佳能复印机机芯零件冲压设计

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1、佳能复印机机芯零件冲压设计前言模具是成型不同形状制品的一种装置。按照制品所采用的原料不同，成形的方法也不同；一般将其分为金属冲压模具，金属压铸模具，塑料模具，橡胶模具，玻璃模具等。模具在汽车行业，飞机行业，家用电器行业，工程机械、冶金、机床等制造行业中有着极其重要的作用；采用模具生产的毛坯或产品零件，是材料成型的重要形式，模具生产和切削相比具有材料利用率高，能耗低，产品性能好，生产效率高和成本低等显著特点。 从20世纪80年代开始，工业发达国家的模具行业，已从床工业中分离出来，并发展成为一种独立的工业部门，其产值已超过了机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展十分迅速，近年来，一直每年

2、15%左右的速度快速发展，在高校中也专门设置了专门的模具专业，培养出了大批的高级技术人才。 制造业发达的日本，在精密模具方面一直走在世界的前列，我的毕业生产实习是在一家日资企业完成的，该企业主要生产冲压模具，在制造电子产品的冲压件方面的技术比较先进。在公司近3个月的生产实习中，即经历了现场的生产实习，又在经历了模具设计理论方面的培训，这些都对完成自己的毕业设计起到了重要作用。 在公司完成毕业实习后，回到学校1个多月的整理，补充，完成了自己的毕业设计，在这期间，我院材料教研室的文泽军老师，伍先明老师，控制教研室的康煜华老师，以及公司的模具技术部的魏咏军组长给了我巨大的帮助，在此向他们表示衷心的感

3、谢。在设计中，深刻的体会到了自己知识的有限，本次设计中存在多处不足之处，恳请各位老师指正。第一章 制件的工艺分析设计中的冲压制件是佳能复印机的一个机芯零件。冲压件制件的电子图档是由客户提供，如图1-1所示。由制件零件图可以知道：制件的外形不规则，需要经过多次冲裁才能完成加工，制件有两个向上的L曲；因此采用切废料的排样方法。通过对零件的初步分析可知，要完成该制件的生产，需要经过以下工艺：冲孔、弯曲、落料，切舌等工艺。冲压件的精度要求较高，最小的误差要求在±0.1mm以内，平面度要求在±0.3mm以内，为了保证其平面度要求，在设计中有必要加入校平工位；制件的厚度为0.2mm，属

4、于薄材料类冲裁，选用用卷料；冲压件的材料客户要求用SUS304，即我国的不锈钢材料。查阅模具设计手册，将设计中的材料确定为：Cr18Ni9材料。另外，在设计中还应该考虑到不锈钢材料的冲裁工艺性，以及其纤维方向的特性。在制件图技术要求中我们可以知道：客户对模具的材料有严格要求，要求用环保材料，模具材料中不能够含有对自然环境有严重污染的金属元素，必须满足QS9000环保要求。由模具设计手册可以知道：制件在冲裁外形时要求两个相交边尽量避免锐角，严禁尖角，圆角半径R>=0.25t，冲裁件的凸出或凹入不宜太小，应避免长悬臂和窄臂和窄槽，要求悬臂和槽长L与其宽度B应有一定的比列。钢板时，B>=

5、（1.3至1.5）t，有色金属板时，B>=（0.75至0.8）t，L<=3B。冲裁孔与孔之间、孔与冲件边缘之间的壁厚不应太小，否则会影响凹模强度、寿命和冲件质量。通过对制件零件图分析，可知其满足以上要求。由于制件材料是不锈钢材料，具有良好的弯曲工艺性，在设计中应该考虑到其纤维方向，以利于模具的设计与制造，弯曲时折弯线的方向不能够与带料的纤维方向一致，应该垂直带料的纤维方向或者与其纤维方向成一定的角度，最好的角度为成45度；弯曲件的弯曲半径不应过小或过大，如果弯曲半径过小，容易被弯裂；若弯曲半径过大，因受到回弹影响，弯曲成形角度和圆角半径的精度均不容易得到保证；同时，在设计中还应该考

6、虑到弯曲件直边高度不宜太短，即使弯曲半径R=0时，也要使最小直边长度大于1.3T，一般弯曲件直边高度H大于2T。由制件零件图资料可以知道：制件弯曲工艺满足以上要求。由于制件属于薄材料冲压加工，带料的厚度为0.2mm，因此对于弯曲半径小于0.2mm的90度角弯曲，在设计中可以将其看作弯曲半径为0mm的弯曲。冲压制件的年产量为200万件，属于大批量生产；制件外观的最大长度为53mm，宽度为27mm，属小型制件，由于其形状较复杂，生产效率要求高，因此我们设计生产效率高的级进模来完成此制件的生产。图1-1制件图第二章 制件的排样排样是模具设计的核心部分，排样的方式决定了模具结构，凹模的分布等方面内容。

7、在进行排样之前，首先需要对制件的电子图档进行展开，其过程如下。第一节 制件产品图的展开展开原理：材料在弯曲时,一边压缩变形，另外一边会拉伸变形,但在材料弯曲过程中，有一层不发生压缩和拉伸变形,其长度在整个弯曲过程中不发生变化，叫做中性层。中性层示意图如图2-1所示。 图2-1 中性层示意图 其长度等于制件的展开长度。中性层计算公式为：*2（R+r）*3.14/360=T上式中表示制件弯曲的角度； R表示弯曲半径；表示弯曲系数，由于弯曲是薄材料弯曲，且弯曲半径小于0.2mm；根据APS模具设计标准，将其看作弯曲半径R=0mm的弯曲，对于弯曲半径为0mm的薄材料弯曲，系数取0.4；T表示带料的厚度

8、，设计中为0.2mm；r表示中性层的半径。则可以求得中性层的半径为：r = 0.255T设计中制件的中性层半径为：r=0.255*0.2=0.051 mm产品图的展开需要经过以下步骤：一、目标值的选取 冲压件零件各部分的作用不同，其在精度和工艺等方面的要求也不同，设计中根据冲压件零件图的公差确定目标值。制件目标值的选取原则如下：1、冲圆孔、异形孔目标值的确定原则：孔在冲裁时，冲头易磨损，加工过程中越来越小，为此孔（包括圆孔，异形孔）的尺寸目标值取其公差偏上限，结合APS设计标准，此情况下的目标值L=基本尺寸L1+（1/2倍公差的上偏差值）+0.05mm至0.1mm的余量。 2、外形尺寸的确定：

9、外形在成型中，因凹模在冲裁过程中由于摩擦方面的原因，其外形会逐渐变大，为了保证冲压制件的精度，延长模具的使用寿命，提高其的经济性，其目标值的确定时在误差范围内应该尽量取下限值，结合APS设计标准，在此情况下的目标值的取法为：目标值L=基本尺寸L1（1/2下偏差）由制件图的技术要求和尺寸公差可以知道，客户在制件的外形尺寸上要求不是很严格。因此，对于无公差要求的外形尺寸其目标值取为其基本尺寸即可以满足设计要求。为了方便叙述,首先将制件各部分进行分区,冲压件分区图如图2-2所示图2-2 制件冲裁区分类图设计中目标值确定的相关计算为：对于A区的基本尺寸2.5mm的目标值：L=L1+（1/2）+0.05

10、=2.5+0+0.05=2.55mm；B区目标值的取法和A区目标值的取法相同。E区的基本尺寸31mm的目标值：K=L1+（1/2）-0.05=31-0.3/2-0.05=30.08mm；E区基本尺寸10mm的目标值：L=L1+（1/2）+0.05=10+0.3/2+0.05=10.20mm；E区基本尺寸3mm的目标值：L=L1+（1/2）-0.05=3-0.3/2-0.05=2.98mm；E区基本尺寸1.4mm的目标值：L=L1+（1/2）+0.05=1.4+0.3/2+0.05=1.60mm。制件的外形基本尺寸为49mm，则其目标值L=L1-（1/2）=49-0.2/2=48.90mm。制件

11、取目标值后和原图的比较如图2-2所示：注：L表示目标值；L1表示基本尺寸；表示上偏差或下偏差；对于冲孔尺寸较小部分为制件原来的尺寸,扩大后的尺寸为取目标值后的尺寸，对于外形尺寸缩小部分为目标值。二、 产品图的展开展开方法：以AUTO CAD电子的图档为基础，将制件图改画为加工状态的平面图。展开过程：（1）确定展开基准面，设计中以主视图为其基准面。（2）以折弯线内侧线为基准，计算折弯部分的补偿尺寸。补偿尺寸L=0.4*T=0.2*0.4=0.08mm。 （3）对弯曲面进行拉伸，由上面的计算得到设计中拉伸量为0.08mm，得其展开图，如图2-3所示： 图2-3 制件展开和原图对比在展开过程中需要注

12、意以下三个方面的问题：（1）折弯的形式不同，弯曲的系数也就不同。（2）同样的形式，材料不同，弯曲系数也不同。（3）折弯角度和R值变化，则计算方法也发生变化。第二节 制件成形工艺的设计和工位确定由制件的结构形状可以知道，要冲压出该制件需要的经过的基本工序为：冲孔，落料和弯曲等工艺过程。经过分析，有三种工艺方案可以实现该冲压件的加工，分别如下：方案一：冲裁导正孔冲裁外形C区，冲裁工艺孔A区，冲裁工艺孔B区，冲裁外形D区和冲裁下一工位制件的D区冲裁工艺孔E区向上弯曲F区，切舌A区，切舌B区冲裁外形G区和下一制件的G区，冲裁外形H区向上弯曲I处空工位校平切断连样区J和K两处。方案二：冲裁导正孔冲裁工艺

13、孔A区，冲裁工艺孔B区，冲孔裁E区冲裁外形C区，冲裁外形D区和冲裁下一工位制件的D区向上弯曲F处，切舌A区，切舌B区冲裁外形H区，冲裁外形G区和下一制件的G区向上弯曲I处空工位校平切断连样区J和K两处。方案三：冲裁导正孔冲裁外形C区，冲裁工艺孔A区，冲裁工艺孔B区，冲裁外形D区和冲裁下一工位制件的D区冲裁工艺孔E区冲裁外形G区和下一制件的G区，冲裁外形H区空工位向上弯曲F处，切舌A区，切舌B区向上弯曲I处校平切断连样区J和K两处。 经分析，可知道：方案一的优点是模具结构比较简单，易加工，制造周期短，制件的弯曲精度，平面度，尺寸、外观形状等容易得到保证，在设计中设置空工位即有利于调节又有利于产品

14、的变更时模具的改进设计。方案二具有方案一的某些优点，但在第二工位处，由于孔和孔之间的距离比较小，不利于凸模在卸料板上的固定，且由于冲裁带料薄，冲裁量大过大，容易使带料产生畸形变形。方案三同样具有方案一某些优点，但其弯曲设置在最后两个工位，弯曲处处于悬臂状态，弯曲强度不够，不利于制件的弯曲成形，且弯曲成形的精度也不容易得到保证。综合以上分析，确定工艺方岸方案一为最佳工艺方案。下一步确定个各工位的内容：由上面工艺过程分析，可以设计出级进模各冲压工位的冲裁内容。根据工艺分析将各工位的冲裁内容设计如下：工位一设计为：冲导正孔；工位二设计为：冲裁外形C区，冲工艺孔A区，冲工艺孔B区，冲裁外形D区和冲裁下

15、一工位制件的D区；工位三设计为：冲裁工艺孔E区；工位四设计为：向上弯曲F处，切舌A区，切舌B区；工位五、六设计为：冲裁外形G区和下一制件的G区，冲裁外形H区；工位七设计为：向上弯曲I处，工位八设计为：空工位；工位九设计为：校平工位；工位十设计为：切断连样区J和K两处。第三节 制件的排样在冲压件的成本中，材料的费用占60%以上，因此材料的经济利用有非常重要的意义。冲压件在材料或板料上的布置方法称为排样。衡量排样经济性的指标是材料的利用率。不合理的排样方式会浪费材料，并且还可能影响到制件的质量，影响模具的结构设计的合理性；影响模具的使用寿命，制件的生产效率和模具的成本等技术、经济指标等。排样的常用

16、方法有：有废料排样法；少废料排样法；无废料排样法。设计中由于制件的外形比较复杂，采用裁搭边法,将制件的加工通过分次裁切来完成。分次排样法设计加工出来的具有制件精度高，便于模具凹模、凸模的排布等优点。制件的排样的具体过程如下；一、制件的排样方法排样方法：可制作冲压件展开毛坯样板（3至5个），在图面上反复试排，综合考虑材料利用率，带料纤维性等因素，确定初步方案，再在AUTO CAD软件中对制件展开图进行排布，在初步的排样图中按照冲压工序设计的基本原则，进行冲裁工位设计。在排样图的开始端一般安排冲孔、切废料等分离工位，再向另外一端依次安排成形工位，最后安排制件和载体的分离工位。在安排工位时，要尽量避

17、免冲小半孔，以防凸模因受力不均而折断。二、制件件的排样原则1、第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔，第二工位设置导正销对带料导正，在以后的工位中，视其工位数和易发生窜动的工位设置导正销，也可以在以后的工位中每隔2至3个工位设置导正销，本设计制件的精度要求较高，为了保证制件的精度，每一个工位均设计导正销。第三工位根据带料的定位精度，可以设置步距的误送检测装置。结合排样图，考虑到模具的整体布局，在第五工位设置步距的误送检测装置。2、冲压件上孔数较多，且孔的位置相隔太近时，可以分布在不同的工位上冲出，但孔的位置不能因后续成形工序而影响变形。对位置要求高的多孔，应考虑同步冲出。3、为提高凹模镶块、卸料板

18、和固定板的强度，便于产品的变更和保证各成形零件安装位置不发生干涉，可在排样中设置空工位。其数量根据模具的结构要求设定。4、为了提高材料利用率，在不影响制件使用性能指标的前提下，可以适当的改变制件的形状。5、排样时应考虑使设计出来的模具使用方便，劳动强度小且安全。6、模具结构应该尽量简单。7、保证制件质量和制件对条料纤维方向的要求。三、搭边值的确定排样时制件与制件之间以及制件与侧边之间留下的工艺材料，叫做搭边。其作用是补偿定位误差，保证条料强度，以保证在冲裁过程中带料的送料顺畅。搭边应选择适当，过大会造成材料的浪费，过小不利于制件的成形，或者冲裁不出合格的制件。搭边值的大小通常是由经验所确定的。

19、设计中搭边值的确定参照APS模具设计标准确定。四、排样的步骤1、 由制件制件的外观形状和制件材料的特点，将设计的排样方式设计为斜排方式。用纸做出制件的展开样品，进行试排，经过比较将制件的排样图确定为排样图所示的排样方式，在AUTO CAD软件中确定其中心与水平线的角度，经过计算比较可知当其与水平线成45度角时，材料的利用率最高；且由于带料是不锈钢材料，与水平线成45度角刚好满足不锈钢材料纤维方向的要求，同时经比较，这样的排样方式也有利于模具的设计。2、 带料宽度的确定：带料宽度的确定要经过搭边值的确定，异形凸模刃口间隙的确定等过程；查阅APS模具设计标准，制件的搭边值的确定方法如下：侧搭边值的

20、确定：侧搭边是指在级进模中将每个产品沿料宽方向连接起来的部分叫侧搭边。其确定方法为：最小侧搭边值Zmin=1*T（0.8mmT1.6mm =6*T（0.4mmT0.6mm =3mm（0.2mmT0.3mm式中T表示带料的厚度。特殊情况下，当T小于0.2mm时，为了保证带料在冲裁过程中送料的顺畅性，在送料方向做两条加强筋。由于带料为不锈钢材料，强度较高，最小搭边值取3mm即可以满足强度要求。间隙搭边值的确定：间隙搭边是指相邻两个制件之间的间隙，查阅模具设计标准，对于薄的不锈钢材料取2mm，即可以满足两个相邻制件在冲裁时的强度要求。异形凸模最小宽度的确定： 异形凸模最小宽度Bmin=3.06.0m

21、m（0.8mmT1.6mm） =2.54.0mm（0.4mmT0.6mm） =1.52.5mm（0.2mmT0.3mm）对于不锈钢条料冲头宽度应该适当的取大些。在设计中将最小搭边值确定为2.5mm。参照以上标准，设计中各值确定如下：带料的宽度：制件侧搭边尺寸为3mm，异形凸模最小宽度为2.5mm。则可以确定条料的宽度B。B=制件宽度+搭边距离*2=53.84+（3+2.5）*2= 64.84mm在设计生产中为了方便带料的采购，需要对其调整为整数，将带料做适当放大，可将料宽度确定为66mm。3、 步矩的确定：间隙搭边值的确定通常是根据经验确定，在不影响产品质量的情况下尽量取小些。在本设计中，制件

22、之间的搭边距离取为2mm，则：步距D=制件的排样宽度+2=40.32+2=42.32mm将其最终调整为整数得步距为43mm（由初步排样图可知，步距可以适当的取小些，可以保证冲裁的顺利进行，也有利于材料利用率的提高）。4、 接刀点的确定：制件完整外形的形成需要经过分段切除才能完接成，各分段点即为制件的接刀点。由冲压工位的确定，可知设计中共有八个接刀点，且均为直线型接刀，为了避免制件在冲裁过程中产生毛刺，带料等不赖现象，查阅APS模具设计标准，将接刀点设计为如图3-1所示形状，各接刀点的位置如图所示。相关数据如下表所示： 图2-4 制件接刀示意图数据表格： （单位：mm）0.8T1.61.5-2.

23、00.2-0.30.4T0.61.0-1.50.20.2T0.31.00.1-0.2TABT：表示带料的厚度； A表示：接刀长度； B表示：接刀宽度。设计中带料的厚度为0.2mm，由上表数据得，接刀处的长度A=1mm；接刀处的宽度B=0.2mm；前后两次冲裁凸模的高度差值H=0.5mm；前后两次冲裁凸模之间的间隙差值L=1mm。设计中各接刀点的分布图如图2-5所示： 图2-5 制件接刀点分布图5、 凹模、凸模刃口形状的确定：由制件展开图可以知道，要完成制件的加工，需要将带料上的废料冲裁掉，各工位冲裁掉废料的外观形状即为凹模、凸模的刃口形状；对于冲孔凸模，展开图中所取的目标值即为凸模刃口的形状尺

24、寸。对于制件外观形状不规则部分的成形，其成形凸模、凹模叫做异形凸模或者异形凹模。异形凹模或凸模的刃口形状没有固定的设计标准，在满足制件外形的情况下刃口形状可以自己确定，但必须考虑以下条件：异形凹模、凸模的最小宽度应该大于2.5mm；形状应该力求简单，以利于材料的合理利用，同时要避免细长悬臂结构；转角处要尽量避免尖角，尖角处应该用圆弧连接，以起到避免尖角处因应力集中而使冲模裂开的危险。对于不锈钢材料，其最小圆角半径的选取标准为：（T表示带料的厚度） 落料部分：当圆弧角大于或等于90度时，最小圆角半径=0.25*T；当圆弧角小于90度时，最小圆角半径=0.5*T；冲孔部分：当圆弧角大于或等于90度

25、时，最小圆角半径=0.30*T；当圆弧角小于90度时，最小圆角半径=0.6*T。对于弯曲凹模和凸模的设计结构参照APS模具设计标准即可。各凹模和凸模的刃口形状如AUTO CAD中的排样图档所示。6、 带料的定位方式：参照APS模具设计标准，对于卷料的定位方式，选用托料钉粗定位，导正销精确定位相结合的定位方式。托料钉在排样图中分布的相关参数标准为：第一个托料钉到模板边缘的距离必须为0.5的倍数，取值范围为：20mmD5mm，在设计中将其确定为D=12mm。其余的托料钉的分布根据排样图来排布，在不和其他零件发生干涉的情况下，托料钉的分布应该尽量均匀，以利于保证带料在冲裁时送料的顺畅。为了保证加工精

26、度，其必须满足相互之间的距离为0.5的倍数要求。导正销与托料钉之间的距离必须为0.5的倍数，相互之间不发生干涉，两相邻导正销之间的距离为一个步距，设计中为43mm。以上就完成了整个制件的排样设计。第三章 力的计算和冲裁间隙的确定 第一节 力的计算一、冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了选择合适的压力机，设计和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。冲裁力的计算公式为：P=KtL N上式中各字母的含义分别为：表示材料的抗剪强度(MPa)； L表示冲裁周边的总长(mm)； t表示材料的厚度(mm)； K表示安全系数 K是考虑到冲裁模具刃口的磨损，凸模、凹模间隙之间

27、波动，润滑情况，材料力学性能与公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3。通过查阅模具设计手册可以知道：不锈钢Cr18Ni9材料的抗剪强度=588MPa。在AUTO CAD软件打开排样图，输入“area”命令，分别选中各冲裁刃口外形，即可以计算出冲裁件的周边长度和切废料部分的周边长度，相关计算如下： L=LG1+LG2+LG3+LG4+LG5+LG6+LG7+2*LG8=83.35+63.77+70.49+120.58+102.04+14+10.42+10.74*2=486.13mmL表示在一次冲裁中模具总的冲裁长度；LG1至LG8分别表示由凸模G1至凸模G8所冲裁掉带料的周长。 则总冲裁

28、力：P= KtLm=1.3*0.2*486.13*588=111226.544N74.320KN。二、弯曲力的计算弯曲力的计算：影响弯曲力的因素很多，如材料的性能，零件外形，弯曲方法，模具结构等。用理论公式计算不但复杂，而且不一定正确，因此，通常选用经验公式对其进行计算。设计中有 两个90度的L曲，其属于U类弯曲，设计中L曲弯曲力的计算 参照U曲的计算公式进行计算，计算公式为： P=（0.7KBT*T）/（R+T）P表示弯曲力（N）；K表示安全系数，在设计中取1.3；B表示弯曲部分的宽度(mm)；R表示弯曲半径（mm） 属于薄材料弯曲，弯曲半径R小于0.2mm，查阅APS模具设计标准，对于弯曲

29、半径R小于其料厚的薄材料弯曲，科技将其弯曲半径R取为0mm进行设计；表示材料的抗拉强度，制件的材料是Cr18Ni9材料，查阅APS模具设计标准，可以知道其抗拉强度为646.8MPa。 则设计中弯曲力的计算为：P弯曲1=（0.7KBT*T）/（R+T）=（0.7*1.3*646.8*0.2*0.2）/（0+0.2）=0.118KN 在设计中有两个弯曲，故总的弯曲力为：P弯曲=2* P弯曲1=2*0.118=0.236KN三、卸料力、推料力的计算 影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确的计算是困难的，在实际生产中常用经验公式进行计算：卸料力 Q=KP N推料力 Q1=K1P N式中P表示冲裁

30、力（N）；K表示卸料系数，其值为0.08至0.25，薄料取大值，厚料取小值；K1表示推料系数，其值为0.03至0.07，薄料取大值，厚料取小值。则有：卸料力 Q=KP=0.25*74.32= 18.58 KN （K取0.25）推料力 Q1=K1P =0.07*74.32=5.2024 K N （K取0.07）通过上面的计算可以知道模具在正常条件下工作所需要压力机提供的压力至少应该为： F=冲裁力+弯曲力+卸料力+推料力=P+P弯曲+Q+Q1=74.32+0.236+18.58+5.2024+11.148=98.338KN四 压力机公称压力的选取冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力

31、的总和。设计中需要的最小总压力为：98.338KN根据以上计算结果选择冲床，参照公司冲床式样，选择冲床的型号为：OCP-20N（S）；冲床能够提供的压力为20吨，冲床的行程为150mm；工作台的面积为1000mm*550mm；滑块的底面积为560mm*420mm；冲床最大的闭合高度为330mm；调节量为80mm；行程为3580/分钟；落料孔尺寸350mm*180mm。 压力中心的确定：由冲床的式样可以知道：由于模具在工作时是将整个上模座固定在冲床的滑块上，因此不必进行压力中心的计算。为了方便模具安装在压力机上，在上模座上设计一个模柄，以起到模具在安装时的定位作用。第二节 冲裁间隙的确定凹模凸模

32、间隙的确定：冲裁模的凸模横断面，一般小于凹模孔，凹模与凸模部分，在垂直冲裁方向的投影尺寸之差，叫做冲裁间隙。冲裁间隙有两种含义：一种是指凹模与凸模间每侧空隙值，称为单面间隙；另外一种指凹模和凸模间两侧间隙之和，称为双面间隙；习惯上常说的间隙是指双面间隙，用符号C表示，单面间隙用Z/2表示。生产实践证明，间隙值的大小，分布均匀与否，对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力和模具寿命有直接的影响。凸模和凹模之间的大小可以分为三种基本情况，即间隙合理，间隙过大，间隙过小三种情况。冲裁间隙的大小对制件断面的影响 间隙合理，材料在分离时，凹模和凸模刃口处裂纹重合，冲裁间隙不是一个绝对值，而是一个数值范围，冲

33、裁间隙在此范围内都可以得到冲裁断面较好的制件。间隙过大，凸模和凹模刃口处的裂纹不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的里边，材料受很大的拉伸，光亮带小，毛刺、塌角及斜度都比较大。间隙过小，裂纹也不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的外边，两条剪裂纹之间的一部分材料随冲裁的继续又被二次剪切和挤压，在断面上形成第二次光亮带，并在中间出现夹层和毛刺。冲裁间隙对制件尺寸精度的影响 落料和冲孔后，因发生弹性恢复，会影响制件的尺寸精度。冲裁间隙小到一定程度时，由于压缩变形弹性恢复，落料件的尺寸会大于凹模尺寸，而冲出的孔小于凸模。间隙大到一定界限时，由于拉伸变形的弹性恢复，落料尺寸会小于凹模的

34、刃口尺寸，而冲出的孔会大于凸模的刃口尺寸。间隙对于冲孔和落料精度的影响规律是不同的，且和材料的纤维方向有关。冲裁间隙对冲裁力和模具寿命的影响 间隙大时，冲裁力有一定的程度减小，卸料力和推件力也随之降低。冲裁时，坯料对凹模凸模产生侧压力，并在凸磨与被冲孔之间及凹模与落料件之间均有摩擦力。间隙越小摩擦力和侧压力随之增大。此外，由于在实际的生产中，模具因受到制造误差和装配精度的限制，凸模和凹模不可能绝对的垂直于凹模平面，而间隙的分布也不可能十分均匀。所以，过小的间隙会使凸模和凹模刃口的磨损加剧，使模具的使用寿命下降。而较大的间隙则可以使凸模和凹模侧面与材料间摩擦减小，并且可以减小间隙不均匀的不利影响

35、，从而提高模具的寿命；但间隙过大 ，坯料弯曲变形相应的增大，使凸模与凹模刃口端面的压应力分布不均匀，容易产生崩刃或塑性变形。因此，过大的刃口间隙对模具的寿命也不利。冲裁间隙方向的确定原则 冲裁时由于凸模和凹模之间存在间隙，因此落下的料或者冲出的孔均带有锥度，其大端尺寸基本等于凹模尺寸，小端尺寸基本等于凸模尺寸。测量时也是按冲孔的小端和落料的大端作为基准尺寸。由于在生产中，凸模和凹模都要与冲件或废料产生摩擦，凸模会越变越小，凹模会越来越大，基于这一分析，确定冲裁间隙的原则为：落料时因为制件尺寸随凹模尺寸而定，故间隙应该在减小凸模尺寸发方向取得；冲孔时由于孔的尺寸随凸模尺寸而定，故间隙应该在增大凹

36、模尺寸的方向上取得。考虑到凸模和凹模的磨损，在设计和制造新模具时，取最小合理间隙。确定冲裁间隙的方法 常用的冲裁间隙确定方法有理论确定法和经验确定法，在现场模具的设计和生产中通常用经验确定模具的冲裁间隙。经验计算公式为：C=mt式中，C为合理冲裁间隙，单位为mm；t为板料厚度，单位为mm；m为系数，与料厚及材料性质有关，m通常为料厚的百分之几。冲裁间隙系数如下表所示： 单位：mm材料间隙类别低炭钢 08F、10F 10、20、A3、61414202025中炭钢 45不锈钢 1Cr18Ni9Ti 7616222230高炭钢 T8A T10A 65Mn162424303036结合APS模具设计标准

37、，将间隙值取为料厚的7.5%。则凹模和凸模之间的间隙为： C=mt=7.5%*0.2=0.015mm第四章 模具总体结构和主要零件的设计第一节 模具总体结构的确定模具的总体结构的确定：参照APS模具设计标准，对于级进模的模架设计为六块模板的形式，用内导柱C和外导柱相结合的导向方式；模具的主要结构图如图4-1所示： 图4-1 模具总体结构图上图为APS公司级进模具设计中主要的模具结构图；图中UDH表示上模座；PB表示固定垫板；PP表示固定磨板；SB表示卸料垫板；SP表示卸料板；DP表示凹模板；DB表示凹模垫板；DDH表示下模座；SBP表示垫铁。 各模板的固定方式为：用内六角螺钉A固定UDH，PB

38、，PP板；用内六角螺钉A1固定PB，PP板；用内六角螺钉W固定SB，SP板；用内六角螺钉A2固定DP，DB，DDH板；用内六角螺钉A3固定DP，DB板；用内六角螺钉AT固定DDH和SBP板。 模板的精确定位方式为：用定位销B对UDH，PB，PP，板进行精确定位；用定位销B1对PB，PP，板进行精确定位；用定位销V对SB，SP板进行精确定位；用定位销B2对DDH，DP，DB，板进行精确定位；用定位销B3对DB，DP，板进行精确定位。 凹模和凸模的固定方式通常选用内六角紧固螺钉固定，或者用挂钩固定。为了保证导向精度，采用内导柱和外导柱结合的导向方式。卸料螺钉弹簧组件采用带套筒的结构形式；卸料螺钉结

39、构在结构图中用ZA 表示。 模具在工作中需要加润滑油，有利于保证制件的精度，减少毛刺的产生，同时起到延长模具的使用寿命的作用。由于有润滑油在凹模板和卸料板的表面，带料很容易沾在这两块模板上，在上模和下模分开时容易引起带料的塑性变形，从而印象制件的质量，为了防止这种现象的产生，在模具设计时加入顶针结构，在模具结构图中用J表示。 同时图4-1也较具体的反映了模具凹模、凸模的固定方式。第二节 冲裁外形凸模和凹模的设计一、冲裁C区的凸模和凹模G1的设计由其排样图可以知道，G1的作用是冲裁制件的外形，其在带料上的冲裁性质和冲孔的冲裁性质类似，设计时按照以凸模为基准进行设计。G1在排样图中的外形尺寸即为凸

40、模G1的刃口尺寸。在里只需要设计其高度和固定方式。由模具的整体结构图可知：凸模固定在凸模固定板PP板上，其高度的确定是根据模具的结构来确定的，同时还要考虑到修磨量。冷冲模国家标准对凸模的长度已经系列化，长度L（mm）有30、32、36、38、40、42、45、48、50、52、58、60、65、70、80、90、100，其中40至65是最常用的。凸模高度的计算公式为：H=H1+H2+H3+H1+H2。H表示凸模的高度； H1表示固定板的厚度； H2表示卸料垫板厚度； H3表示卸料板厚度； H1表示冲裁中凸模进入凹模的深度； H2表示冲裁时固定板和卸料板垫板之间的最小距离。H1值的根料厚来确定；

41、设计中料厚为0.2mm，根据APS模设计标准将其设计为0.5mm即可满足设计要求。H2通常取2mm以上。带料为薄材料，设计中将其确定为2mm。则凸模的高度为：H=H1+H2+H3+H1+H2=20+15+20+0.5+2=57.5mm留0.5mm的刃磨量，故可以将凸模G1的实际高度设计为58mm。查阅APS设计标准，凸模固定方式有：（1）用M5以上的内六角螺钉固定：（2）用挂钩固定；（3）用带垫圈的紧固螺钉固定；（4）用销钉固定；（5）用镶块和丝堵固定。若凸模的大小允许，优先选用内六角紧固螺钉固定。凸模的固定方式结构图如图5-3所示： 图5-2 凸模的固定结构图A表示用内六角螺钉固定；B表示用

42、挂钩的固定方式；C表示用带垫圈的紧固螺钉固定，D表示用圆销固定，E表示用丝堵和镶块固定。G1是个异形凸模，由排样图可以得到，适宜用M6的内六角螺钉固定，设计中选用GB/T70.1 M6×25的内六角螺钉固定，镙孔位置如零件图所示。查阅模具设计手册在精度较高的模具中凸模材料用Cr12MoV，硬度要求达到58HRC61HRC。凹模G1的设计：凹模的刃口形状与凸模的刃口形状相似，在APS模具设计中，通常是将凹模设计为镶块结构，根据排样图的刃口形状，在模具专用材料上用线切割机割出相应的镶块，并在镶块上割出凹模刃口。在线切割编程以排样图为基础进行编程，进行线切割加工时输入凹凸模间隙值和线切割机

43、自身的补偿参数即可加工出凹模。由上一章可以知道，凹模和凸模间的刃口间隙尺寸为：0.015mm，因此在加工时凹模刃口的补偿值为0.015mm。凹模镶块的形状可以自己确定，但需要考虑到以下方面：（1）凹模镶块的边缘和凹模刃口边缘的距离不小于1mm；（2）镶块的外形各边的交界处要设置R角，以防止模板在热处理或冲裁过程中开裂；（3）各镶块的外形最好设计为不同的形状，以起到防止在装配时装错的作用，即设计为具有防错性；（4）当镶块作为凹模时其倒角通常设计为R=1.1mm和R=3.1mm两种形式；在其用于固定凸模时其倒角通常设计为R=0.5mm和R=1.5mm两种形式。（5）镶块的外形尺寸尽量设计为整数，有

44、利于在加工中保证尺寸精度。因为凹模固定板的厚度为20mm，故将镶块的高度设计为20mm，公差为±0.02mm。查阅APS模具设计标准，刃口的垂直深度设计为1mm就可以满足设计要求，再留0.5mm的刃模磨量，因此凹模的垂直刃口总高度为1.5mm。用M4的内六角螺钉固定，设计中选用GB/T70.1 M4×20的内六角螺钉固定，凹模的固定方式如图5-4所示：图5-3 镶块的结构示意图 由于是薄材料冲裁，冲孔后的废料可能贴在凸1模端面上，被凸模带出凹模，当凸模卸料时可能会掉在模板上，在进行下一次冲裁时损坏会模具，故对直径在2.0mm以上的凸模应该设计为有卸料顶针结构的凸模。查阅AP

45、S设计标准，将其设计为如示结构： 图5-4 凸模顶针结构示意图凸模G2，G3，G4，G5的设计过程和考虑原则与G1的设计相同，刃口形状如排样图形所示，凹模和凸模的间隙均为0.015mm，其高度均与凸模G1的高度相等为58mm，固定方式均选用GB/T70.1 M6×25的内六角螺钉固定。凹模的高度均设计为20mm，刃口垂直高度为1.5mm，凹模G2，G3的固定均选用GB/T70.1 M4×20的内六角螺钉固定，由于凹模G4，G5设计在同一个镶块上，为了保证其稳定性，选用GB/T70.1 M6×20的内六角螺钉固定。凸模G2对应的冲裁区为E区；凸模G3对应的冲裁区为D

46、区；凸模G4对应的冲裁区为G区；凸模G5对应的冲裁区H为区；凸模G6对应的冲裁区为J区；凸模G7对应的冲裁区为K区。一、 G6，G7的设计G6，G7属于最后一步的切断凸模，由于其在最后一步的冲裁过程中单边受力，因此使材料切断部分容易变形，如果在此工位还是和其他冲裁工位一样取料厚的7%至8%作为冲裁间隙，会产生毛刺等现象，使制件达不到要求。所以切断模具之间的刃口间隙应该取得小些，在设计中取料厚T的5%，作为其冲裁间隙。为了保证凸模在冲裁过程中的稳定性，参照APS设计标准，设计高度为2mm的靠山，结构如零件图所示，则对于凸模G6，G7的高度为H=58+2=60mm；为了防止废料反弹，将其最后一个切

47、断工位设计为和下图相似的刃口形状，图中尖角的作用是挂住废料，起到防止废料反弹的作用；设计中的刃口形状如零件图所示。图5-5 切断凸模形状查阅模具设计手册凸模G6，G7的材料选用Cr12MoV，将其热处理到58HRC61HRC即可以满足设计要求。选用GB/T70.1 M6×25的内六角螺钉固定。二、 凸模G8的设计G8属于冲小孔凸模，通常采用加大固定部分直径，缩小刃口部分长度的措施来保证小凸模的强度和刚度。当工作部分和固定部分直径相差太大时，可以设计多台阶结构。各台阶过渡部分必须用圆弧光滑连接，不允许有刀痕（防止产生刮伤或毛刺）。对于特小的凸模可以采用保护结构。卸料板还必须起到导向作用

48、，以消除侧压力对凸模作用面的影响。查阅APS设计标准，我们可以将其设计为零件图所示形状。其刃口形状尺寸由所取的目标值确定。光滑过渡部分圆弧半径R=10mm，为了便于固定，将零件磨成扁平状，如零件图所示。其固定端台阶的高度取5mm，材料选用Cr12MoV，热处理至5861HRC。在设计中为了保证其强度，在卸料板上设计镶块结构，用M4的内六角螺钉固定在卸料板上，镶块的形状如零件图所示。 由于凸模G8冲裁的孔很小，冲裁又属于薄材料冲裁，因此凹模在设计时有必要进行防废料反弹设计；参照APS设计标准，对于薄材料可以用高压气体防止废料反弹，吹气槽要设计为“T”形方式,高压气体防废料反弹结构示意图如图7-2

49、所示。图5-6 吹气槽结构形式 凹模的材料选用Cr12MoV,热处理至58HRC61HRC，选用GB/T70.1 M4×20的内六角螺钉固定。 在模具维修时为了方便凹模镶块的拔出，通常将沉孔设计为有螺纹孔的形式，对于紧固螺钉为GB/T70.1 M4×20的的镶块，设计为M6的螺纹孔，沉孔深度为6mm；对于紧固螺钉为GB/T70.1 M6×2的内六角螺钉设计为M8螺纹孔,沉孔深度为8mm。 在加工方面，由于这些凸模和凹模的形状都比较复杂，为了加工出精密的零件，均采用线切割结合磨削制造。完成磨削依靠专用的自动磨床和平面磨床，且通过金刚石对砂轮进行修正，达到磨削所要求的

50、形状和尺寸要求。第三节 带料定位模具的设计一、 冲孔凸模E的设计为了保证制件的精度，用导正销对带料进行精确定位。由排样图可知，其步距为43mm，导正孔的设计必须满足搭边要求，将导正孔的直径设计为4mm比较合适，但为了防止导正销带料引起带料的变形，导正钉导人部分的直径小于4mm，考虑到方便导正钉的加工，可以把导正孔的直径放大0.03mm，这样导正钉工作部分的直径为4mm即可，则冲导正孔的凸模E的目标直径为4.03mm。查阅APS设计标准有，对于导正孔凸模有如下的设计标准图和数据：图5-7 冲孔凸模E结构示意图一图5-8 冲孔凸模E结构示意图二当所冲裁圆孔的直径大于1.5mm时。选用图5-9所示的

51、结构，查照APS设计标准D与P值的关系如下表示： 单位：mmD值 4.00 5.00 6.00 8.0010.0013.00P值1.003.992.004.992.005.993.007.993.009.996.0012.99计算公式如下：B=C+D （2mmC3.5mm）D(卸料垫板SB与固定板PP之间的间隙)+1.0在设计中取C=3mm，D的最小值Dmin=5+1=6mm（5为卸料垫板和固定板之间的间隙）设计中取D=9mm。则：B=C+D=3+9=12mm 模具的材料选用Cr12MoV，将其热处理硬度达到至58HRC61HRC。将凹模设计为镶块结构，如零件图所示，凹模和凸模之间的间隙为料厚

52、的7%至8%，设计中选7.5%，则二者的间隙Z=0.2*7.5%=0.015mm。为了防止废料反弹，需要设计防废料反弹装置，其为薄材料，可以用高压气体将废料吹出，以起到防止废料反弹。原理为，利用高压气体在制件废料和卸料孔之间形成真空，使废料和高压气体一起从废料孔排出。结构如零件图所示。冲导正孔凸模E和凹模在模板上的分布规律为：到模板边缘的距离为0.5的倍数，以利于加工精度的保证。具体分布如下模俯视图所示。二、导正销的设计在级进模中，导正销在其他定位机构的配合下，对带料在前一工位上冲出的圆孔进行精确定位，导正销一般紧挨冲孔工位后的落料凸模上，其主要形式有六种，结合APS设计标准，为了提高导正的精

53、度，选用如下图所示的两种导正钉结构。图5-9 导正钉结构示意图设计中优先选用方式一，因为方式一和方式二相比有防止导正钉带料和增加卸料力的用。当方式一在有些地方和其他零件在工作时会发生干涉的时候，为了保证导正精度选用方式二。导正钉直径的计算：D1=D2-2C D1：导正钉圆柱段部分的直径（mm）；D2：冲孔凸模直径(mm)；2C：导正销与孔双面的间隙(mm)。设计中，导正销的直径为：D1=D2-2C=4.03-0.03=4.00mm三、托料钉的设计托料顶的主要作用为:托举带料,保持送料的顺畅;对带料进行粗定位;同时其还起到卸料的作用。托料钉在自由状态下高度应尽量小些，以提高定位精度和送料的稳定性

54、。但在设计其高度时必须考虑到：托举带料的高度必须大于制件最低点到凹摸板最高点的高度，当凹模板上有高出模板平面的零件时，托料钉托举带料的高度必须大于零件的高度。设计中托料钉的总体高度设计为40mm，公称直径为10mm，导料槽的高度对于薄材料通常1.52mm,设计中取2mm,其余相关尺寸如零件图所示，参照MISUMI标准选用MW14-55的弹簧为其提供回复力，选用MSW16的丝堵。第四节 弯曲凸模和凹模的设计将金属板料毛坯，型材或管材等按照一定的曲率或角度进行变形从而得到一定角度和形状零件的冲压工序叫弯曲。通过制件的工艺性分析可知：制件有两个向上的L曲。观察其排样图可知，在进行F处的弯曲时，我们可

55、以同时进行切舌部分的冲裁。在进行弯曲之前，应该把带料预先压紧，故把镶块设计为浮升块的形式，用卸料螺钉和弹簧为其提供压力，参照MISUMI标准，设计中选用型号为MSB8-20的卸料螺钉，弹簧选用SWH14-35的弹簧，具体结构如装配图所示。在浮升块的下面再设计镶块结构，用于固定切舌凸模，并用M4的紧固螺钉将镶块固定在凹模垫板上，参照国家标准选用GB/T70.1 M4×10紧固螺钉固定。制件的弯曲属于薄材料弯曲，参照APS设计标准有，将弯曲凸模设计为如零件图所示的形状。工作部分高出凹模板4mm，为达到设计要求；弯曲部分的宽度为7mm，大于制件的宽度6mm。由于制件的排样方式为45度斜排，

56、弯曲凸模设计为零件图的形状有利于弯曲凸模的固定和保证其在工作过程中的稳定性。凹模和凸模之间间隙的确定：查阅模具设计手册有，凹凸模之间 的间隙等于带料的最大厚度，制件的料厚为：0.2mm，上偏差为0.015mm，故凹模和凸模之间的间隙为Z=0.2+0.015=0.215mm。凹模的设计：将凹模设计为镶块结构，用M4的内六角螺钉固定在卸料板上。为了保证弯曲的精度，利于制件的弯曲成形，在凹模上设计压筋结构。查阅APS设计标准，对于材料厚度在0.4mm以下的带料，压筋的宽度等于料厚T，即为0.2mm，高度为0.1mm，为了防止带料粘贴在凹模结构上，故在凹模上同时设计顶杆结构如装配图所示。H弯曲部分的设

57、计：I部分的设计和F部分弯曲设计的原理相似，不同的是要实现I部分的弯曲，必须采用滑块结构。查阅模具设计手册可知，滑块结构的原理为：让滑块和斜契配对使用，将垂直运动变为水平运动或倾斜运动，从而扩大冲模的功能。经过比较我们选择如零件图所示的滑块结构。各部分的作用分别为：零件XB1和XB2的下端有槽，如零件图所示，有M4的内六角螺钉固定在卸料板上，其作用是作滑块XB3的导轨。XB3是可以滑动的弯曲凹模，其上面开了躲避槽，使F部分不会干涉此工位的弯曲。XB4的作用是为XB3提供水平运动的动力。把XB3和XB4做为45度的斜面，可以XB4的垂直运动变为XB3的水平运动，从而实现了H部分的弯曲。XB3和X

58、B4用燕尾槽进行配合，保证了XB3运动的准确性，同时也减少了为了让XB3返回所必须的其他设计。I弯曲部分在冲裁过程中的工作情况为：上模向下运动XB4的前端压着带料和凹模H2部分的浮升接触，并把带料压紧，同时XB3在XB4的作用下作水平运动（XB3还未与带料相接触）当XB4运动到某一位置时带料和弯曲凸模接触上模运动到极限位置时XB3也运动到弯曲位置和凸模一起实现I部分的弯曲上模返回，XB4在卸料螺钉的作用下和上模一起向上运动，因为XB4和XB3之间用燕尾槽连接，二者之间为45度的斜面，XB4向上运动时为XB3提供返回的动力，XB4做返回运动带料在卸料顶杆和托料钉的作用下脱离上模运动到一定的高度时

59、F部分也可以顺利的脱模。滑块的具体数据如其零件图所示。切舌部分的设计：切舌部分的设计可以将其看作为弯曲和冲裁的结合，将其设计为零件图所示的形状。第五节 模板、模座设计一、模板、模座厚度的确定模板厚度的选取标准，查阅APS模具设计标准有如下表所示的数据。 单位：mm模板代号材质板厚硬度（HRC）UDHA3钢30，40，50PB55#，Cr12MoV10，154855PP55#，Cr12MoV205861SB55#，Cr12MoV154855SPCr12MoV16，205861DPCr12MoV20，25，305861DB55#，Cr12MoV15，204855DDHA3钢40，50，60SBP5

60、5#，A3钢在设计中，上模座UDH厚度设计为50mm的A3钢；固定垫板PB厚度设计为15mm的55#钢，通过热处理工艺使其硬度达到4855HRC；固定板PP厚度设计为20mm的Cr12MoV钢，通过热处理工艺使其硬度达到5865HRC；卸料垫板SB厚度设计为15mm的Cr12MoV钢，通过热处理工艺使其硬度达到4855HRC；为了防止在冲裁过程中卸料板把带料打扁，设计中将卸料板SP的厚度设计为20.15mm，并在其中间安装模具出磨出0.15mm的槽，以起到保护带料的作用，卸料板材料选用Cr12MoV钢，通过热处理工艺使其硬度达到5865HRC；凹模板DP厚度设计为20mm的Cr12MoV钢，通

61、过热处理工艺使其硬度达到5865HRC；凹模垫板DB厚度设计为15mm的55#钢，通过热处理工艺使其硬度达到4855HRC；凹模座DDH厚度设计为50mm的A3钢；垫铁SBP选用A3钢。二、模座、模板宽度的设计查阅APS设计标准，模板宽度和长度的确定方法分别为：（1）宽度的确定：在排样图的基础上，沿带料的宽度方向单边各放大B2，B2通常取60mm至70mm，最后要将宽度值调整为整数设计中模板的宽度B=B1+2*B2=66+2*67=200mm B指模板的宽度；B1指带料的宽度；B2制单边的放大值，在设计中取的67mm。（2）长度的确定。在整个冲裁过程中一共有8mm个步距，每一个步距的长度为43mm，则总的长度L1=8*43=344mm；为了保证强度，长度方向单边必须留出20mm以上的余量，即模板的长度必须大于384mm（344+2*20=384），查模板选择标准可以知道模板的长度为450mm。则各模板的规格确定为：单位：mm*mm*mm凹模板：450*200*20 凹模垫板：450*200*15卸料板：450*200*20.15 卸料垫板：450*200*15固定板：450*200*20