冷冲模讲义

冷冲模基础知识讲义模具是工业生产的基础工艺装配，广泛应用于机械、汽车、电子通讯、家电等行业，其中有80%以上的产品零件均通过模具生产而成。

在国际上，模具又有“工业之母”之称。

模具分为冷冲压模具、热锻模具、塑料模具、铸造模具、橡校模具和玻璃模具等。

其中冷冲压模具在各种模具中所占比重最多，占整个模具市场的60%以上，以下仅对冷冲压模具进行详细探讨。

一、概述1、冷冲压模具的概念：冷冲压模具是在室温下，借助于设备提供的压力，利用模具使板料发生分离成塑性变形的一种加工方法。

加工对象主要是金属或非金属的板料。

2、冷冲压模具的加工特点：冷冲模的加工生产效率高，加工成本低，材料利用率高，产品的一致性好，且操作简单。

3、冷冲模的结构分类：（1）按其工序性质分为落料模，冲孔模，切边模，弯曲模，拉深模，成形模和翻边模等；（2）按其工序组合方式分为单工序模，复合模和连续模；（3）根据结构形式，按上、下模导向方式，分为无导向模和导柱模，导板模等；按卸料装置分为固定卸料冲模和弹性卸料冲模；按挡料形式，分为固定挡料钉冲模，活动挡料销冲模，导正销冲模和侧刃定距冲模等；（4）按采用凸、凹模的材料，分为硬质合金模，钢质硬质合金模，钢皮冲模，橡皮冲模和聚酯冲模等。

二、冲压模具主要零部件的结构构成冲模的零部件可分为工艺构件和辅助构件两部分。

冲模零件的分类如下：占模工作零件凹模占凹模定位板、定位销挡料销工艺构件定位零件导正销导尺侧刃卸料板推件装置压料、卸料及出件零部件顶件装置压边圈弹簧、橡胶垫冲模零、部件导柱导套导向零件导板导筒上、下模座模柄辅助构件固定零件占、凹模固定板垫板限位柱螺钉销钉紧固及其它零件键其它三、冷冲模具的结构分类a）单工序模具（单冲模）在压力机的一次冲程中，于模具的同一位置上只完成一个冲压工序，称之为单冲模具。

（图一）单冲模结构简单加工精度相对较低，维修方便，加工成本低。

b) 复合模具（复合模）在压力机的一次冲程中，于模具的同一位置上完成。

两个或两个以上的冲压工序，冲出一个完整制件的模具称之为复合模。

图18.1-25 冲模结构示意图图20.3-2 倒装式复合模图20.3-1 正装式复合模复合模由于不受送料误差的影响，因而具有许多优点：制件的尺寸一致性好，制件精度高，模具具紧凑，但给刃磨及维修带来不便。

复合模分正装与倒装两种。

落料凹模装在下模板上的叫正装式复合模。

正装式复合模由于模具工作区域内有制件和冲孔废料同时存在，要确认排除后才可进行第二次冲压，故生产效率低，但制件精度高，能达到平整要求。

落料凹模布置在上模的，称为倒装式复合模。

倒装式复合模占凹模内的废料通过工作台孔落下，工作效率高，但制件平整度不如正装式复合模。

c) 级进模具（顺送模、跳步模具，连续模）（1）结构组成右图为一简单的冲孔、落料、连续模。

共有3个工位，分别为：①冲侧刃边距；②冲两个φ1.8孔与长方孔；③落料（图20.4-1）落料、冲孔连续模（2）结构特点：与单工序模和复合模相比，连续模的结构有以下特点：1）构成连续模的零件数量多，结构复杂；2）模具制造与装配难度大，精度要求较高，步距控制精确，且要求刃磨，维修方便。

如有些电机定转子连续模，其主要零件制造精度达0.001mm，步距精度0.002mm~0.003mm，总寿命达2亿次以上；3）刚性大；4）对有关模具零件及热处理要求高；5）一般应采用导向机械，有时还采用辅助导向机构；6）自动化程度高，有自动送料、安全检测的机构；7）生产效率高，每分钟冲床的冲次可达300~400次/分，可以在模具内实现自动叠铆，自动分台。

实现高效率自动化生产。

表1-1 分离工序表1-2 成形工序模具间隙：模具问题系指凸、凹模刃口间缝隙的距离，并用C表示，则是单面间隙。

而双面间隙则用Z表示。

间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。

间隙对冲裁件质量的影响：冲裁件质量是指断面质量、尺寸精度及形状误差。

切断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺的缺陷。

零件表面应尽可能平整，即穹弯小。

尺寸应保证不超出图样规定的公差范围。

影响冲裁件质量的因素有：凸凹模间隙大小及分布的均解剖学性、模具刃口状态、模具结构与制造精度、材料性质等，其中间隙值大小与均匀程度是主要因素。

间隙对冲裁件切断面质量的影响：冲裁时，裂纹不一定从两刃口同时发生，上下裂纹是否重合与凸、凹模间隙值的大小有关。

当把凸、凹模间隙控制在一定的合理值范围内时，由凸、凹模刃口沿最大刀应力方向产生的裂纹将互相重合。

此时冲出的制件断面虽有一定的斜度，但比较平直、光洁、毛凸膜继续下压力时，在上、下裂纹中间将产生二次剪切，制件断面的中部留下撕裂面，而两端光亮带，在端面出现挤长的毛刺。

毛刺虽有所增长，但易去除，且制件穹弯小，断面垂直，故只要中间刺很小。

且间隙过小时，由凹模刃口处产生的裂纹进入凸膜下面的压应力区后停止发展。

当撕裂不是很深，仍可使用。

间隙过大时，材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，材料易被撕裂，且裂纹在离开刃口稍远的侧面上产生，致使制件光亮带减少，塌角与断裂斜度都增大，毛刺大而厚，难以去除。

所以，随着间隙的增大，制件断裂面的倾斜库与塌角增大。

毛刺增高。

凸模凸模凸模间隙对尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指仲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，一是模具本身的制造偏差。

冲裁件相对于凸、凹模尺寸的偏差，主要是工件脱离模具时，材料在冲裁所受的挤压变形，纤维伸长，穹弯都要产生弹性恢复造成的。

差值可能为正，也可能为负值。

当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完后因材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大小于凸模尺寸。

在间隙较小时，由于材料离凸、凹模挤压力大，故仲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸增大，冲孔孔径变小。

此外，尺寸变化量的大小还与材料性质、厚度、轧制方向等因素有关。

软钢的弹性变形量小，冲裁的弹性恢复也很小，硬钢的弹性恢复量较大。

表2-25 冲裁模刃口双面间隙表2-26 冲裁模间隙表2-23 冲裁模初始双面间隙表2-24 冲裁模初始双面间隙九、凸模设计（一）凸模型式1、圆形凸模圆形凸模的结构，有以下几种型式：（1）冲小圆孔凸模：为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应做成逐渐增大的多级型式（图2-30）图2-30 标准圆凸模（之一）图2-31 标准圆凸模（之二）图2-30 a)所示适用于d=1~8mm,图2-30b)所示适用于d=1~15mm。

（2）冲中型圆孔的凸模：如图2-31所示，适用于d=8~30mm。

以上三种凸模都有标准尺寸，设计时可供参考。

（3）冲大圆孔或落料用的凸模，如图2-32所示，一般用窝座定位，然后用3~4个螺钉紧固，为减少磨削加工面积，凸模外圆直径要车小，端面要加工成凹坑型式。

如采用图2-33所示的镶块式凸模，其工作部分用工具钢制造并进行热处理，非工作部分采用一般的结构钢，为减少凸模的磨削面积，故将中部挖成空心。

图2-32 圆凸模图2-33 镶块式凸模（4）在厚板料上冲小孔时，常将凸模装在护套里，然后再将护套固定在凸模固定板上，如图2-34所示。

图2-34 护套式凸模2、非圆形凸模（1）剪裁模的凸模可设计成图2-35a）所示形状。

对剪裁较硬材料的凸模可做成镶配式结构。

如图2-35b）所示。

（2）对于具有复杂外形的凸模，其固定部分应做成圆柱形（图2-36）或长方形（图2-37）。

如采用成形磨削加工凸模时，工作部分和固定部分的尺寸应该一致。

如图2-38所示。

图2-35 剪裁用凸模图2-36 复杂外形凸模（之一）图2-37 复杂外形凸模（之二）图2-38 复杂外形凸模（之三）8．2 凹模8．2．1 凹模形式1、凹模的刃口形式常见的凹模刃口形式如图8-7所示。

图8-7 （a）为锥形刃口凹模，a一般取15′~30′。

其优点是冲裁件不会留在凹模内，凹模磨损后的修磨量较小，凹模加工容易；缺点是每次刃磨后凹模尺寸增大，刃口强度较低。

这种刃口的凹模适用于形状简单、精度要求不高的冲裁件。

图8-7（b）,(c)为直筒形刃口，其中h 取5mm~10mm,a取3°~5°。

其优点是刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变；缺点是孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。

这种刃口的凹模适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。

（a） (b) (c)图8-7 凹模刃口形式2、凹模外形尺寸凹模的外形尺寸如图8-8所示，常用下列经验公式确定：凹模厚度 H=Kb (8-8)凹模壁厚 c=(1.5~2)H (8-9) 式中：H—凹模厚度，mm，其值不应于15mm；K—系数，见表8-1b—凹模孔的最大宽度，mm；c—凹模壁厚，mm；图8-8 凹模外形尺寸表8-1 系数K的数值按以上公式计算的凹模外形尺寸，可以保证凹模有足够的强度和刚度，一般可不再进行强度校核。

8．2．2 凸凹模复合模的结构特点是一定有一个凸凹模。

凸凹模式的内、外缘均为刃口或圆角，内、外缘之间的壁厚取决于工件的尺寸。

为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的壁厚。

凸凹模的最小壁厚值m可按板材厚度t确定，一般m≥1.5t。

图8-9为硅钢片的落料冲孔复合模，其中1为凸凹模。

8．2．3 凸模与凹模的镶拼结构凸模与凹模的镶拼结构常用于大型冲模和刃口形状复杂、局部容易损坏的整体凸模或凹模。

采用镶拼结构可以使加工制造方便，更换易损件容易，还可以节省模具钢。

但模具装配比较困难。

凸模与凹模的镶拼结构常见的有拼接式、嵌入式和压入式三种方式。

图8-10（a）为拼接式组合结构，凸模或凹模由多块镶块拼接组成，各镶块用螺钉和销钉固定在平面固定板上。

该结构主要用于大型冲压模具加工。

图8-10（b）为嵌入式结构，将凸模或凹模按一定形状分成若干块，然后将其嵌入固定板内。

该结构适用于冲制长槽或压筋工作。

图8-10（c）为压入式结构，将凸模或凹模难于加工的窄槽或悬臂等部位与其他部位分开制造，然后再压配在一起组成组合凸模或组合凹模。

适用于冲制形状不规则的零件。

图8-10 凸模与凹模的镶拼方式8．2．4 凸模与凹模的固定1、机械固定机械固定凸模和凹模，最常用的方法是采用固定板固定，如图8-12所示。

凸模和凹模配合，上面留有台阶。

对于形状简单的大、中型凸模和凹模可以采用直接固定在模座上，如图8-13所示。

图8-12 固定在固定板中的凸模与凹模图8-13 直接固定在模座上的凸模与凹模小凸模可以采用铆接的方法固定，如图8-14所示。

对于经常更换的凸模可以采用快速更换凸模结构，如图8-4所示。

2、物理固定法常用的物理固定方法有低熔点合金浇注固定法，利用低熔点合金冷却膨胀的原理，使凸模或凹模与固定板之间获得有一定强度的连接。