冲压模具基础知识

模块一 模具的概念

第一节：模具的基本知识

在外力作用下使还料成为有特定形状和尺寸的制件的工具模具具有特定的轮廓或内腔形状：

应用具有刃口的轮廓形状可以使还料按轮廓线形状发生分离（冲裁）。

应用内腔形状可使坯料获得相应的立体形状。

模具一般包括动模和定模（或凸模和凹模）两个部分，二者可分可合。分开时取出制件，合拢时使还料注入模具型

腔成形。

模具是精密工具，形状复杂，承受坯料的胀力，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有较

高要求，模具生产的发展水平是机械制造水平的重要标志之一。(模具制造产品，其各项性能指标肯定高于产品)

按照作用力的区分

注射模具吸（吹）塑模具冲压模具 挤压模具浇铸模具热锻模具等

按照作用成型的材料不同：

五金模具塑胶模具橡胶模具玻璃模具等

五金模具、冲压模具

金属：是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)富有延展性、容易导电、导热等性质的物质：

在室温下借助压力机提供的压力，使板料金属发生分离或变形而得到产品或半成品，称为冲压模具，又称之为冷冲压模具。

第二节个冲压成形的特点

加工对象：主要金属板材

加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性）

加工设备：主要是压力机（冲床）

加工工艺装备：冲压模具

冲压模具：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模)。冲模与冲压件有“一模一样”的关系。

冲压加工的特点及其应用

冲压加工优点：

1.生产效率高，操作方便，易于实现机械化与自动化。

2.冲压件尺寸与形状精度高，质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。

3.可加工尺寸范围较大、形状较复杂的零件，冲压件的强度和刚度均较高。

4.无切屑加工，成本低。

冲压加工缺点：

1.模具具有专用性（一模一样）。

2.模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集型产品。

第二节冲压成形特点与分类

3、冲压工序的分类

根据材料的变形特点分：分离工序、成形工序

分离工序目的：在冲压过程中将冲压件与板料按一定的轮廓线进行分离；分离工序又可分为落料、冲孔、剪切、切断、切边等

成形工序的目的：使冲压件在不破坏其完整性的条件下产生塑性变形，并转化成产品所要求的形状；成型工序又可分弯曲、拉伸、翻边、翻孔、张形、扩孔、缩孔、旋压等

冲压模具的分类

(1)冲裁模

沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模等

落料：若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁件时，称为落料；工件的尺寸由冲裁凹模尺寸决定。

冲孔：若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以外的部分作为冲裁件时，则称为冲孔。冲孔工序中使用的模具叫冲孔模。

工件的尺寸由冲孔凸模尺寸决定

(2)弯曲模使板料毛坯或其他坯料沿著直线(弯曲线)产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。

(3)拉深模

是把板料毛坯制成开口空心件或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。

4)成形模

是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。

3.根据工序组合程度分类

(1)单工序模  在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。（单冲pdx模具）

(2)复合模  只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。

(3)级进模：

在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。

2.5.1冲裁变形过程

冲裁变形过程可以分为三个阶段：

(1)弹性变形阶段：毛坯在凸模的作用下，表面承受弹性压缩和弯曲；并略有挤入凹模洞口的情况。板料与凸模、凹模接触处形成很小的圆角（图示部分），此时材料内应力没有超过材料的屈服极限，所以此阶段称为弹性变形阶段。

冲孔是为了获得带孔的制件，落料是为了获得具有一定的形状和尺寸的落料件。

冲裁变形过程可以分为三个阶段：

(1)弹性变形阶段：毛坯在凸模的作用下，表面承受弹性压缩和弯曲；并咯有挤入凹模洞口的情况。板料与凸模、凹模接触处形成很小的圆角（图示a部分），此时材料内应力没有超过材料的屈服极限，所以此阶段称为弹性变形阶段。

(2)塑性变形阶段

凸模继续下降，材料内应力达到屈服极限：部分金属被挤入凹模洞口，产生塑性变形，形成光亮带。由于凸模和凹模之间存在间隙，毛还发生弯曲和轻微拉伸，材料在凸模和凹模刃口部分产生应力集中，一直到开始出现细微裂纹

(3)断裂分离阶段

随着凸模继续下行，已经形成的上、下两面微裂纹将扩大，并向材料内部延伸。当上、下两条裂纹相遇重合材料便剪断分离，形成粗糙的断裂带(C部分)，留在冲

裁制件上，以后再向下行，可使已经开始形成的毛刺作不同程度拉长(D部分)最

B:冲裁件质量及其影响因素

(1)冲裁件断面质量及其影响因素

圆角带彩：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。

光亮带b: 塑性剪切变形。质量最好的区域。通常占全断面1/3-1/2。

断裂带c: 裂纹形成及扩展。

毛刺区d: 间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。

依据：

1、由于剪切面是工具的侧面与材料接触并挤光而得到的光滑面

2、按有关冲裁件的检测规定，冲孔件应测量最小尺寸；而落料件测量最大尺寸所以落料件的外径尺寸等于凹模的内径尺寸，冲孔件的内径尺寸等于凸模的外径尺寸。

6.1冲压模具的基本结构与组成

1.工艺零件：

直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，

包括：工作零件、定位零件、卸料与压料零件等

2.结构零件：

不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括：导向零件、紧固零件、标准件及其它零件。

冲模零部件分类及功能

各种类型冲模复杂程度不同，所含零件各有差异，但根据其作用都可归纳为如下七种类型：

1、工作零件

工作零件直接使被加工材料变形、分离，而成为工件或半成品，

(1).凸模：在冲压过程中被制件或废料所包容的工作零件。

(2).凹模：在冲压过程中与凸模配合直接对制件进行分离或成形的工作零件，

(3).凸凹模：复合模中同时具有凸模和凹模作用的工作零件

2、固定零件：将凸模、凹模固定于上、下模上，以及将上、下模固定在压力机上的零件

(1)上模板

用于支撑上模的所有零件的模架零件

(2)下模板

用于支撑下模的所有零件的模架零件

(3)凸模固定板用于安装/固定凸模的板

(4)凹模固定板

用于安装/固定凹模的板

(5)垫板加在凸模、凹模与模座间，承受和分散冲压负荷的板件

(6)模柄使模具的中心线与压力机的中心线重合并把上模固定在压力机滑块上的连接零件。

3、定位零件上料和冲压时能保证材料在模具中有正确位置的零件

(1)定位销

挡住条料的侧边、毛还和半成品的周边，保证有正确定位的销钉

(2)定位板挡住条料的侧边、毛还和半成品的周边，保证有正确定位的板状零件

(3)挡料销

限定条料或卷料送进距离的定位零件

(4)导正销

冲裁中，先进入预冲的孔中，导正板料位置，保证孔与外形的相对位置，消除送料误差的销钉。

(5)导料板对条料或卷料的侧边进行导向，以保证其正确的送进方向的板件

(6)限位块

在冲压过程中限制冲压行程和深度的块状零件。

4、压料、卸料与顶料零件，

压料、卸料与顶料零件包括冲裁模的卸料板、顶出器、废料切刀、拉深模中的压边圈等。卸料与顶料零件在冲压完毕后，将工件或废料从模具中排出，以使下次冲压工序顺利进行；。

1)卸料板

用于卸掉卡箍在凸模或凸凹模上的工件或废料的板件

2)推板

在打杆与连接推杆间传递力的板件

3)推杆用于推出工件或废料的杆件

4)打杆

穿过模柄孔，把压力机滑块上的打杆横梁的力传给推板的杆件

5)顶件块把工件或废料由凹模（装在下模）中顶出的块状件。

6)顶杆传力给顶件块的杆件

7)压边圈

在拉深模或成形模中，为了调节材料流动的阻力防止板料毛坯发生失稳起皱。

5、紧固零件

是指在装配模具时，为了保证零件间相互正确位置的位置，把相关联的零件固定或连接起来的零件，如：螺钉、销钉、键等。

6、导向零件

导向零件的作用是保证棋对下模相对运动精确导向，使凸模与凹模之间保持均匀的间隙，提高冲压件品质。

1)导柱与安装在另一模座上的导套（或孔）相配合，用以确定上、下模相对位置，保证运动导向精度的圆柱形零件。

2) 导套 与安装在另一模座上的导柱相配合，用以确定上、下模相对位置，保证运动导向精度的圆柱形零件。

3) 导板 在冲压过程中，与凸模滑动配合并对凸模运动进行导向的零件

7、附加零件：传动及改变工件运动方向的零件及机构，如滑块、凸轮等

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模块一：冲压模具设计基础

根据提供的冲压模具动画和三种模具的CAD装配图简述

冲压技术和工艺：

1、认识冲压模具及其应用

2、简述冲压的基本工序。

3、简述冲压工艺分祈和设计

4、常用如单冲模、复合模、连续模具的分类和应用。

2.7冲裁工艺

2.7.1冲裁件的工艺性

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的活进。

即冲裁件的结构、.形状、尺寸及公差等技术要求是否符合冲裁加工的工艺要求。工艺是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影的。

冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在正常模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。

1.冲裁件的结构工艺性

(1)冲裁件的形状应尽可能简单对称，避免形状复杂的曲线

(2)冲裁件内形及外形的转角处要避免尖角，而以圆弧过渡。冲裁件的圆角半径R一般应大于或等于板厚t的一半！

(3)冲裁件上凸出的悬臂和凹槽宽度不宜太小

(4)冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过小否则冲裁件的质量不能保证。

a:孔间材料变形b:复合模时，模壁过薄而容易破损

(5)在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与制件直壁间保持一定的距离。

(6)冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。

用无导向凸模和有导向的凸模所能冲制的最小孔径，分别为无导向凸模最小厌寸d

钢：d≥(1.0~1.5)t铜、铝：d≥(0.8~0.9)t   t一冲裁件材料厚度

有导问的凸模最小尺寸中

钢：d≥0.5t铜、铝：d≥(0.3~0.35)t    t一冲裁件材料厚度

2冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度

冲裁件的精度一股可分为精密级与经济级两类

(1)冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。

(2)冲压件未注公差尺寸极限偏差(GB/T15055-1994)

(3)冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。冲裁件断面的表面粗糙度一般为Ra=12.5-50微米，最高为Ra=6.3微米

冲栽件的材料

冲压所用的材料，不仅要满足使用要求还要满足冲压工艺要求和后续加工要求：

●对冲压成型性能的要求；

●对表面质量的要求；

●对材料厚度公差的要求。

3.冲裁件尺寸标注

冲裁件尺寸的基准应尽可能与其冲压时定位基准重合，并选择在冲裁过程中基本上下不变动的面或线上。

第三章：常规模式下PROE4.0冲压模具设计技术

在不利用pdx5.0软件的情况下如何设计一套完整的复合模具三维模型，此方法对初学冲压模具者较为有利！所谓常规模式就是根据客户给定的产品零件图直接设计模具（工厂冲压模具设计办法)，将整套模具所需要的模具零件完整设计出来，然后组装成一套三维模型，再在CAD或者在CAXA

模式下转换成二维总装配图，并完成标题栏 明细表

冷冲压机具设计步骤。

冷冲模设计的一般步骤：

1.搜集必要的资料

设计冷冲模时，需搜集的资料包括产品图、样品、设计任务书和参考图等，并相应了解如下问题：+

1)了解提供的产品视图是否完备，技术要求是否明确，有无特殊要求的地方。

2)了解制件的生产性质是试制还是批量或大量生产，以确定模具的结构性质。

3)了解制件的材料性质（软、硬还是半硬）、尺寸和供应方式（如条料、卷料还是废料利用等），以便确定冲裁的合理间隙及冲压的送料方法。

4)了解适用的压力机情况和有关技术规格，根据所选用的设备确定与之相适应的模具及有关参数，如模架大小、模柄尺寸、模具闭合高度和送料机构等。·

5)了解模具制造的技术力量、设备条件和加工技巧，为确定模具结构提供依据。

6)了解最大限度采用标准件的可能性，以缩短模具制造周期。

2.冲压工艺性分析

冲压工艺性是指零件冲压加工的难易程度。

在技术方面，主要分析该零件的形状特点、尺寸大小（最小孔边距、孔径、材料厚度、最大外形)、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求。如果发现冲压工艺性差，则需要对冲压件产品提出修改意见，经产品设计者同意后方可修改。

3.确定合理的冲压工艺方案

确定方法如下：

1)根据工件的形状、尺寸精度、表面质量要求进行工艺分析，确定基本工序的性质，即落料、冲孔、弯曲等基本工序。一般情况下可以由图样要求直接确定。“

2)根据工艺计算，确定工序数目，如拉深次数等。

3)根据各工序的变形特点、尺寸要求确定工序排列的顺序，例如，是先冲孔后弯曲还是先弯曲后冲孔等。

4)根据生产批量和条件，确定工序的组合，如复合冲压工序、连续冲压工序等。

5)最后从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度、模具寿命、工艺成本、操作方便和安全程度等方面进行综合分析、比较，在满足冲件质量要求的前提下，确定适合具体生产条件的最经济合理的冲压工艺方案，并填写冲压工艺过程卡片（内容包括工序名称、工序数目、工序草图（半成品形状和尺寸)、所用模具、所选设备、工序检验要求、板料规格和性能、毛坯形状和尺寸等)：；

4.确定模具结构形式

确定工序的性质、顺序及工序的组合后，即确定了冲压工艺方案也就决定了各工序模具的结构形式。冲模的种类很多，必须根据冲件的生产批量、尺寸、精度、形状复杂程度和生产条件等多方面因素选择，其选原则如下：

1)根据制件的生产批量确定采用简易模还是复合模结构：

一般来说简易模寿命低，成本低：而复合模寿命长，成本高。

2)根据制件的尺寸要求确定冲模类型。

若制件的尺寸精度及断面质量要求较高，应采用精密冲模结构：对于一般精度要求的制件，可采用普通冲模。复合模冲出的制件精度高于级进模，而级进模又高于单工序模。+

3)根据设备类型确定冲模结构。

拉深加工时有双动压力机的情况下，选用双动冲模结构比选用单动冲模结构好很多

4)根据制件的形状大小和复杂程度选择冲模结构形式。一殷情况下，大型制件，为便于制造模具并简化模具结构，采用单工序模：小型制件，而且形状复杂时，为便于生产，常用复合模或级进模。像半导体晶体管外壳这类产量很大而外形尺寸又很小的筒形件，应采用连续拉深的级进模。

5)根据模具制造力量和经济性选择模具类型。在没有能力制造高水平模具时，应尽量设计切实可行的比较简单的模具结构：而在有相当设备和技术力量的条件下，为了提高模具寿命和适应大量生产的需要，则应选择较为复杂的精密冲模结构。

总之，在选择冲模结构类型时，应从多方面考虑，经过全面分析和比较，尽可能使所选择的模具结构合理。有关各类模具的特点比较见表1-3。

5.进行必要的正艺计算

主要工艺计算包括以下几方面：“

1)还料展开计算：主要是对弯曲件和拉深件确定其坯料的形状和展开尺寸，以便在最经济的原则下进行排样，合理确定适用材料。

2)冲压力计算及冲压设备的初选：计算冲裁力、弯曲力、拉深力及有关的辅助力、卸料力、推料力、压边力等，必要时还需计算冲压功和功率，以便选用压力机。根据排样图和所选模具的结构形式，可以方便地计算出总冲压力，根据计算出的总冲压力，初选冲压设备的型号和规格，待模具总图设计好后，校核设备的装模尺寸（如闭合高度、工作台板尺寸、漏料孔尺寸等）是否符合要求，最终确定压力机型号和规格。

3)压力中心计算：计算压力中心，并在设计模具时保证模具压力中心与模柄中心线重合，目的是避免模具受偏心负荷作用而影响模具质量。

4)进行排样及材料利用率的计算.以便为材料消耗定额提供依据。

排样图的设计方法和步骤：一般是先从排样的角度考虑并计算材料的利用率，对于复杂的零件通常用厚纸剪成3一5个样件.排出各种可能的方案，选择最优方案.现在常用计算机排样

3.1.6冲裁件的排样

1、材料的利用率

冲裁件在板料、条料或带料上的布置方式，称为冲裁件的排样法，简称排样

2、排样原则

材料的合理利用

操作方便、安全，减轻工人的劳动强度

使模具结构简单，模具寿命较长

排样应保证冲裁件的质量，对于弯曲件在排样时还应考虑板科的纤维方向

在于节约原材料，尽可能降低成泰461631hw

利用率是衡量排样经济性的指标。I

一般以一个进距内的材料利用率？来表示，也可以用一张板料利用率”nΣ 来表示。

n=(nS/Bh)×100%,nΣ=(NS/BL)×100%

式中

S---冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）(mm2

n---个进距内的冲件数目；

B---条料宽度(mm);

h---进距；

N---一张板料上的冲件总数

L----板料长度(mm)

2、排样方法

常用的冲裁件排样方法分为三类

1 有废料排样

指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边如图8.12(a)所示。这种排样的缺点是材料利用率低

2少废料排样

指模具只沿工件部分外形轮廓冲裁，只有局部有搭边的存在，如图8.12(b)所示。

3

无废料排样

指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在。模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。

少、无废料排样的缺点

工件质量较差，模具寿命不高

优点

具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等

3.1.7搭边

排样时，工件之间及工件与条料侧边之间的余叫搭边

搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定刚度，以保证冲件质量和送料方便。

搭边太宽，浪费材料；

搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能造成“啃刀”现象或冲栽时会被拉断

材料的力学性能

硬材料可小些，软材料、脆性材料的搭边值要大些

2

工件的形状与尺寸

尺寸大或有尖突的复杂形状时，搭边值要取得大一些

3

材料厚度

厚材料的搭边值应取得大一些

④

送料方式及挡料方式

用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以小一些

搭边值一般由经验确定

表8.10列出的冲裁时最小搭边值可供设计参考

生产实践证明：

1.冲裁件断面都带有锥度。

光亮带是测量和使用部位，落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸；且落料件的大端(光面)尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端(光面)尺寸等于凸模尺寸。

2.凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。

入体原侧

所谓“入体原则”是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。

轴的基本尺寸为其最大实体尺寸，即其上偏差为0：

孔的基本尺寸为其最小实体尺寸，既其下偏差为0：

长度尺寸的公差带为对称分布。

但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。

工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。

对于轴，其尺寸越加工越小一这样对于轴，其尺寸上偏差取0（理解为留最大），下偏差为负----

对于孔，其尺寸越加工越大这样对于孔，其尺寸下偏差为0，上偏差为正一是为“入体”（即入材料体)，即尺寸越来越大。

广义的概念：孔类尺寸是一个广义概念，并不特指孔，它是指在零件上越加工越大的尺寸，比如在一零件上加工一个槽，这个槽的尺寸会随着金属的去除越加工越大，那么在装配尺寸链中这个尺寸的下偏差为0，也就是要让槽的实际尺寸大于等于基本尺寸这样才能“入体”

同理轴类尺寸是指在零件上越加工越小的尺寸I零件的外廓都属于轴类尺寸，其上偏差为0，也就是零件的实际外廓要比基本尺寸确定的外廓小点，这样才算“入体”

公差等级表

2.工艺方案及模具结构类型+

该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：

①先落料，再冲孔，采用单工序模生产。

②落料一冲孔复合冲压，采用复合模生产。

③冲孔一落料连续冲压，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，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。由于孔边距尺寸12 0 -0.11mm有公差要求，为了更好地保证此尺寸精度，最后确定用复合冲裁方式进行生产。

工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式。

级进模

级进模是一种工位多、I效率高的冲模。整个冲件的成形是在连续过程中逐步完成的。

1.用导正销定位的级进模

2.侧刃定距的级进模

双侧刃定距的冲孔落料级进模

侧刃定距的弹压导板级进模

优点：

级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。

缺点：

级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高。

适用：对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。大批量生产小型冲压件。

复合模

复合模是在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。

设计难点：如何在同一工作位置上合理地布置好几对凸、凹模结构上的主要特征：有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模

优点：生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。

缺点：结构复杂，制造精度要求高，成本高

适用：生产批量大、精度要求高的冲裁件

1.正装式复合模（又称顺装式复合模）

结构特点：三套除料、除件装置（冲孔废料、条料、工件）

优点：冲出的冲件平直度较高

缺点：结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作

适用：冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件可以冲制孔边距离较小的冲裁件。

2.倒装式复合模

结特点：两套除料、除件装置

优点：结构简单

缺点：不宜冲制孔边距离较小的冲裁件