输也会增加。这使生产效率和生产成本增加。

（2）第二种方案：采用连续模加工，工序简图如图3

 连续模是指压力机再一次行程中，依次在几个不同位置上同时完成多道工序的冲模。【】采用连续模加工优点是生产率较高，可以克服以上单工序分布加工的缺点。用连续模冲压时，冲裁件在不同位置依次逐步成形，这不可避免的造成定位误差问题。为保证孔与外形的位置精度，必须采用导正销或定距侧刃严格控制送料步距，这使模具设计制造复杂，调整维修麻烦，而且增加了对工人的要求。

（3）第三种方案：复合模加工，工序简图如图4。

复合模也是多工序模的一种，它是在压力机一次行程中，在同一位置上，同时完成几道工序的冲模。【】该方案生产率高，它不存在连续模冲压时的定位误差，所以它的形位精度和尺寸精度容易保证，工件精度高。由于复合模必须在同一位置布置几套凸、凹模，所以在设计模具时需合理布置这几套凸、凹模，故模具设计复杂。

由于该零件是大批生产，需要较高的生产效率，同时考虑到成本因素，故认为单工序分布加工方法不合理。连续模与复合模二者都有较高的生产率，而且模具制造都较复杂。但是用复合模加工时是一次成形，加工方法较连续模简单，而且精度比连续模高。故本设计采用复合模加工。

3、冲模结构形式的确定。

（1）模具结构形式

复合模按照工作零件安装位置的不同，分为正装复合模和倒装复合模。

落料凹模装在下模上，称为正装复合模。反之，则称为倒装复合模。正装复合模主要优点是工作时顶件板、卸料版均是弹性的，板料是在压紧的状态下分离，冲出的冲件平直度较高，能达到平整要求。但是冲孔废料落在下模工作面上，清除麻烦。倒装复合模结构简单，而且

可以利用压力机的打杆装置进行推件，废料能直接从压力机台面落下，操作方便，生产效率高，所以倒装复合模应用比较广泛。

该冲裁件有两个孔，且无较高的平直度要求，工件精度要求较低。从操作方便、磨具制造简单等方面考虑，本设计采用倒装式复合模。

（2）定位装置

条料在模具送料平面送进时，必须在两个方向上限位：一是在于送料方向垂直的方向上限位，以保证条料沿正确的方向送进，为送进导向；另一个是送料方向上的限位，它控制条料一次送进的距离，成为送料步距。【手册】

采用导料销做横向定位，挡料销做纵向定位，这样结构简单，设计方便，而且对模具强度削弱小。

由于模具工作时，落料凹模向下运动，与板料接触前会碰到导料销，挡料销。所以在设计时采用活动式挡料销，导料销。即落料凹模与销接触时，位于销钉底部的弹簧压缩，销钉随凹模向下运动而压入孔内。

（3）卸料装置

冲裁过程中，条料卡在凸凹模边缘，因此需要设置卸料装置。倒装式复合模的卸料板安装在下模，并且通过安装在卸料板下面的卸料元件的做用进行卸料。 弹性元件分为弹簧和橡皮两种，由于橡胶允许承受的载荷较弹簧大，并且并且安装调整方便，在冲模中应用广泛。所以在本方案设计中选择橡皮作为弹性元件。

（4）推件装置

由于刚性推件装置结构紧凑，维护方便，故倒装复合模常用刚性推件装置，装与上模部分。由于该冲裁件模柄中心位置无冲孔凸模，所以刚性推件装置可以简单的由打杆和推件板组成。推件力有压力机的横杆通过打杆传给推件板，将卡在凹模中的冲裁件推出。

（5）导向装置      

滑动式导柱导套安装简单，操作方便，成本低。考虑到该冲裁件无较高的精度要求，故本设计采用滑动式导柱导套。

（6）模架的选择

模架形式有后侧导柱模架、中间导柱模架、对角导柱模架、四导柱模架四种。其中中间导柱模架左右对称分布，受力均衡，导柱导套磨损均匀。【课本】综合考虑，选择中间导柱模架形式，模柄与上模座采用螺栓固定方式连接。

4、连接板冲压工艺计算

（1）排样方式的确定

a．查《手册》表2-4，当厚度t=2mm时，两工件之间按矩形取搭边值a=3mm，侧边取a1=3.3mm。

b．本设计采用无侧压装置。所以条料宽度

B————条料或者带料宽度

D————冲件尺寸

a1————————搭边值，见表2-4

Z-------------导板与条料间的最小间隙见表快查1-4

----------条料或带料单项偏差，用斜刃剪床裁条料宽度公差见表1-5；用滚剪机剪裁带料公差见表1-6

查表1-4得Z=1mm，查表1-5得=-1.2mm

所以==

c．材料利用率的计算

材料利用率

式中n-------板料上实际冲裁的零件数量；

F1----------零件的实际面积

L----------板料长度

B---------板料宽度

冲裁件面积F1===4055mm2

采用横排时

每板的条数   n1=2000/127.6=15条

每条工件数   n2=800/43=18件

每板工件数   n= n1 n2=1518=270件

==68.43%

采用纵排时

每板的条数   n1=800/127.6=6条

每条工件数   n2=2000/43=46件

每板工件数   n= n1 n2=6=276件

==69.95%

由以上可知纵排的材料利用率较高。此外，因为纵裁裁板次数少，冲压时调换条料次数少，工人操作方便，生产率高，所以在通常情况下应尽可能纵裁。【】故本设计采用纵裁的方式裁板。

图

（2）计算冲压力

冲裁力公式为

P=P孔+P落

式中P--------冲裁力；

P孔-------冲孔冲裁力；

P落--------落料冲裁力。

a．冲孔力

式中  K-------修正系数。它与冲裁间隙、制件形状、冲裁速度、板料厚度、刃口情况、润滑情况等因素有关。一般K= 1.3；

-------冲孔周长（mm）；

t-------板料厚度（mm）；

--------材料的抗剪强度（MPa）。

=2d=

查手册表7-1，Q235未退火，取

所以=

取

b．落料力

=

取=255.95kN

c．卸料力

PX=Kx

式中PX -------卸料力；

Kx ---------卸料系数。

查课本表3-8取Kx=0.05

所以PX=0.05255.95=12.8kN

d．推件力

Pt=nKt

式中Kt------------推料系数

n------------梗塞在凹模内的冲件数

查课本表3-8取Kt=0.05

取同时梗塞在凹模内的制件数n=3

所以Pt=nKt=30.0591.46=13.7kN

由于本设计采用弹压卸料装置和下出件模具

所以总冲压力=++PX+ Pt=91.46+255.95+12.8+13.7=374kN

（3）选取压力机

根据总冲压力=374kN，查课本表1-2，选取压力机J23-40，标称压力为400kN

滑块行程80mm，行程次数65次/min ，连杆调节长度65mm，最大装模高度330mm，工作台尺寸460700，模柄孔尺寸直径深度5070

（4）计算模具压力中心

该冲裁件对称于两条相互垂直的对称线，故模具的压力中心在冲裁件几何中心处。

5、模具刃口尺寸的计算

制造模具时常用两种方法保证间隙：分别加工法、单配加工法。分别加工法是将凸模和凹模分别加工，事先规定好凹模和凸模的尺寸和公差。这样加工必须把制造公差控制在间隙的变动范围之内，加大模具制造难度。这种加工方法制造周期短，凹模和凸模具有互换性，便于批量制造。单配加工是利用凹模和凸模的相互单配来保证合理间隙。通常选定凸模或凹模作为基准模，基准模的零件图上标注尺寸和公差，相配的非基准模的零件图上标注与基准模相同的基本尺寸，但不注公差，然后在技术条件上注明按基准模的尺寸配作，保证间隙值在Zmin~Zmax之内。【课本】本设计是单件生产，不需要凸模和凹模有互换性，又考虑到工厂采用单配加工的方式较多，故采用单配加工方式。

（1）落料凹、凸模

本冲裁件的外轮廓尺寸在落料凹模磨损后尺寸增大。在单配加工中，若冲裁件在落料凹模磨损后会增大的尺寸称为第一类尺寸，它的基本尺寸及制造公差为：

第一类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸—x

式中   x-------磨损系数，其值应在0.5~1之间，与冲裁件精度有关。可直接按冲裁件的公差值由表3-5查取或按冲裁件的公差等级选取：

当工件公差为IT10以上时，取x=1

当公差为IT13~IT11时，取x=0.75

当工件公差为IT14以下时，取x=0.5

----------冲裁件的公差。

本冲裁件的外轮廓精度等级为IT14级，所以取x=0.5。

所以D凹=（最大极限尺寸—x=（40—0.50.62=mm

由表3-3查得：Zmin=0.246mm，Zmax=0.36mm。

落料凸模的基本尺寸与凹模相同，D凸=39.96mm。但不注公差，注明以0.246mm~0.36mm间隙与落料凹模配制。

（2）冲孔凸、凹模

a．本冲裁件内孔尺寸在冲孔凸模磨损后变小，在单配加工中，若冲裁件在冲孔凸模磨损后会变小的尺寸称为第二类尺寸，它的基本尺寸及制造公差为：

第二类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸+x

本冲裁件的内轮廓精度等级为IT13级，所以取x=0.75。

所以d凸=（最小极限尺寸+x=（16+0.750.27=mm

冲孔凹模的基本尺寸与凸模相同，d凹=39.96mm。但不注公差，注明以0.246mm~0.36mm间隙与冲孔凸模配制。

b．孔中心距

在同一工步中冲出工件上的两个孔时，凹模两孔中心距LA=（lmin+0.5）

式中   lmin  ---------工件孔距最小极限尺寸

       -----------  工件孔距公差

       -------凹模孔距制造偏差，取=

6、连接模主要零件的设计

部分冲裁模零件已经有了国家标准或者部颁标准。进行模具零件设计时尽量采用标准零件。

（1）落料凹模的设计如图：

a．凹模洞口形状的选择。

凹模型孔的泡面形状称为凹模洞口，分为直壁式、斜壁式、凸台式三种。直壁式凹模孔壁与顶面垂直，刃口尺寸不随修模刃口改变。采用这种洞口形状的凹模的能使冲裁件有较高的精度，且刃口强度较好。斜壁式特点与直壁式相反，在一般工件或废料向下落的模具中应用广泛。【课本】凸台式凹模在冲裁件厚度在0.3mm以下小间隙或者无间隙的模具中应用广泛。

考虑到本设计的模具结构形式与冲裁件厚度，复杂程度等因素，决定采用如图直壁式凹模，这种凹模形式适用于冲件形状简单、材料较薄的复合模。

b．凹模的外形尺寸

由于冲裁件结构类似于矩形，故决定本设计采用矩形凹模TU。凹模的外形尺寸应确保其有足够的强度与刚度。凹模的厚度还应保证有一定的修模量。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。【课本】

凹模厚度  H=Kb(15mm)

凹模壁厚  c=（1.5~2）H（30~40mm）

式中   b------冲裁件的最大外形尺寸；

       K-----系数，考虑板料厚度的影响。

查课本表4-3取K=0.2  

所以  H=Kb=0.2120=24mm

取H=25mm

      c=（1.5~2）H =（1.5~2）25=37.5~50mm

取c=38mm

所以落料凹模的外形尺寸：

长度 L=l+2c=120+238=196mm

宽度 B=b+2c=40+238=116mm

查手册表5-73根据标准模架的凹模周界，考虑倒装复合模的实际结构选取凹模的长度L=200mm，B=160mm。所以凹模的外形尺寸为20016025mm

c．凹模的固定方法

本设计采用螺钉和销钉将凹模固定在上模座上。在标准中查取其数量、规格以及位置尺寸，并根据结构做适当调整。

d．凹模的技术要求

凹模的型孔轴线与顶面保持垂直，凹模的底面与顶面应保持平行。【课本】凹模型孔的孔壁和底面应保持光滑，保证表面粗糙度为Ra=0.8~0.4，销孔与顶面应保证Ra=1.6~0.8。

查手册表7-15，根据冲裁件的年产量选取凹模的模具材料为9Mn2V,热处理硬度为60~HRC。

（2）冲孔凸模组件的设计

a．凸模形式

该冲裁件的内孔为圆形孔，为了便于安装与维修，采用国家标准中的台阶式圆形凸模。将凸模压入固定板中并采用H7/m6的过盈配合。

b．凸模长度

图

如图所示冲孔凸模长度L=H1+l

图中  H1------------------凸模固定板厚度

      H2  ----------- 凹模厚度

      l---------------凸模自由长度，在倒装复合模中一般l=H2。

查《标准》表2-34得凸模尺寸：D= mm，D1=24mm，h=6mm

   根据《标准》表2-18取凸模固定板厚度H=25mm，

所以凸模长度L=H1+l=25+25=50mm

根据表2-34确定凸模长度为50mm。

c．凸模强度的校核

冲裁件产量较大，根据表7-15，选取凸模材料为9Mn2V。

对于凸模承受能力进行计算时，必须使冲裁力小于危险断面允许的最大压应力。

   即      

  对于圆形凸模来说，

简化得：、

式中    ----------凸模内的压应力（MPa）

        -------- 冲孔力（N）

        A---------凸模最小断面面积(mm2)

        ---------被冲材料的抗剪强度（MPa）

        d -----------圆形凸模的直径（mm）

         t-----------板料厚度（mm）

         -------凸模材料的许用应力（MPa）。

 查《快查》=（1000~1600）MPa，取=1100 MPa。

因为==8

   ==1.27

所以、

故凸模强度符合要求。

d．凸模强度的校核

本设计中凸模没有采用导向装置，其应力情况可以看做一端固定、一端自由的压杆。这时候凸模失稳弯曲应力的校核公式为

式中  l-------------凸模的自由长度（mm）

     E-------弹性模量 ，对于工具钢，其值为2.15~2.2MPa

     J-------凸模断面的轴惯性矩（mm4）

      n-------安全系数，对于淬火钢，n=2~3，未淬火钢，n=4~5；

      p------凸模总压力（N）

对于圆形凸模来说，凸模断面的惯性矩为  

P=。所以刚度校核公式可以简化为

以上式中  d-----圆形凸模的直径（mm）

t----被冲材料的厚度（mm） 

       ---被冲材料的抗剪强度（MPa）。

这里取E=2.15，p=91460/2=45730N

所 以                                                                                   

实际l=25mm<110mm，所以凸模刚度符合要求。

（3）卸料橡胶的选用

倒装复合模的卸料装置位于下模座，一般采用弹性卸料装置。

橡皮所能承受的负荷比弹簧大，而且安装调整方便，价格便宜，在模具中应用广泛。故本设计采用橡皮作为弹性元件。

a．确定橡胶的自由长度

【为保证橡胶不过早失效，其允许最大压缩量不应超过其自由高度的45%，一般取

H2=(0.35~0.45)H0

式中H2  ------------橡胶允许的总压缩量

     H0  ---------------橡胶的自由高度

橡胶的预压缩量一般取自由高度的10%~15%

即   H0=（0.10~0.15）H0

式中  H0----橡胶预压缩量

故H1=H2—H0=（0.25~0.35）H0

而H1=H’ + H’’

式中    H’ -------- 卸料版的工作行程， H’=t+1，t为板料厚度；

H’’-------凸模刃口的修模量。】

本设计中H’=t+1=2+1=3mm

取凸模刃口的修模量H’’=3mm

所以H0=H1/（0.25~0.35）=6/（0.25~0.35）

取H0=25mm

b．确定橡胶的截面尺寸

由于本设计的冲裁力较大，确定选用8个橡胶垫

根据【蓝书】表3-33橡胶垫的外径计算公式为

式中------ 橡胶所产生的压力，设计时取大于或者等于卸料力。本设计中取其等于卸料力。

-------橡胶所产生的单位面积压力，与压缩量有关。

d-------橡胶的内径

= PX/8=12800/8=1600N

查表手册 B-8，取q=2.1MPa

==32mm

c．橡胶的校核

橡胶高度与直径之比应按照下式校核：

=25/32=0.78，所以满足校核公式，橡胶符合要求。

（4）凸凹模的结构设计

如图

a．凸凹模长度的Hta的确定

Hta= Hx+H 0—F0+Hg

式中   H 0 ---------卸料橡胶的自由长度

         F0-----------卸料橡胶的预压缩量

        Hx -------------卸料版的厚度

       Hg ---------------凸凹模固定板的厚度

取卸料版厚度Hx=16mm，凸凹模固定板厚度Hg=40mm。

卸料橡胶的自由长度为H 0= 25mm，橡皮的预压量F0一般为自由长度的10%~15%，所以F0=（0.1~0.15）H 0，取F0=3mm。

所以凸凹模长度：Hta= Hx+H 0—F0+Hg=16+25—3+40=78mm。

b．凸凹模壁厚的校核

对于复合模而言，凸凹模内外缘均为刃口。这时，内外缘制件的壁厚决定于冲裁件的尺寸，凸凹模的壁厚有收到冲模结构的影响：对于倒装式复合模，因孔内会积存废料，其最小壁厚就应该大些。凸凹模的最小壁厚值一般由经验确定。倒装式复合模凸凹模的最小壁厚：对于黑色金属和硬材料约为工件材料厚度的1.5倍，但不小于0.7mm。【】

本设计中凸凹模的最小壁厚为nmin=1.5t=3mm；

   凸凹模实际壁厚n=（39.485-16.20）/2=11.2>nmin

所以满足最小壁厚n> nmin的要求。

c．其他尺寸的确定

    取漏料孔直径为18mm，刃口直边高度设计存三片料，高为6mm，凸凹模底边开螺纹孔，使下模座与凸凹模通过螺钉固定。

（5）垫板的结构与设计

【冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要在凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。即在下面情况下：

式中--------凸模端面压应力（MPa），其数值为；

--------模座材料许用压应力，铸铁约为100MPa，钢约为200MPa；

P------冲裁力，N；

F-------凸模上端面面积，mm2。】

a．冲孔凸模与上模座之间压应力校核

冲孔凸模上端面面积F凸=

P=P孔/2=90000/2=45000N

代入==45000/452=99.56MPa

所以如果上模座材料为铸铁， =100MPa，则凸模端面压应力与许用压应力相差不大，应当加垫板；如果上模座采用钢板， =200MPa，压应力小于许用压应力，不应加垫板。在本设计中，模座材料选用铸铁材料，应当加垫板。

b．凸凹模与下模座之间的压应力校核

凸凹模底面积与冲裁件面积相同：F凸凹=4457mm2

P=P孔+P落=346kN

==346/4457=77.6MPa

所以无论下模座材料是铸铁还是钢板，都不应加垫板。

d．其他

垫板形状与凸模固定板相同，所以采用矩形垫板，垫板的结构尺寸为8×160×200mm。垫板的材料采用45号钢，热处理硬度为48~52HRC。垫板淬火后平磨上下两平面，保证表面粗糙度Ra0.32。

（6）卸料板的设计

a．卸料板外形尺寸及材料的确定

卸料版形状与凸凹模卸料版相同，材料选45号钢，取厚度为16mm，所以卸料版的外形尺寸为16×160×200mm。

b．卸料板型孔尺寸的确定

卸料版形状如图所示

取卸料版与凸模的双面间隙为C=0.1~0.3，

所以卸料版型孔尺寸为：

DX=DT+C=39.69+0.3=39.99mm

取DX =40mm

式中  DT --------凸凹模刃口尺寸

      C-------卸料版与凸凹模的双边间隙，这里取C=0.3mm。

（7）模架的设计

模架由上下模座、模柄及导向装置组成。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。上下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。

a．对模架的基本要求

1）要有足够的刚度强度；

2）要有足够的精度；

3）上下模之间的导向要精确。【课本】

b．模座的材料

模架材料一般为铸铁或结构钢，本设计从成本考虑，选用铸铁材料，则在上模架上应加上垫板。

b．模座的选择

根据凹模界限，查表5-73，上模座尺寸如

（7）卸料板螺钉孔深度的确定（如图）

并且

式中h----------螺钉头部高度，mm；

---------模板厚度，mm；

 -------凸凹模高度，mm；

 ------卸料板厚度，mm；

--------刃口修磨量，mm；

L------卸料螺钉长度，mm。

本设计中卸料螺钉根据卸料橡胶内径大小查表5-47得卸料螺钉尺寸如下

=50+78—16—75=31mm  

且=8++5=13+。

（8）打杆长度的确定