切边冲孔模设计步骤学习.doc

切边冲孔模设计步骤
一：设计前的分析和计算
1． 分析本序续冲压内容
进行模具设计前，需要分析本工序的冲压内容
a) 确定本工序的冲压方向
b) 确定本工序的送料方向
c) 确定本工序的数模中心
d) 确定本工序的切边线，冲孔个数、孔径、孔位
e) 分析废料排出有无障碍，考虑废料排出方案。
f) 检查有无C/H孔
2． 分析上序冲压内容
上工序的冲压内容对本序的设计有影响，需要确定几点
a) 上序完成后的数模坯料大小，用来确定本序废料刀长度，保证切断。
b) 制件定位方式，形状定位、或切过的边定位、或孔定位，并确定定位板或定位销的位置。
c) 检查上序的制件放在本序模具上时，废料部分不能与本序模具的结构实体干涉。
3． 计算冲裁力和退料力，分析侧向力确定导向及防侧形式
a) 冲裁力
i. 无剪切角时的冲裁力P
P=Ltσb（N）
P：冲裁力（N）
L：冲裁轮廓长度（mm）
T：板厚（mm）
σb：抗拉强度（σb=350-500N/mm2）
ii. 切刃侧压力N （此项似道理不充分，且力较大）
约为冲裁力P的1/3，即N=P/3=Ltσb/
冲裁模块所受的侧向力一般有两种情况：
1. 由于冲裁间隙产生的侧向力，其数值大小与间隙值占料厚的百分比很接近，即冲裁间隙为料厚的5％时，侧向力大小约为冲裁力的5％。（可加图说明力的分析，力的平衡，防侧力结构等。）
2. 由于冲切线的起伏，使冲切法向与冲压方向出现夹角（α）产生的侧向力，该力的大小与法向冲裁力及夹角α的大小有关，P侧 ＝P冲×Sinα (加图说明力的分析，力的平衡，防侧力结构等）。

b) 退料力Ps
在常规设计中，退料力一般为冲裁力的3-5%。（规定2～5％,常取3％）
如双边间隙为板厚的10%以下时，退料力将增大。
t≤2mm，Ps=0.05P（形状简单）；退料力Ps=0.06P（形状复杂）；P为冲裁力。（退料力的大小与冲裁间隙、切边线长度及料厚等有关，与制件形状复杂程度无关。一般正常间隙情况下，料越厚，可取退料力比例越小。）
t=2～4.5mm，Ps=0.07P（形状简单）；退料力Ps=0.08P（形状复杂）；P为冲裁力。
t≥4.6mm，退料力Ps=（0.10-0.20）P；P为冲裁力。

c) 卸料力
卸料力因料厚、形状等的不同而各异，一般取冲裁力的2～6%。

4． 确定冲裁间隙
a) 间隙选取原则
落料尺寸取决于凹模尺寸（基准侧），间隙取在凸模上；冲孔尺寸取决于凸模尺寸（基准侧），间隙取在凹模上。
b) 标准间隙（单边间隙，单位mm）
料厚为0.6 — 1.0时，间隙为料厚的5%
料厚为1.2 — 1.5时，间隙为料厚的6%
料厚为2.0 — 2.5时，间隙为料厚的6.5%
一般我们可以查冲裁间隙表来获取间隙值。
二 模具运动行程的分析
2.1冲裁切入量的确定
在没有废料刀的情况下上模切入下模2-3mm即可
在有废料刀且料厚t≤1.2mm时，上模切入下模7mm, 废料刀切入2mm,如下图

当料厚t>1.2时，上模切入下模约(4+2.5t)mm，废料刀切入2mm。
2.2强制冲裁的行程分析
强制冲裁的定义：当立边的切边线方向与冲压方向　θ≤8°时，此时切断为强制冲裁。
强制冲裁刃口设计：
（1） 下模（凸模刃口）与制件形状完全一致。
（2） 上模（凹模刃口）立边刃口与垂直方向成8°夹角，最小法向切入量≥1mm。
（3） 强制冲裁工作行程加大，相应压料器行程也加大。
（4） 强制冲裁处的刃口镶块应注意防侧。
2.3压料行程的分析
根据计算的退料力，选择适当的弹簧和压缩行程，保证在开始切边时弹簧的压缩力大于退料力。
2.4估算模具的大小和闭合高度
（1） 根据制件大小，冲切线的大小和位置，保证冲裁力中心与模具中心重合，估算出模具的长度和宽度。
（2） 根据溜料角度和模具宽度估算出下模座的高度。
（3） 根据压料行程确定压料块的高度。
（4） 根据压料块高度及所选弹簧的型号，确定上模高度。
估算出模具的闭合高度，和压床参数进行比较，看所选压床是否合适如不合适应更换压床以免影响模具设计。

三 下模设计
第一节 凸模及废料刀的设计
大件修边模的冲切刃口必须根据修边线的形状、修边线的高度差、修边线的角度等因素来选择最好的形式。以提高修边的质量，减少毛刺的产生，提高刃口的使用寿命。
1.1 堆焊刃口（本公司不使用，暂不介绍）
1.2 镶块式刃口
镶块分铸造镶块和锻造镶块两种，铸造镶块用于型面起伏较大或只做周圈刃口的情况，锻造镶块用于型面比较平缓的情况。

如左图所示镶块型面变化很大，若采用锻造镶块不仅浪费材料而且增加了加工量，所以应该采用铸造镶块。
如左图所示切周边的镶块
中间可以空开，周圈做20-30宽的沿形面即可。

如左图所示镶块型面变化不大，一般采用锻造镶块。

废料刀的结构形式如下：

分块原则：
在结构满足机加工，热处理可行的情况下，凸模分块尽量少。
镶块的刃口处，避免出现锐角或钝角，以增加模具的寿命。
1.3 冲孔凹模的选择及设计
冲孔凹模应尽量选择标准凹模套，但是当孔与修边线太近或者孔距较小的情况下，应采用镶块凹模的形式。

第二节 切边冲孔模的定位

切边冲孔模一般可以靠制件的内形和废料刀定位，在制件有孔的情况下应尽量采用孔定位加形定位的形式，这样可以提高制件切边的精度。
采用孔定位时应尽量取与冲压方向一致的孔，这样有利于取件方便。
无论采用哪种定位形式，应注意制件的防反。

第三节 取料的设计

3.1 可以在没有切边的位置开空手槽人工取件。
3.2 对于切周边的制件无法开空手槽，可以选取制件比较平的地方加气缸托料，当有特殊要求时采取滚轮托料。

第四节 废料的排出及收集
4.1 切边废料一般采取斜溜的方式
溜料的角度控制在20度到30度之间，如果条件允许时，斜溜角度应尽量取大

4.2 冲孔废料一般用废料盒进行收集，当冲孔较大时也应采取斜溜方式。
铸件上的废料孔按下图加工：

冲大孔时的废料斜溜可按下图设计

倾斜面冲孔时，低处废料先接触滑板，高处铸件要空开，以防堵塞。

图示阴影部分的铸件应该空开。
4.3 当切边废料不易排出时，可以在上模增加弹性顶料销，或其实排料措施，如气缸，扒钩等。
第五节 下模座的设计
下模座的高度主要根据废料排出的需要确定 。同时模座要有足够的强度，要满足铸造的工艺性。

5.1 外导向设计 当制件的切边没有侧向力时可以采用四导柱导向，当有侧向力时则应该采取复合导向。外导向间隙为0.03mm-0.05mm。
5.2 压板槽的数量及位置选择
压板槽的数量应遵循通用设计规范
选择压板槽的位置时应充分考虑废料的排出
5.3 废料滑道及废料盒的设计
在设计废料斜溜时一定要注意厂家的要求，看是要溜出模具还是要求溜出机床台面。
模具内的溜料设计参考下图：

模具敞开部分的溜料可以适当减小角度，20度至25度即可，注意在设计溜料时一定要考虑压板槽的位置，如避不开就要增加高度保证废料溜出的角度。

5.4 模具工作及存放限制器的设计
模具工作及存放限制器一般布置于模座的四角以增加模具的稳定性。
选择存放器的直径，随模具外形的增加，而增大。

四：上模设计
1． 镶块的设计
（1） 材料的选择及热处理
切边镶块材料的选择一般根据料厚、产量、形状等综合考虑来决定。
一般来说，

T ≤ 1.4
1.5≤T≤2
2 ＜ T
凸 模
ICD-5
(形状复杂时)
CH-1
(形状规则时)

Cr12MoV
Cr12MoV
凹 模

当材料为ICD-5或者CH-1时，热处理为HRC56-60；
当材料为Cr12MoV时，热处理为HRC58-62。

（2） 镶块结构形式
根据材料的不同，镶块结构形式主要分为锻造镶块和铸造镶块两类。锻造和铸造镶块的结构形式区别如下，
a) 锻造镶块的结构形式，用于型面起伏较大模块。
b) 铸造镶块的结构形式，用于型面较平缓模块。

（3） 分块原则(有无侧向力及措施，螺销钉布置)
a) 注意分块的大小，长度一般≤300mm
b) 拼接的位置要选择直线上
c) 在曲线的法向分块，尽量靠近90度

d) 凹模的分界线与凸模分界线应错开5mm以上

e) 镶块之间的接触面尺寸
f) 分块尽量保证方便间隙的调节
g) 台阶镶块的分块
刃口镶块相邻安装台阶平面原则上高度差≥25

h) 镶块的安装螺钉销钉的选用
当料厚T≤1.6时，螺钉一般选用M12，销钉Φ12；
当料厚T＞1.6时，螺钉一般选用M16，销钉Φ16。
i) 单个镶块重量在20Kg以上时，应设置起吊螺纹孔（M8、M10、M12）

（4） 冲孔凸模的选择：标准凸模的选择、非标凸模的设计（安装台大小，高度，空刀）
a) 标准冲头的选用
当孔有公差要求时： 凸模的名义尺寸=产品孔名义尺寸+75%公差值
当孔没有公差要求时：凸模的名义尺寸=-产品孔名义尺寸+0.1
计算好冲孔的名义尺寸大小后就可以选择标准冲头，
当孔径＜6mm或者孔最小短边＜6mm时，在结构允许的情况下尽量采用快换冲头。
在大模的设计中，冲孔凸模使用定心冲头；小模设计和斜楔设计中不时用定心冲头。
b) 异形孔或者超出标准冲头选择范围的孔需要自行设计凸模
2． 压料块的设计
（1） 压料块外形设计：轮廓、形面（小于等于下模）、与冲孔凸模的避让、铸件减重（先掏空后补筋）、起吊翻转
周圈修边的模具，其压料块外轮廓大小根据修边线轮廓来确定。在这种情况下如果是窄长件，要充分考虑弹簧、拉杆螺钉位置能否布置开，导板能不能安装。对称件，导向应采取防反措施。
如下图所示，压料块用导柱导向。

`
压料块的高度根据行程的大小，导板的选择来确定。其中导板高度一般比行程大60左右，压料块的高度为切边处导向高度50左右加上导板高度再加上40左右。当然，压料块的高度还要根据整个压料块轮廓大小来综合考虑。压料面高低起伏比较大时，要保证压料块最小高度处的强度。
压料块的压料面小于等于下模加工形面。切边时，压料面沿切边线周圈压料40左右，不工作的地方避让，以减小加工量。
压料块与上模座冲头固定板安装座周圈空开10mm,高度方向与安装后的固定板下表面空开10-15mm。空开后保证冲孔处压料厚度15mm左右，如果太薄就要加高冲头以保证压料厚度。当孔径＜6mm，或冲孔位置较集中时，局部可单镶小压料块。
如下图，

在确定完压料块的轮廓和高度后就可以掏压料块的减重芯。通常的做法是保证压料块压料面沿形厚60，周圈壁厚40，其余中间部分先全部挖空，然后再补筋。特别在冲孔很多的模具中经常使用这种方法。补筋的时候就很清楚哪儿需要躲避冲头安装座，找合适的位置做出筋的走向。如下图，

如果是窄长件或者是压料块比较小的模具就没有比较先全部挖空再补筋，也许窄长件本身宽度就不允许周圈壁厚40后还能掏芯。这种情况下就在冲头安装座的地方掏躲避孔，保证压料块与冲头、固定板、安装座铸件之间符合结构要求即可。如下图所示压料块，

当只有局部修边的情况下，压料块可以向外长大，应优先布置足够的弹簧和拉杆螺钉，最后再确定压料块的具体轮廓。如上图同样可以反映出这种情况，上图所示模具只切前后两边，左右不修边，那么压料块就可以向两端加长，以留出足够空间布置导板和弹簧。
（2） 压料块的导向选择：导板、导柱、复合导向、锥形定位
一般情况下压料块优先选择导板导向，同侧导板距离尽量加大。导板的高度应该在压料块走完行程以后仍能含合60mm左右，即导板高度为压料块行程加上60mm。压料块导板安装面的墙厚最少保证40mm。
当冲孔所在形面有角度或者冲孔过小的情况下，需要在压料块上保护冲头的措施，安装冲头导套。在这种情况下，需要提高导向精度，压料块就应该使用导柱导向。下图表示了压料块导柱导向的安装方法，一般导柱安装在压料块上，下端改制加螺纹孔，用螺钉紧固。导套安装在上模座上，保证周圈有足够的壁厚。

复合导向一般用在符合上述条件的模具，而且压料块又比较大的情况下使用。如下图的压料块使用了冲头保护套和复合导向。

下面介绍一下冲头导套的结构，在冲孔所在面有角度（一般大于7度），或者冲孔过小导致冲头很细（一般孔径小于Φ6）的情况下使用冲头保护套。保护套如下图，其尺寸根据不同情况选择使用。

当压料块产生侧力或冲小孔的状态下，压料块需增强平衡稳定作用，保证压料器形面与下模形面吻合，避免压料器在制件上移动产生压痕；以及减少导板和导柱的磨损，这样就要用导锥形导正块。一般都用在大型外覆盖件模具的压料块上，压料块在制件上偏心压料时，或者大型切边冲孔模中为了保护冲头斜楔装置。
（3） 压块块的限位选择：侧销、卸料螺钉、限位板
在结构允许的情况下尽量选择侧销限位方式，一个压料块上一般使用4个工作侧销和2个安全侧销。在结构尺寸限制无法使用侧销结构的情况下选择套筒退料螺栓部件，小模可以选择普通退料螺钉。
（4） 弹性压料的选择：弹簧、聚氨酯弹簧、氮缸
弹簧的布置尽量均匀，在周圈及冲大型孔的周围都应布置。
（5） 快换冲头窗口的设计
当冲孔直径小于6 mm时，需要采用快换冲头结构。压料块过孔处需要镶块处理，以方便拆卸更换冲头。其结构如下图

3． 上模座的设计
（1） 弹簧的安装形式
弹簧的最基本安装方式主要有两种，分别是窝孔安装方式和弹簧定位销安装方式。
弹簧窝孔安装方式，如下图。

弹簧定位销安装方式，如下图。

（2） 镶块安装面设计：
镶块的安装面主要有以下两种形式，平面安装和阶梯安装台 。
平面安装一般用在刃口高度起伏不大的情况下，保证切边镶块的厚度均匀，这种情况下安装面可以做成一个平面。

当切边刃口高度方向落差很大，镶块的安装面就要根据刃口高度不同而设计成阶梯形状，以节省材料。如下图为阶梯安装模座。
（3） 侧销安装位置的确定：
侧销的安装位置，在三维方向上，应满足现有设备的加工能力。

切边模设计小结：模具设计的步骤不是固定的，往往需要同时考虑多种因素，比方在确定模具长度时要根据冲压设备选取压板槽，有时需要在一定范围内调整长度，而在选则压板槽时要考虑废料的排出，如果无法避开的话就应该调整溜料的高度从而影响到模具的闭合高度。