插脚片

插脚片冲压模具设计

摘

要：本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，完成这篇毕业设计。

关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模；

1 前言

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。 此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算

凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。

冲裁模设计题目

如图1所示零件：插脚片 生产批量：大批量 材料：08F

t=1mm 设计该零

件

的

冲

压

工

艺

与

模

具

2 零件的工艺分析

2.1 结构与尺寸

该零件结构简单,形状对称。

硬钢材料被自由凸模冲圆形孔,查《冷冲压工艺及模具设计》表3-8,可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t,该工件的孔径为:31.3t1.311.3。

由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行,故最小孔边距不应小于材料厚度t,该工件的空边距(1.5t1),(1.5t1),均适宜于冲裁加工。

2.2 精度

零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT14级确定工件尺寸的公差,经查表得,各尺寸公差分别为：

零件外形:10, 30 , 40, 60, 80, 180,

260 0.250.250.250.300.300.520.520.25零件内形:30

孔心距:180.215,

利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。

2.3 材料

08F，属于碳素结构钢,查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知抗剪强度τ=260MPa,断后伸长率=32％。此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其冲裁加工性能好。

根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。

3 确定冲裁工艺方案

该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下几种工艺方案： （1）先落料，再冲孔，采用单工序模生产； （2）采用落料——冲孔复合冲压，采用复合模生产； （3）用冲孔——落料连续冲压，采用级进模生产。

方案(1)模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的要求。由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。

根据以上分析，该零件（2）采用复合冲裁工艺方案。

4 确定模具总体结构方案 4.1 模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件——凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。

4.2 操作与定位方式

虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，固定挡料销挡料，并与导正销配合使用以保证送料位置的准确性，进而保证零件精度。为了保证首件冲裁的正确定距，采用始用挡料销，采用使用挡料销的目的是为了提高材料利

用率。

4.3 卸料与出件方式

采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

4.4 模架类型及精度

考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。

4.5 凸模设计

凸模的结构形式与固定方法：

落料凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于凸模固定板中拉出。并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过接方式与凸模固定板固定。

5 工艺设计计算 5.1 排样设计与计算

零件外形近似矩形，轮廓尺寸为626。考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。如图1所示：

查《冷冲压工艺及模具设计》表3-13，工件的搭边值a1.5，沿边的搭边值a11.2.。级进模送料步距为S61.27.2mm

条料宽度按表3-14中公式计算：

B(Dmax2a1) 0000查表3-15得：0.1

0B(2621.5)0.1290.1(mm)

由零件图近似算得一个零件的面积为93.92㎜2，一个进距内的坏料面积

BS297.2208.8mm2。因此一个进距内的材料利用率为：

(A/BS)100%45%

查《冷冲压工艺及模具设计》附表3选用板料规格为305×1000×1。

采用横裁时，剪切条料尺寸为29。一块板可裁的条料为344，每间条可冲零件个数42个零件。则一块板材的材料利用率为：

(nA0/A)100%

(4234493.92/3051000)100%45%

采用纵裁时，剪切条料尺寸为29。一块板可裁的条料为10，每条可冲零件个数138个零件，则一块板材的材料利用率为：

(nA0/A)100%

(1381093.92/3051000)100%42.5%

根据以上分析，横裁时比纵裁时的板材的材料利用率高，因此采用横裁。

5.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机

冲裁力：根据零件图可算得一个零件外周边长度：

L1(25.22)262

L169.9mm

内周边长度之和：

L221.59.42mm

查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知： 260MPa; 查《冷冲压工艺及模具设计》附表3可知： KX0.05, KT0.055.落料力：

F落KL1t

=1.369.91260 =23.63KN

冲孔力：

F孔KL2t

=1.39.421260 =3.12KN

卸料力：

FXKXF落

=0.0526.63 =1.34KN

推件力：

根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h=6h6,

故: nh/t6

FTnKtF孔

60.0553.121.03KN

总冲压力：

FZF落F孔FXFT

则FZ26.633.121.341.03

32.12KN

应选取的压力机公称压力：6.3t.因此可初选压力机型号为J23-6.3。

当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规格。

确定压力中心：画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：

其中：选坐标X0Y。如图所示中，由于零件左右对称，即XC0。故只需要计算YC。将工件冲裁周边分成l1l2…l9基本线段，求出各段长度和各段重心位置：

YCl1y1l2y2.....l9y9/l1l2....l9YC9.30mm

所以压力中心点坐标为（0，9.30）。

5.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差

由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料

与冲孔两种情况分别进行。由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：

（I）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；

（II）冲孔时以凸模尺寸为基准，即先确定凸模刃口尺寸，考虑到凸模尺寸在使用过程中因磨损而减小，固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；

（III）凸模与凹模的制造公差，根据工件的要求而定，一般取比工件精度高2~3级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。

a): 落料凹模刃口尺寸。按磨损情况分类计算：

i)凹模磨损后增大的尺寸，按《冷冲压工艺及模具设计》公式：DA(DmaxX)10.2500;计算，取A/4，制件精度为IT14级，故X=0.5

0.062500.06250.06250.8750(mm)

：

DA1(10.50.25)00.06252.875：

DA2(30.50.25)030.25 40.2560.30000(mm)

0.06250.06253.8750(mm)

：

DA3(40.50.25)00.0750.0755.750(mm)

：

DA4(60.50.30)00..0750.0757.750(mm) ：

DA5(80.50.30)00.130.1317.740(mm) ：

DA6(180.50.52)00.130.1325.740(mm) ：

DA7(260.50.52)080.30 180.522600.520ii)凹模磨损后不变的尺寸，按《冷冲压工艺及模具设计》公式：CA(CminX)0.5A: 计算，取A/4 ，制件精度为IT14级，故X0.5

所以：180.215: CA(17.7850.50.43)0.43/8180.05375(mm)

冲裁间隙影响冲裁件质量，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙对卸力、推件力的影响却较大。间隙是影响模具寿命的主要因素。间隙的大小则直接影响到摩擦的大小，在满足冲裁件质量的前提下，间隙一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。

查《冷冲压工艺及模具设计》表3-3可知Zmax0.13mm , Zmin0.10mm 相应凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小合理间隙为0.10mm 冲孔凸模刃口尺寸。冲孔凸模为圆形，可按《冷冲压工艺及模具设计》公式

dT(dminx)T 计算，取T/4，制件精度为IT14级，故X0.5

300.250:

dT1(30.50.25)0 3.1250.06250.062506 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图 6.1 凹模设计

凹模的结构形式和固定方法：凹模采用矩形板状结构和通过用螺钉、销钉固定在凹模固定板内，其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命，其值可查《冷冲压工艺及模具设计》表3-23。

凹模刃口的结构形式：因冲件的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm, 漏料部分沿刃口轮廓单边扩大0.5 mm 凹模轮廓尺寸的确定：

查《冷冲压工艺及模具设计》表3-24，得： K0.35; 查《冷冲压工艺及模具设计》表3-25, 得: S226;

凹模厚度HKS20.35269.10(mm)

Bs(2.54.0)H

26(2.54.0)9.1048.7562.4(mm)

LS12S22 6226

58(mm)

根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为LBH635025(mm)

凹模材料和技术要求：凹模的材料选用T10A。工件部分淬硬至HRC58~62。外轮廓棱角要倒钝。

如图2所示：

图2 落料凹模

6.2 凸模设计

6.2.1 凸模的结构形式与固定方法

冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。

为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分。是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。 6.2.2 凸模长度计算

凸模的长度是依据模具结构而定的。

采用弹性卸料时，凸模长度按公式Lh1h2th计算， 式中h1—凸模固定板厚度

h2—卸料板厚度

t —材料厚度

h—增加厚度，它包括凸模的修磨量，它凸模进入凹模的深度（0.5mm～1mm）凸模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取10mm～20mm。

L20mm8mm11mm1mm40mm

6.2.3 凸模的强度与刚度校核

一般情况下，凸模强度与刚度足够，由于凸模的截面尺寸较为积适中，估计强度足够，只需对刚度进行校核。

对冲孔凸模进行刚度校核： 凸模的最大自由长度不超过下式： 有导向的凸模Lmax270则Lmax43.5mm

由此可知：冲孔部分凸模工作长度不能超过24.00mm，根据冲孔标准中的凸模长度系列，选取凸模的长度：50.5 6.2.4 凸模材料和技术条件

凸模材料采用碳素工具钢T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 56～60，凸模尾端淬火后，硬度为HRC 43～48为宜。 如图3所示：

d2F，

图3 冲孔凸模

6.3 凸凹模的设计

6.3.1 凸凹模的结构形式与固定方法

凸凹模的结构简图如图4所示：

图4 凸凹模

凸凹模与凸凹模固定板的采用H7/m6配合。 6.3.2 校核凸凹模的强度

冲孔边缘与工件外开边缘不平行时，凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=1mm，而实际最小壁厚为5mm，故符合强度要求。 6.3.3 凸凹模尺寸的确定

凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为Zmin0.10mm,内形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保证最小间隙为Zmin0.10mm。 6.3.4 凸凹模材料和技术条件

凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬至56～60HRC。

6.4 定位零件

定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。

选用固定挡料销一个。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，固定挡料销固定在位于下模的凸凹模上，规格为GB/T7694.10-94，材料45号钢，硬度为43～48HRC 选用导料销两个。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进，位于条料的后侧（条料从右向左送进）尺寸规格为6X2，如图5所示：

图5 导料销

6.5 卸料与出件装置

出件方式是采用凸模直接顶出的下出料方式。

由于卸料采用弹性卸料的方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。 卸料板：

弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍, 卸料板与凸模的单边间隙按《冷冲压工艺及模具设计》表3-32选取, t1mm时,单边间隙为0.15mm。

为了便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口尺寸端面0.3～0.5，卸料板的尺寸规格为：63mm50mm10mm，材料为:45#钢。如图6所示：

图6 卸料板

卸料螺钉：

卸料装置：

由于橡皮允许承受的负荷较大，安装调整方便，因此选用橡皮作为弹性元件， 卸料橡皮的选择原则：

为了保证卸料正常工作，应使橡皮工作时的弹力大于或等于卸料力FX

FXY=AP≥FX=5.48KN 式中FXY—橡皮工作时的弹力，A—橡皮的横截面积，P—与橡橡皮压缩量有关的单位压力，一般预压时压缩量为10%～15%。由《冷冲压工艺及模具设计》图3-64知，取P=0.6MPa，求得A=91.3cm,由《冷冲压工艺及模具设计》表3-33

2

中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24 根据工件材料厚度为2mm，冲裁时凸模进如凹模的深度为1mm，模具维修时刃磨留量为2mm，开启时卸料板高于凸模1mm，则求得总工作行程：h工件=6mm, 使用橡皮时，不应使最大压缩量超过橡皮自由高度的35%～45%否则是皮的自由高度应为：

H=h/(0.25～0.30) =6/(0.25～0.30) =20～24mm 模具组装时的预压缩量为： H预=（10%～15%）H =2.4～3.6mm 取H预=3mm 由此可知：安装橡皮高度尺寸为21mm, 式中的H———所需的工作行程。

由上式所得的高度，还在按下式进行校核: 0.5≤H/B≤1.5 如果H/D超过1.5,应把橡皮分成若干段,并在橡皮之间垫上钢圈。 由《冷冲压工艺及模具设计》表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24 6.6 模架及其它零件的选用

6.6.1 模柄

模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，模柄的直径与长度与压力机滑块一致，模柄的尺寸规格选用凸缘模柄，用3～4个螺钉固定在上模座上。 如图8所示:

图8 模柄

6.6.2 模座

标准模座根据模架类型及凹模同界尺寸选用， 上模座： 下模座： 63mm50mm35mm63mm50mm45mm； ；

模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。 6.6.3 垫板

垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被挤压损伤。 是否要用板，可按下式校核：

PF/A

式中P—凸模头部端面对模座的单位面积压力； F—凸模承受的总压力； A—凸模头部端面与承受面积。

由于计算的P值大于《冷冲压工艺及模具设计》表3-34模座材料的许应压力，因此在工作零件与模座之间加垫板。

垫板用45号钢制造，淬火硬度为HRC43～48，其尺寸规格为：

63mm×50mm×10mm。 上下面须磨平，保证平行。 如图9所示：

图9 垫板

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