4 冲裁模具设计教学容：确定模具类型，设计计算凸凹模刃口的形状、尺寸、精度、配合间隙以及选择定位、卸料方式等。

教学要求：了解各种类型冲裁模具的结构形式、使用围及其特点。

掌握冲裁模具的设计步骤。

根据工艺方案所定的工艺顺序、工序性质和设备选用情况设计一般的冲裁模具。

4.1 普通冲裁模设计基本原则：(1) 模具与制件的尺寸精度及生产批量适应(2) 模具与压力机适应(3) 模具与工艺适应(4) 尽量选用标准模架和模具零件(5) 模具工作与存放安全4.1.1 无导向开式简单冲裁模特点：结构简单，重量轻，尺寸小，制造容易，成本低。

但调整麻烦，寿命低，冲裁件精度差，操作不够安全。

应用：精度要求不高、形状简单、批量小的冲裁件。

图4.1 无导向开式简单冲裁模4.1.2 导板式落料冲裁模特点：有导板导向，但压力机行程要短(一般不大于20mm)。

. .. .图4.2 导板导向式冲裁模4.1.3 设计实例4.1.3.1 导柱导套式落料冲裁模特点：导柱、导套进行精确导向定位应用：精度要求较高、生产批量较大的冲裁件图4.3 导柱导套式落料模4.1.3.2 设计举例. .. .图4.4 制件图材料Q235，大批量生产1) 冲裁件工艺分析外形简单，一次冲裁加工即可成形。

大批量生产，采用单工序、后侧导柱导套式冲裁模进行加工。

制件尺寸较厚，采用固定卸料板刚性卸料和下出料的方式。

2) 工艺计算(1) 冲裁力、卸料力、推件力计算及初选压力机查表Q235的MPa MPa b 460375～=σ，取MPa b 460=σ。

表4-1 部分碳素结构钢力学性能牌 号 屈服强度s σ/ MPa 伸长率δ/%抗拉强度bσ/ MPa Q215 Q235 Q255 Q275 165～215 185～235 205～255 225～275 26～31 21～26 19～24 15～20 335～410 375～460 410～510 490～610 计算冲裁力：1b ππ403460N 173328N F Dt σ==⨯⨯⨯=查表0.045K =推；表4-2 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚/mmK 卸 K 推 K 顶 钢 ≤0.10.005～0.075 0.1 0.14 >0.1～0.50.045～0.055 0.063 0.08 >0.5～2.50.04～0.05 0.055 0.06 >2.5～6.50.03～0.04 0.045 0.05 >6.5 0.02～0.03 0.025 0.03 铝、铝合金 0.025～0.08 0.03～0.07 — 纯铜、黄铜 0.02～0.06 0.03～0.09 —由取凹模刃口高度8mm h =，故在凹模口同时存有冲孔废料的个数833h n t ==≈个 推料力：2130.045173 32823399)0(N F nK F ==⨯⨯=推总力：12(173********)196727(N)F F F =+=+=初选：公称压力为250kN 的开式压力机。

(2) 确定模具压力中心本例产品为对称形状制件，压力中心位于制件的几何中心。

(3) 计算排样由表4.3取搭边值12a =（便于进距取整）， 2.5a =条料宽度为45mm ，进距为42mm 。

总. .. .表4-3 最小工艺搭边值 (单排)材料厚度t / mm工件间a1/mm 沿边a/mm ＜0.25 1.8 2.00.25～0.5 1.2 1.50.5～0.8 1.0 1.20.8～1.2 0.8 1.01.2～1.6 1.0 1.21.6～2.0 1.2 1.52.0～2.5 1.5 1.82.5～3.0 1.8 2.23.0～3.5 2.2 2.5(4) 冲裁摸间隙及凹模、凸模刃口尺寸公差计算查表，min 0.46mmZ=，max0.64mmZ=。

表4-4 冲裁模初始双面间隙z ( z = 2c ) (单位：mm)板料厚度/mm材料08、10、35、Q235 40、50 65Mn Z min Z max Z min Z max Z min Z max0.5 0.040 0.060 0.040 0.080 0.040 0.060 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.0920.9 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.1261.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.090 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 ——1.5 0.132 0.240 0.170 0.230 ——1.75 0.220 0.320 0.220 0.320 ——2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 ——2.1 0.260 0.380 0.280 0.400 ——2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 ——2.75 0.400 0.560 0.420 0.600 ——3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 ——查表，p 0.02mmδ=，d0.03mmδ=。

表4-5 规则形状(圆形、方形)冲裁凸模、凹模的极限偏差(单位：mm)基本尺寸凸模偏差pδ凹模偏差dδ≤18 －0.020 ＋0.02018～30 －0.020 ＋0.02530～80 －0.020 ＋0.03080～120 －0.025 ＋0.035120～180 －0.025 ＋0.040180～260 －0.030 ＋0.045260～360 －0.035 ＋0.050360～500 －0.040 ＋0.060 查表，0.5x=。

表4-6 磨损系数x材料厚度t/mm工件公差/mm∆（Δ为上偏差减下偏差）非圆形圆形x=1 x=0.75 x=0.5 x=0.75 x=0.5＜1 ＜0.16 0.17～0.35≥0.36 ＜0.16 ≥0.161～2 ＜0.20 0.21～0.41≥0.42 ＜0.20 ≥0.20. .. .2～4＜0.24 0.25～0.49 ≥0.50 ＜0.24 ≥0.24 ＞4＜0.300.31～0.59 ≥0.60 ＜0.30 ≥0.30 由于p d 0.05mm δδ+=，max min 0.18mm Z Z -=，满足max min Z Z -≥p d δδ+ 故凸、凹模采取分别制造的方法。

凸、凹模尺寸：d0.030.03d 000()(400.50.25)mm 39.88mm D D x δ∆+++=-=-⨯= p 000p d min 0.020.02(Z )(39.880.46)mm 39.42mm D D δ---=-=-=3) 有关模具零件设计计算(1) 凹模、凸模、凸凹模尺寸取凹模厚30mm ，外圆直径110mm φ。

（校核） 凸模采用圆形冲孔凸模，采用固定板固定方式。

(2) 选择上、下模板及模柄采用GB/T2851.3—1990后侧滑动导柱导向模架。

根据凹模外形尺寸110mm φ选相近规格标准模板L B ⨯，为160mm 125mm ⨯，上模板厚40mm ，下模板厚50mm 。

选用GB/T2861.1—1990导柱25mm 180mm φ⨯，GB/T2861.6—1990导套25mm 95mm 38mm φ⨯⨯。

根据压力机模柄孔尺寸，选择40110A ⨯/T7646.1—1994压入式模柄。

(3) 其他结构尺寸垫板：110mm6mmφ⨯凸模固定板：110mm45mmφ⨯刚性卸料板：110mm12mmφ⨯导料板：110mm8mmφ⨯凸模长度：p (45201280.5)mm85.5mmH=++++=，取86mm 4) 模具闭合高度0(40645201283050)mm211mmH=+++++++=所选压力机闭合高度max 250mmH=，min(25070)mm180mmH=-=。

满足max 5mmH-≥0H≥min10mmH+5) 绘制模具总图及零件图图4.5 冲裁模装配图图4.6 工作零件图4.1.4 连续模连续模——在一次冲压行程中，在几个不同的工位上同时完成多道工序的冲裁的冲模，又称级进模。

图4.7 侧刀定距边连续冲裁模4.1.5 正装式复合模正装式复合模：落料凹模在下模布置。

图4.8 正装式冲孔落料复合冲裁模4.1.6 倒装式复合模倒装式复合模：落料凹模在上模布置的复合模。

图4.9 冲孔落料倒装式复合冲裁模优点：废料能直接从压力机落料孔落下，操作方便，生产效率较高，应用广泛。

4.2 特殊冲裁模设计4.2.1 拼块式冲裁模模具凸模或凹模采用拼块的方法组成。

图4.10 拼块上螺钉、销钉的布置图4.11 嵌入法(a) 冲大件拼块落料模平面结构(b) 冲大件拼块落料上模图4.12 冲大件拼块落料模结构4.2.2 厚料冲孔模图4.13 厚料冲孔模结构图4.2.3 小孔冲裁模对于一般的软钢，其最小极限孔径d等于板料厚度t，min即d t 。

min小孔冲模的结构特点主要是保护凸模不被折断。

通常采用凸模全长导向方式，或采用超短凸模方式。

图4.14所示小孔冲模。

工件厚度2mm，Q235钢板，冲两个2mm孔。

图4.14 对凸模采用全长导向的小孔冲模结构图 4.15 活动护套与固定护套结构图图 4.16 凸模导向组件在工作始末情况4.2.4 悬臂式冲孔模与侧向冲孔模图4.17 悬臂式冲孔模结构图4.2.5 两同心件落料模图4.18 同心件落料复合模结构图4.19 同心件零件图4.2.6 硬质合金冲裁模硬质合金冲裁模——用硬质合金作为凸模和凹模材料的冲裁模。

特点：模具寿命比一般合金钢模具寿命高20倍～30倍。

模具成本比一般合金钢模高3倍～4倍。

材料：含钴量在8%～30% 的钨钴类合金， YG15、YG20、YG25。

图4.21 硬质合金连续冲裁模结构(a) 零件图 (b) 排样图图4.22 零件图及排样图4.2.7 棒料切断模(a) 正视图(b) 俯视图图4.23 棒料切断模结构图4.2.8 非金属冲裁模(a) 冲孔的刃口 (b) 落料的刃口 (c) 复合模图4.24 尖刃冲裁模结构4.2.9 精密冲裁模4.2.9.1 整修整修——将普通冲裁后所得的毛坯放在整修模中进行一次或数次整修加工，去掉粗糙不平的断面与锥度，得到光滑平整的断面。

整修工艺示意图，如图4.25所示。

图4.25 整修工艺示意图图4.26 尖角的整修4.2.9.2 光洁冲裁1) 小间隙圆角刃口冲裁图4.27 带椭圆角或圆角的凹模2) 负间隙冲裁图4.28 负间隙冲裁图4.29 负间隙冲裁凸模尺寸分布4.2.9.3 精冲工艺特点：压力下塑性变形，阻止与推迟裂纹产生。