冲压模具基础知识培训教材

第一章 概论

一、冲压加工的重要性及优点

1. 重要性：冲压工艺应用范围十分广泛，在国民经济的各个部门中，几乎都有冲压加工产品。如汽车、飞机、拖拉机、电器、电机、仪表、铁道、邮电、化工以及轻工日用产品中均占有相当大的比重。

2. 优点：1）生产率高；2）精度高，质量稳定；3）材料利用率高；4）操作简便，特别适宜于大批量生产和自动化。

二、冲压加工的概念

概念：即利用压力机及其外部设备，通过模具对板材施加压力，从而获得一定形状和尺寸零件的加工方法。

三、冲压工序的分类

冲压工艺按其变形性质可以分为材料的分离与成形两大类，每一类中又包括许多不同的工序。

冲压的基本工序：

• 冲裁：包括落料和冲孔两个工序。
  • 落料：模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件，其余部分为废料
  • 冲孔：模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分是废料
• 剪切：用模具切断板材，切段线不封闭
• 切口：在坯料上将板材部分切开，切口部分发生弯曲
• 切边：将拉深或成形后的半成品边缘部分的多余材料切掉
• 剖切：将半成品切开成两个或几个工件
• 弯曲：用模具使材料弯曲成一定形状（V型/U型/Z型弯曲）
• 卷圆：将板料端部卷圆
• 拉深：将板料压制成空心工件，壁厚基本不变
• 变薄拉深：用减小直径与壁厚，增加工件高度的方法来改变空心件的尺寸
• 翻边：将板料或工件上有孔的边缘翻成竖立边缘
• 缩口：将空心件的口部缩小
• 扩口：将空心件的口部扩大
• 起伏：在板料或工件上压出筋条、花纹或文字
• 胀形：将空心件（或管料）的一部分沿径向扩张，呈凸肚形
• 整形：把形状不太准确的工件校正成形
• 校平：将毛坯或工件不平的面或弯曲予以压平
• 压印：改变工件厚度，在表面上压出文字或花纹
• 挤压：包括正挤压、反挤压和复合挤压

四、冷冲模类型和特点

模具分类（按冲压工序的组合方式分）：

• 单冲模：在模具上只有一个加工工位，在冲床的一次行程中只完成一类冲压加工工艺
• 复合模：在模具上只有一个加工工位，在冲床的一次行程中完成两类以上的加工工艺
• 级进模：有多个工位组成，各工位完成不同的加工，各工位顺序关联

项目	单工序模	复合模	级进模
结构	简单	较复杂	复杂
成本、周期	小、短	小、短	高、长
制造精度	低	较高	高
材料利用率	高	高	低
生产效率	低	低	高
产品精度	高	高	低
应用	小批量生产	大批量生产	大批量生产

第二章 级进模结构设计

一、级进模结构

1. 日本式模具结构：利用卸料板压料（常见模具结构），优点：压料可靠，模具生产时稳定性好；缺点：噪音大。

2. 美国式模具结构：没有卸料板，采用局部压料，优点：噪音小，速度高；缺点：压料不是很可靠。

二、结构设计原则

• 尽量选用成熟的模具结构或标准结构
• 模具要有足够的刚性，以满足寿命和精度的要求
• 结构应尽量简单、实用，要具有合理的经济性
• 能方便地送料，操作要简便安全，出件容易
• 模具零件之间定位要准确可靠，连接要牢固
• 要有利于模具零件的加工
• 模具结构与现有的冲压设备要协调
• 模具容易安装，易损件更换方便

三、工作零件设计

1. 凸模的结构设计

凸模的分类：

• 按凸模断面形状可分为简单形状和复杂形状两种
• 按刃口形状可分为平刃、斜刃和其它专用凸模
• 按固定方法可分为台阶固定、螺钉固定、压板固定等
• 按结构形式可分为整体式、镶拼式、直通式、阶梯式和带护套式

2. 入子设计

目的：便于改模、便于更换料号、磨损了可以更换，提高模具寿命。

设计要点：

• 形状力求简单，便于加减垫片
• 要具有防呆功能
• 与固定板单边间隙0.01mm；与冲子单边间隙0.01mm

3. 模仁设计

冲裁模仁：加工方式一般有线割加工和PG加工两种。

冲裁间隙：一般取冲裁单边间隙为（3～5%）× t；具体取值大小还要视材质、料厚、废料形状及模仁材质而定。

四、导向零件

精确的导向是保证模具正常生产的前提条件，为了提高连续模工作的精度和稳定性又常设计成双重导向：主导向和副导向。

项目	滑动导向	滚动导向
组成	导柱、导套	导柱、导套、衬套、滚珠等
配合关系	间隙配合	过盈配合
精度	低	高
可工作速度	低	高
寿命	短	长
承受侧向力	强	弱

五、模板设计

冷冲模一般有八块模板组成：上模座(TP)、上垫板(TBP)、冲头固定板(PP)、剥料背板(SBP)、剥料板(SP)、模仁固定板(DP)、下模垫板(DBP)、下模座(DS)。

模板名称	常用材质	厚度(mm)	热处理要求	硬度
TP（上模座）	45#/A7075	45/50	–	–
TBP（上垫板）	40Cr/Cr12MoV	13/15	普通淬火	HRC40-45
PP（冲头固定板）	Cr12Mo1V1/SKD11	20	真空淬火	HRC60-63
SBP（剥料背板）	40Cr/Cr12MoV	14	普通淬火	HRC40-45
SP（剥料板）	Cr12Mo1V1/SKD11	20/25	真空淬火	HRC60-63
DP（模仁固定板）	Cr12Mo1V1/SKD11	20/25	真空淬火	HRC60-63
DBP（下模垫板）	40Cr/Cr12MoV	13/15	普通淬火	HRC40-45
DS（下模座）	45#	45/50	–	–

第三章 排样设计

一、概述

排样，顾名思义，就是图样的排列。在多工位级进模设计中，排样的目的旨在确定从毛坯材料转变为产品零件的工序过程。

二、毛坯排样

毛坯排样方案对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响。据统计，在冲压件的成本中，材料费所占比例在60%以上。

毛坯排样原则：

• 材料利用率要尽量高
• 满足产品零件冲裁及后序工序的要求
• 纤维方向和毛刺方向的要求
• 便于完成后续加工工序
• 生产率要高，便于操作
• 安全性要好

三、搭边

搭边是指排样时毛坯外形与条料侧边及相邻毛坯外形之间设置的工艺余料。搭边的作用是保证毛坯从条料上分离，补偿由于定位误差使条料在送进过程中产生的偏移所需的工艺余料。

四、步距

步距指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。步距可定义为：S = L + a

式中：S─冲裁步距；L─沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；a─沿送进方向的搭边值。

五、材料利用率

材料利用率定义为：Ч = A /（B × S）× 100%

式中：Ч─材料利用率；A─产品毛坯外形所包容的面积；B─条料宽度；S─冲裁步距。

六、载体设计

载体就是级进模冲压时条料上连接工序件并将工序件在模具上稳定送进的部分材料。

载体的类型：

• 无载体 – 材料利用率高，毛刺方向不一致
• 边料载体 – 工件易收集，条料易导向，稳定性好
• 双载体 – 能稳定可靠地运载工序件，为标准载体
• 单载体 – 与双载体相比，应取更大的宽度
• 中心载体 – 条料宽度方向难导向，载体易出现横向弯曲
• 双桥载体 – 多用于非常小的产品，毛坯稳定性好

第四章 冲压工艺设计

一、工艺设计内容

冲压工艺设计，就是根据冲压件的要求，合理安排原材料准备、各种加工工序等，使得冲压过程在经济和技术上合理可行。

二、冲裁件的工艺性

冲裁件的工艺性是指冲裁件的材料、尺寸、形状、精度等要求对冲裁加工的适应性。

冲裁件最小圆角半径（单位：t）：

工序	线段夹角	黄铜、紫铜	软钢	合金钢
落料	≥90°	0.18t	0.25t	0.35t
		0.35t	0.50t	0.70t
冲孔	≥90°	0.20t	0.30t	0.45t
		0.40t	0.60t	0.90t

三、弯曲件的工艺性

弯曲成形的主要问题是：回弹和最小弯曲半径。

回弹直接影响弯曲件的形状准确度；最小弯曲半径既影响回弹的大小，又可能使弯曲件产生开裂。

四、工艺计算

弯曲毛坯长度计算

中心层半径： ρ = r + x × t

式中：r─弯曲内圆角半径；x─中心层移动系数；t─被加工材料厚度。

成形力计算公式：

• 平刃冲裁力：F = 1.3 × L × t × τ
• V形件弯曲力：F = 0.6 × k × b × t² × σb / (r + t)
• U形件弯曲力：F = 0.7 × k × b × t² × σb / (r + t)
• 校正弯曲：F = A × p

五、凸凹模间隙

凸模和凹模之间的间隙对冲裁件质量、模具寿命和冲裁力有重要影响。间隙过小会导致模具磨损加剧，间隙过大会产生较大的毛刺。

第五章 冲裁

一、冲裁变形机理

冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、剖切、修边等。用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛胚。

二、剪切断面分析

由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面明显地分成四个特征区：圆角带、光亮带、断裂带与毛刺。

• 圆角带：是冲裁中刃口刚压入材料时，刃口附近材料产生弯曲和伸长变形的结果
• 光亮带：是材料塑性变形时，模具侧压力将毛坯压平而形成的光亮垂直的断面
• 断裂带：是由刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面
• 毛刺：毛刺产生于凸、凹模刃口侧面处产生裂纹的时候

三、冲裁间隙的影响

合理的冲裁间隙是保证冲裁件质量、延长模具寿命、降低冲裁力的关键因素。一般冲裁单边间隙取板材厚度的3%～5%。

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