中国冲压模具设计重点

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一、冲模设计应具备的技术资料  

冲模设计时应具备下列技术资料：

1．冲压件的产品零件图及生产纲领

产品图上标有零件的形状、尺寸、精度、材料牌号及技术要求；生产纲领即是产品零件的生产批量。产品图和生产纲领是冲模设计最主要的依据，设计出来的模具最终必须保证生产出合格的产品零件，并能满足批量生产要求。

2．产品工艺文件

主要是冲压工艺规程卡。冲压零件通常是由若干冲压工序按一定的顺序逐次冲压成形的。因此，冲模设计前，首先要进行冲压工艺设计，确定工序次数、工序的组合、工序的顺序及工序简图等，并把这些内容编写成冲压工艺规程卡。冲压工序数和工序的组合确定了这一冲压零件的模具数量和模具类型(如简单模、连续模或复合模等)。因此，冲压工艺规程卡也是冲模设计的重要依据，冲模设计者必须按照工艺规程的工艺方案、模具数量、模具类别和相应的工序简图来设计冲压模具。

3．冲压设备资料

主要是冲压设备说明书，其内容主要有：技术规格、结构原理、调试方法、顶出和打料机构以及安装模具的各种参数(如闭合高度、模柄孔尺寸、工作台尺寸等等)。设计冲模时，应全面了解设备的结构特点和尺寸参数，并使模具的有关结构和尺寸与设备相适应。

4．有关冲模标准化的资料
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设计冲模时，应优先采用冲模国家标准，尽量做到模具零部件标准化，以提高设计效率和设计品质，缩短冲模的设计与制造周期。

冷冲模国家标准经国家标准局批准(国标发[1981]401号文)、自1982年10月1日起施行。该标准的内容包括：零件标准、部件标准、组合标准、技术条件四个部分，共139个标准号。1990年对该标准进行了修订。

(1)关于冷冲模标准的标准号及名称举例

1)GB／T2851.1—1990  冲模滑动导向模架对角导柱模架

2)GB／T2852.3—1990  冲模滚动导向模架
四导柱模架

(2)模架标准举例

1)后侧导柱模架，参见附录J一1。

2)中间导柱圆形，参见附录J一2。

二、冲模设计一般程序与内容  

1)确定模具的总体结构，进行必要的工艺参数计算；

2)确定模具的压力中心；

3)确定模具的闭合高度；

4)凸、凹模和垫板等零件的强度计算及弹性元件的计算和选用；

5）选择压力机；

6）绘制模具 总图及零件图。

三、模具总体结构形式的确定  

冲模设计时，首先要根据工艺方案选定模具类型（简单模、级进模或复合模），确定具体的模具总体结构形式。这是冲模设计的关键一步，它直接影响冲压件的品质，成本和冲压生产率。

模具的结构形式很多，可根据冲压件的形状、尺寸、精度、材料性能和生产批量及冲压设备、模具加工条件、工艺方案等设计。在满足冲压件品质要求的前提下，力求模具结构简单、制造周期短、成本低、生产效率高、寿命长。

确定模具结构形式的内容包括以下几个方面:：

1)根据冲压件的形状和尺寸，确定凸、凹模的加工精度、结构形式和固定方法；

2)根据毛坯的特点、冲压件的精度和生产批量，确定定位、导料和挡料方式；

3)根据工件和废料的形状、大小，确定进料、出件和排出废料的方式；

4)根据板料的厚度和冲压件的精度要求，确定压料与卸料方式，压料或不压料，弹性卸料或刚性卸料；

5)根据生产批量，确定操作方式：手工操作，自动或半自动操作；

6)根据冲压件的特征和对模具寿命的要求，确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式和模具固定方式；

7)根据所使用的设备，确定模具的安装与固定方式。

表7-21和表7-22的内容供选定模具种类时参考。

表7-21  冲压件生产批量与合理模具形式
2 ^) W/ s' i; c  l% n（单位：千件）

注：表内数字为每年（单班）产量的概略（千件），供参考。

表7-22  级进模与复合模性能比较

比较项目	复合模	级进模
冲压精度	高级和中级精度（3～5级）	中级和低级精度（5～8级）
制件形状特点	零件的几何形状与尺寸受到模具结构与强度方面的限制	可以加工复杂、特殊形状的制件，如宽度很小的异形件等
制件品质	由于压料冲裁同时得到校平，制件平正（不弯曲）且有较好的剪切断面	中、小制件不平正（弯曲），高质量制件要求校平
生产效率 ; {2 M9 T5 M' L% O' n8 A5 H) a% B, V	制件被顶到模具工作面上，必须用或机械排除，生产效率稍低	工序间自动送料．可以自动排除工件，生产效率高
使用高速自动压力机	操作时出件困难．可能损坏弹簧缓冲机构．不作推荐	在行程次数为每分钟400次或更多的高速压力机上工作
* R7 {9 o9 D1 h9 W! |( h工作安全性	4 y" C9 P/ H1 D% y3 @" m手需伸入模具的工作区．不安全，需采用安全的措施	手不需伸人模具工作区，比较安全
多排冲压法的应用 4 M% T: u0 m8 ?4 S	很少采用	广泛用于尺寸较小的制件
模具制造工作量和成本	冲裁复杂形状制件比级进模低	冲裁简单形状制件比复合模低

  此外．在设计冲模时，还必须对其加工、维修、操作安全等方面予以注意。

1)大型、复杂形状的模具零件，加工困难时，应考虑采用镶拼结构，以利于加工。

2)模具结构应保证磨损后修磨方便；尽量做到不拆卸即可修磨工作零件；影响修磨而必须去掉的零件(如模柄等)，町做成易拆卸的结构．等等。

3)冲模的工作零件较多，而且使用寿命相差较大时，应将易损坏及易磨损的工作零件做成快换结构的形式，而且尽量做到可以分别调整和补偿易磨损件的相关尺寸。

4)需要经常修磨和调整的部分尽量放在模具的下部。

5)顷鞋较大的模填应有方便的起运孔或钩环等。

四、冲模设计应把保证人身安全放在首位  

1．模具设计的安全要点

设汁模具时应把保证人身安全的问题放在首位，它优先于对工序数量、制作费用等方面的考虑。一般应注意以下几点：

1）尽量避免操作者的手或身体的其他部位伸入模具的危险区。

2)手必须进入模内操作的模具．在其结构设汁时应尽量考虑操作方便；尽可能缩小危险区；尽可能缩短操作者手在模内操作的时间。

3)设计时就应明确指示该模具的危险部位，并设计好防护措施。
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4)保证模具的零件及附件有必要的强度和刚度．防止在使用时断裂和变形。

5）不应要求操作者做过多、过难的动作，小应要求操作者的脚步有过大的移动，以免身体失去平衡，出现失误。

6)应尽量避免心出件、清除废料而影响送料操作。

7)从j二模打落的一件或废料最好采用接料器接出。

8)避免模赎一}?的h}iJ处、尖棱处伤人或妨碍操作。

9)20 的零件硬模具应有起重措施，起重及运输时应注意安全。

2．选择模具结构时的注意事项

1)尽量采用机械化、自动化送、出料。

2)运动部件上可能伤人之处应设防护罩，如压料板的下部、气缸活塞、钩爪等处。

3)在模具送进和取出工件的部位要制出空手槽。

4)模具中的压料圈、卸料板、斜楔滑板等弹性运动件要有终极位置限制器，防止弹出伤人。

5)防止上模顶出板、导正销等零件因振动而出现松动和脱落。

6)应使操作者清晰地观察到下模的表面状况，便于送料和定料。

7)涂漆。危险部位应采用醒目的警戒色涂漆，以便引起操作者的注意。

五、冲模压力中心  

冲裁力合力的作用点称为模具的压力中心。如果模具的压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命。严重时，甚至会损坏模具和设备，造成事故。所以设计模具时，应使模具的压力中心与压力机滑块中心相重合。但实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲压件形状的特殊性，从模具结构考虑不宜于使压力中心与滑块中心重合，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机所允许的范围。

冲模压力中心的计算，可采用空间平行力系和合力作用线(平面投影为作用点)的求解方法，即根据“各分力对某轴力矩之和等于其合力对同轴之矩”的力学原理求得。具体计算方法如下：

1．单凸模压力中心的计算

首先，将与凸模对应的凹模刃口图形(即凸模投影图)置于 坐标平面内，把组成图形的轮廓线划分为若干线段 …、 分别计算其冲裁力 ，这些力是垂直于图面方向的平行力系，即为分力，由各分力之和算出合力。然后算出(或量出)各线段的重心至z轴和y轴的距离，设分别为 和 。再将以上数据按上述求解原理列式，即可求出压力中心坐标( )：

             （7-15）

            （7-16）

+ O! [6 V8 h8 F6 W

一般情况下冲裁力与线段长度(冲裁长度)成正比例关系，因此可以用线段长度 …、 代替 冲裁力于是，压力中心坐标公式可用如下两式表示：

                 （7-17）

                   (7-18）

　

根据式(7—16)和式(7—17)可以求出各种图形冲裁的压力中心，如：

1)任意直线段，压力中心在线段中点。

2)圆弧线的压力中心(图7—119)：

)                               （7-19）

式中   ——圆弧线的压力中心与圆心间的距离（mm）；

       R——圆弧半径（mm）；

       ——圆弧的中心半角（ ）。

3)扇形的压力中心（图7-120）：

                            （7-20）

式中   ——扇形的压力中心与圆心间的距离（mm）；

       R——扇形的圆弧半径（mm）；

       ——扇形的中心半角（ ）。

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图 7—119 圆弧线的压力中心
/ S0 I8 W* E' Q4 n* k, ^+ t2 S0 |图7—120  扇形的压力中心

2．多凸模的压力中心计算

设在 平面内有m个凸模的投影图形，各图形的轮廓总长分别为 。各图形的压力中心坐标用式(7— 16)和式(7—17)求得，分别为( )、( )、( )，则整副冲模的压力中心坐标( ))为：

              （7-21）

             （7-22）

　

六、冲模闭合高度及冲模与压力机尺寸的配合关系  

冲模的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模板的上平面与下模板的下平面间的距离冲模的闭合高度应与压力机的装模高度相适应。

所谓装模高度，是指滑块处于下死点时，滑块底面到工作台垫板上平面之间的距离。压力机的长度一般是可以调节的，所以装模高度也是可调的。当连杆调至最短时，压力机的装模高度称大装模高度 。连杆调至最长时的装模高度称为最小装模高度 (图7—121)。

5 L; v# A- Q2 V) s- t/ A/ Y

图7—121  模具与压力机的安装尺寸

1—滑块  2—打料横梁  3—垫板  4—工作台  5—机身

设计冲模和选择设备时，应使模具的闭合高度与压力机的装模高度符合如下的关系式：

-5mm +10 mm             ( 7-23)

由于缩短连杆对压力机工作有利，加之冲模修磨后闭合高度减小，因此，一般希望模具的高度接近于压力机的最大装模高度。如果模具的闭合高度过小，可再加一块附加垫板；如具的闭合高度过大．则可拆去压力机的工作台垫板。

拆去工作台垫板滑块处于死点位置时，滑块底面到工作台上平面之间的距离称为压力机的高度。连杆调至最短时的封闭高度叫最大封闭高度 ，连杆调至最长时的封闭高度叫最闭高度 。拆去垫板以后，模具的闭合高度也应与压力机的封闭高度相适应，它们之间的关系应满足下式：

-5mm
7 ~/ \" d, e0 R2 |1 k+ z! D+10 mm          显然，模具的闭合高度大于压力机的最大封闭高度时，模具就不能在压力机上使用。

当多套冲模联合安装在同一台压力机上实现多工位冲压时，这些冲模应具有同一闭合高度，并使之满足式(7—22)或式(7—23)。

在设计冲模和选用设备时，除确定闭合高度外，还应考虑压力机的滑块行程必须满足冲压工艺要求。对于冲裁模其行程一般要求较小；对于弯曲模和拉深模，其行程要求较大。例如，对拉深模，为了保证能够方便地装卸工件，一般取行程等于或大于拉深件高度的2.5倍。对于有斜楔、滑块的模具，应有足够的行程，以保证模具各部分动作协调；对于导板模和带有浮动模柄的滚珠导向模，工作时不允许凸模与导板，或导柱与导套相互脱离，宜采用易于满足这一要求的可调行程的偏心压力机。

模具设计时，上模板的轮廓尺寸一般不应超出滑块的底面尺寸。如果因结构需要必须超出时，应注意防止与机身或导轨相碰撞；下模板的轮廓尺寸应小于工作台垫板尺寸，要留有固定模具的足够余地。

模具的模板及推件、顶件等零件尺寸，也都应与压力机的有关尺寸相适应。

模具与压力机的安装尺寸如图7—121所示分
别为压力机的最小和最大装模高度，
分别为压力机的最小和最大封闭高度，M为装模高度(或封闭高度)调节量，
6 ?9 y7 S5 X+ e0 O- p为模具闭合高度，d和 分别为压力机固定模具模柄的孔径和长度，M为打料杆(推杆)最低位置打料杆底面到滑块底面的距离，C为打料杆最大行程，h和D为工作台垫板厚度和孔径，R为压力机滑块中心至机身的距离，L为工作台面到导轨之间的距离。

七、模具总图的绘制及模具零件图的测绘  

绘制模具总图时，一般先绘制冲模下模和上模的俯视图，通过俯视图藉以反映冲模零件的平面布置、送料和定位方式及凹模位置。然后再以剖视的形式画出模具闭合时的工作位置主视图，主视图可以反映模具各零件的结构和它们之间的装配关系。在必要时，还应画出侧视图或局部剖视图。如果工件是形状简单的轴对称件，也可先画主视图，再画俯视图，必要的尺寸必须注明，如闭合高度、轮廓尺寸、压力中心以及靠装配保证的有关尺寸和精度。在总图的右上角要画出排样图和工作图。右下角则画出标题栏并列出模具零件明细表。最后在总图的空白处注明技术条件。

模具主、俯视图的具体画法是：“先画里面，再画外面；先画中部，再画四周。”即通常先用双点划线画出毛坯和工件的轮廓，再画凸、凹模工作部分轮廓，进一步再画定位、挡料、导料零件，然后再画凸、凹模的固定部分及卸料、顶件零件，最后画出导向零件、模板的轮廓尺寸和模柄的结构。

最后按设计的模具总图拆绘模具零件图，要将零件结构表达清楚，应有必要的投影图、剖面图和剖视图。要标注出零件的详细尺寸、制造公差、形位公差、表面粗糙度、材料热处理、技术要求等。还要将工作零件刃口尺寸及公差计算好，标在零件图上。