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（山东省泰安市高级技工学校 271000）
【摘要】冲裁工序是利用凸模与凹模组成上、下刃口，将材料置于凹模上，凸模下降使材料变形，直至全部分离，因凸模与凹模之间存在间隙Z，故凸模与凹模作用于材料的力量不均匀分布，主要集中在凸、凹模刃口。通过了解冲裁机理以及工作原理，对联接件进行工艺分析，确定合理的冲压方案，设计出结构合理、经济实用的冲裁模。
【关键词】零件工艺性分析；凸模；凹模设计；工作原理
【中图分类号】G48 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089（2012）06-0270-02
冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，它包括落料、冲孔、切口、切边、剖切、整修、精密冲裁等。冲裁所得到的工件可以直接作为零件使用或用于装配部件或可以作为弯曲、拉深、成形、冷挤压等其它工序毛坏。
此联接件的名称为压板。用途比较广泛，大量用于机械设备零件的固定与联接。零件如（图1-1）
图1-1零件图
一、零件工艺分析
冲压件的工艺性是指冲件在冲压加工中的难易程序。冲压工艺性的好坏直接影响冲压件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率和冲压成本，甚至影响到冲压工艺的实施。因此，设计中应尽可能提高冲压件的工艺性。
1.1压板的材料为Q235是碳素结构钢中的一种。它的价格便宜，产量大，大量用于金属结构和一般机械零件。
（1）冲裁件的形状和尺寸
1）冲裁件的形状应尽可能设计成简单、对称，使排样时废料最小。
2）冲裁件的外形成内孔应避免尖锐的角。在各直线或曲线的连接处，除采用无废料冲裁成镶拼模结构外，都应有圆角，以提高模具的寿命。
3）冲裁件的伸出悬臂和凹槽宽度不宜过小，其合理数值可参照表三
表三：
材料宽度 b
硬钢（1.5～2.0）t
黄铜、软钢
紫铜、铝 （1.0～1.2）t
（0.8～0.9）t
4）用条料冲裁两端带圆弧的工件时，其圆弧半径R应大于条料宽度的一半，否则由于条料宽度有公差会使工件产生凸肩。
5）冲孔尺寸不宜过小，否则凸模强度不够，易折断。
（2）冲裁件的精度和表面粗糙度
1）金属冲裁件的内外形经济精度为IT12～IT14级。一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。
2）冲裁件的表面粗糙底Ra一般在12.5mm以上，冲裁件剪断面的光亮带宽度由被冲材料的厚度、力学性能、冲模间隙和刃口质量而定。
1.2弯曲件的工艺性
（1）弯曲件的尺寸精度
弯曲件的尺寸精度与板料的力学性能、板料的厚度、模具结构和模具精度、工艺的数量和工序的先后次序以及工件本身的形状尺寸等因素有关。
（2）弯曲件的形状
如果弯曲件的形状左右对称，则左弯曲的毛坯受力均衡不产生滑动。如果弯曲件的形状不对称，则左弯曲过程中毛坯将发生滑动而产生偏移。在模具设计时应考虑增设压料板、定位销等定位。
（3）弯曲件的弯曲半径
弯曲时弯曲半径愈小，板料表面变形程序愈大。如果弯曲半径过小，则板料表面变形程序愈大。如果弯曲半径过小，则板料的外表面将超过材料的最大许可变形而开裂。
二、模具总体设计
对于中小型模具，国家标准总局对冷冲模制订了国家标准。该标准根据模具类型，导向方式、送料方向、凹模形状等不同，规定了14种典型组合形式。这样在进行模具设计时，重点设计工作零件，其他零件尽量选用标准件或选用标准件后再进行二次加工。
2.1凸模。在冲压过程中，冲模中被冲制件或废料所包容的工作零件。
（1）凸模的结构形式 凸模的种类很多，按凸模的工作断面分有圆形、方形、矩形和异形凸模；按凸模的结构分有整体式和镶拼式凸模
凸模材料：Cr12MoV
凸模的结构形式，根据冲孔尺寸的大小分四种：
①标准圆形凸模
②冲大孔凸模
③带护套的小孔凸模
④非圆形凸模
由于冲件形状已决定了横向尺寸和形状，所以在一般情况下，凸模的强度是足够的，但是，对于特制细长的凸模和板料厚度大的情况，才需要进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险面尺寸和自由长度是否满足强度要求。
（2）压应力校核公式：
（3）弯曲应力的校核：
式中：dmin - 凸模最小直径 （mm）
T - 材料厚度 （mm）
I -材料抗剪强度 （MPa）
Amin - 凸模最窄处的截面积 （mm2）
F - 冲裁力
T - 凸模材料许用压力 （MPa）
D - 凸圆最小直径 （mm）
I - 凸模最小截同的惯性矩 （mm4）
（2）、凹模设计：
凹模的材料：Cr12MoV
① 凹模结构：分为整体式和镶拼两种，外形一般为圆形或矩形，且带有锥度 或直面，为增加刚性，凹模厚度和外形尺寸都比普通冲裁模大，凹模镶拼结构常用于大型冲裁模，冲件形状不易制造及有易损部分的级进冲模。
② 凹模刃口形式：有两类分别为直壁式和锥形，锥形刃口凹模，冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小，但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大，适合于形状简单，精度要求又高，材料厚度较薄工件的冲裁，而直壁式刃口凹模，刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变，但孔口容易积有工件和废料，推件力大且磨损大适合于形状复杂且加工精度要求较高的冲裁。
③ 凹模的固定方式：一种是锥面定位，螺钉将凹模紧固在模座的凹模内，用销钉防转。这种结构定位可靠，重复精度高，但加工复杂，适合于中、小型模具。另一种用销钉钉定位，螺钉紧固，多种用于大型精冲模，其结构简单，装配时凸、凹模容易对中，但重复精度不高，抗侧力差。 经上述分析，该零件中的凹模选用的是镶拼式。凹模高度和凹模厚度是通过计算选取的，可以保证凹模有足够的强度和刚度，因此，不再进行强度校核。
三、压板冲裁模的工作原理
图1-3 联接件冲裁模
1.下模座 2.导柱 3.卸料螺钉 4.凸凹模固定板 5.橡胶垫圈 6.导套 7.挡料销 8.凸模固定板 9.上模座 10.18. 26.定位销 11.12.19. 20. 29.内六角螺钉 13.模柄 14.打杆 15.沉头螺钉 16.推板 17.上顶杆 21.凸模 22.冲孔凸模 23.落料凹模 24.卸料板 25.凸凹模 27.下顶杆 28.圆柱螺旋压缩弹簧 30.锁紧螺钉
如图1-3为一副落料、弯曲、倒装复合冲裁模的结构。联接件冲裁模的工作原理：冲模开始工作时，上、下模在压力机作用下分开，将条料放在卸料板24上，并通过挡料销7定位，待上模在压力机滑块作用下下降时，上模中的落料凹模23首先接触条料，继续加压时，则凸凹模25的外缘与落料凹模23作用进行落料，上模继续下降，将零件与条料分离，由于上模继续下降，则凸模21将冲出的零件顶入凸凹模25中，在上模下降的同时，凸模21与凸凹模25开始对条料进行弯曲冲裁，在即将完成弯曲后，由固定在凸模21上的冲头22对冲裁件进行冲孔，废料从凸凹模25中的落料孔中排出，待上模在压力机滑块作用下回升时，打杆14通过推板16作用于上顶杆17下移顶出工件，同时安装在下模座中的下顶杆27在弹簧力的作用下向上顶起，顶出可能粘在凸凹模25中的工件，而用橡胶垫圈的卸料板24及条料又恢复到原来的位置，准备下一冲程的冲裁。
四、结语
模具试制完成后，经过试模验证，冲压的零件完全满足图样的设计要求，该模具可以一次完成工件的制作，提高了工作效率，降低了材料消耗，满足了产品质量要求。
参考文献
[1]周开华 幺廷先 齐翔宪 编 <<简明设计手册>> 国防工业出版社 93.2
[2]模具实用技术丛书编委会 编 <<冲模设计应用实例>> 机械工业出版社 99.5
[3]郑可锽 主编 <<实用冲模模具设计手册>> 宇航出版社 90.5
[4]许发樾 主编 <<实用模具设计与制造手册>> 机械工业出版社 03.2
[5]张先虎 主编 <<机械制图及微机绘图>> 机械工业出版社 99.9
【摘要】冲裁工序是利用凸模与凹模组成上、下刃口，将材料置于凹模上，凸模下降使材料变形，直至全部分离，因凸模与凹模之间存在间隙Z，故凸模与凹模作用于材料的力量不均匀分布，主要集中在凸、凹模刃口。通过了解冲裁机理以及工作原理，对联接件进行工艺分析，确定合理的冲压方案，设计出结构合理、经济实用的冲裁模。
【关键词】零件工艺性分析；凸模；凹模设计；工作原理
【中图分类号】G48 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089（2012）06-0270-02
冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，它包括落料、冲孔、切口、切边、剖切、整修、精密冲裁等。冲裁所得到的工件可以直接作为零件使用或用于装配部件或可以作为弯曲、拉深、成形、冷挤压等其它工序毛坏。
此联接件的名称为压板。用途比较广泛，大量用于机械设备零件的固定与联接。零件如（图1-1）
图1-1零件图
一、零件工艺分析
冲压件的工艺性是指冲件在冲压加工中的难易程序。冲压工艺性的好坏直接影响冲压件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率和冲压成本，甚至影响到冲压工艺的实施。因此，设计中应尽可能提高冲压件的工艺性。
1.1压板的材料为Q235是碳素结构钢中的一种。它的价格便宜，产量大，大量用于金属结构和一般机械零件。
（1）冲裁件的形状和尺寸
1）冲裁件的形状应尽可能设计成简单、对称，使排样时废料最小。
2）冲裁件的外形成内孔应避免尖锐的角。在各直线或曲线的连接处，除采用无废料冲裁成镶拼模结构外，都应有圆角，以提高模具的寿命。
3）冲裁件的伸出悬臂和凹槽宽度不宜过小，其合理数值可参照表三
表三：
材料宽度 b
硬钢（1.5～2.0）t
黄铜、软钢
紫铜、铝 （1.0～1.2）t
（0.8～0.9）t
4）用条料冲裁两端带圆弧的工件时，其圆弧半径R应大于条料宽度的一半，否则由于条料宽度有公差会使工件产生凸肩。
5）冲孔尺寸不宜过小，否则凸模强度不够，易折断。
（2）冲裁件的精度和表面粗糙度
1）金属冲裁件的内外形经济精度为IT12～IT14级。一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。
2）冲裁件的表面粗糙底Ra一般在12.5mm以上，冲裁件剪断面的光亮带宽度由被冲材料的厚度、力学性能、冲模间隙和刃口质量而定。
1.2弯曲件的工艺性
（1）弯曲件的尺寸精度
弯曲件的尺寸精度与板料的力学性能、板料的厚度、模具结构和模具精度、工艺的数量和工序的先后次序以及工件本身的形状尺寸等因素有关。
（2）弯曲件的形状
如果弯曲件的形状左右对称，则左弯曲的毛坯受力均衡不产生滑动。如果弯曲件的形状不对称，则左弯曲过程中毛坯将发生滑动而产生偏移。在模具设计时应考虑增设压料板、定位销等定位。
（3）弯曲件的弯曲半径
弯曲时弯曲半径愈小，板料表面变形程序愈大。如果弯曲半径过小，则板料表面变形程序愈大。如果弯曲半径过小，则板料的外表面将超过材料的最大许可变形而开裂。
二、模具总体设计
对于中小型模具，国家标准总局对冷冲模制订了国家标准。该标准根据模具类型，导向方式、送料方向、凹模形状等不同，规定了14种典型组合形式。这样在进行模具设计时，重点设计工作零件，其他零件尽量选用标准件或选用标准件后再进行二次加工。
2.1凸模。在冲压过程中，冲模中被冲制件或废料所包容的工作零件。
（1）凸模的结构形式 凸模的种类很多，按凸模的工作断面分有圆形、方形、矩形和异形凸模；按凸模的结构分有整体式和镶拼式凸模
凸模材料：Cr12MoV
凸模的结构形式，根据冲孔尺寸的大小分四种：
①标准圆形凸模
②冲大孔凸模
③带护套的小孔凸模
④非圆形凸模
由于冲件形状已决定了横向尺寸和形状，所以在一般情况下，凸模的强度是足够的，但是，对于特制细长的凸模和板料厚度大的情况，才需要进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险面尺寸和自由长度是否满足强度要求。
（2）压应力校核公式：
（3）弯曲应力的校核：
式中：dmin - 凸模最小直径 （mm）
T - 材料厚度 （mm）
I -材料抗剪强度 （MPa）
Amin - 凸模最窄处的截面积 （mm2）
F - 冲裁力
T - 凸模材料许用压力 （MPa）
D - 凸圆最小直径 （mm）
I - 凸模最小截同的惯性矩 （mm4）
（2）、凹模设计：
凹模的材料：Cr12MoV
① 凹模结构：分为整体式和镶拼两种，外形一般为圆形或矩形，且带有锥度 或直面，为增加刚性，凹模厚度和外形尺寸都比普通冲裁模大，凹模镶拼结构常用于大型冲裁模，冲件形状不易制造及有易损部分的级进冲模。
② 凹模刃口形式：有两类分别为直壁式和锥形，锥形刃口凹模，冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小，但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大，适合于形状简单，精度要求又高，材料厚度较薄工件的冲裁，而直壁式刃口凹模，刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变，但孔口容易积有工件和废料，推件力大且磨损大适合于形状复杂且加工精度要求较高的冲裁。
③ 凹模的固定方式：一种是锥面定位，螺钉将凹模紧固在模座的凹模内，用销钉防转。这种结构定位可靠，重复精度高，但加工复杂，适合于中、小型模具。另一种用销钉钉定位，螺钉紧固，多种用于大型精冲模，其结构简单，装配时凸、凹模容易对中，但重复精度不高，抗侧力差。 经上述分析，该零件中的凹模选用的是镶拼式。凹模高度和凹模厚度是通过计算选取的，可以保证凹模有足够的强度和刚度，因此，不再进行强度校核。
三、压板冲裁模的工作原理
图1-3 联接件冲裁模
1.下模座 2.导柱 3.卸料螺钉 4.凸凹模固定板 5.橡胶垫圈 6.导套 7.挡料销 8.凸模固定板 9.上模座 10.18. 26.定位销 11.12.19. 20. 29.内六角螺钉 13.模柄 14.打杆 15.沉头螺钉 16.推板 17.上顶杆 21.凸模 22.冲孔凸模 23.落料凹模 24.卸料板 25.凸凹模 27.下顶杆 28.圆柱螺旋压缩弹簧 30.锁紧螺钉
如图1-3为一副落料、弯曲、倒装复合冲裁模的结构。联接件冲裁模的工作原理：冲模开始工作时，上、下模在压力机作用下分开，将条料放在卸料板24上，并通过挡料销7定位，待上模在压力机滑块作用下下降时，上模中的落料凹模23首先接触条料，继续加压时，则凸凹模25的外缘与落料凹模23作用进行落料，上模继续下降，将零件与条料分离，由于上模继续下降，则凸模21将冲出的零件顶入凸凹模25中，在上模下降的同时，凸模21与凸凹模25开始对条料进行弯曲冲裁，在即将完成弯曲后，由固定在凸模21上的冲头22对冲裁件进行冲孔，废料从凸凹模25中的落料孔中排出，待上模在压力机滑块作用下回升时，打杆14通过推板16作用于上顶杆17下移顶出工件，同时安装在下模座中的下顶杆27在弹簧力的作用下向上顶起，顶出可能粘在凸凹模25中的工件，而用橡胶垫圈的卸料板24及条料又恢复到原来的位置，准备下一冲程的冲裁。
四、结语
模具试制完成后，经过试模验证，冲压的零件完全满足图样的设计要求，该模具可以一次完成工件的制作，提高了工作效率，降低了材料消耗，满足了产品质量要求。
参考文献
[1]周开华 幺廷先 齐翔宪 编 <<简明设计手册>> 国防工业出版社 93.2
[2]模具实用技术丛书编委会 编 <<冲模设计应用实例>> 机械工业出版社 99.5
[3]郑可锽 主编 <<实用冲模模具设计手册>> 宇航出版社 90.5
[4]许发樾 主编 <<实用模具设计与制造手册>> 机械工业出版社 03.2
[5]张先虎 主编 <<机械制图及微机绘图>> 机械工业出版社 99.9