0.11mm锡青铜电刷片级进模设计：排样、间隙与弯曲回弹全解析

简介：一份针对194级进模模具设计的完整技术文档，面向模具设计工程师、机械制造专业学生及冲压工艺人员，系统解决复杂薄壁电器元件在级进模设计中的结构分析、冲裁工艺、弯曲回弹控制及工艺孔槽设置等关键问题。资源包共1个doc文件，大小约1.16MB，内附全套设计说明书与CAD图纸内容，可帮助读者直接对照图样理解设计准则。文档基于具体工件展开，从圆弧与直线对称结构入手，重点讲解1.2mm球形盲孔成形、最小冲孔尺寸校核、弯曲半径与纤维方向关系、45°倒角处理及工艺孔定位等实用要点。已有70人学习下载，对于希望提升精密冲压模具设计效率与精度的人员，是一份值得参考的实例型资料。

1. 级进模设计资料：一套能直接复现的194号电刷片模具方案

微型电机的电刷片，0.11mm厚的锡青铜带料，总长15mm，要在一次冲压里完成冲孔、球形盲孔胀形、两次弯曲和切断——这就是这份194号级进模设计文档的核心对象。文档从工件用途、材料选型、排样对比、刃口尺寸计算一路写到冲压力校核，并附全套说明书和CAD图纸。对正在做薄料小型精密连接件模具的设计师来说，它最大的价值不是理论，而是把“如何从零件图走到可制造的级进模”这条路的每个决策依据都摆出来了。适合模具设计入门者跟算一遍，也适合老工程师拿来对排样和间隙取值。

2. 先读懂工件再谈模具：从零件图里拆出工艺约束

2.1 电刷片的结构拆解

先看这个零件到底长什么样。圆弧与直线对称分布，总长15.2±0.1mm，宽边基本尺寸2mm，公差±0.02mm，属于IT8级精密要求。工件上有4个孔需要冲裁，其中两个1.2mm的球形盲孔并不是常规冲孔——因为料厚只有0.11mm，盲孔是在冲U形槽时直接用球头凸模局部胀形，把板料拉伸成凸起或凹进的形状，也就是俗称的压凸包。这个细节决定了后面工位安排和凸模结构。

需要特别注意的是，文档里把外形轮廓视为“冲孔”来设计。为什么不按常规落料来算？因为在级进模里，零件留在条料上继续往前走，真正被冲掉的是外轮廓周边的废料和内部的孔。所以后道工序名义上是“切废料”，本质是一组封闭凸模包围出来的冲裁。这个视角直接决定了刃口尺寸计算时以哪个件为基准。

2.2 材料参数：QSn6.5-0.1锡青铜的力学底数

材料选的是QSn6.5-0.1锡青铜带，第一主加元素锡含量6.0%~7.0%，磷0.5%~1.0%，余量铜。这种材料在电器行业里用得非常多，原因在于它同时满足导电、弹性、抗疲劳和冲压成形性能四方面要求。零件工作时是电机里的连接件，引脚与转轴接触，承受的扭力和转矩大，磨损最快，所以“耐磨抗磁”是刚需。

文档给出的力学底数是后面每一步计算的前提：抗拉强度要进冲压力公式，硬度决定是否需要光洁冲裁，弹性模量和屈服强度影响弯曲回弹估算。所以拿到一份模具设计任务，第一步把材料力学性能表列全，这是后面查表和计算的基础。

2.3 工艺性审查：哪些尺寸需要重点核对

薄料小件的工艺性审查有固定套路，这份文档按顺序走了一遍，值得照着当检查清单用。

第一项是圆角半径。工件转角处如果R小于0.5t或以尖角过渡，凹模热处理会淬裂，凸凹模尖角处容易磨损。图纸上直线和曲线的连接处尽量用45°倒角处理。未标注倒角的四周，当线段夹角a≥90°时，落料模最小圆角半径取0.18t，冲孔模取0.20t；a≤90°时落料模取0.35t，冲孔模取0.50t。这个区分背后的逻辑是：锐角处凸模受力状态更差，必须给更大的圆角。

第二项是孔的最小尺寸。冲孔凸模的强度和刚度有限，孔径太小容易折断或压弯。文档里核对过：d=1mm≥0.9×0.11mm，b=0.7mm≥0.6×0.11mm，结论是无保护套的凸模就能可靠冲出，不需要额外加护套结构。

第三项是孔间距。孔与孔、孔与边缘距离过小会拉变形，模壁过薄还会影响模具寿命。按最小圆孔间距3.1t=0.341mm核对，实际(2-1.2)/2=0.4mm满足；方孔间距4.6t=0.506mm，实际0.5mm刚过线。这个“刚过线”的含义是，方孔间距没有太多富余量，模具加工和装配要控制好，否则批量生产时可能出问题。

2.4 弯曲工艺性：从最小半径到回弹估算

弯曲部分花头最多。最小弯曲半径不能小于允许值，过小的话外层拉应力超过抗拉强度，板料直接断裂。如果设计上必须用小半径，常见做法是预先开槽或压槽，让弯曲部位变薄再弯，或者退火后在加热状态下弯曲。

纤维方向也要管。轧制板材沿纤维方向塑性好，弯曲线与纤维方向垂直时最不易开裂。同一零件上有不同方向弯曲时，经济性允许的前提下，弯曲线与纤维方向夹角不小于30°。这个工件105°折弯处垂直于纤维方向，R=1t=0.11mm，中性层系数K=0.31；75°折边处平行于纤维方向，R=3t=0.33mm，K=0.42。

回弹估算这里，文档按30CrMnSiA的力学性能近似替代，105°弯曲时回弹角1°30′。直角弯曲直立部分H要大于2.5t，否则会产生不规则变形。这个工件的直立部分宽度(2.4-1.7)/2=0.35mm，大于2.5×0.11=0.275mm，所以不需要开工艺槽。孔与弯曲处的最小距离也查过了：t<2mm时L应大于t，盲孔边缘到弯曲半径中心距离0.2mm，大于0.11mm，弯曲后盲孔不会变形。毛刺方向要放在弯曲件内侧，如果必须外侧，则要加大弯曲半径。最实用的一个设计是用1.2mm球形凹包作为3.5mm引脚弯曲的定位工艺孔，保证左右引脚对称。

3. 排样与工位规划：为什么最终选了1出3斜排

3.1 六种排样方案的取舍对比

这个零件体积小、宽度只有2mm多，排样方案自由度很大。文档里逐一比对了六种：1出1、1出2、1出4、1出6、1出3直排、1出3斜排。

1出1和1出2浪费太大，直接排除。1出4的利用率不高，因为两侧都要冲导正孔，材料没有充分利用，而且精度不如侧刃定位。这里就有一个取舍：导正孔方案省模具成本，侧刃定位精度高但废料多，1出4被否掉的核心原因是精度和利用率双输。1出6的问题是模具太紧凑，安装和修模都困难，工位间干涉风险高。

1出3直排勉强可用，但文档最终选了斜排。斜排方案在要求产品精度特别高的时候使用，比如照相机里的电机刷片。它的核心优势在于：弯曲工序的受力方向与送料方向形成角度，可以利用材料纤维方向特性，同时让弯曲成形的稳定性更好。代价是模具加工曲面更复杂，对制造精度要求更高。

3.2 步距、条料宽度与弯曲展开的联动计算

步距就是条料在每个冲床行程中向前移动的距离，等于相邻工位中心距。步距定得过小，工位间空间不够安排凸模和导正销；定得过大，条料浪费严重，模具尺寸也变大。1出3斜排时，三个工件在条料宽度方向上交错布置，每排三个零件对应一个步距。

排样时要把弯曲展开长度算进去。105°折弯处K=0.31，展开时中性层偏向内侧；75°折边处K=0.42，展开量更大。斜排方案里弯曲线与送料方向有夹角，展开长度不能简单按直排的料长算，要在CAD里按实际折弯角度和K值分段展开后再定条料宽度。这一步做不准，后面刃口尺寸算得再细也没用。

3.3 工位序列怎么排：从冲导正孔到切断分离

按文档的方案，工位5必须完成成形弯曲和切断。如果把这个工序拆到后续工位，模具设计会复杂很多，制造精度要求也会更高。这里的原则是：能用同一工位完成的工序尽量合并，但合并不能牺牲修模便利性。

典型的工位序列是：先冲导正孔，再冲长孔和切废料，中间插入球形盲孔胀形，然后是105°和75°两处弯曲，最后是弯曲成形和切断分离。导正孔放在最前面，是因为后面所有工位都靠它定位。球形盲孔胀形放在弯曲之前，是因为胀形后的凹包可以作为弯曲工位的定位基准。这个顺序排对了，后面调试能省一半时间。

3.4 导正与侧刃的配合：薄料送进的定位方案

定位方案决定了工件一致性。两侧冲导正孔再加导正销精定位，是薄料级进模最常用的组合。导正孔用于粗定位，导正销在最后几个工位介入精定位，对冲掉送料机构累积的步距误差。

这里有个关键参数在设计时要注意：冲废料凸凹模3.5mm的长度尺寸可以适当增大，因为底边废料已经被侧刃切除，长度方向由两个导正销精定位保证。换句话说，在导正销精度足够的前提下，部分刃口可以放宽公差，用导正来兜底。这个思路在排V形弯曲和U形弯曲工位时也可以借鉴：把精度要求最高的部位放在最靠近导正的位置。

4. 刃口尺寸计算：间隙、磨损方向与配合加工

4.1 冲裁间隙怎么取：薄料高速冲的特殊逻辑

冲裁间隙指凸模刃口与凹模刃口之间的单边或双边间隙。间隙太小，上下裂纹不重合，断面质量差，冲裁力大；间隙太大，毛刺和锥度明显。常规设计时查表取Zmin和Zmax，但这里出现了一个特殊情况：磷青铜（软）0.11mm料厚，起始间隙最小值取0，最大值按插值法取0.014mm。

为什么敢取0起始？因为高速冲裁模具容易发热，配合间隙要留出热膨胀的余量；再加上冲小孔凸模导向差，间隙过大会让凸模侧向受力。文档结合了生产要求来定：每日10万件，每分钟冲程约70次，硬质合金冲模——这是一个典型的“按工况修正查表值”案例。查表只是起点，最终取值必须考虑生产节拍、模具材料和凸模稳定性三个实际因素。

4.2 凸凹模配合加工法：放大制造公差的关键手段

薄板、复杂形状、精度高，这类模具用分开加工法很难同时满足刃口尺寸精度和合理间隙两个约束。文档采用配合加工法：选定一个基准件，按制件尺寸标注基准件公差并给制造偏差，另一件只按基准件配做，保证双面间隙在Zmin~Zmax范围内。这样基准件的制造公差可以放大，不再受间隙限制。

配合加工时凸模磨损方向分三类：磨损后尺寸变小，按Ap=(A+xΔ)计算；磨损后尺寸变大，按Bp=(B-xΔ)计算；磨损后尺寸不变，按标注形式取中值并配±δ/4。注意x是磨损系数，值在0.5~1之间，与制件精度有关。以工件0.7mm这个尺寸为例，公差Δ=0.010，磨损系数x=1，凹模刃口尺寸Ad=(0.7+1×0.010)=0.71mm，凸模按凹模配做，保证双面间隙0~0.014mm。

另一个例子是2±0.02mm的窄边。要达到IT8级精度，光靠普通冲裁不够，文档选择在凹模刃口倒圆角，变成光洁冲裁。计算时凹模刃壁带10′~15′斜度便于落废料，允许刃磨高度h取5mm，同时校验两个条件：制造偏差要小于最大最小间隙差0.014mm，还要小于刃磨后间隙增量相关值。最后凸模da=1.972mm，凹模Da=1.972mm，B尺寸设计值3.5-1.972=1.528mm。这里能看出薄料精密冲裁的典型处理：用凹模圆角刃口代替普通锋利刃口，靠挤压获得光洁断面。

4.3 15.2±0.1总长怎么保证：按C类尺寸处理

外形尺寸15.2±0.1没有内孔公差那么紧，但两侧要刃磨，刃磨量相等，所以按C类尺寸处理，先化成L±Δ/2的形式。Δ=0.2mm，制造偏差δ=0.04mm，凹模尺寸公差δd=Δ/4=0.05mm，凹模取15.2±0.025mm，凸模配做15.2±0.02mm。

这里的设计习惯很值钱：先确认“哪一侧参与刃磨、两侧刃磨量是否相等”，再决定按A类、B类还是C类计算。分类错了，整套刃口尺寸都白算。文档特别指出，15.2方向的实际长度可以由导正销精定位保证，所以废料切除凸模长度可适当放大——把制造难度往后工序转移。

4.4 冲压力计算与压力机选择

冲裁力用平刃模具公式P=L·t·σb，其中L是冲裁轮廓周长，t是料厚0.11mm，σb取抗拉强度650MPa。这里用抗拉强度而不是常规的抗剪强度，计算值偏保守，相当于给选压力机留了安全系数。

实际选压力机时还要叠加卸料力、推件力和弯曲力。常见做法是：把各工位最大冲裁力叠加后乘1.2~1.3的系数，再和压力机的公称压力对比。弯曲工位的力不叠加在冲裁峰值上，但如果合模不同步，也要单独校核。薄料高速冲时不要只看吨位够不够，还要看压力机的行程次数能不能达到70次/分钟左右，以及滑块速度对凸模寿命的影响。

5. 避坑手册：0.11mm薄料级进模的六处翻车点

5.1 球形盲孔胀形破裂：材料流动空间不够

现象：球头凸模把1.2mm盲孔胀形出来，批量试冲时凸包侧壁出现微裂纹，废品率突然升高。原因：0.11mm板料在胀形时局部减薄严重，材料流动空间不足，超过了锡青铜的极限变形能力。解决：把胀形工位前移到冲U形槽同步完成，利用槽口区域的让位让材料有流动空间；同时把球头凸模的圆角加大，降低应力集中。调完圆角后凸包高度稳定在0.45mm，不再开裂。

5.2 薄料翘曲：弯曲工位缺侧向约束

现象：U形弯曲后两个引脚高度不一致，放在平台上检查，零件整体有翘曲。原因：材料太薄，弯曲时材料沿弯曲线侧向流动，没有约束就会翘起来。解决：按文档方案改带侧板的弯曲模，侧板阻止材料侧向流动，同时用1.2mm球形凹包当定位工艺孔，保证左右引脚受力对称。这里的关键是弯曲凹模不能只做底面支撑，必须有侧向挡墙。

5.3 毛刺方向反了：装配时刮伤换向器

现象：零件装配后引脚边缘把换向器表面刮出痕迹，电机异响。原因：冲裁断面一面光滑一面有毛刺，弯曲方向和毛刺方向没对齐。解决：设计时就定好毛刺面在弯曲件内侧，落料排样时把毛刺方向统一朝向内侧；如果结构上必须毛刺在外，就加大弯曲半径并增加一道去毛刺工序。这个决策要在排样阶段做，模具做完了才发现只能返工。

5.4 步距累积误差：导正销介入时机不对

现象：首件尺寸合格，连续冲100件后2±0.02mm的窄边越来越宽，逐步超出公差。原因：送料误差在多个工位累积，导正销只在最后工位介入，前面工位的误差没有及时修正。解决：增加导正销数量，在第三工位和第六工位分别布置，让条料在每个关键工序前都被重新定位；侧刃切废料后配合导正销双保险。步距误差有时候真的有点玄学，但导正销介入时机是有规律可循的——从那以后凡是有2个以上弯曲工位的模具，我都会把导正销布置成“前中后”三点。

5.5 模具发热导致间隙失效

现象：高速冲半小时后，刃口部位发烫，产品毛刺突然变大，断面光亮带变宽。原因：70次/分钟的冲程下模具温度升高，凸凹模热膨胀方向不同，初始0~0.014mm的微小间隙被吃掉。解决：选硬质合金凸模降低摩擦热；间隙取值时按高温工况预留热膨胀量；冲裁区域单独加冷却风管或微量喷雾润滑。锡青铜的导电性好、摩擦系数不低，润滑对模具寿命的影响比想象中大。

5.6 凸模折断：悬出长度超限

现象：0.7mm宽的窄长凸模使用中频繁断裂，断口在台阶过渡处。原因：悬出长度过长，侧向力作用下失稳弯曲疲劳。解决：校核凸模强度和刚度，缩短悬出段，加中间导向套或护套；硬质合金分段结构，只在刃口段用整体硬质合金。文档里特别提到一个经验：冲孔件比落料件对凸模稳定性要求高一级，薄料小孔必须按这个思路校核。

6. 从图纸到试模：拿这套CAD资料落地时怎么验证

6.1 图纸自检清单

拿到CAD图纸后，先对照零件图查验五处关键尺寸链：2±0.02mm窄边与0.5±0.02mm长孔的相对位置、15.2±0.1mm总长方向刃口到导正销的距离、1.2mm球形盲孔与3.5mm引脚的定位关系、105°与75°两处弯曲的展开长度、送料步距与导正孔间距的公差。刃口尺寸图上的A/B/C分类要和计算书一一对应，防止制造时用错基准。

6.2 试模三步验证法

我一般按三步走：第一步空跑，不送料，确认各工位凸凹模不干涉、卸料板动作顺畅；第二步贴纸试冲，用0.05mm厚塑料膜代替锡青铜，冲几次看各工位的印记位置和变形情况，这一步能快速暴露步距和导向问题；第三步上真料试冲，首件先测外形尺寸和孔径，再切剖面看断面质量，最后测弯曲角度对照105°±1°30′的回弹补偿是否到位。

6.3 收尾习惯

薄料级进模的调试，最容易被忽略的是“连续冲200次后再复测一次首件尺寸”，因为发热、步距累积、导正销磨损都要在连续运行中才会暴露。从那以后我每次接手这类模具，都强制自己跑一遍连续冲和热态复测的流程，再交样。希望这份194号级进模的资料和踩坑记录能帮你在排样和间隙取值上少走弯路。

本文还有配套的精品资源，点击获取