浅析冲裁模具机构设计

[摘 要]模具是工业产品生产中的重要工艺装备，在现代工业生产中，60%～90%的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础。许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、摩托车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。而作为制造业基础的机械行业，根据国际生产技术协会的预测，21世纪，机械制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成。因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。

[关键词]模具；机械行业；冲裁；设计

[中图分类号]TQ320.52 [文献标识码]A

1 工艺分析

1.1 零件工艺分析

根据零件图分析得出，制件弯曲部分形状左右对称，因此毛坯受力均衡不产生滑动。制件的生产采用弯曲、落料、冲孔三道基本工序，生产批量较大，而且弯曲半径大于最小弯曲半径（0.8t=0.8×1=0.8<1㎜），因此可以用冷冲压加工成型。但在加工时，应避免弯曲部分的回弹。

1.2 确定冲压工艺方案

以凹凸模为依据，既是落料模，也是冲孔模。下模为倒装模，上模为正装模，倒装模冲孔废料由凹凸模孔向下排出，结构简单，操作方便。为减少开模维修所以该模具选为正装模具。

1.3 排样

冲裁件在板料上的布置叫排样。条料冲裁时所产生的废料分为两种情况：

1.3.1 工艺废料：工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边。

1.3.2 结构废料：由于工件结构的需要，如工件内孔的存在而产生的废料。

1.4 计算压力中心

为了保证压力机和模具正常地工作必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。

1.5 冲压设备的选择

在冲压设备的类型选定之后，应该进一步根据冲压件的大小、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。

1.5.1 所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力，即：F压机>F总

1.5.2 压力机的行程大小要适当。

1.5.3 所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。

1.5.4 压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。

1.6 确定冲裁间隙

1.6.1 间隙对冲压力的影响。间隙增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离；间隙减小，材料不易撕裂，使冲裁力增大；间隙合理时，冲裁力最小。

1.6.2 间隙对模具寿命的影响。间隙小，落料件或废料往往会梗塞在凹模洞口，导致凹模涨裂，因此过小的间隙对模具寿命极为不利。间隙增大，可使冲裁力、卸料力等减小，从而刃口磨损减小。

1.6.3 间隙对冲裁件质量的影响。（1）间隙过小时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。当凸模继续下压时，在上、下裂纹中间产生二次剪切，在制件断面形成两个光亮，而夹在中间的是撕裂面，并在端面出现挤长的毛刺。（2）間隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内错开一段距离，材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，易产生剪裂纹，塑性变形阶段较早结束，致使断面光亮带减小，圆角带增大，所形成的厚而大的拉长毛刺难以去除，制件翘曲严重。

1.7 凹模与凸模刃口尺寸得确定

冲裁件尺寸精度主要决定于凹模与凸模刃口尺寸精度，模具的合理间隙的数值也必须靠凹模和凸模刃口尺寸来保证，正确确定凹模凸模刃口尺寸和公差是设计的主要任务之一。

2 模具主要零件及结构设计

这套模具主要由上模座、下模座、落料凹模、弯曲凸模、冲孔凸模、凸凹模、垫板、固定板、卸料板等零件组成。

2.1 凸模的设计

2.1.1 一般的粗短凸模可以按标准选用或按常规设计。凸模的长度应根据模具的具体结构来制作该模具的的凸模长度L=T1+T2+T

T1——凸模固定板的厚度

T2——卸料板的厚度

T——附加长度包括修磨量6～12mm以及固定板與卸料板的安全距离15～20mm以及凸模进入凹模的深度2.5mm

2.1.2 凸模的校核：在一般情况下凸模不校核，由于冲头直径为4mm属于细长冲头所以应进行压应力核弯曲应力的校核检查其危险面的尺寸和自由长度是否满足强度要求。

2.2 凹模的设计

A型为锥形刃口废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较大，但刃口强度低，刃口尺寸在修磨后略又增加，适应于形状简单，精度要求不高的零件。B型和C型刃口强度高，刃磨后尺寸变化不大，但容易堆积废料，用于精度要求比较高的零件，本模具采用B型，加以打料杆进行排除废料，减少刃磨次数，保证模具寿命。该模具在落料凹模和冲孔凹模计算中，壁厚都远远高于计算数值，所以凹模有足够的强度和刚度。

2.3 凸凹模设计

本模具为复合模除了落料凹模和冲孔凸模之外必然还有一个最重要的复合模。根据垫板、固定板、卸料板、橡胶的厚度及模具结构，可选取凸凹模的高度为45㎜。

2.4 弹性元件的设计

2.4.1 为保证橡胶不至于早损坏，其允许的最大压缩量为自由高度的35%～45%。

2.4.2 安装使用的橡胶，预压缩量一般取自由高度的10%～15%。

2.4.3 安装后橡胶的工作行程应为自由高度的25%～30%。

2.4.4 若选用的橡胶高度H>1.5D时，应采用将橡胶分段，其间垫以钢垫圈。

2.4.5 安装橡胶时，周围应留有足够的空隙位置，以容许橡胶压缩时断面尺寸的胀大。

2.5 导向装置的种类及标准的确定

模具中导向副的作用是保证上模相对于下模有一定位置关系，分为滑动导向副和滚动导向副两类。

滑动导向副由导柱，导套组成，在中、小型模具中应用广泛。

滚动导向副由导柱、导套和钢球保持圈组成，适于要求精度高寿命长的模具，如高速冲裁模、精密冲裁模、硬质合金冲裁模等。

2.6 固定与支承零件的确定

2.6.1 模柄的确定。模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上，常用的模柄形式有整体式、旋入式、压入式、凸缘式、浮動式。压入式模柄通过配合与上模座联接固定，适用于模板较厚的中型模具中，而且可以保证较高的同轴度和垂直度。

2.6.2 固定板的设计与标准。固定板按外形分为圆形和矩形两种，其平面轮廓尺寸除应保证凸、凹模安装孔外，还应考虑螺钉和销钉孔的定位。

厚度一般取凹模厚度的60%～80%。固定板孔与凸、凹模采用过渡配合（H7/m6）。压装后端面磨平，以保证冲模垂直度

2.7 定位零件的确定

定位零件的作用，是使条料或毛坯在精冲中确定正确的位置，从而保证冲出合格的制件，根据毛坏和模具的特点，必须采用不同形式的定位装置，冲模中常见的定位零件有定位板、定位销、挡料销、导料销，侧压板等。而在该模具设计中，采用了挡料销进行定位。

2.8 模架的种类及规格的确定

模架有专用模架，也有通用模架，采用通用模架可以缩短模具的设计与制造周期，节约模具材料，降低成本，甚至可以减少安装和更换模具的时间，特别适用于小批量多品种，中小尺寸系列零件生产。

根据机构，选用后侧导柱正装复合冲裁模的结构模架。

3 复合模具的工作原理和装配

3.1 凸、凹模以及模柄的固定方法

3.1.1 装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模形孔，是否符合图纸要求尺寸精度、形状。凸、凹模安装质量影响冲模的精度和使用寿命。本模具采用紧固件法，和压入法保证与按装孔以及固定板的配合采用H7/m6，H7/h6；也可以采用热套法，和低熔点合金来补充。

3.1.2 凸模、凹模以及模柄的安装面应与固定板的支撑面在同一平面上，不允许缝隙。装入后需要同时磨削保证平面度。

3.1.3 下模和上模的安装固定一般情况下将固定板垫板等中心线与标准模架的上下模座L×B的中心线位置一致。

3.2 间隙的控制

復合模具都应该先安装凸凹模，然后以此为基准，用找正间隙的方法确定凹模和凸模的位置。

3.3 其他元件的安装

将卸料板套装在已装入固定板的凹凸模上，装上橡胶和卸料螺钉，并调节预压量，使卸料板高出凹凸模下端约1mm；复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉，安装导正销；切纸检查，合适后打入销钉。

3.4 试冲与调整

装机试冲并根据试冲结果作相应修磨和调整保证达到零件图的要求尺寸。

[参考文献]

[1]张展主编.机械设计通用手册[M].机械工业出版社，2008.

[2]钱可强.机械制图（第五版）[M].中国劳动社会保障出版社，2007.

[3]欧阳永红.模具钳工实用手册[M].中国劳动社会保障出版社2006.

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