三角形水阀垫片倒装复合模设计与加工
摘 要
本文设计的是冲孔、落料、复合模，模具结构比较简单实用，使用方便可靠。
因为模具生产大批量的生产，而且模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量，
模具的设计与加工主要考虑到模具的设计能否满足工作的工艺性设计，能否加工出
合格的零件，以及后来的维修和存放是否合理等。在本次设计中除垫片孔的精度外
更重要的是外圆圆角尺寸精度，不仅要考虑做出的零件能满足工作要求，还要保证
它的使用寿命，最后加工出三角形水阀垫片冲压模具模型产品一套。
关键词：倒装复合模；冲压；设计；加工
Valve gasket Stamping die Design and Processing
Abstract
Author：SheJiWuZu
Tutor：YuanYongFu
This article is designed punching, blanking, Progressive Die, Die practical examples
of relatively simple structure, easy to use and reliable. Stamping die mainly of sheet metal
forming have been separated or parts of the processing methods. Because the production
of large quantities of mold manufacturing, mold and stamping products to ensure
dimensional accuracy and quality of products, Die Design and Manufacture of the main
mold design, taking into account the work of the process can meet the requirements of
design, can be processed into qualified parts, as well as subsequent maintenance and
storage, such as is reasonable. In the design of the gasket hole accuracy is more important
outside the outer fillet size precision, not only have to consider so that the parts made to
meet the job requirements, but also to ensure his life. the card order process, non-standard
parts of the process of card processing technology.
Keywords: Progressive Die；Stamping；Design；Processing
目 录
1 绪论………………………………………………………………..…..………….…1
课题背景………………………………………………………………..…………………1
课题相关工作………………………………………………………..…………1
本文主要研究内容………………………………………………………………………1
2 冲裁模设计与制造简介……………………………………………………………….……2
3 零件工艺性分析……………………………………..……………………….…………….…2
工艺分析………………………………………………………….…………….2
冲裁工艺方案的确定……………………………………………………….…….…….4
4 模具总体结构设计方案……………………………………………………………….……5
模具类型的选择…………………………………………………………..……5
操作与定位方式……………………………………………..…………………5
卸料和出料方式……………………………………………..…………………5
导向方式的选择…………………………………………………………………………5
5 模具设计工艺计算……………………………………………………………………..……5
排样、计算条料宽度及步距的确定…………………………………………..5
排样设计与计算………………………………………………………….5
搭边值的确定…………………………………………………………….6
送料步距与条料宽度计算……………………………………………….7
计算材料利用率…………………………………………………..……….…….9
6 冲压力的计算…………………………………………………………………….......……..11
计算冲裁力的公式………………………………………………………….…11
冲孔力 F 冲计算…………………………………………………….……12
落料力 F 落计算…………………………………………………….……12
卸料力和推件力的计算………………………………………….……..12
总压力的计算…………………………………………………………...13
压力中心的确定和初选压力机…………………………………………...….13
确定压力中心……………………………………………………….…..13
初选压力机……………………………………………………………………….14
7 冲裁间隙的确定………………………………………………………………………….….16
8 凸模和凹模刃口尺寸计算……………………………………………………………..….17
冲裁模刃口尺寸计算基本原则……………………………………..………..17
冲裁模刃口尺寸的方法………………………………………………….…...18
落料凹模、凸模刃口尺寸磨损分析方法………………………………………....20
9 模具主要工作零件部件设计………………………………………...……………….….23
凹模的设计………………………………………………………………..…..23
冲孔凸模的设计…………………………………………………..…….25
校核冲孔凸模的强度…………………………………………..……….26
凸模与卸料板间隙选取…………………………………………...……27
凸凹模高度的确定………………………………………………...……27
冲裁刃口高度…………………………………………………………...28
凸凹模内外刃口间隙壁厚校核………………………………...………28
卸料装置的确定………………………………………………………...…….28
卸料零件……………………………………………………………..….28
卸料板的设计………………………………………………………..….28
卸料螺钉的选用…………………………………………………..…….28
弹性元件的选用和计算…………………………………………...……28
推件装置设计…………………………………………………………………30
定位方式的选择………………………………………………………...30
模架及导柱导套的设计…………………………………………………...….32
上下模坐的确定………………………………………………….……..32
导柱与导套的设计……………………………………………………...33
模柄及尺寸的计算……………………………………………………...34
确定模具闭合高度……………………………………………………...34
工作零件结构材料的选用……………………………………………………34
其它螺钉长度选用标准………………............................................................35
圆柱销尺寸选用标准…………………………………………………………35
其它模具零件结构确定…………………………………………………..…..35
冲压设备的选用………………………………………………………………..………35
10 模具三位建模…………………………………………………………………………...….36
三维装配模型……………………………………………………….……….36
三维爆炸图………………………………………………..…………………37
装配图……………………………………………………………………………….….37
11 主要模具零件加工工艺过程的确定.....................................................................38
工作零件加工工艺过程..................................................................................38
落料凹模加工工艺过程 ..........................................................................39
冲孔凸模加工工艺过程 ..........................................................................39
凸凹模加工工艺过程 ..............................................................................39
其它模具零件的加工 .................................................................................40
凸模固定板加工工艺过程.......................................................................40
卸料板加工工艺过程...............................................................................40
上垫板加工工艺过程...............................................................................41
上模座加工工艺过程...............................................................................41
下模座加工工艺过程...............................................................................41
推件块加工工艺过程...............................................................................41
模具的装配......................................................................................................41
结论 ……………………………………………………………………………..…..43
致谢 ………………………………………………………………………………....44
参考文献 …………………………………………………………………………....45
附录 …………………………………………………………………………………46
附录 A ………………………………………………………………………..47
附录 B ……………………………………………………………………..…48
1 绪论
课题背景
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展
的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维 CAD，为适应模具产品“交货期短”、“精
度高”、“质量好”和“价格低”的服务要求，并陆续开始使用 、CAXA、
Solidworks、AutoCAD2007、Pro/Engineer 等国际通用软件，个别厂家还引进了
Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件，并成功
应用于冲压模的设计中。
和 Solidwork 是比较常用的三维机械设计软件，能满足中小型企业模
具设计需求。并能大大减少了设计师的工作量，节约了工作时间，提高了工作效率，
使设计师把更多的精力用在新产品的开发及创新上。
课题相关工作
通过老师的指导及同学的讨论，了解本次毕业设计的主要任务，确定各自完成
的重点部分。我们小组所要完成的重点部分是冲压模具的总体设计与加工，绘制模
具的三维模型和装配图。查阅相关资料，完成开题报告，做好毕业设计前期的知识
储备等。
由给定的目标冲压零件对其进行冲压模具的设计。其过程包括分析冲压件工艺，
确定工艺方案及模具结构类型，进行必要的毛坯尺寸计算及工艺计算，模具的总体
设计，模具主要零部件的结构设计，选定冲压设备，绘制模具各零部件的三维图，
总装成三维装配图，再制作出模具实物模型。
最后整理资料，做好毕业答辩的最后准备。
本文主要研究内容
（1）根据所提供的零件图纸，对其进行冲压件工艺分析，确定工艺方案及模具
结构类型，进行必要的毛坯尺寸计算及工艺参数计算。
（2）在上述分析的基础上，进行模具的总体设计，并初步确定模具的闭合高度，
概略地定出模具的外形尺寸。
（3）进行模具主要零部件的结构设计，确定工作部分零件、定位零件、卸料和
推件装置、导向零件、紧固零件的结构形式和尺寸及固定形式，选定合理的冲压设
备。
（4）利用 AutoCAD 、CAXA、Solidworks 和 软件绘制模具零件图和
装配图及三维图。
2 冲裁模设计与制造简介
冲裁是冲压工艺中最基本的工序之一，它即可直接冲出成品零件，又可为弯曲、
拉深和成形等其他工序制备工序件，因此在冲压加工应用非常广泛。冲裁可以分为
普通冲裁和精密冲裁两大类。普通冲裁是以凸、凹模之间产生剪切裂纹的形式实现
板料的分离；精密冲裁是以塑性变形的形式实现板料的分离精密冲裁冲出的零件不
但断面垂直、光洁，而且精度也比较高，但一般需要专门的精冲设备和精冲模具。
根据制件精度选择为普通冲裁。
3 零件工艺性分析
工艺分析
工件简图：如图 3-1 所示；
零件名称：三角形水阀垫片；
生产批量：中批量；
材料：Q235；
材料厚度：t=。 图 3-1 制件图
分析如下：
℃ 材料：该冲裁件的材料 Q235 钢，具有较好的可冲压性能，适合冲裁。
℃零件结构：该冲裁件结构相对简单，需要进行冲孔、落料两道基本工序，尺寸
适中有 30mm 的孔，R5mm、R7 mm 和 R23 mm 的圆弧和 3 个 8mm 的孔，孔与孔、
孔与边缘之间的距离也满足要求。
℃尺寸精度：零件图上的形状尺寸均未标注公差，属自由尺寸，尺寸精度较低，
可按 IT14 级确定工件的公差，普通冲裁完全能满足冲裁要求。
查公差表可得各尺寸公差为：
零件外形： mm 、 mm 、 mm。
零件内形： mm 、 mm 。
孔心距： 23 mm。
结论：经分析该制件可以进行冲裁。
0
0
0
由于制件为大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证模具的复杂程度
和模具的寿命。
表 3-1 普通结构碳素钢的成分、性能
σs/Mpa δ5/Mpa
化学成分 钢材厚度或
直径≤16mm
钢号 等级
WC/% 不小于
σb/Mpa
Q195 — 195 33 315—390
A
Q215
B
— 215 31 335—410
A —
B —
C ≤
Q235
D ≤
235 26 375—460
A
Q255
B
— 255 24 410—510
Q275 — 275 20 490—610
表 3-2 部分碳素钢抗剪性能
材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度τ/Mpa
Q195 260－320
Q235 310－380普通碳素钢
Q275
未退火
400－500
从表 3-1、表 3-2 中查出 Q235。
抗剪强度：τ=310－380Mpa。
抗拉强度：σ=375—460Mpa。
伸 长 率：δ =26%。
屈服强度：σs=235Mpa。
分析其化学性能较好，此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性好，
故选择 Q235 钢材料。
根据以上分析：该零件的工艺性较好，可以冲裁加工。
冲裁工艺方案的确定
该零件生产为冲孔、落料工序，由于零件结构较简单，精度较较高，采用装复
合模冲裁时。倒装复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，
卸件可靠，便于操作。通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质
量和避免模具强度不够的问题。
该零件在冲裁时它包括冲孔和落料两道基本工序。可采用以下三种方案：
(1)先落料，再冲孔，采用单工序模生产。
(2)冲孔－落料复合冲压，采用复合模生产。
(3)冲孔－落料连续冲压，采用连续模生产。
其三种方案的性能比较见表 3-3
表 3-3 单工序模、级进模、复合模比较
比较项目 单工序模 级进模 复合模
工件尺寸精度 较低 一般 IT11 较高一般 IT9
工件形位公差
工件不平整，同轴度、
对称度及位置度误差
大
不太平整，有时要校
平，同轴度、对称度
及位置度误差大
工件平整，同轴度、对
称度及位置度较小
冲压生产率
低，冲床一次行程内
只能完成一个工序
高、冲床一次行程内
完成多个工序
较高、冲床一次行程可
完成两个以上工序
实现操作机械化自
动化的可能性
较易，尤其适合多共
位冲床上实现自动化
容易，尤其适合于单
机上实现自动化
难，工作与废料排除较
复杂，只能在单机上实
现部分机械化操作
对材料的要求
对条料要求不严，可
用边角料
对条料或宽度要求严
格
对条料要求不严，可用
边角料
生产安全性 安全性较差 比较安全 安全性较差
模具制造的难易程
度
较易，结构简单，制
造周期短，价格低
形状简单件，比用复
合模制造难度低
形状复杂件，比用级进
模的制造难度低
应用
通用性好，使用中，
小批量生产和大型件
大批量生产
通用性好，适合于形
状简单，尺寸不大，
精度要求不高件的大
批量生产
通用性差，适合于形状
复杂，尺寸不大、精度
要求较高件的大批量生
产
综合表 3-3 分析：由于零件的结构简单，制造相对比较简单，操作也方便，为
提高生产率，综合以上三种方案分析采用第二种冲孔、落料倒装复合冲裁模作为冲
裁工艺方案。
4 模具总体结构设计方案
模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，即模具类型为倒装复合模。
操作与定位方式
根据零件的生产批量小，但合理安排生产可用手工送料方式一能够达到批量要
求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式。考虑零件尺寸较小，材料厚度
较薄，为了便于操作和保证零件精度，采用后侧导柱的导向方式；定位方式为导料
销（同侧 2 个）定位，采用固定挡料销定距控制条料的送进步距。
卸料和出料方式
由于冲裁件厚度为 ，相对较薄，卸料力不大，故采用弹性卸料装置由卸
料板、卸料螺钉和弹簧组成。出件方式为下出件方式，由推杆和推件块组成的刚性
推件装置推出，冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔掉下。
导向方式的选择
为了提高模具寿命和工作质量，方便安装调整，该复合模采用后侧导柱的导向
方式。
5 模具设计工艺计算
排样、计算条料宽度及步距的确定
排样设计与计算
排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与
寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，排样时应考虑如下原
则：
9.提高材料利用率（不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状）。
2.排样方法应使操作方便，劳动强度小且安全。
3.模具结构简单、寿命高。
4.保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
如图 5-1 排样图
根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，
根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排
等多重形式。
该零件厚度较薄，尺寸较小，3 个 R7 的圆弧位于整个圆的 120°的特点，考虑到
模具寿命要求不是很高，为了保证加工和设计计算方便，采用直排排样方法，这种
排样有很大的缺点就是材料利用率很低，如图 2 所示的排样方法 。
搭边值的确定
表 5-1 搭边 a 和 a1 数值(低碳钢)
搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤
进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。
一般来说，搭边值是由经验确定的。考虑：
1)材料的力学性能。塑性好的材料，搭边值要大—些，硬度高与强度大的
材料，搭边值小一些。
2)材料的厚度。材料越厚，搭边值也越大。
3)工件的形状和尺寸。工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值也越大。
4)排样的形式对排的搭边值大于直排的搭边。
5)运料及挡料方式用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。
该制件是非圆形制件，根据尺寸从表 5-1 中查出，两制件之间的搭边值 a1=
（mm）,侧搭边值 a=(mm)。
由于该制件的材料是 Q235 钢，所以两制件之间的搭边值为：
a1=×（1～）=～(mm)
取 a1=(mm)
侧搭边值： a=×（1～）=～(mm)
取 a=(mm)
送料步距与条料宽度计算
在排样方案和搭边值确定之后，就可以确定条料的宽度，进而确定导料板间的
距离。
（1）送料步距 A：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲
出一个或多个零件。送料步距公式由公式 5-1 计算。
A=D+a1 (5-1)
式中 D――平行于送料方向的冲裁件宽度；
a1――冲裁件之间搭边值。
A=D+a1
=+
=
（2）计算条料宽度有三种情况需要考虑；
℃有侧压装置时条料的宽度。
℃无侧压装置时条料的宽度。
℃有定距侧刃时条料的宽度。
表 5-2 条料宽度偏差（mm）
材料厚度 t/mm条料宽度
B/mm ～ >～1 >1～2
～20
>20～30
>30～50
根据模具设计要求和每次能保证顺利冲裁采用无侧压装置的模具，能使条料始终
沿着导料销（两个）送进。
条料宽度 B 计算：条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏
差为零，下偏差为负值－℃。条料宽度由公式 5-2 计算。
B=（D+2a+C）
0
-℃
(5-2)
式中 D――冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；
a――冲裁件与条料侧边的搭边；
C――条料与导料板之间的间隙（即条料的可能摆动量）。
经查表 5-2 和表 5-3 得 ℃= C=。
B =（D+2a+C）
0
-℃
=（+2×1+）
= mm
表 5-3 导料板与条料之间的最小间隙 Zmin（mm）
无 侧 压 装 置
条 料 宽 度 B/mm材料厚度 t/mm
100 以下 100 以上
~
~1
1~2
2~3
3~4
4~5
1
1
1
1
计算材料利用率
定义：冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量
合理利用材料的指标。
一个步距内的材料利用率 计算公式如下：
(5-3)
式中 ——一个步距内冲裁件的实际面积；
——条料宽度；
——步距。
由公式（5-3）得
查板材标准，宜选 的钢板，
横裁时的条料数为：
%100
BS
A
A
B
S
%100
BS
A
%36
%100
mmmm 1000500
n1 =1000/B
=1000/
=17 可冲 17 条，
每条件数为：
n2 =(500-a)/S
=()/54
=9 可冲 9 件，
板料可冲总件数为：
n=n1×n2=17×9=153(件)
横裁时一张板料的利用率由公式（5-3）计算得出。
式中 ——一张板料上冲裁件的总数目；
——一个冲裁件的实际面积；
——板料（或带料、条料）长度；
——板料（或带料、条料）宽度。
由公式（5-3）得
即一张板材的材料利用率为 32％
纵裁时的条料数为：
n1=500/
=500/28
= 可冲 8 条，
每条件数为：
n2=(1000-a)/S
=()/
= 可冲 18 件，
%1001
BS
nA
＝
总
n
1A
L
B
%1001
LB
nA
＝
总
%32
%100
1000500
板料可冲总件数为：
n= n1×n2=8×18=144（件）
纵裁时一张板料的利用率由公式（5-3）计算得出。
式中 ——一张板料上冲裁件的总数目；
——一个冲裁件的实际面积；
——板料（或带料、条料）长度；
——板料（或带料、条料）宽度。
由公式（5-3）得
即一张板材的材料利用率为 ％
经分析计算板料横裁的利用率要高于竖裁，所以选用横裁。由于采用的是直排
排样方法在加上冲裁件的本身外形决定了材料利用率很低。
6 冲压力的计算
计算冲裁力的公式
计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。压
力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。普通平刃冲裁模，其总
冲裁力 FP 按公式（6-1）计算：
Fp=KptLτ （6-1）
式中 τ——材料抗剪强度，见附表（MPa）；
L——冲裁周边总长（mm）；
t——材料厚度（mm）。
系数 是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或一
般取 1～3。在此模具中 取 。当查不到抗剪强度 r 时，可以用抗拉强度σb 代替
τ，而取 Kp=1 的近似计算法计算。
%1001
BS
nA
＝
总
n
1A
L
B
%1001
LB
nA
＝
总
%
%100
1000500
PK
PK
的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态，可在设计资料及有关手册中查找，
本设计 的取值通过查表 3-2 确定，取 ＝320 。
冲孔力 的的计算
冲孔时的周边长度为：L1=3×2πd+2πd =3×2××4+2××15=（mm）
冲孔力由公式（6-1）计算
落料力 的计算
冲裁落料周边总长为 L2=
落料力由公式（6-1）
总冲裁力 Fp= + =+70824=
卸料力和推件力的计算
在冲模结束时，由于材料弹性回复（包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复）及
摩擦的存在，将冲落部分材料强塞到凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。
为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将凹模内的料推出。从凸
模上卸下箍着的料所需力称卸料力，将强塞到凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的
力称推件力。因此，需要有推件力和卸料力的作用。卸料力和推件力计算公式如下：
卸料力 (6-2)
推件力 (6-3)
式中 ——冲裁力（ ）；
——卸料力系数，其值为 ～（薄料取大值，厚料取小值）；
——推料力系数，其值为 ～（薄料取大值，厚料取小值）；
MPa
冲
F
1tLKF P冲
落
F
mm
2tLKF P落
N70824
冲
F
落
F N
PQ KFF
PQ FnKF 11
PF N
K
1K
——梗塞在凹模内的制件或废料数量（ ）；
——直刃口部分的高（ ）。
卸料力和推料力的系数通过查表 6-1 确定，卸料力系数取 K＝，推件力系数
取 ＝。
梗塞在凹模内的制件或废料数量取 ＝4
由公式（6-2）得卸料力
由公式（6-3）得推料力
表 6-1 卸料力、推件力和顶件力系数
料厚 t/mm
钢
≤
＞～
＞～
＞～
＞
～
～
～
～
～
铝、铝合金
纯铜，黄铜
～
～
～
～
总压力的计算
总压力等于该模具中所用压力之和，采用弹性卸料装置下出件的模具时的总压
力为：
n thn /
h mm
1K
n
PQ KFF
PQ FnKF 11
1QQ FFFFF 落冲总＝
故模具的总压力为
压力中心的确定和初选压力机
确定压力中心
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具
正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压
模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使
滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使
用寿命。
模具的压力中心，可安以下原则来确定：
1.对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。
2.工件形状相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3.各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作
用点的坐标位置 0，0（x=0，y=0），即为所求模具的压力中心。
其中 L1、L2、L3………LN 分别为各冲裁周边长度。
N
N
图 6-1 压力中心简图
按比例画出零件形状，选定坐标系 XoY。因零件形状相同且分布位置对称，压
力中心中心与零件的对称中心相重合，即 、 。所以该零件的压力中心
在图形的几何中心 O 处。如图 6-1 所示：
初选压力机
图 6-2 开式固定压力机 J21G-20
表八 压力机规格表
型号 JG21-14 J21-16 J21G-20 J12-25 JA21-35
公称压力/吨 14 16 20 25 35
划块行程/mm 50 56 30 60 35
划块行程次数/（次
/min）
100 80 100-350 105 130
最大闭合高度/mm 175 200 280 312 280
00 00
闭合高度调节量/mm 40 40 50 55 60
划块中心线至床身距
离/mm
130 140 150 200 205
前
后
185 185 280 160 210
215 270
工作台尺
寸/mm 左
右
190 190 165
垫块厚度/mm 40 40 75 50 60
直径 25 25 40 50 60
模柄孔尺
寸/mm
深度 30 40 55 80 80
根据冲压力的计算和压力中心的计算，选择开式固定压力机的型号为 J21G-20
如图 6-2 所示。
7 冲裁模间隙的确定
设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足
面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到制造中的偏差
及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这
个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙 Cmin，最
大值称为最大合理间隙 Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计
与制造新模具时要采用最小合理间隙值 Cmin。
冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影
响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。冲裁过程中，凸模与
被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压力越大，摩
擦也越严重，而降低了模具的寿命。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，
并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命，但出现间隙不
均匀。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。
根据实用间隙表 7-1 查得材料 Q235 钢的最小双面间隙 2Cmin=，最大
双面间隙 2Cmax=。
表 7-1 冲裁模初始用间隙 2c(mm)
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn 40、50 65Mn
2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax
小于
极 小 间 隙
.
.
460
注：取 08 号钢冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙的 25%.
8 凸模与凹模刃口尺寸的计算
冲裁模刃口尺寸计算的基本原则
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠
模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲
裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现：
（1）由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料
件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。
（2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为
基准。
（3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨
愈大，结果使间隙磨摩愈大。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时考虑下述原则：
（1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落
料模时，以凹模为准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在
凹模上。
（2）考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公
差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的
较大尺寸。这样在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸、凹
模的间隙应取最小合理间隙值。
（3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求
过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃
口精度要求过低（制造公差过大），则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命
降低。若制件没有标准公差，则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”
IT14 级处理，冲模则可按 IT11 级制造；对于圆形件，一般可按 IT7～IT9 级制造模
具。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，落料件上偏差为零，下偏
差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。生产中对普通冲裁件，凹模刃口尺寸制
造公差按 IT7 级精度选取；凸模刃口尺寸公差按 IT6 级精度选取。若采用配合方法
加工时，凹模或凸模刃口尺寸的制造公差可按制件的尺寸精度提高三~四级取值，也
可以按下表 8-1 选取。
表 8-1 冲裁模刃口制造精度与制件精度关系
板料厚度 t(mm) 制件精度
刃口制造精度 ≥
IT6～IT7 IT8 IT8 IT9 IT10 IT10 / / / /
IT7～IT8 / IT9 IT10 IT10 IT10 IT12 IT12 / /
IT9 / / / IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14
冲裁模刃口尺寸的方法
由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的
标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为两种情况，分别为凸模与凹模分开加工的
计算方法和凸模与凹模配合加工计算方法。前者用于冲件厚度较大和尺寸精度要求
不高的模具，后者用于形状复杂或波板工件的模具。
对于该工件厚度只有 （mm）属于薄板零件，并且四个孔有位置公差要求，
为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先做好其
中一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件的实际尺寸来配合加工另 一件，
使它们之间保留一定的间隙值，因此，只在基准件上标注尺寸制造公差，另一件只
标注公称尺寸并注明配做所留的间隙值。这δp 与δd 就不再受间隙限制。根据经验，
普通模具的制造公差一般可取δ=℃/4（精密模具的制造公差可选 4~6μm）。这种方法
不仅容易保证凸、凹模间隙值很小。而且还可以放大基准件的制造公差，使制造更
容易。在计算复杂形状的凸凹模工作部分的尺寸时，可以发现凸模和凹模磨损后，
在一个凸模或凹模上会同时存在三种不同磨损性质的尺寸，这时需要区别对待。
第一类：凸模或凹模磨损会增大的尺寸；
第二类：凸模或凹模磨损或会减小的尺寸；
第三类：凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸；
经分析在此采用配合加工的方法计算凸凹模刃口尺寸。落料部分以落料凹模为
基准计算，料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙
值配制。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。
计算公式如下：
落料凹模 （7-1）
冲孔凸模 （7-2）
在同一工步中冲出制件两个以上孔时，凹模型孔中心距 按下公式计算：
=(Lmin+℃) ±
式中 ——落料凹模基本尺寸（ ）；
——落料件最大极限尺寸（ ）；
——冲孔凸模基本尺寸（ ）；
4
0max )(
xDDd
0
4
min )( xdd p
dL
dL
dD mm
maxD mm
pd mm
——冲孔件孔的最小极限尺寸（ ）；
——同一工步中凹模孔心距基本尺寸（ ）；
——孔心距最小极限尺寸（ ）；
——制件公差（ ）；
——磨损系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带
的中间尺寸，与工件制造精度有关，可查表 8-2 或按下列关系取值。
当制件公差为 IT10 以上，取 ；
当制件公差为 IT11～IT13，取 ；
当制件公差为 IT14 者，取 。
表 8-2 磨损系数
非圆形 圆形
1
材料厚度
工件公差
1 < ～ ≥ < ≥
1～2 < ～ ≥ < ≥
2～4 < ～ ≥ < ≥
>4 < ～ ≥ < ≥
落料凸、凹模刃口尺寸磨损分析与计算
运用凸模与凹模配合加工的方法计算落料凸、凹模的刃口尺寸：
（1）凹模磨损后变大的尺寸，按一般落料凹模公式计算，即
Aj=(Amax-x℃)
+δA
0 （8-1）
（2）凹模磨损后变小的尺寸，按一般冲孔凸模公式计算，因它在凹模上相当于
冲孔凸模尺寸，即
mind mm
dL mm
minL mm
mm
X
1X
X
X
X
mmt /
mm/
Bj=(Bmin+x℃)
0
-δA （8-2）
（3）凹模磨损后无变化的尺寸，其基本计算公式为
Cj=(Cmin+℃) ±δA （8-3）
式中 Aj、Bj、Cj——相应的凹模刃口基本尺寸（ ）；
Amax——工件的最大极限尺寸（ ）；
Bmin——工件的最小极限尺寸（ ）；
C——工件的基本尺寸（ ）；
℃——工件公差（ ）；
δA——制造偏差（ ）(其中 δA=℃/4)；
x——系数，为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸（落料时偏向最小尺寸，
冲孔时偏向最大尺寸），x 值在 ~1mm 之间，与工件制造精度有关，可查表 8-2 选
取。
冲裁件的尺寸均无公差要求，按国家标准 IT14 级公差要求处理，查公差表得：
mm 、 mm 、 mm 、 mm 、 mm、
孔心距 23 mm。
计算凸、凹模的刃口尺寸，考虑到零件形状比较复杂，凹模磨损后其尺寸变化
有三种情况, 落料时应以凹模的实际尺寸按间隙要求来配作凸模，冲孔时应以凸模的
实际尺寸按间隙要求来配制凹模。
落料凹模的尺寸从图 8-1 上可知，A、B、C、均属磨损后都变大的尺寸，属于
第一类尺寸，计算公式为：Aj=(Amax-x℃)
0
-δA (其中 δA=℃/4)
查表 7-1 得：2Cmin=(mm)，2Cmax=(mm)；查表 9-1 得，取制件 公
差全为 IT14，即
mm
mm
mm
mm
mm
mm
0
0
0
08
X
a、冲裁件 b、凸凹模刃口尺寸磨损图 c、落料凹模刃口尺寸计算 d、落料凸模配制尺寸
图 8-1 计算刃口尺寸示意图
a、落料凹模的基本尺寸计算如下，落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模
按间隙值配制；
根据公式（8-1） A 凹=(Amax-x℃)
+δA
0
=(×）
= (mm)
B 凹=(Bmax-x℃)
+δA
0
=（5-0. 5×
= (mm)
C 凹=(Cmax-x℃)
+δA
0
=（23-0. 5×）
= (mm)
落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是 、、。但不必
标注公差注明以 ～ 双面间隙与落料凹模配作。
0
0
0
0
0
0
冲孔凸模的尺寸从图 8-1 上可知，四个冲孔凸模的尺寸在磨损过程中将变小，
属于第二类尺寸，计算公式为：Bj=(Bmin+x℃)
0
-δA （其中 δA=℃/4)。
查表 8-1 得：2Cmin=，2Cmax=；查表 8-2 得，取磨损系数
X=。
b、冲孔凸模的刃口尺寸计算如下，冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模
按间隙值配制。
根据公式(8-2) D 凸=(Dmax+x℃)
0
-δA
=（8+×）
= (mm)
E 凸=(Emax+x℃)
0
-δA
=（30+×）
= (mm)
落料凹模的基本尺寸与冲孔凸模相同，分别是 、。但不必标注
公差注明以 ～ 双面间隙与冲孔凸模配作。
三个 8mm 冲孔凸模的尺寸是一样的，都为 mm，其中 mm
冲孔凸模的尺寸是 mm 。
c、计算孔心距
=(Lmin+℃) ±
=(23+×) ±×
=±
9 模具主要工作零部件设计
设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件用什么方法加工制造及总体装配方
法。结合模具的特点，本模具适宜采用线切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及外
形凸模、内孔凸模。这种加工方法可以保证这些零件各个内孔的同轴度，使装配工
作简化。下面就分别介绍各个零部件的设计方法。
凹模的设计
0
0
0
0
0
0
dL
从冲压工艺分析可知，凹模采用直筒式刃口凹模，其特点是制造方便，刃口强
度高，刃磨后工作部分尺寸不变。广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制
件。凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚
度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸
来确定的。各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，
要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。
表 9-1 系数 K 值
材料厚度
材料料宽
≤1 >1～3 >3～6
≤50 ～ ～ ～
>50～100 ～ ～ ～
>100～200 ～ ～ ～
表 9-2 矩形和圆形凹模外形尺寸
矩形凹模的长度和宽度
矩形和圆形凹
模厚度
圆形凹模直径
、
10、12、14、
16、18、20
63
、 、 、 、 、
12、14、16、
18、20、22
80、100
、 、 、
14、16、18、
20、22、25
125
、 、 、 、
、 、
16、18、20、
22、25、28
（140）
、 、 、 、
16、20、22、
25、28、32
160
凹模各尺寸计算公式如下：
凹模厚度 （ ） （9-1）
凹模边壁厚 （ ） （9-2）
凹模板边长 （9-3）
mmt /
mms /
BL h
d
5063 6363
6380 8080 63100 80100 100100 80125
100125 125125 80)140( 100)140(
125)140( )140()140( 100160 125160
)140(160 100200 125200
160160 )140(200 160200 125200 )140(250
KbH mm15
Hc )( ～ mm4030～
cbL 2
式中: b——冲裁件的最大外形尺寸；
K——系数，考虑板料厚度的影响，查表 9-1。
按上式计算后，选取的 H 值不应小于（15～20）mm。
根据以上公式（9-1）则可计算落料凹模板的尺寸：
1、凹模厚度：查表 9-1 得：K=
根据公式（9-1）
取凹模厚度 H=20 。
2、凹模边壁厚的确定公式为：
（ ）
=
=27~36mm
取凹模壁厚 C=30mm。
3、凹模长度的计算公式为：
=+2×30
=
凹模的长度要考虑导料销发挥的作用，保证送料粗定位精度。取标准取
L=125mm。
由于制件似圆形把凹模设计成圆形根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的直径
和高度的尺寸：
凹模直径： 。
凹模高度： H=20mm。
即： 。
参照表 9-2，将上述尺寸设为标准尺寸为 。
冲孔凸模的设计
KbH
mm
Hc )( ～ mm4030～
18)( ～
cbL 2
mmL
mmHL
mm20125
冲孔小凸模采用 A 型圆凸模，按 GB/T7653-1994 规定。直接用车床加工即可，
可以直接用 2 个 M8 的螺钉固定在垫板上，凸模与凸模固定板的配合按 H7/m6。冲
孔大凸模采用圆柱式，可以直接 1 个 M6 的螺钉固定在垫板上，凸模长度尺寸应根
据模具的具体结构确定，同时考虑凸模的修模量及固定板、与卸料板之间的安全距
离等因素。
采用弹压卸料板时，凸模的长度计算公式为：
（9-4）
其中 ——凸模长度；
——凸模固定板厚度；
——凹模厚度。
其中凸模固定板的厚度 =×H 凹=×20=(标准为 30mm)
由（9-4）式得：
=30+10
=40mm
校核冲孔凸模强度
在一般情况下，凸模的强度是足够的，不必进行强度计算。但是对细长凸模，
或凸模断面尺寸较小而毛坯厚度又比较大的情况下，必须进行承压能力和抗纵向弯
曲能力两方面的校验。
该冲孔凸模的强度校核公式如下：
（9-5）
式中 L——冲件轮廓的周长（ ）；
t——冲件材料厚度（ ）；
——冲件材料抗剪强度 ；
——接触面积（ ），取接触宽度为 t/2；
——凸模刃口接触应力 ；
——凸模材料许用应力，对于常用合金模具钢，可取 1800 。
21 hhL
L
1h
2h
1h
1 2L h h
k
k F
Lt
mm
mm
)( aMP
kF
2mm
k )( aMP
)( aMP
校核冲孔凸模由于冲件轮廓周长为 ，冲件材料厚度 ，接触面
积 ，冲件材料抗剪强度取 320 , 凸模材料许用应力取 1800 。
由公式（9-5）得：
< =1800
经校核冲孔凸模的强度足够。
凸凹模高度的确定
凸凹模的最小壁厚与冲模的结构有关：正装式复合模因凸凹内孔不积存废料，
胀力小，最小壁厚可小些；倒装式复合的凸凹模内孔一般积存废料，胀力大，最小
壁厚应大些。
由于选用的是倒装式复合模，所以查下表得：最小壁厚 a=。
表 9-3 倒装复合模最小壁厚表（mm)
材料厚度
最小壁厚
a
凸凹模高度计算公式：
（9-6）
式中 ——增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等）；
——凸凹模固定板厚度；
——弹性卸料板厚度。
凸凹模高度：
凸凹模内外刃口间壁厚校核
根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为3mm，根据强度要求查表9—4知，
mm mm
2mm aMP aMP
k
k F
Lt
1
aMP
21 hhhL
h
1h
2h
21 hhhL
mm45
101520
该壁厚为即可，故该凸凹模的侧壁强度要求足够。
表 9-4 复合模最小壁厚（ ）
材料厚度
冲件材料
～ 1
铝、铜 ～ ～ （～）
黄铜、低碳钢 ～ ～ （～）
硅钢、磷铜、中碳钢 ～ ～ （～）
冲裁刃口高度
表 9-5 刃口高度（ ）
料厚 ≤ ＞～1 ＞1～2 ＞2～4 ＞4
刃口高度 h ≤4 ＞4～6 ＞6～8 ＞8～10 ≥12
查表 9-5，刃口高度为 h＞4～6(mm),取 h=4(mm)。
凸模与卸料板间隙选取
因为内孔凸模是圆凸模，仍然选用直通式凸模，采用车床加工。与凸模固定板
采用 H7/r6 配合。凸模长度与外形凸模长度相等为 25mm。凸模与卸料板之间的间隙
见表 9-6 查得凸模与卸料板的间隙选为 。
表 9-6 凸模与卸料板、导柱与导套的间隙（ ）
序号
模具冲裁间隙
Z
卸料板与凸模间隙
Z1
辅助小导柱与小导套间
隙 Z2
1 >～ >～ 约为
2 >～~ >～ 约为
3 >～ >～ 约为
mm
t
mm
mm
卸料装置的确定
卸料零件
设计卸料零件的目的，是将冲裁后卡在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉，
保证下次冲压正常进行。
卸料板的设计
因为该模具为复合模具，卸料装置采用弹压式卸料板，它既起卸料作用，起压
料作用，由于在工作前对板料有预压作用，所得冲裁零件的质量较好，平直度较高。
该冲裁件厚度在 以下的板料，弹压卸料板与弹性元件（弹簧或橡皮）、卸料
螺钉组成弹压卸料装置。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（）t，若弹压卸
料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。弹压元件的选择，
应满足卸料力和冲模结构的要求。
在前面冲压工艺分析中已经选择了卸料装置为弹性卸料，采用卸料板卸料。卸
料板的厚度一般取5～20mm，考虑到材料厚度不大所以取10mm，卸料板的周界尺寸
与凹模的板的周界尺寸相同。卸料板与凸凹模的间隙值由表4-2确定，取 。
卸料板的具体结构形式和尺寸详见非标准零件图。卸料板采用45钢制造，淬火硬度
为42～48HRC。
表9-7 弹压卸料板与凸模间隙值（ ）
材料厚度t/mm ＜ ～1 ＞1
单边间隙Z/mm
卸料螺钉的选用
卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M10×10mm。卸料
螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm，
有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
弹性元件的选用与计算
在冲裁模卸料与出件装置中，常用的元件是弹簧和橡胶，考虑本模具的结构，
该模具采用的弹性卸料且弹性元件为弹簧。在卸料装置中，常用的弹簧是圆柱螺旋
压缩弹簧。这种弹簧已标准化（GB2089-1980），设计时根基所要求的压缩量和生产
的压力按标准选用即可。
mm
mm
冲模常用圆柱螺旋压缩弹簧，一般用 65Mn 或 60Si2Mn 等钢丝卷绕而成，两端
拼紧并磨平，热处理后硬度一般为 43～48HRC。
卸料弹簧的选用步骤如下:
（1）初步确定弹簧个数 n 一般选 2～4 个，结构允许时可选 6 个，但受力不容易
均匀。
（2）根据总卸料力 Fx 和初选的弹簧个数 n,算出每个弹簧的预压力 Fy:
Fy=Fx/n(N)
=
=(N)
（3）根据预压力 Fy 初选弹簧的规格，使其极限工作压力 Fj 大于预压力 Fy，
一般取 Fj=（-2）Fy。
Fj =（～2）Fy
=（～2）
= ～(N)
（4）根据弹簧压力与其压缩量成正比的特性，可按下式计算弹簧的预压量 hy，
其中 hy=Fy hj/Fj(mm)。
式中 hj——弹簧极限压缩量（mm）一般取 16(mm) ；
Fj——弹簧极限工作负荷（N）；
Fy——弹簧预压力（N）。
hy=Fy hj/Fj
=×16/3500
=
（5）检查所选弹簧是否合适，使弹簧工作时的总压缩量 h 不超过弹簧允许的极
限工作负荷下的压缩量 hj，即应满足下式：hj≥h=hy+hx+hm
式中 hx——卸料板的工作行程（mm），一般可取 hx=t+1,t 为板料厚度；
hm——凸模或凸凹模的刃模量，通常可取 hm=4～10mm。
即 hj≥h=hy+hx+hm
=+2+5
=
经检查满足下：hj≥h=hy+hx+hm 弹簧选取合格。
即选择弹簧规格为 (D) ×(d) ×(H)=××20 ，材料：65Mn ，热处理硬度
43～48HRC。
推件装置设计
推件的目的，是将制件从凹模中推出来（凹模在上模）。推件力是通过压力机的
横梁作用在一些传力元件上，使推件力传递到推件板上将制件（或废料）退出凹模。
推板的形状和推杆的布置应根据被推材料尺寸和形状来确定。推件是指推件装置装
在上模内的称为推件，推件装置一般是刚性的，其基本零件有打杆、推板、连接推
杆和推件块，有的推件装置不需要推板和连接推杆组成中间传递结构，而由打杆直
接推动推件块。常见的有刚性推件装置如图 9-1 和弹性推件装置。
1—打杆 2—推板 3—推杆 4—推件块
如图9-1 刚性推件装置
该模具是采用倒装复合模，所以采用刚性推件装置，其特点推件力大，工作可
靠，应用十分广泛。在该模具中的推件装置的零件只需要打杆和推件块，在冲压 结
束后通过打杆直接推动推件块，将凹模中的冲件卸下。
定位方式的选择
（1）送进导向方式的选择
送进导向方式有两种，分导料销送进导向和导料板导向。该模具采用的是料，
模具的类型采用的是复合模。在此选择在复合模具中常用的导料销导向，在模具中
设两个导料销，并位于条料的同一侧，该模具是从右向左送料，所以导料销装在后
侧。
（2）送料定距方式的选择及材料
常见限定条料送进的距离的方式有两种：用挡料销挡住搭边或冲件轮廓以定条
料送进距离的挡料销定距；在此模具中采用国家标准的固定挡料销如图 9-2 和导料
销所示，而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，靠操作工目测来定。
表 9-8 固定挡料销尺寸规格表( )
d(h11) d1(m6)
基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差
h L
6
0
3
+
+
3 8
8 2 10
10
0
4
+
+ 3 13
16 8 3 13
20
0
10
+
+ 16
25
0
12
+
+
4
20
图 9-2 固定挡料销简图
即材料采用 45 钢制造，热处理硬度 42~48HRC。
模架及导柱导套的设计
上下模座的确定
模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和生产要求确定是否使用带导柱
的模座。
本模具采用滑动导向后侧导柱保证模具上、下模的精确导向。滑动导柱、导套
都是圆柱形的，其加工方便，可采用车床加工，装配容易。导柱的长度应保证上模
座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离 15mm。而下模座底面
mm
～
～
～
～
与导柱底面的距离为（~1）mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用 H7/r6 的过盈配
合,导套的外径与上模座导套孔采用 H7/r6 的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压
时导柱一定要进入导套 10mm 以上。导柱与导套之间采用 H7/h6 的间隙配合，导柱
与导套均采用 20 钢，热处理硬度渗碳淬硬 58~62HRC。
该模具采用的是滑动导向后侧导柱模架。以凹模周界尺寸为依据查国标
(GB/T9436-88)，选择模架规格。
上模座：L/mm×B/mm×h/mm=125mm×125mm×35mm。
下模座：L/mm×B/mm×h/mm=125mm×125mm×35mm。
模座的厚度应为凹模厚度的 ~2 倍上模座的厚度为 35，上垫板厚度取 10，固
定板厚度取 30mm，下模座的厚度为 35mm。
导柱与导套的设计
图 9-3 导柱和导套结构简图
图 9-4 导柱和导套结构简图
导柱与导套的结构、尺寸一般都是直接按标准选取，选用时导柱的长度应保证
冲模在最底工作位置时如图 9-3 所示，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于(10～
15)mm。在最高工作位置时，导柱上端面与导套的下端面的距离不小于(10～20)mm
如图 9-4 所示，而下模座底面与导柱导柱底面距离为(～1)mm，导柱和导套的配
合精度由表 9-7 查处选择 II 级。
选择导柱长度H范围为：
176-(10～15)mm≤H≤250+(10～20)mm
166mm≤H≤260mm
导套长度H范围为：
250-176+（10～20）+（10～15）mm≤H
H≥80mm
由以上计算可选标准导柱导套参数如下：
导柱：d/mm×L/mm=26mm×175mm；
导套: d/mm×L/mm×D/mm=26mm×58mm×42mm；
表9-9 导柱、导套配合间隙
模架精度等级
I 级 II 级配合形式 导柱直径
配合间隙值
配合后的过盈量
≤18 ≤ ≤
＞18～30 ≤ ≤
＞30～50 ≤ ≤
滑动配合
＞50～80 ≤ ≤
滚动配合 ＞18～35 ～
模柄及尺寸确定
模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有：（1）
整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。（2）带台阶的压入式模柄，
它与模座安装孔用 H7/n6 配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小
型模具。（3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，为防止松动，拧入防转螺钉紧
固，垂直度较差，主要用于小型模具。（4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座
紧固在一起，使用与较大的模具。（5）浮动式模柄，它由模柄，球面垫块和连接板
组成，这种结构可以通过球面垫块消除冲床导轨位差对冲模导向精度的影响，适用
于滚珠导柱、导套导向的精密冲裁。
该模具模柄选凸缘式模柄，采用螺钉固定。模柄是连接上模与压力机的零件，
在该模具中采用的是冷冲模柄中的通用模柄 JB/T7653-1994。在设计模柄时模柄长度
不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致。模柄的尺寸是根
据所选压力机模柄孔尺寸来确定，根据所选压力机的模柄孔直径为 40×55，由此可
得模柄的尺寸为 40×50。
确定模具的闭合高度
该模具的闭合高度为
=(35+35+30+40+45-1)mm
=184mm
式中
——冲孔凸模长度；
——凸凹模厚度；
——冲孔凸模冲裁后进入凹模的深度， ＝1 。
可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以使用，可见该
模具闭合高度小于所选压力机 J21G-20 的最大装模高度（280）可以使用。
工作零件结构材料的选用
由于冲模为冷冲模，所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好
的抗疲劳性、良好的抗粘结能力、可段性、可切削性、可磨削性、热处理工艺性等。
由上要求在该模具中冲孔凸模、凸凹模和凹模板的材料选用 Cr12MOV 钢。Cr12MOV
刚具有较好的淬透性，很高的耐磨性，有较高的冲击韧度。淬火、回火工艺见表
9-10。
表 9-10 Cr12MOV 钢的淬火、回火工艺
低淬低回工艺 中淬中回工艺 高淬高回工艺
钢号 淬火
温度
淬火
硬度
回火
温度
淬火
温度
淬火
硬度
回火
温度
淬火温
度
淬火硬
度
回火温
度
hHLHHHH
垫下上闭
＝ 2
L
H
h h mm
/℃ HRC /℃ /℃ HRC /℃ /℃ HRC /℃
Cr12MOV
950～
1000
62～
64
200 1030
63～
64
400
1080～
1100
40～60
500～
520
其它螺钉长度选择标准
根据紧固件的需要选择标准件，其长度尺寸查《机械工程标准手册·螺纹与紧固
圈》P312表14-2和P315表14-5确定。
圆柱销尺寸选用标准
根据其定位的零件不同选用不同的长度，圆柱销均为 GB/-2000 圆柱销。
其它模具零件结构尺寸
根据倒装复合模具的特点：以凹模尺寸为依据确定其它模具模板零件尺寸列于
表 9-11。
表 9-11 其它模板零件尺寸（mm）
序号 名称 长×宽×厚（ ） 材料 数量
1 上垫板 125×125×10 T8A 1
2 凸模垫板 125×125×10 T8A 1
3 凸模固定板 125×125×30 45 钢 1
4 卸料板 125×125×10 45 钢 1
5 凸凹模固定板 125×125×15 45 钢 1
6 下垫板 125×125×10 T8A 1
冲压设备的选定
在第三部分中已经初选冲压设备为开式固定压力机的型号为 J21G-20，通过校核，
该压力机能满足使用要求。其主要技术参数如下：
公称压力：20 吨。
滑块行程：50mm。
行程次数： 100-350 次∕分。
最大闭合高度：280mm。
闭合高度调节：40mm。
滑块中心线至床身距离：130mm。
工作台尺寸（前后×左右）：260mm×165mm。
垫板厚度：75mm。
mm
10 模具三维建模
用 UG 三维建模软件对模具零部件进行三维建模，再装配生成整副模具的三维
实体模型。最后用 UG 中的工程图功能自动生成模具主要零部件的工程图和 2D 装配
图。
三维装配模型
利用 UG 进行所设计的模具实体造型，绘画模具的各个工作部分零件，三维装
配图更能客观的表达所设计的图形，每个零部件在模具中的工作过程。在利用 UG
对模具的动画进行制作更能清楚地反应模具的工作行程和怎样进行模具的冲裁。三
维装配模型如图 10-1 所示。
10-1 模具三维装配模型图
三维爆炸图
三维爆炸更能直观反应所设计的模具的各个零部件和模具的装配关系。
图 10-2 三维爆炸图
装配图如图 10-3 所示。
图 10-3 装配主视图
11 主要模具零件加工工艺过程的确定
工作零件加工工艺过程
工作零件加工是指凸、凹模的加工，冲裁属于分离工序，冲裁模凸、凹模带有
锋利刃口，凸、凹模之间的间隙较小，其加工具有如下特点：
(1) 凸、凹模材质一般是工具钢和合金工具钢，热处理后的硬度为 60～64HRC，
凹模比凸模稍硬一些；
(2) 凸、凹模精度主要根据冲裁件精度的决定，一般尺寸精度在 IT6～IT9，工
作表面粗糙度在 ；
(3) 凸、凹模工作端带有锋利刃口，刃口平直（斜刃除外），安装固定部分要符
合配合要求；
(4) 凸、凹模装配后应保证均匀的最小合理间隙。
(5) 凸模的加工主要是外形加工，凹模的加工主要是孔（系）加工。凹模型孔加
工和直通凸模加工常用线切割方法。
根据凸模、凹模加工特点，可制定多种加工工艺，典型的加工工艺路线主要有
以下几种形式：
(1) 备料→退火→毛坯外形加工→划线→刃口轮廓粗加工→刃口轮廓精加工→
螺孔、销孔加工→淬火与回火→研磨与抛光。此工艺路线钳工工作量大，技术要求
高，适用于形状简单、热处理变形小的零件。
(2) 备料→退火→毛坯外形加工→划线→刃口轮廓粗加工→螺孔、销孔加工→淬
火与回火→磨削上、下面与基面→刃口轮廓精加工→研磨与抛光。此工艺过程能消
除热处理变形对凸、凹模精度的影响，加工精度较高，适用于热处理变形大而精度
要求较高的凸、凹模。
(3) 备料→退火→毛坯外形加工→划线→螺孔、销孔、穿丝孔加工→淬火与回火
→磨削上、下面与基面→线切割刃口轮廓→研磨与抛光。此工艺路线主要用于以线
切割加工为主要工艺的凸、凹模加工，尤其适用形状复杂、热处理变形大的直通式
凸模、凹模零件。
考虑到加工难度以及加工精度和经济效益，由上选择第三种加工工艺。
落料凹模加工工艺过程
落料凹模是模具中的工作零件，其表面质量、精度和硬度的要求都比较高。加
上时考虑到材料成本及加工工厂的设备有限，故采用的材料是 45 钢，在加工过程中
～aR
首先精车达到工作要求，再线切割，最后淬火达到 43～48HRC。落料凹模加工工艺
过程卡见表 11-1 所示。
冲孔小凸模加工工艺过程
冲孔小凸模加工工艺分析：该零件属于台阶圆柱结构，可以先进行车削加工留
下的磨削的余量，然后进行热处理，达到其硬度要求。 8mm属于工作面，其
精度要求较高，需要磨削， 12mm属于配合面精度要求也高，也需要磨削，最后装
配入凸模固定板里面。其加工工艺过程如表11-2。
冲孔大凸模加工工艺过程
该零件属于圆柱式结构，并且中心有个起固定作用的沉头孔，刃口高度为5mm，
可以先进行外形车削并钻好 6mm的中心孔，再用内圆车刀车孔至尺寸，并留
的研磨余量进行研磨中心孔，外圆留的余量，用内圆车刀车好沉头孔，然后
进行热处理。由于制件较短只有25mm，由于现场设备加工范围受限，25mm的圆柱
在磨床上面没有办法装夹，因而需要制作一根研磨棒，套在中心孔上然后两头装夹
进行外圆磨削，其目的是防止砂轮与拨叉干涉。制作研磨棒的目的是保证凸模在磨
削时候中心孔与外圆的同轴度要求，达到定位准确。 加工工艺过程如表11-3。
凸凹模加工工艺过程
凸凹模加工工艺分析：凸凹模是模具中的工作零件，其表面质量、精度和硬度
的要求都非常高，因为它直接决定冲裁出来的产品的质量，该零件设计时是采用的
台阶式固定，但是由于工厂现有的设备有限，没有数控铣床只有线切割，我们设计
的零件的外形形状较为复杂，外形带曲线轮廓，还有台阶，因而要完全达到设计结
构要求是根本加工不出来的。针对于此种情况，我们决定将结构进行了适当的修改，
将原来的台阶式改为直通式，和凸凹模固定板采用过盈配合。这样一来就可以直接
利用线切割进行加工，所以工艺改为先进行车削至外形尺寸，端面留 的余量
进行磨削，划线并钻四个穿丝孔，将其底部的 31mm、 9mm 的孔扩好，将其进行
热处理，再进行线切割编程加工，最后将其进行磨削达到图纸尺寸和技术要求。凸
凹模加工工艺过程如下表 11-4。
其它模具零件的加工
模具零件除工作型面零件外，还有模座、导柱、导套、固定板、卸料板、等其
它模具零件，它们主要是板类零件、轴类零件和套类零件等。其它模具零件的加工
相对于工作型面零件要容易些，其它模具零件常用加工方法如表 11-5 所示。
表 11-5 其它模具零件的常用加工方法
零件名称 常用加工方法
模座
模座是组成模架的主要零件之一，属于板类零件，一般都是由平面和孔系
组成。其加工精度要求主要体现在模座的上、下平面的平行度，上、下模座的
导套、导柱安装孔中心距应保持一致，模座的导柱、导套安装孔的轴线与模座
的上、小平面的垂直度，以及表面粗糙度和尺寸精度。
模座的加工主要是平面的加工和孔系的加工。在加工过程中为了保证技术
要求和加工方便，一般遵循先面后孔的加工原则，即先加工平面，再以平面定
位进行加工孔系。模座的毛坯经过刨削或铣削加工后，对平面进行磨削可以提
高模座平面的平面度和上下平面的平行度，同时容易保证孔的垂直度要求。孔
系的加工可以采用钻、镗削加工，对于复杂异型孔可以采用线切割加工。为了
保证导柱、导套安装孔的间距一致，在镗孔时经常将上、下模座重叠在一起，
一次装夹同时镗出导柱和导套的安装孔。
导柱和导
套
滑动式导柱和导套属于轴类和套类零件，一般是由内、外圆柱表面组成。
其加工精度要求主要体现在内、外圆柱表面的编码粗糙度即尺寸精度；各配合
圆柱表面的同轴度等。导向零件的配合表面都必须进行精密加工，而且要有较
好的耐磨性。
导向零件的形状比较简单。加工方法一般采用普通机床进行粗加工和半精
加工后在进行热处理，最后用磨床进行精加工，消除热处理引起的变形，提高
配合表面的尺寸精度和减少配合表面的粗糙度。对于配合要求高、精度高的导
向零件，还要对配合表面进行研磨，才能达到要求的精度和表面粗糙度。导向
零件的加工工艺路线一般是：备料→粗加工→半精加工→热处理→精加工→光
整加工。
固定板、卸
料板
固定板和卸料板的加工方法与凹模板十分类似，主要根据型孔形状来确定
方法，对于圆孔可采用车削，矩形和异性可采用铣削和线切割，对系列孔可采
用坐标镗削加工。
模具的其它零件中的模座、导柱、导套都是属于标准件，只需在标准库中选取。
所以在此只介绍模座和非标准件的加工工艺过程，即上垫板、凸模固定板、凹模固
定板、卸料板和推件块的加工工艺过程。
凸模固定板加工工艺过程
凸模固定板加工工艺过程分析：凸模固定板上面有三个固定冲孔小凸模的沉头
孔，并且孔的内壁的表面粗糙度要求特别高，并且下端还有一个固定冲孔大凸模的
沉孔，并且中心还有一个螺纹孔。三个小凸模和大凸模的位置关系非常重要，如果
三个孔的位置有 7 丝以上的偏差，那么将凸模固定上去后是没有法进行装配的，因
为凸模与凹模的单边最大间隙值只有 ，所以对凸模固定板上面固定凸模的孔
的位置精度要求非常高。凸模固定板上面还有四个起固定作用的螺纹孔，只需进行
钻孔，再进行攻丝即能达到要求。所以整个工艺过程是先在车床上面车外形和固定
冲孔大凸模的孔，并且端面留 的磨削余量，然后进行磨削，再进行钳工划线，
钻孔、钻穿丝孔和攻丝，最后进行线切割编程并加工好三个冲孔小凸模固定孔，用
铣刀铣好沉头孔。凸模固定板加工工艺过程如表 11-6：
卸料板加工工艺过程
卸料板的工艺工艺分析：卸料板是模具中的工作零件，其表面质量、精度和硬
度的要求都非常高，卸料板采用的材料是 45 钢，首先精车外形达到要求，再平磨两
个平面达到平行度的 ，最后线切割及调质 24～28HRC。卸料板加工工艺过程卡
见表 11-7 所示。
上垫板加工工艺过程
上垫板板采用的材料是 45 钢，首先精车外形达到要求，其次主要是磨削使上、
下面平行度为 及表面质量达到要求。卸料板加工工艺过程卡见表 11-8 所示。
上模座加工工艺过程
上模座是属于标准件，在此由标准库选取，主要加工孔系。上模座加工工艺过
程卡见表 11-9 所示
下模座加工工艺过程
下模座是属于标准件，在此由标准库选取，主要加工孔系。下模座加工工艺过
程卡见 11-10 所示。
模具的装配
模具的装配就是根据模具的结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，
将符合图纸技术要求的零件经协调加工，组装成满足使用要求的模具。在装配过程
中，即要保证配合零件精度，又要保证零件之间的位置精度，对于具有相对运动的
零部件，还必须保证它们之间的运动精度。因此，模具装配是最后实现冲模设计和
冲压工艺意图的过程，是模具制造过程中的关键工序。模具装配的质量直接影响制
件的冲压质量、模具的使用和模具寿命。
根据复合模装配要点，选凹模作为装配基准件，先装下模，再装上模，并调整间
隙，试冲、返修。具体装配见表 11-11 所示。
表 11-11 三角形水阀垫片复合模的装配
序号 工序 工艺说明
1 凸、凹模预配
1. 装配前仔细检查各凸模形状尺寸以及凹模形孔，是否符合图
纸要求尺寸精度、形状。
2. 将凸模与凹模孔相配，检查其间隙是否加工均匀。不合适者
应重新修磨或更换。
2 凸模装配 以凹模孔定位，将凸模压入凸模固定板的形孔中，并挤紧牢固。
3 装配下模
1. 将下垫板，凸凹固定板和凸凹模固定在一起放在下模座上按
件对前。
2. 配入销钉，用螺钉拧紧。
3. 放入弹簧，装入卸料板。
4. 用卸料螺钉将卸料板拧紧，调节预紧力使之均衡。
4 装配上模
1. 将模柄装入上模座，用螺钉固定。
2. 将冲孔凸模装入凸模固定板并将凸模与凸模固定板磨平。
3. 将上垫板放在上模座上，将凸模固定板放在上垫板上。
4. 放入打杆和推件块，在放上凹模板，配入销钉。
5. 用螺钉将上模各板连接并拧紧。
5 试冲与调整 装机试冲并根据试冲结果作相应调整。
结论
本文阐述了三角形水阀垫片的冲压模具设计的全过程。在毕业设计过程中，我
们遵循冲压工艺的基本理论和冲压模具的设计步骤，利用 、SolidWorks 等
CAD 设计软件，进行了三角形水阀垫片的倒装复合模具的设计，完成的具体工作如
下：
1、三角形水阀垫片工艺分析和工艺计算；
2、模具的总体设计及其零部件的结构设计；
3、冲压设备的选定；
4、模具的零部件及装配体三维造型；
5、模具装配图和主要零件工程图。
以 、SolidWorks 为工具，进行冲压件的模具设计，大大提高了模具设
计的效率，充分体现了三维设计的灵活和高效。因为通过实际的制造过程能将我们
的模具理论设计应用到实际的制造中，让我去发现和弥补理论设计中的不足和缺陷。
计算机技术为机械设计领域带来了新的理念和方法，也促进了冲压模具设计和
制造手段的进步。我们相信：将计算机三维设计运用于冲压模具的设计和制造是模
具设计制造技术发展的必然，充分利用计算机技术进行模具 CAD/CAE/CAM 系统的
研究具有十分重要的理论和实践意义。
致谢
本次毕业设计的课题，对于我是一次新的大胆的尝试。本课题为我提供了一个
系统地学习冷冲模具设计的机会，使我更加深刻地了解和初步掌握了模具设计知识。
通过本次设计，我把自己大学三年学习的丰富的机械理论知识与设计的实践相结合，
融会消化。在设计中应用三维软件，加深了自己对三维设计的理解和运用。结合三
维设计技术的冷冲模具设计，对我来说是一个全新的挑战。
在本论文完成之际，谨向给予我指导、关心和帮助的各位老师致以由衷的感谢。
感谢学院给我们一个这样的机会来对三年所学到的东西进行综合和系统的理解，并
在这个基础上通过自己的学习拓展了知识的范围；我还要感谢我同组的其他成员以
及身边的同学朋友，感谢他们在我毕业设计中遇到困难时所给予我的鼓励和支持，
感谢宜宾职业技术学院图书馆为毕业设计提供相关的参考资料；感谢宜宾职业技术
学院数控基地为我们的毕业设计提供了一个良好的学习、工作环境。特别要感谢我
的指导老师袁永富和刘挺老师以及课题组的其他老师从各个方面所给予我的帮助和
支持，今天之所以有这个毕业成果，与他们严谨的治学态度、广博的知识和丰富的
实际经验是分不开的。
最后，再一次致以我深深的谢意！
参考文献
[1] 李光耀．浅谈现代模具的设计与制造[J]．《CAD/CAM 与制造业信息化》．2005 年 01 期：17-19．
[2] 李名尧．模具 CAD/CAM[M]．北京：机械工业出版社．2004．
[3] 任志宇、施于庆．模具 CAD/CAM 技术的现状与发展趋势[J]．《机电工程》．2001 年 05 期：
9-10．
[4] 刘玲，周旭东．模具 CAD/CAE/CAM 的发展和展望[J]．《机械研究与应用》．2004 年 7 月
第 3 期：5-8．
[5] 李大鑫、张秀棉．模具技术现状与发展趋势综述[J]．《科技资讯》．2005 年第二期：1-4．
[6] 董兴仁．浅淡机械 CAD 发展趋势[J]．《科技情报开发与经济》．2001 年 01 期：41-43．
[7] 李振兴．试论机械 CAD 的应用现状及发展趋势[J]．《科技情报开发与经济》．2001 年 05
期：52-53．
[8] 华玉培、李恒权．冷冲压及模具设计[M]．山东：山东科学技术出版社．1990．
[9] 徐政坤．冲压模具设计与制造[M]．北京：化学工业出版社．．
[10] 模具实用技术丛书编委会．冲模设计应用实例[M]．北京：机械工业出版社．．
[11] 中国模具设计大典编委会．中国模具设计大典[M] ．江西：江西科学技术出版
社．．
[12] 周大隽等．冲模结构设计要领与范例[M] ．北京：机械工业出版社．．
[13] 郑家贤．冲压工艺与模具设计实用技术[M] ．北京：机械工业出版社．．
[14] 魏峥、牟林．SolidWorks2004 冷冲模设计实训练教程[M]．北京：电子工业出版
社．2005．
