扳手精冲模具设计

本科毕业设计（论文）

题 目 扳手精冲模具设计 系（院） 机械工程系 年 级 业 机械工程及自动化 班 级学 号 学生姓名 田海兵 指导教师 职 称 副教授 论文提交日期 2009-5-31

扳手精冲模具设计

摘 要

本文首先介绍精冲技术的发展及前景，并介绍了精冲连续模技术的基本原理以及与普通连续模的区别。根据零件的形状及结构特点，先用CAD 绘制1：1的零件图，确定排样图，计算冲裁力，压边力，反压力和总压力，确定标准模架，计算凹凸模的基本尺寸，以及传力杆、退料杆的尺寸及数目，确定模具的装夹方式并选择精冲机，用CAD 绘制出模具装配图，凹凸模图，垫板图等。

关键词：精冲技术 连续模 计算

Makita wrench fine and progressive die design

Abstract

This paper firstly introduces the development of fine blanking

technology and prospects, and introduces a fine blanking die for the basic principles of technology, as well as the difference between the ordinary modulus of continuity. According to the shape of parts and structural features, the firstly CAD drawing 1:1 with the parts diagram, determine the layout diagram, calculation of blanking force ,blank holder force, anti-pressure and total pressure to determine the standard mold base for calculating the basic size of embossing die, as well as the transmission pole , feed back the size and number of strokes to determine the way of mold clamping and select fine blanking machine, drawn by CAD assembly drawing die , embossing die map and map of plate and so on.

Key words: Fine blanking technology Calculation mode Calculated

目 录

1 绪论 . ....................................................................................................................................... 1

1.1连续模介绍 . ...................................................................................................................... 1

1.2精密冲裁的简介 . .............................................................................................................. 1

1.3精冲技术的起源与发展优势 . .......................................................................................... 1

1.4从我国汽车工业看精冲技术与国外差距及缩小差距方法 . .......................................... 1

1.5对我国精冲技术展望 . ...................................................................................................... 3 2 精密冲裁概述 . .................................................................................................................... 5

2.1精冲分类 . .......................................................................................................................... 5

2.2精密冲裁的工作原理及过程 . .......................................................................................... 5

2.3精密冲裁与普通冲裁的区别 . .......................................................................................... 6 3 精冲模具总体设计过程 .................................................................................................. 8

3.1工艺方案及内容与步骤 . .................................................................................................. 8

3.1.1分析精冲零件的工艺性 . .............................................................................................. 8

3.1.2确定最佳精冲方案 . ...................................................................................................... 8

3.1.3确定精冲模具的结构形式 . .......................................................................................... 8

3.1．4选择合适的精冲机 . ................................................................................................... 8

3.2精冲件的工艺分析 . .......................................................................................................... 9

3.3排样的设计过程 . .............................................................................................................. 9

3.3.1排样原则 . .................................................................................................................... 10

3.3.2载体选择与搭边计算 . ................................................................................................ 11

3.3.3排样设计后的检查 . .................................................................................................... 12

3.4精冲三向力的计算 . ........................................................................................................ 12

3.5压印力及压花计算 . ........................................................................................................ 15

3.6 传力杆数 . ....................................................................................................................... 16

3.7顶杆数 . ............................................................................................................................ 17

3.8精冲间隙 . ........................................................................................................................ 17

3.9凹凸模刃口尺寸的计算原则和方法 . ............................................................................ 17

3.9.1冲裁的原则 . ................................................................................................................ 17

3.9.2凹凸模尺寸计算 . ........................................................................................................ 18

3.9.3凹凸模刃口圆角的确定 . ............................................................................................ 21

3.10压力中心的意义及计算 . .............................................................................................. 22

3.10.1压力中心的意义 . ...................................................................................................... 22

3.10.2压力中心的计算 . ...................................................................................................... 22

3.10.3有效直径确定 . .......................................................................................................... 23

3.10.4模架的选择 . .............................................................................................................. 23

3.11精冲主要零件齿圈选择 . .............................................................................................. 24

3.12 闭锁销与顶出装置的选择 . ......................................................................................... 26

3.12.1 闭锁销的作用 . ......................................................................................................... 26

3.12.2 顶出装置的作用 . ..................................................................................................... 26

3.13 导料装置、吹除装置、冷却装置以及润滑系统作用 . ............................................. 26

3.13.1导料装置的作用 . ...................................................................................................... 26

3.13.2 吹除装置的作用 . ..................................................................................................... 26

3.13.3 冷却装置的作用 . ..................................................................................................... 26

3.13.4 润滑系统的作用 . ..................................................................................................... 27

3.14 精冲机的选择 . ............................................................................................................. 27 结语 .......................................................................................................................................... 28 参考文献 . ................................................................................................................................ 29 致谢 .......................................................................................................................................... 30

1 绪论

1.1连续模介绍

连续模又称跳步模、级进模和多工位级进模，在模具上沿被冲原材料的直线送进方向，具有两个或两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上完成两个或两个以上冲压工序的冲模。常见的冲压工序有冲孔（圆孔和异形孔、窄缝、窄槽等）、压弯（一次压弯和多次压弯）、拉深、再拉深、整形、成形、落料等。由于冲件各不相同，所完成的冲压工序性质和工位数也各不相同。

1.2精密冲裁的简介

精冲属于无削加工技术，是在普通冲压技术上发张起来的一种精密冲裁方法，能在一次冲压行程中获得比普通冲裁零件尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性好的优质精冲零件，并以较低的成本达到产品质量的改善。

1.3精冲技术的起源与发展优势

精冲工艺起源于对冲压零件冲裁面光洁度的精度要求，最早应用于仪器仪表行业的薄料平面零件的落料与冲孔加工，如今越来越多地与其他冷成形加工工艺相结合，广泛应用于各工业领域，特别是汽车工业所需的厚板、冷轧卷料加工成形的多功能复杂零部件。

精冲技术，是在普通技术的基础上发展起来的生产技术，是现代机械制造业中理想的高精、高效工艺技术，广泛应用于机械、汽车、摩托车、计算机、家用电器、仪器仪表、军工等领域，在现代精密机械制造行业，具有广泛的前景。采用精冲加工的零件质量与普通冲压工件相比，具有明显的优势，具有冲裁面光洁、尺寸精度高、平面度高等优点。经过去毛刺处理后可直接进行装配，无需普通冲压后所需的切、削、磨、矫平等其他加工工序，节省了大量辅助设备的投资以及人力、物力、运营成本等，不仅提高了生产效率，更重要的是避免了各工序的精度损失，保证了批量生产零件的重复精度和生产可靠性。

1.4从我国汽车工业看精冲技术与国外差距及缩小差距方法

我们与发达国家相比，还存在着不小的差距。主要表现在下面几个方面：

（1）精冲市场有待进一步扩大和发展。目前一方面还有不少汽车车型的精冲件，由于种种原因而未能实现国产化，使汽车厂仍然从国外进口精冲件或其总成（部件）来装车（如本田、马自达等），使用权配件生供应商从国外进口精冲件或其总成（部件）来满足

维修的需求；另一方面还有一些零件，本来应该采用精冲技术的先进结构和先进工艺，但由于设计人员或工艺人员对精冲技术不了解或不太了解，因而未采用精冲件的设计或精冲工艺来加工，而沿用旧的落后的结构和加工工艺。

（2）精冲材料方面。我们在采购精冲件的原材料时，常常遇到原材料采购的难题：不是国产材料的品种（化学成份、力学性能）和规格（尤其是厚度公差）达不到要求，就是采购量达不到钢厂要求的“最小批量”因而不得不以高价和长周期从国外进口原材料。这也是制约我们发展精冲市场的一个重要环节。

（3）精冲模具方面。目前国内模具主要差距是寿命低。影响模具寿命的因素很多当前比较突出的问题是模具材料和热处理质量问题。目前由于进口模具钢的价格太贵，在产量不很大的情况下，多数仍采用国产模具钢。但目前国产模具钢市场比较乱，模具钢的锻造厂和热处理厂多数都是个体经营的小厂工艺控制和质量管理不严格，因此模具材质不稳定、锻造质量不稳定、热处理质量不稳定必然导致模具寿命不稳定。这是精冲生产中比较伤脑筋的一个环节。

（4）精冲企业的经营和管理方面。精冲件生产企业在经营管理．上必须解决好两个问题一是在质量管理上要通过主机（汽车）厂对供应商的评审。通常汽车行业要求供应商通过ISO/TS16949：2002（质量管理体系汽车生产件及相关服务件组织应用IS09001-2000的特别要求）的认证否则很难进入配套网。二是在经营管理上，面临着汽车零件不断降价、而原材料及加工成本在不断涨价，即高成本和低利润的挑战。目前国内好多精冲件生产的中、小型企业，都还面临着这两项严峻的挑战。

上述几个方面的差距也就是目前制约我们汽车工业精冲生产发展的几个主要方面。 精冲是冲压领域中的高技术，在各类机电与家电产品制造企业中，如其产品达到适度经济生产规模进行大批量生产时，合理应用精冲技术，可以获得很好的技术经济、职业安全效益。推广应用精冲技术，需要很好地解决面临的以下问题：

（1）更新观念，以人为本，用精冲更多地取代切削加工 。

（2）开展协作，互惠互利 。

克服计划经济时期遗留的“大而全，小而全”，万事不求人的传统观念，开展大协作，把需要精冲而自己又无能力精冲加工的零件外委协作。独自开展精冲加工，需要有相关技术配套齐全、巨大的资金投入以购买昂贵的精冲设备；需要一批不同专业的技术人员支撑，周期长、投入大，外委协作不失为上策。但对于已达到经济生产规模、精冲件需要品种多、数量大的产品制造厂，如汽车、摩托车、缝纫机、照相机、开关电器、仪表、家电五金„„

等，建立自己的精冲生产车间（点）只要设备负荷率足够，效益会很好的。

（3）配套技术要跟上，关联工艺要完善。

（4）精冲模的设计、制造与修理走专业化道路 。

与普通全钢冲模相比，精冲模制造技术要求更高、难度更大，所需制模的高、精、尖设备品种多，制造工艺也复杂。由一定基础的冲模制造专业厂制造精冲模更经济一些，提倡并推荐走专业化生产道路。

（5）专业技术人材的培养 。

精冲技术是冲压领域中的高技术和发展方向。国家与相关企事业单位及有关联的技术门类和科研机构，应注重培养专业人材及对有关专业人员有意进行精冲专门知识与技能的培养。

（6）编制精冲技术用各种国标GB ，填补空白。

（7）充实科研队伍，加大科研力度 。

1.5对我国精冲技术展望

（1）精冲技术得到进一步普及。通过书刊、教学、展览和会议等各种形式，进一步宣传精冲技术让与精冲技术有关的设计、工艺、模具、设备、材料等人员都了解精冲技术，精冲事．业就会更快发展。

（2）精冲市场进一步扩大。不仅国产汽车的精冲件基本实现国产化，部分精冲零（部）件进入国际市场还有其他工业（精密机械、办公用品、日用品等）也大量采用精冲零件。

（3）国产的精冲机（装置）被更广泛地采用。由于国产的精冲机（装置）价格便宜，各精冲件生产厂在选择设备时，会根据具体的产品、产量情况选择经济实用的、性价比高的设备。

（4）原材料基本实现国产化。随着精冲市场的不断扩大，各钢厂和钢材供应商的生产及经营的改善各种精冲材料的采购，将基本上都能在国内解决。

（5）生产精冲件的队伍将更壮大。一方面由于精冲市场的扩大和精冲技术的普及，将有更多的厂家采用精冲技术；另一方面由于精冲技术是一项高新技术，它给社会创造的价值高、而生产成本又比普通冲压高，国家有可能给予一定的政策扶持以促进精冲生产更健康地成长和发展。

（6）模具钢材市场良好。模具钢的品种多、质量可靠电渣重熔精炼钢普及，规格齐全，供应商管理产格、规范。

（7）将涌现一批质量信得过的锻造厂和热处理厂。模具钢的锻造和热处理质量，主要靠先进的工艺和严格的管理来保证。精冲件厂和模具厂将与质量信得过的锻造厂和热处理厂建立长期、稳定的协作关系。

（8）同行业之间有计划的交流和协作，促进行业不断发展和提高。“协会”将组织同行业之间的交流和协作，制订行业标准，组织基础理论研究和应用课题研究等，促进我国精冲业不断发展和提高。

当前的主要问题是精冲市场规模小、太分散、产量低、效率差、人才短缺、配套不全，与外国的差距大等等，但这些问题将会在发展中逐步解决。目前，精冲市场正在扩大，精冲专业厂正在组建，精冲队伍正在形成，精冲零件的品种正在增多，精冲机正在研发和投入使用。毫无疑问，中国精冲技术的发展，必须结合中国的特点和各企业自身的条件，走自我发展之路。

随着经济的快速发展，中国精冲技术正迎来新的机遇和挑战。

2 精密冲裁概述

2.1精冲分类

按照工艺方式，大致可分为如下： 外圆整修

内孔整修

叠料整修

振动整修

圆角凹模冲裁

负间隙冲裁

包覆冲裁

挤压冲裁

精冲

强力压板精冲齿圈 锯齿

锥形

凸台

对向凹模精冲

同步剪挤精冲

往复精冲

杆料精切侧楔普通冲裁

2.2精密冲裁的工作原理及过程

精密冲裁工作原理：精冲是塑性-剪切过程。

精冲是在专用（三动）压力机上，借助于特殊结构的精冲模，并伴之适宜的精冲材料和润滑剂而进行的。在冲裁过程中，凸模接触材料之前，通过压边力Pr 使V 形齿圈将材料压紧在凹模上，从而在V 形齿圈的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和金属的横向流动。在冲裁凸模压入材料同时，利用顶件板的反压力Pg ，将材料压紧，并在压紧状态中，在冲裁力Ps 作用下进行冲裁。剪切区内的金属处于三向压应力状态，从而提高了材料塑性。此时，材料就沿着凹模的刃边形状，呈纯剪切的形式冲裁零件。

精冲的过程如图1-1： 精冲工艺的全过程为：a 、起始位置；b 、模具闭合V 形环压边

圈和反压板压紧材料；c 、材料在完全压紧的条件下开始冲裁；d 、冲裁结束，工件和废料分别进入凹模及凸凹模；e 、模具开启，压力释放；f 、卸料、顶件；g 、顶出工件，开始送料；h 、吹出工件及废料；i 、结束送料，完成一个循环，准备下一次冲裁。

图1-1精冲的过程

1-凹模 2-反压板 3-冲孔凸模 4-冲压材料

5-V 形换压边圈 6-凸凹模 7-顶杆

2.3精密冲裁与普通冲裁的区别

普冲与精冲区别，在于模具结构不同（见图2-1），工艺区别（见表2-2）。

图2-1普冲与精冲模具结构

表2-1普冲与精冲工艺区别

3 精冲模具总体设计过程

3.1工艺方案及内容与步骤

3.1.1分析精冲零件的工艺性

精冲零件的工艺性是指精冲零件在加工时的难易程度。它包含了技术和经济两方面的含义。在制定精冲工艺方案，编制精冲工艺过程时，首先应从产品零件图入手。而它的主要目的在于了解。

（1） 精冲零件的形状和尺寸。 （2） 精冲零件按的精度。 （3） 精冲零件冲裁面质量。 （4） 精冲零件材料。 （5） 精冲零件生产批量。 3.1.2确定最佳精冲方案

在分析精冲零件工艺性后，根据产品图纸要求要进行必要的工艺计算，并在分析精冲性质、精冲次数、精冲顺序和工序组合方式等基础上，提出各种可能的精冲工艺方案。 （1）精冲性质。根据图纸生产批量，选择冲裁、压弯、拉深、翻遍、压印、冷挤等不同性质、特点和用途的工序。

（2）精冲次数。指在同一性质的工序重复进行的次数。如精冲成形件时，应根据其形状和尺寸，材料变形程度来决定。

（3）精冲顺序。主要根据工序的变形特点和质量要求来安排。

（4）精冲工序组合。主要根据生产批量、尺寸大小和精度等因素来确定工序的分散或组合。

3.1.3确定精冲模具的结构形式

根据精冲工艺方案，选择精冲模类型，确定精冲模结构形式。绘出装配图及一些重要零件图。

3.1．4选择合适的精冲机

根据精冲工序性质、精冲力（包括冲裁力、压边力、反压力等）、模具的结构形式、轮廓尺寸及生产批量等因素，合理选择精冲机类型及吨位。

3.2

精冲件的工艺分析

图3-1零件基本形状

如图3-1，该零件名称 ：牧田扳手； 生产批量 ：大批量； 材料 ：20钢； 厚度 ：3.7mm 。 分析如下：

该零件结构简单，材料为20钢具有较好的精冲性能，所以该零件适合精冲。

3.3排样的设计过程

排样设计是多工位级进模设计的关键之一。排样图的优化与否，不仅关系到材料的利用率，工件的精度，模具制造的难易程度和使用寿命等，而且关系到模具各工位的协调与稳定。

冲压件在带料上的排样必须保证完成各冲压工序，准确送进，实现级进冲压；同时还应便于模具的加工、装配和维修。冲压件的形状是千变万化的，要设计出合理的排样图，必须从大量的参考资料中学习研究，并积累实践经验，才能顺利地完成设计任务。 排样设计是在零件冲压工艺分析的基础之上进行的。确定排样图时，首先要根据冲压件图纸计算出展开尺寸，然后进行各种方式的排样。在确定排样方式时，还必须对工件的冲压方向、变形次数、变形工艺类型、相应的变形程度及模具结构的可能性、模具加工工

艺性、企业实际加工能力等进行综合分析判断。同时全面考虑工件精度和能否顺利进行级进冲压生产后，从几种排样方式中选择一种最佳方案。完整的排样图应给出工位的布置、载体结构形式和相关尺寸等。

当带料排样图设计完成后，模具的工位数及各工位的内容；被冲制工件各工序的安排及先后顺序，工件的排列方式；模具的送料步距、条料的宽度和材料的利用率；导料方式，弹顶器的设置和导正销的安排；模具的基本结构等就基本确定。所以排样设计是多工位级进模设计的重要内容，是模具结构设计的依据之一，是决定多工位级进模设计优劣的主要因素之一。 3.3.1排样原则

多工位级进模的排样，除了遵守普通冲模的排样原则外，还应考虑如下几点： （1）先制作冲压件展开毛坯样板（3~5个），在图面上反复试排，待初步方案确定后，在排样图的开始端安排冲孔、切口、切废料等分离工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排工件和载体分离。在安排工位时，要尽量避免冲小半孔，以防凸模受力不均而折断。

（2）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的工位设置导正销，也可在以后的工位中每隔2~3个工位设置导正销。第三工位可根据冲压条料的定位精度，设置送料步距的误差检测装置。

（3）冲压件上孔的数量较多，且孔的位置太近时，可分布在不同工位上冲出孔，但孔不能因后续成形工序的影响而变形。对有相对位置精度要求的多孔，应考虑同步冲出。因模具强度的限制不能同步冲出时， 应有措施保证它们的相对位置精度。复杂的型孔可分解为若干简单形孔分步冲出。

（4）成形方向的选择（向上或向下）要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。若成形方向与冲压方向不同，可采用斜滑块、杠杆和摆块等机构来转换成形方向。 （5）为提高凹模镶块，卸料板和固定板的强度，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，空工位的数量根据模具结构的要求而定。

（6）对弯曲和拉深成形件，每一工位的变形程度不宜过大，变形程度较大的冲压件可分几次成形。这样既有利于质量的保证，又有利于模具的调试修整。对精度要求较高的成形件，应设置整形工位。为避免U 形弯曲件变形区材料的拉伸，应考虑先弯曲45度，再弯成90°。

（7）在级进拉深排样中，可应用拉深前切口，切槽等技术，以便材料的流动。 （8）当局部有压筋时，一般应安排在冲孔前，防止由于压筋造成孔的变形。突包时，若突包的中央有孔，为有利于材料的流动，可先冲一小孔，压突后再冲到要求的孔径。 （9）当级进成形工位数不是很多，工件的精度要求较高时，可采用“复位”技术，即在成形工位前，先将工件毛坯沿其规定的轮廓进行冲切，但不与带料分离，当凸模切入材料的20%~35%后，模具中的复位机构将作用反向力使被切工件压回条料内，再送到后续加工工形进行成型。

由于本次设计中，精冲技术对我们全新的课程，一次排样成功是不可能的，经过自己的多次尝试，以及老师的指点，我第一步冲出导正小，孔一，孔二级两小圆孔，主要考虑到这几个孔都不需要精冲，而且可以尽量保证冲裁时平衡；第二步是冲孔三及压印；第三步是压花; 第四步是落料，如图3-2。

3-2零件排样图

3.3.2载体选择与搭边计算

载体选择：载体可分为边料载体、单边载体、双边载体、中间载体等。根据载体的使用范围，我的零件适合边料载体。

搭边计算：精冲零件的材料消耗，取决于：搭边、边距和步距。

由于精冲时压边圈上带有V 形环，故搭边、边距和步距数值都较普通冲裁大。影响它们的因素，主要有：零件冲裁面质量；料厚及强度；零件形状；齿圈分布。

搭边和边距数值一般为：

搭边e:e大于或等于2S ；边距a:a等于1.5S 。

由于该零件厚度为3.7mm ，所以e 需大于或等于7.4mm, 本来我选则8mm 的搭边，但经过后面设计发现10mm 是适合的搭边值，所以我设计的工件搭边a=10mm；边距的厚度我选择5.5mm 。

由此得出我的板料宽为160mm ，步距为47mm, 步距精度为5级。 3.3.3排样设计后的检查

排样设计后必须认真检查，以改进设计，纠正错误。不同工件的排样其检查重点和内容也不相同，一般的检查项目可归纳为以下几点： 1．材料利用率 检查是否为最佳利用率方案。

2．模具结构的适应性 级进模结构多为整体式，分段式或子模组拼式等，模具结构型式确定后应检查排样是否适应其要求。

3．有无不必要的空位 在满足凹模强度和装配位置要求的条件下，应尽量减少空工位。 4．工件尺寸精度能否保证。由于条料送料精度，定位精度和模具精度都会影响到制件关联尺寸的偏差，对于工件精度高的关联尺寸，应在同一工位上成形，否则应考虑保证工件精度的其它措施。如对工件平整度和垂直度有要求时，除在模具结构上要注意外，还应增加必要的工序（如整形，校平等）来保证。

3.4精冲三向力的计算

由于精冲是在三向受力状态下进行冲裁的，所以设计模具时必须对各个压力分别进行计算，然后求出精冲时所需的总压力，从而选用合适的精冲机。

对于冲裁力，影响其主要因素有，材料尺寸，材料的机械性能，材料厚度等，在下面的计算中计算公式主要依据VDI-3345：

F s =L . S . δb . f 1 （3-1）

式中 L----剪切线周长,mm; S----材料厚度,mm;

δb ----抗拉强度，N/m㎡;

f 1----系数，其值为0.6~0.9.常取0.9。

对于压应力，在冲裁过程中主要作用是：固定材料；对板料沿剪切力周围施加静压力，以利塑性变形；并在冲裁完成后起退料的作用，在下面的计算中计算公式主要依据VDI-3345：

F R =L . h . δb . f 2 （3-2）

式中 L----剪切线周长,mm ； h----齿圈高度，mm;

δb ----抗拉强度，N/m㎡; f 2----系数，常取4。

对于反压力，其对精冲零件的弯曲，冲裁面锥度，塌角大小，尺寸精度等都有影响。但过大的反压力，是凸模过载，影响其寿命，在下面的计算中计算公式主要依据Schmid 资料的经验公式：

F G =0.2F s (3-3)

式中 F s ----冲裁力，N 。 各力计算过程如下：

1:冲导正孔（该处形状如图3-3） (1)冲裁力 F s 0=10∏ × 3.7×500×0.9

=52281N

(2)压边力F 0 = 10∏ ×0.7×500×4

=43960N 图3-3导正孔基本形状 因为每次冲两个导正孔，则冲导正孔总压力F 0=2×（F s 0+F R 0）=192482N 。 2：冲孔1（该处形状如图3-4）

δb . f 1 （1） 冲裁力F s 1=L 1. S .

＝（2.5∏×2＋2×22）×3.7×500×0.9 ＝99400.5N

（2）压边力F R 1=L R 1. h . δb . f 2

=（2.5∏×2＋2×22）×0.7×500×4

=83580N 图3-4孔1形状

冲孔一的总压力F 1=182980.5N。 2：冲孔2 （该处形状如图3-5）

(1)冲裁力F s 2=L 2. S . δb . f 2

=(16+5∏) ×3.7×500×0.9 =52780.5

(2) 压边力F R 2=L R 2. h . δb . f 2

=(16+5∏) ×0.7×500×4 图3-5孔2形状 =44380N 冲孔二的总压力F 2=97260.5N。 3：冲孔3 （该处形状如图3-6） （1）冲裁力F s 3=L 3. S . δb . f 1

=(10π+2⨯20)⨯3.7⨯500⨯0.9 =118881N

(2) 压边力F R 3=L R 3. h . δb . f 2

=（10∏+2 × 20）× 0.7 × 4 × 500 =99960N

(3)反压力 F G 3=0.2F s 3

=0.2 × 1188881.0 =23776.2N

冲孔三的总压力F 3=1526617.2N 。 5:冲孔4、5 （该处形状如图3-6） （1）冲裁力F s 4=L 4. S . δb . f 1

=3.4∏× 500×3.7×0.9 =17775.6N

(2) 压边力F R 4=L R 4. h . δb . f 2

=3.4∏×0.7×500 ×4 =14946.4N 因为每次需冲孔4、5两孔，则总压力F 4=65444N。

图3-6孔3形状 图3-7孔4、5形状

6：落料（落料基本形状如图3-7）

（1）冲裁力

F s 5=L 5. S . δb . f 1

=【8+76+2∏+3∏+8.5∏】ｘ2ｘ3.7ｘ500ｘ0.9 =420878.7N

(2)压边力

F R 5=L R 5. h . δb . f 2

=【8+76+2∏+3∏+8.5∏】ｘ2ｘ4ｘ0.7×500 ＝353892N

(3)反压力

F G 5=0.2F s 5

=0.2 × 420878.7

如图3-7落料形状 =84165.74N

落料的总压力F 7=858936.44N。

3.5压印力及压花计算

压印力与材料的变形抗力有关。而变形抗力与材料性能及变形程度有关。根据Schmid 求压印力F P 的近似公式：

F P =A . F . δb .(1+H ' /s ) （3-4）

式中 A----压印面积（m ㎡）；

δb ----抗拉强度（N/m㎡）； H ' -----压印深度（m ㎡）； S----料厚（mm ）；

f----系数，当δb 为500 N/m㎡时，取1.8。 （1）压印力

F P =A . F . δb .(1+H ' /s )

=7×14.5×1.8×500×(1+0.9/3.7)

=128803.5N （2）压花

压花时单位面积压力的经验值：

Q=980~1078N/m㎡, 即以Q =1000N/mm计算。 压花压力计算公式:

F h = Q.A (3-5)

式中 Q----压花单位面积受力（N/m㎡）； A----压花面积（m ㎡）。

F=2 × (38+28) × 1OOO =156000N

3.6 传力杆数

传力杆传递齿圈压力。

由表3-1Φ20的传力杆按其许用应力0.4KN/m㎡（安全系数为2.5）则许用载荷约为125KN.

表3-1传力杆及顶杆承载能力

传力杆数计算公式：

N= F R / ［ ］ （3-6）

式中 F R ----压边力总和(KN)； ［δ］----承受载荷（KN ）.

通过精冲力的计算可的到压边力总和F R ≈640.72KN 则N=F R /［δ］=640.72/125=5.13 则选择此传力杆数为6个。

3.7顶杆数

因为只有在精冲时才需要顶杆，所以只有冲孔3和落料时才需要顶杆。下面分别介绍

冲孔三时及落料时所需顶杆数。

冲孔3时，所需顶杆的总截面积=F G 3/〔δ〕≈24/0.4=60mm 2, 选∅10顶杆1个，面积为78mm 2，该值大于60mm 2，选择合适。

落料时，所需顶杆总结面积=F G 7/〔δ〕≈85/0.4=212.2mm 2, 选∅10顶杆3个，面积为234mm 2，该值大于212.2mm 2，选择合适。

3.8精冲间隙

精冲与普通冲裁显著区别之一就是间隙小。 与普通冲裁一样，精冲模具凸模和凹模间的间隙值是指在直径方向的尺寸差。其大小与精冲零件尺寸和形状，材料厚度及其机械性能，润滑状况等因素有关。

合理的间隙值不仅能提高零件质量，而且能提高模具寿命。如果零件不要求整个周边上都有光洁冲裁面时，则可在相应的部位增大凸模与凹模的间隙。如果为了提高模具重磨寿命，允许冲裁面上有较小的撕裂，其间隙值不超过料厚的1%。

根据VDI-3345:由料厚S 决定间隙值，可由《简明精冲手册》(国防工业出版社出版）的图3-72查得，精冲时当料厚为3.7mm 时，0.012S

3.9凹凸模刃口尺寸的计算原则和方法

3.9.1冲裁的原则

凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸、凹模刃口尺寸公差，是冲裁设计中重要的一项。

在冲裁尺寸的测量和使用中，都是以光面尺寸为基准。落料件光面是因凹模刃口挤切材料产生的，应按冲孔和落料两种情况分别进行，其原则如下： (1)落料

落料件光面尺寸与凹模尺寸基本一致，故应以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度后仍能冲出合格的零件，故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模的基本尺寸，则按凹模基本尺寸减最小间隙。 (2)冲孔

工件光面尺寸与凸模基本一致，故应以凸模尺寸为基准。又因冲孔尺寸会随凸模的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模的基本尺寸，则按凸模基本尺寸加最小间隙。 3.9.2凹凸模尺寸计算

由于冲孔时按照凸模的计算为基准则计算公式为：

凸模 d p =(d min +x ∆)0-σp （3-7）

+σd 凹模 d d =(d p +z min ) 0 （3-8）

落料时以凹模为计算准则计算公式为：

+δd 凹模 D d =(D max -x ∆) 0 （3-9）

凸模 D p =(D d -Z min ) 0-δp

式中 D p 、D d ----落料凹、凸模尺寸； d d 、d p ----冲孔凸、凹模尺寸； D m a x ----落料件的最大极限尺寸； d m i n ----冲孔件的最小极限尺寸； Z m i ----最小初始双面间隙； n

X----系数，为了避免冲裁件尺寸都偏向极限尺寸，应使冲裁件的实际尺

寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸。在精冲时一般X 取0.67。在普冲时X 值取0.5~1之间，与冲裁件的精度等级有关，见表3-2。

表3-2

（1）冲孔1的凹凸模尺寸：

长：凸模长度尺寸d p 2=(d m in 2+x ∆2)0-σp 2

0 =（27+0.5×0.6）0-0.013=27.30-0.013

凹模长度尺寸

+σd 2

d d 2=(d p 2+z m in 2) 0

+0.021+0.021

=(27.30+O.60) 0=27.900

宽：凸模宽度尺寸

d ' p 2=(d ' min 2+x ∆' 2)0-σ' p 2

0 =(5+0.5×0.4) 0-0.008=5.2-0.008

凹模宽度尺寸

+σ' d 2

d ' d 2=(d ' p 2+z m in 2) 0

+0.012

=(5.2+0.60)（2）冲孔2的凸凹模尺寸

=5.8

+0.0120

长：凸模长度尺寸d p 3=(d min3+x ∆3)-σp 3

=(12+0.75 X 0.4)=12.3

凹模长度尺寸

+σd 3d d 3=(d p 3+z min3) 0

+0.018

=(12.3+0.6)=12.90

-0.011

10

宽：凸模宽度尺寸d ' p 3

=(d ' min3+x ∆13)0-σ' p 3

=(5+0.5×04) 0=5.20-0.008-0.008

+σ' d 3

d ' d 3=(d ' p 3+z m in3) 0

凹模宽度尺寸

=(5.2+0.6)

+0.012

=5.80

+0.0120

（3）冲孔3凹凸模尺寸

长：凸模长度尺寸d p 1=(d min1+x ∆1)-σp 1

=（29.7+0.65×O.6) 0 -0.016=30.100-0.016

凹模长度尺寸

+σd 1

d d 1=(d p 1+z min1) 0

+0.025+0.025

=(30.102+0.044) 0=30.146 0

' ' 0宽：凸模宽度尺寸d p 1=(d ' min1+x ∆1)-σ' p 1

＝（10+0.67×0.07）0-0.011=10.056-0.011

凹模宽度尺寸

+σ' d 1

d ' d 1=(d ' p 1+z min1) 0

+0.018+0.018

=(10.056+0.044) 0=10.1000

(4 ) 冲4、5处圆孔凹凸模尺寸凸模尺寸

d p 4=(d min4+x ∆4)0-σp 4

=(3.4+0.5×0.2) 0-0.008=3.5-0.008

+δd 4d =(d +z )凹模尺寸d 4 p 4min40

+0.012+0.012

=(3.5+0.60) 0=4.10

(5 ) 压印凸模 长：凸模长度尺寸d ' p 5

=(d ' min5+x ∆' 5)0-σ' p 5

=（14.5+1×0.2）0-0.011=14.70-0.011

宽：凸模宽度尺寸d ' p 5

=(d ' min5+x ∆' 5)0-σ' p 5

=(7+1×0.05) 0-0.009=7.05-0.009

2：落料时以凹模为基准（落料时零件基本尺寸如图3-8）

+δd 1

D d 1=(D max1-x ∆1) 0

+0.018+0.018

=（11.98-0.67×0.1）0=11.9130

D p 1=(D d 1-Z min1) 0-δp 1

=（11.913-0.012×3.7）0=11.869-0.011-0.011 +δd 2

D d 2=(D max2-x ∆2) 0

+0.028+0.028

=(62-0.67×0.5) 0=61.6650

D p 2=(D d 2-Z min2) 0-δp 2

0=(61.665-0.044) 0-0.018=61.621-0.018 +δd 3

D d 3=(D max3-x ∆3) 0

+0.025+0.025

=(41-0.67×0.6) 0=40.5980

D p 3=(D d 3-Z min3) 0-δp 3

0=(40.598-0.044) 0-0.016=40.554-0.016 +δd 4

D d 4=(D max4-x ∆4) 0

+0.018+0.018

=（18.5-0.67×0.3）0=18.2990 如图3-8落料基本尺寸

D p 4=(D d 4-Z min4) 0-δp 4

0 =（18.299-0.044）0-0.011=18.255-0.011

3.9.3凹凸模刃口圆角的确定

凹凸模尺寸刃口的圆角确定（亦可参考《精冲技术图解》表4-19），因为该工件厚度为3.7mm ，所以凹凸模的各刃口角度参照图3-9。

图3-9该零件所需凹凸模刃口尺寸 1-压板；2-內形凸孔；3-退料杆；4-材料；

5-凹模；6-顶件器；7-凸模

3.10压力中心的意义及计算

3.10.1压力中心的意义

压力中心就是指剪切合力中心，精冲模冲裁合力中心，应尽可能与压床滑块的压力中心一致，消除偏心载荷，以获得最佳冲裁条件。由于精冲模的凸凹模之间的间隙很小，如果冲裁合力不在压床滑块的中心上，在剪切过程中，将产生一个力矩，使导柱收到横向载荷，从而使模具导向精度降低，凸凹模之间的间隙发生变化，影响精冲件冲裁表面质量，并增加模具磨损，当精冲模采用精冲模采用滚珠导向及零件尺寸较大时，这种影响更为明显。因此，再设计冲模时，应该计算冲裁合力中心。

冲裁合力中心，是由零件内，外形轮廓的各线段中心位置所决定的。而各线段中心是已知的，所以根据零件内外形轮廓各线段的重心位置，就可以求出冲裁合力中心。 3.10.2压力中心的计算

常用计算方法有解析法和图解法两种。

这里我将用解析法计算出压力中心的位置，如图3-10。

图3-10压力中心计算

X=30×(10∏+10∏+22×2+7×2)+3.4∏×(26.5+33.5) +77×(10∏+20×2)+2∏×

(167+175)+171×8×2+3∏×(162+180)+8.5∏×(161+181)+(165+177) ×(48.5+27.5)/ 10∏+10∏+10∏+22×2+7×2+3.4∏×4+10∏+20×2+4∏+8×2+6∏+17∏+2×(48.5+275) =3612+5295.196+672.588+2738.08+3488+4107.12+11636.84+33136/221.684+190 =113.84(mm)

Y=(152+13) ×10∏+116.5×(5∏+44)+77×(5∏+14)+93×(10∏+40)+(34.5+41.5)×3.4∏+(31+134)×8+(33+132)×2∏+57.27×48.5×2+118.23×27.5×2+(81.54+104.46) ×3∏+93×17∏/221.684+190=101.74(mm) 3.10.3有效直径确定

如图3-11所示，压力中心算出后，它既是压力机中心，又是模具中心，还是冲裁力合力中心。从而为了确定模具尺寸大小，应以质心S 为圆心，画一个包含工件在内的圆，这个圆就是模具最小的有效直径（工作范围），并根据它选择模具尺寸。为此：

图3-11最小有效直径

（1）全部传力杆都必须在有效直径内；

（2）有效直径决定了齿圈直径和反压力活塞直径；

（3）有效直径合理确定对连续精冲模或连续复合精冲模设计，特别重要。

应当指出：冲裁力应尽可能对称，以保证对质心的平衡，否则偏心载荷会导致冲裁面质量恶化，或使零件和模具损坏，甚至使机床滑块导向恶化，活塞由于冷焊而被卡死。 3.10.4模架的选择

连续精冲模与普通连续模存在共性也存在分歧，其主要区别在于如表3-2

表3-2普通连续模与精冲连续模分歧

连续精冲模指零件在纯冲裁中，能使各工步连续进行的模具，它特别适合于内外形之间间隙截面太小的零件，以及允许内外形上都带有毛刺的零件。

此类模具结构与固定凸模式复式精冲模相似，并带有导正销、定位销和传力杆等，零件的精度不仅取决于模具制造精度，还要取决于送料的进距精度。

精冲模零件已标准化，规格化和通用化，依据前面有效工作范围的计算，我选择四导

柱式标准模架长为840mm ，宽为640mm ，模座厚度120mm ，导板厚度40mm ，导柱直径63mm 。

3.11精冲主要零件齿圈选择

3.11.1齿圈的作用

V形齿圈主要是阻止剪切区以外的金属，在剪切过程中随凸模流动，从而在剪切区内产生压应力。当压应力增大时，平均应力一般范围内内移动，当达到剪切断裂极限之前，剪应力就已经到剪切流动极限，因此，V 形齿圈压入材料时，在冲压过程中的具体作用是：

1) 固定被加工料，避免材料受弯曲或拉伸；

2) 抑制冲件以外的力，如与冲压方向相垂直的水平侧向力对冲件的影响。水平侧向力数值约为冲压力的10%（铝材）到30%（钢材）；

3) 压应力提高了被加工材料塑性变形能力； 4) 减少塌角； 5) 兼退料作用。 3.11.2齿圈的分布原则

V 形齿圈分布原则：

1）在蹋角大的部分，V 形齿圈应和刃口的形状一致；

2）在蹋角较小部分（例如凹入的缺口和凸弯曲很大的部分），V 形齿圈与刃口的形状不一致；

3）冲小孔时，不会产生剪切区以外的流动，一般不需要V 形齿圈；冲大孔时（直径在30mm~40mm以上时），建议在顶件杆上加V 形齿圈；

4）如果料厚S 〈3mm 时，可用平面压板。但它压边力较小，易出现纵向翘曲而引起附加拉应力；

5）如果料厚S 〈或=4.5mm时，可在压板或凹模上使用一个单边齿圈；如S 〉4.5mm ，或材料强度较高（ B>800N/m㎡）, 或者对于齿轮和带锐角的零件，通常使用两个V 形齿圈，一个在凸模，一个在凹模，即双齿圈。 3.11.3该设计零件齿圈选择

该工件厚度为3.7mm ，由齿圈选择原则知应该选则单边齿圈。

由于在冲孔时，该零件仅有孔三的长度在30mm~40mm以上，所以在该处冲孔时应在顶杆上加V 形齿圈。

落料会产生很大的水平侧向冲压力，所以为了能满足要求必须加上V 形齿圈。该零件所需齿圈尺寸如图3-12所示齿圈齿数参数，包括：

图3-12齿圈形状

1）齿距:2mm； 2）齿高:0.7mm；

3）齿形角:80º；

4）齿根半径:0.4mm。

3.12 闭锁销与顶出装置的选择

3.12.1 闭锁销的作用

闭锁销主要是用来承受冲裁过程中可能出现的横向力，从而保证凸模和凹模之间有较高的相对位置精度。

3.12.2 顶出装置的作用

1）顶料杆

内孔（形）顶料杆，是装在凸凹模内，并从中顶出废料，可在面上开槽，，以延长模具寿命。为了防止废料粘在上，可将头部呈圆弧或放置弹簧顶销。

2）顶件板

顶件板装在凹模内，它的主要作用是，压紧材料和传递反压力 ；顶出零件，作冲孔凸模的导向，担负精冲成形（压印、弯曲等）工序的工作部分。

3.13 导料装置、吹除装置、冷却装置以及润滑系统作用

3.13.1导料装置的作用

1）内孔（形）顶料杆，是装在凸凹模内，并从中顶出废料，为了便于排气和散热，可在上面开槽，以延长模具寿命。为了防止废料粘在上，顶料杆头部可做成圆弧或放置弹簧顶销；

2）顶件板装在凹模里，它的主要作用是：压紧材料和传递压力；顶出零件；做冲孔凸模的导向；担负精冲成形（压印，弯曲等）工序的工作导向。

3.13.2 吹除装置的作用

精冲时，零件和废料从模具空间排除废料时，使用吹除装置。它可做成通用的或模具连接在一起的。设计时要尽可能把它分布在要吹卸的零件及废料侧，以便有效的工作。

3.13.3 冷却装置的作用

在精冲模内设置冷却装置的作用，在于：

1）冷却凸模。在冲裁时，凸模因冲裁材料及摩擦而产生热，对凸模不利，故利用混有润滑剂的压缩空气进行适当冷却和润滑，以提高凸模寿命;

2）吹除废料。通常孔内废料粘在顶料杆上，压缩空气进入时，既要冷却凸模，又要起卸料作用。应在模具上开设气和气孔。

3.13.4 润滑系统的作用

为了使润滑剂能流入凹模和凸模和顶件板之间，以及压齿圈与凸模之间，应分别在顶件板或压齿圈的棱边上的倒角（0.2~0.4）X450. 当模具闭合时，材料上涂的润滑剂就被挤入各棱面的凹槽内。减少压齿圈和凹模与材料的接触面，能增单位压力，促使润滑剂易于流动，从而大大提到模具的润滑效率。

3.14 精冲机的选择

精冲机是实现精冲工艺技术的专用设备。它的基本特点是三向力作用，独立可调；滑块导向和换向精度高；机床结构刚性好；有自动化条件；安全可靠。

精冲机可分为两种：机械式精冲机和液压式精冲机。

机械式精冲机，机械传动为双肘杆式，适用于薄而小的零件，料厚为1mm~2mm。

液压式精冲机，为全液压传动系统，液压机力能范围在280t~1400t之间，主要用于大而厚的零件。一般来说，当零件厚度超过3mm 时，所需总压力超过100t 时，多用全液压精冲机来加工。

根据零件我选择液压精冲机。它的主要优点为：

1）冲裁时压力稳定；

2）液压活塞压力与冲裁方向相同；

3）滑块行程可调；

4）滑块速度可调，且闭合与回程速度各自独立；

5）精冲机不过载欲行；

6）可加工料厚为16mm 的零件；

7）最适宜将成形工序组合到连续复合精冲模和传递精冲模中。

8）模具安全保护装置。

液压精冲机装有蓄压传动装置，冲裁速度可以不受冲裁力的影响，与直接转动相比，装机功率及噪声都较小。

液压机构与机床分开，直接装在地面，各个方面均易于接近，考虑了工厂的实际情况。机床运动的各阶段行程、压力、速度均可调。调节原件、显示原件均根据操作的实际需要装在机床上。在冲裁过程中，有可调的机械限位块限制滑块的上死点。滑块换向准确，机床安全可靠，模具使用寿命长，零件形位公差很少。

结语

我这次毕业设计是完成设计出一副模具，通过它的精密冲裁得到我想要的零件，即牧田扳手。

这次设计我必须掌握两门最主要知识：连续模知识及精冲技术。

在设计开始之前，你必须要先要检查该零件是否适合精冲工艺，这是精冲的首要条件。在确定改零件可以冲裁后，下一步是应该给出排样图，在此过程中你要做到排样最合适化，提高材料利用率，以及确定送料步距及条料的宽度。紧接着分析那些需要精冲哪些不需要精冲，从而计算出力，不精冲的计算冲裁力和反压力，需要精冲的必须计算三向力。通过以上计算，开始算压力中心，从而得到最小有效直径，然后选择模架。同时齿圈也是必不可少的一步，它是精冲中的关键。

通过模架的选择，开始画装配图，当然在画装配图之前，你还要确定凹凸模结构，对凹凸模结构进行计算，凹凸模圆角进行选择。以及选择凹凸模在模架上的固定方式，这个过程是一个比较繁琐的过程，这里要注意各种固定方式以及凹模壁厚确定。

在此之后的任务就是选择模具零部件，根据我的零件，选择合适的零部件，当然首先是了解掌握它们的作用。根据上面的选择，一张装配图肯定是不能完全表现出所有的东西，需要画部分零件图来表示的更清楚。

最后，通过一系列的设计后开始写说明书，这也是设计中重要部分。

参考文献

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[9] 廖念钊，莫雨凇等. 互换性与技术测量［M ］（第四版）. 北京：中国计量出版社，1987.12

致 谢

在这次毕业设计中我遇到了很多问题，在这之中我要感谢很多人，没有他们的帮助，我的毕业设计不可能这样顺利完成。

在这次毕业设计中，我首先一定要感谢我的指导老师陈启东老师。因为我本人模具这方面的基础比较差，而且我们连续模这方面学的也很少，精冲技术更是对我们组同学而言是一门全新的知识，所以我在设计中会遇到很多问题，每次陈老师对我遇到的问题细心的、耐心的讲解，他总会分析问题出来的原因，怎样去解决或者怎样去通过其他方法来解决原有的问题，老师也会给我们一些建议，以及研究方法，我们会根据这个寻求一个具体解决的方案。在这里再次感谢陈老师，从这次设计中我从陈老师身上学到很多解决问题的方法以及对于研究，对学者的态度，这肯定会对我的以后在工作中影响至深。

对于本次设计我还要感谢我的同组同学，因为大家对这方面的知识都很有限，而且大家手头上的资料都很少，再设计的这些天里如果没有大家之间的互相帮助，没有大家的互相指点，不可能顺利完成。当大家遇到问题时，大家会集中起来讨论问题，在老师的指导大前提下，大家根据这方向提出自己的解决方法。所以在这里感谢各位同学的帮助。

最后，我要感谢我现在工作的东方玻璃模具厂，没有公司的支持我不可能有那么稳定的心在这里做毕业设计，在公司很忙的时候，急缺人时，公司领导对于我回校做毕业设计表示理解并给予支持，在这里感谢东方厂的领导。

对于本次设计我虽然遇到很不容易，遇到很多困难，但是当你遇到问题时有很多人在帮助你，你会感到很感动，对此我必须感谢给予我帮助的人，谢谢各位。