第4章 冲裁模的结构与设计

第2章冲裁模2.1 冲裁模设计基础2.2 冲裁模设计应用2.1 冲裁模设计基础2.1.1 冲裁变形原理2.1.2 冲裁件的质量分析2.1.3 冲裁工艺分析2.1.4 冲裁模的分类2.1.5 排样2.1.6 计算冲压力2.1.7 冲压设备的选择2.1.8 确定模具压力中心2.1.9 冲裁模刃口尺寸计算2.1.10 凸模、凹模的结构设计2.1.11 定位零件2.1.12 导向零件2.1.13 卸料与顶件装置2.1.14 连接与固定零件2.1.1 冲裁变形原理在冲裁过程中，凸模与凹模的刃口轮廓与制件相同。

凸、凹模之间有一定的间隙。

当凸模下冲时，将在凸、凹模之间的毛坯板料冲裁成制件。

为了控制冲裁件的质量，研究冲裁的变形机理，就需要分析冲裁时板料分离的实际过程。

图2.2所示是金属板料的冲裁变形过程。

变形过程大致可分为三个阶段。

(1) 弹性变形阶段(2) 塑性变形阶段(3) 分离阶段2.1.2 冲裁件的质量分析1. 尺寸精度冲裁件的形状尺寸精度在很大程度上取决于冲模的制造精度。

冲模的精度愈高，冲裁件的精度愈高。

2. 断面质量冲裁间隙对于断面质量起决定性的作用。

在具有合理间隙的冲裁条件下，冲裁件所产生的初始裂纹将重合，可得正常的冲裁件断面质量。

当间隙过大或过小时，上、下裂纹便不能重合。

如果间隙过大，如图2.4(a) 所示，使凸模产生的裂纹向内偏移。

板料受拉伸、弯曲，剪切断面塌角变大，光亮带变窄，断裂带变宽，锥度增加，冲裁件将产生穹弯。

如果间隙过小，如图2.4(b) 所示，会使凸模产生的裂纹向外偏移。

通常允许存在一定大小的毛刺。

2.1.3 冲裁工艺分析1. 冲裁件的形状和尺寸要求2. 冲裁件的精度与断面粗糙度1. 冲裁件的形状和尺寸要求(1) 冲裁件的形状应尽可能简单、对称。

(2) 冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小，以免凸模折断，其合理值见表2.1。

(3) 冲裁件的外形或内形的转角处，要避免尖角出现。

(4) 冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。

冲孔的孔径尺寸与孔的形状、材料的机械性能、材料厚度等有关，(5) 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过小，否则模具的强度和冲裁件的质量不能保证，(6) 在弯曲件或拉深件上冲孔时，为了避免冲孔时使凸模受水平推力而折断，其孔边与制件直壁间应保持一定的距离，2. 冲裁件的精度与断面粗糙度(1) 冲裁件的经济精度一般不高于IT11级，最高可达IT8~IT10级，冲孔比落料的精度约高1级。

冲裁件的尺寸公差、孔中心距的公差及孔对外缘轮廓的偏移公差分别见表2.6~表2.8。

(2) 冲裁件的断面粗糙度一般为最高可达高μm 50~μm 5.12a =R μm 3.6a =R2.1.4 冲裁模的分类(1) 按工序的性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模、切边模等。

(2) 按工序的组合方式可分为单工序的简单模和多工序的连续模、复合模以及连续复合模。

(3) 按模具上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、滚珠导柱模、滚柱导柱模等。

(4) 按控制送料步距的方法可分为固定挡料销式、活动挡料销式、自动挡料销式、导正销式、侧刃式等。

(5) 按凸、凹模的材料可分为碳素工具钢冲模、合金工具钢冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡皮冲模、聚氨酯橡胶冲模等。

(6) 按凸、凹模的结构形式可分为整体模与拼块模。

(7) 按凸、凹模的位置形式可分为正装模和倒装模。

(8) 按模具的卸料方法可分为刚性卸料模和弹性卸料模。

hhbb b bhh混合排直对排bbhh2.1.6 计算冲压力1. 冲裁力的计算采用平刃口凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算见式(2.3)。

2. 卸料力、推件力和顶件力的计算如图2.5所示影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多，主要有材料的机械性能、材料厚度、冲裁间隙、制件结构形状和尺寸以及润滑情况等。

在生产中，都是采用简单的经验公式来计算：3. 冲裁工艺力的计算τLt F =0冲卸卸F K F =冲推推F nK F =冲顶顶F K F =2.1.7 冲压设备的选择1. 冲压设备类型的选择根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。

2. 冲压设备规格的确定在冲压设备的类型选定之后，应该进一步根据冲压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。

2.1.8 确定模具压力中心对称形状制件冲模的压力中心，位于制件轮廓图形的几何中心上，非对称制件的冲模以及多凸模、连续模的压力中心可用解析法予以确定。

解析法采用空间平行力系的合力作用线的求解方法，根据“合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和”的合力矩定理求得。

图2.6所示制件压力中心的计算步骤如下略2.1.9 冲裁模刃口尺寸计算1. 尺寸计算原则生产实践证明：由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。

如图2.7所示。

2. 刃口尺寸计算方法根据上述原则，就可确定凸、凹模的刃口尺寸及公差。

但由于模具的加工和测量方法不同，在进行具体计算与尺寸公差标注时，其方法也不同，通常按下述方法进行。

略3. 冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁凸、凹模之间工作部分的尺寸之差。

如无特别说明，冲裁间隙即指双边间隙。

2.1.10 凸模、凹模的结构设计1. 凸模设计凸模又称冲头，是冲模的关键零件之一，凸模本身按其作用又可分为工作部分(即刃口)和固定部分，如图2.13所示。

2. 凹模设计3. 凸凹模4. 镶拼式凸模与凹模2.1.11 定位零件1. 挡料销挡料销的定位面抵住条料的前搭边或制件内廓的前(后)面，使条料送进步距准确。

2. 导正钉导正钉亦叫导正销，在连续模中安装在落料凸模上。

落料前由于它先插入已冲出的内孔中而获得制件良好的内孔定位，这时冲模上安装的固定挡料销，仅对条料起粗略定位的作用。

3. 侧刃在连续模中若采用导正钉精确定位有困难时，可改用侧刃定位。

侧刃定位主要用于板料厚度小于0.5mm精密零件或脆性材料的冲裁定位。

这种结构的定位元件的特点是步距定位精度高，操作方便，生产效率高，缺点是造成一定的板料消耗和增大冲裁力。

4. 导尺导尺有分离式和整体式，如图2.21所示2.1.12 导向零件1. 导板在导板模中，以导板对凸模导向，此时导板又兼作卸料板之用。

导板的厚度可取凹模厚度的0.8～1倍，长宽尺寸与凹模相同。

导板用材料为Q235A或45钢。

2. 导柱、导套(1) 滑动导柱、导套(2) 滚动导柱、导套滚动导向装置的导向是由无间隙的纯滚动副来实现的，因而与滑动式导向装置相比，其导向精度高、摩擦力小、发热量小，但刚度差，因而使用范围受到一定限制。

如图2.24所示。

2.1.13 卸料与顶件装置1. 卸料与顶件装置的型式2. 推(顶)件装置推(顶)件装置多在复合模中采用，通过它的动作将卡在凹模内的制件或废料推(顶)出来。

其结构如图2.25所示。

3. 卸料机构中关系冲裁的计算4. 弹性元件的选用与计算2.1.14 连接与固定零件1. 模柄2. 上模板和下模座它们是冲模全部零件安装的基体，又承受和传递冲压力，因此它要具有足够的强度、刚度和足够大的外形尺寸。

上、下模板(座)有带导柱和不带导柱两种。

常用标准模架的型式，如图2.29所示2.2 冲裁模设计应用2.2.1 无导向的开式简单冲裁模设计实例2.2.2 导板式落料模2.2.3 导柱式落料模2.2.4 连续模2.2.5 正装复合模2.2.6 倒装复合模2.2.7 拼块式落料模2.2.8 厚料冲孔模2.2.9 小孔冲裁模2.2.10 悬臂式冲孔模2.2.11 两同心件落料模2.2.12 硬质合金冲裁模2.2.13 棒料切断模2.2.14 非金属冲裁模2.2.15 精密冲裁模2.2.1 无导向的开式简单冲裁模设计实例1. 模具结构简介无导向开式简单冲裁模结构如图2.30所示。

2. 设计实例材料为Q235，材料厚度3mm，小批量生产。

(1) 冲裁件工艺分析(2) 排样(3) 计算冲压力(4) 冲压设备的选择(5) 确定模具压力中心(6) 冲裁模刃口尺寸计算(7) 凸模、凹模的结构设计(8) 冲裁模具总图2.2.2 导板式落料模带固定挡料销的导板式落料模结构如图2.35所示。

模具的上模部分由模柄、上模座、垫板、凸模固定板和凸模组成。

模柄与上模座采用过盈配合。

上模座、垫板、凸模固定板由销钉定位、螺钉固定。

凸模和凸模固定板采用过盈配合，凸模尾部铆接在固定板上，随后一起磨平。

垫板由高硬度钢材制成，用以承受和分散凸模压力，以免上模座被压出凹坑而使凸模上下松动。

2.2.3 导柱式落料模对于精度要求较高，生产批量较大的冲裁件，多采用导柱冲裁模。

导柱冲裁模的凸、凹模刃口由导柱、导套进行精确导向定位。

导柱式落料模的结构如图2.36所示。

导套与上模座过盈配合，导柱与下模座过盈配合。

导柱与导套之间为间隙配合，配合公差通常采用H6/h5或H7/h6。

此模具采用后置式导向方式，优点是有较大的操作空间。

该模具采用了弹性卸料装置，由卸料板、弹簧与卸料螺钉组成。

2.2.4 连续模连续模(又称级进模、跳步模)指的是压力机在一次冲压行程中，在几个不同的工位上同时完成多道工序的冲裁的冲模。

下面以用侧刃定距的连续模为例来介绍。

侧刃定距连续模的结构如图2.37所示。

在凸模固定板上，除装有一般的冲孔、落料凸模外，还装有一种特殊的凸模——侧刃凸模。

侧刃断面的长度等于送料步距。

在压力机的每次行程中，侧刃在条料的边缘冲下一块长度等于步距的缺口。

侧刃凸模前后导料板之间前宽后窄，在由宽变窄的过渡处形成一个凸肩，与条料缺口凸肩相接处，起定位作用。

当侧刃切去一个步距长度缺口时，条料便可向前送进一个步距，从而保证了孔与外形相对位置。

为防止在条料末端无法定位，也可采用双侧刃冲裁定位方式。

2.2.5 正装复合模复合模是多工序冲模中的一种。

它可在压力机的一次冲压行程中，在同一位置上，同时完成几道工序冲压的冲模。

它不存在连续模中的送料定位误差问题。

由于复合模要在同一位置上完成几道工序，因此它必须在同一位置上安装几套相对应的凸、凹模。

在模具的下模，外面装有落料凹模，里边装有冲孔凸模；而在上模，装着凸凹模(这是在复合模中必不可缺的零件)。

冲孔落料正装复合冲裁模的典型结构如图2.38所示。

冲裁时，上模部分由压力机横杆通过推件系统推出冲孔废料，冲裁件由安装在下模座下的弹顶装置将其在落料凹模中由下向上顶出。

2.2.6 倒装复合模冲孔落料倒装复合冲裁模的典型结构如图2.39所示。

上模部分有落料凹模与冲孔凸模，通过冲孔凸模固定板、垫板由销钉定位、螺钉固定装在上模座上。

凸凹模通过凸凹模固定板、垫板装在下模座上。