冲压模具的研究与设计

张万东

摘 要：现代工业生产制造领域，模具对工业生产起举足轻重的作用，它不仅可以使工业化生产效率得到大幅度的提升，同时对生产过程中产品的质量稳定性得于保持。虽然模具在工业化生产过程中作用愈来俞大，在某些方面及领域它一样还存在着一定的局限性。

关键词：冲压模具设计;应用;CAD

一、冲压模具的设计分析

在模型图纸的设计过程中，应对技术切入点以及实际需求做出全面的考量，以此对模具的工艺排样和模具进行十分合理的设计。以上步骤直接影响着最终批量生产最终得到的冲压模具质量。

1.1 设定目标尺寸

在设计模具图纸的过程中，第一步要在对产品图的尺寸分析的基础之上，对最终得到产品的尺寸进行设定。具体说来在产品公差允许的范围之内，以冲头、凹模的磨损趋向为依据，决定最终的产品尺寸值。举例来说，在孔径尺寸的选择上应当尽可能选择上量值;在外形尺寸的设定上应当充分考虑冲头磨损以及毛边等因素，尽可能选择下限值。综合来说，目标尺寸的选择与设计人员工作经验、专业技术水平以及对产品的预见性判断等多种因素具有密切的联系。如若缺乏相关的经验，可以参考借鉴成功的案例，以此保障最终得到产品的质量。

1.2 排样图设计以及力学计算

以产品成形工艺特点作为安排工步的参考标准，其基本原则是越精确的尺寸，其工步安排越要向后布置。力学计算的开展应该以排样图的冲裁、成形，弯曲等工步为依据，计算弹簧力、卸料力以及冲裁力等力学指标。力学计算与冲压模型最终能否完成生产，在使用过程中能否承受机械压力有着直接的联系，因此力学计算的重要意义不言而喻。为了保障力学计算数据的准确性，应当对使用过程中模具受到的外力因素做出全方位的考量。在确定了上述因素之后，根据确定的结果选择符合需求的冲压设备，接下来在进行总装图的设计。

1.3 模具总装图绘制

模具总装图的绘制过程应当以排样图作为基准，在此基础之上进行设计工作。除此之外，需要结合冲压设备的合模高度、设备的安装尺寸以及送料装置的高度，最终绘制出冲压模具的详细结构。

除此之外，在总装图的设计过程中还应当兼顾运动机构的安全性、稳定性以及量产性。值得注意的是，目前多采用电脑绘图的手段进行模具设计，除了小汽车部分零件的制造之外，多数的冲压部品制造都是使用2D软件进行绘制的，在绘制的过程中必须要分清图层，为后期的零部件拆分提供方便。

1.4 部件图绘制

分层图以总装图中的内容为依据，将模具的零部件用标准化的视图进行表示。在零部件图绘制的过程中应当充分考量零件在加工的过程中，可能会遇到的问题。例如，选择什么样的设备进行加工能够兼顾成本和精度;量产得到的零件强度是否足够等等。

二、制件冲压模具方案的计算

2.1 冲裁力、卸料力及推荐力的基础计算

制件冲压模具方案的计算精准度直接影响着制造配件的质量和品质，因此对此环节一定要加以重视。

对模具冲压里的计算包括计算.冲裁力、卸料力及推荐力三部分[2]。具体计算过程直接采用公式带入的方式进行计算，公式如下：

F冲=K×t×L×τ F卸=F冲×K卸 F推=F冲×K卸

上述公式中，冲切线长度用L表示，材料厚度用t表示，材料抗剪强度用τ表示，推料力系数用K推表示，卸料力系数用K卸表示，顶料力系数用K顶表示，通过查阅数据表，可知τ为345Mpa。通过计算得到L为741.64mm，F冲为997876.62N，F卸为29936.297N，F推为134713.34N，那么可以计算出总冲裁力，F=F推+F卸+F冲=1162526.3N。

产品技术要求中，选用JC21-160A型号压力机作为电器设备，压力机最大闭合高度用x表示，为450mm，最小闭合高度用表示，那么可以计算出为250mm，根据与公式Hmin+10≤H0≤Hmin，可以计算出260≤225+100≤445。

2.2 冲裁件排样计算

确定搭边值，工作間a和侧搭边值b分别为3mm和3.5mm。条料宽度计算以存在侧压装置为主，经过计算条料宽度为mm。材料利用率（η）的计算，利用公式×100%，经计算η=73.81%。总的材料利用率（η总）的计算，利用公式×100%=η总，经计算，η总为77.53%。

上述公式中，冲裁件面积用A表示，材料宽度用B表示，板材长度用L表示，一张板上冲件数目用N表示，进距用h表示，一个进距内冲裁件数目用n表示[3]。制件材料质量用G表示，利用公式G=V？ρ，经计算，G为516.22g。条料总重量由8个制件构成，G总为4129.76g。

因为该配件要采取人工送样的方式进行，所以排样的重量不宜过重，这样才能保证生产的正常进行，因此要对条料重量进行考虑。经过计算材料钢板选取1400*700规格，能够促进条料利用率的提升，排样方式选为5*8，有利于钢板裁剪成符合重量的条料，经计算，确定这种方案是可行的。

2.3 凸模强度计算

冲孔钢板，钢板厚度为3mm，利用合金工具钢凸模，直径设置为5.5mm，凸模材料许用应力用σ压表示，为1800Mpa，板材抗剪强度用σb表示，为750Mpa。首先，校核压应力，借助公式，经过计算约为2.3mm，因2.3mm低于设置直径5.5mm，故表明设计合理。其次，校核弯曲应力，利用公式85≤，经计算约为16.86mm，借助公式F冲=K×t×L×τ，对直径为5.5mm的圆凸模冲裁力进行计算，F冲=1.3×3×17.279×345=23248.89（N），通过计算可以发现，设计的模具长度为16.86mm，超过15mm，符合弯曲长度要求，故表明模具设计是合理的。

2.4 模具刃口尺寸计算

配做凸模时，把凹模作为外形尺寸标准[4]。磨损凹模后，尺寸O1、O2、O3、O4、O5的尺寸增加，转化工件外形尺寸，使其变为单向公差，那么CO1、O2、O3、O4、O5分别为124mm、48mm、mm、75mm和131mm，查阅相关数据表，可以确定x1、x2、x3、x4、x5分别为1、1、0.75、1、1。利用公式，计算出O1、O2、O3、O4、O5分别为124mm、48mm、mm、75mm和131mm。

磨损凹模后，尺寸P减小，但尺寸P无公差需求，故P1为10mm。磨损凹模后，尺寸Q不发生变化，那么Q1、Q2、Q3、Q4分别为24mm、2mm、19mm和23mm。因此，参照上述凹模尺寸制作零件凸模刃口，需要控制双边间隙值为0.33～0.39mm。

配做凹模时，把凸模作为中间冲孔部分基准[5]。磨损凸模后，尺寸R1、R2和R3均减小，但无公差要求，故R1、R2和R3，分别为6mm，5.5mm和22mm。

总语

随着技术研究的深入和经验的总结，冲压工艺取得了较快发展。CAD系统是目前工业生产过程中主要运用的计算机技术，其能够提高冲压模具的生产质量和效率，大大提高企业的收益，并且延长冲压模具的使用寿命，因此在冲压模具设计中得到广泛的应用。

参考文献

[1]左洪启.CAD/CAM技术在冲压模具设计制造中的应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2017.

[2]向伟，李波.冲压模具设计[J].应用技术，2017，54：12-14.

[3]吴伯杰.冲压工艺与模具[M].北京：电子工业出版社，2017.6.