第2章 冲裁工艺与冲裁模设计 > 2.9 冲裁模零部件设计

凹模类型很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶拼式；刃口也有平刃和斜刃。
(1）凹模外形结构及其固定方法
图2.9.6a、图2.9.6b为标准中的两种圆形凹模及其固定方法。这两种圆形凹模尺寸都不大，直接装在凹模固定板中，主要用于冲孔。
如图2.9.6c所示是采用螺钉和销钉直接固定在支承件上的凹模，这种凹模板已经有标准，它与标准固定板、垫板和模座等配合使用。图2.9.6d为快换式冲孔凹模固定方法。
凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺钉（或沉孔）间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。孔距的最小值可参考表2.9.3。

凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。
凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定，倒装复合模的凸凹模最小壁厚见表2.9.6。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小些。

(1）镶拼结构的应用场合及镶拼方法
对于大、中型的凸、凹模或形状复杂、局部薄弱的小型凸、凹模，如果采用整体式结构，将给锻造、机械加工或热处理带来困难，而且当发生局部损坏时，就会造成整个凸、凹模的报废，因此常采用镶拼结构的凸、凹模。
镶拼结构有镶接和拼接两种：镶接是将局部易磨损部分另做一块，然后镶入凹模体或凹模固定板内，如图2.9.8所示；拼接是整个凸、凹模的形状按分段原则分成若干块，分别加工后拼接起来，如图2.9.9所示。

在级进模中，为了限定条料送进距离，在条料侧边冲切出一定尺寸缺口的凸模，称为侧刃。它定距精度高、可靠，一般用于薄料、定距精度和生产效率要求高的情况。
图2.8.10是使用侧刃定距的级进模。标准中的侧刃结构如图2.9.19所示。按侧刃的工作端面形状分为Ⅰ型和Ⅱ型两类。Ⅱ型的多用于厚度为1mm以上较厚板料的冲裁。冲裁前凸出部分先进入凹模导向，以免由于侧压力导致侧刃损坏（工作时侧刃是单边冲切）。按侧刃的截面形状分为长方形侧刃和成形侧刃两类。图2.9.19ⅠA型和Ⅱ A型为长方形侧刃。其结构简单，制造容易，但当刃口尖角磨损后，在条料侧边形成的毛刺会影响顺利送进和定位的准确性．如图2.9.20a所示。而采用成形侧刃，如果条料侧边形成毛刺，毛刺离开了导料板和侧刃挡板的定位面，所以送进顺利，定位准确，如图2.9.20b所示。但这种侧刃使切边宽度增加，材料消耗增多，侧刃较复杂，制造较困难。长方形侧刃一般用于板料厚度小于1.5mm，冲裁件精度要求不高的送料定眨；成形侧刃用于板料厚度小于0.5mm，冲裁件精度要求较高的送料定距。
图2.9.21是尖角形侧刃。它与弹簧挡销配合使用。其工作过程如下：侧刃先在料边冲一缺口，条料送进时，当缺口直边滑过挡销后，再向后拉条料，至挡销直边挡住缺口为止。使用这种侧刃定距，材料消耗少，但操作不便，生产率低，此侧刃可用于冲裁贵重金属。

使用导正销的目的是消除送进导向和送料定距或定位板等粗定位的误差。冲裁中，导正销先进入已冲孔中，导正条料位置，保证孔与外形相对位置公差的要求。导正销主要用于级进模，其特点和适用范围见表2.9.8。导正销通常与挡料销配合使用，也可以与侧刃配合使用。
为了使导正销工作可靠，避免折断，导正销的直径一般应大于2mm。孔径小于2mm的孔不宜用导正销导正，但可另冲直径大于2mm的工艺孔进行导正。
导正销的头部由圆锥形的导入部分和圆柱形的导正部分组成。导正部分的直径和高度尺寸及公差很重要。导正销的基本尺寸可按下式计算：

    1．卸料装置

推件和顶件的目的都是从凹模中卸下冲件或废料。向下推出的机构称为推件，一般装在上模内；向上顶出的机构称为顶件，一般装在下模内。
(1）推件装置 推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种。一般刚性的用得较多，它由打杆、推板、连接推杆和推件块组成，如图2.9.29a所示。有的刚性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，甚至直接由打杆推件，如图2.9.29b所示。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板（块），将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。
连接推杆需要2~4根且分布均匀、长短一致。推板要有足够的刚度，其平面形状尺寸只要能够覆盖到连接推杆，不必设计的太大，以使安装推板的孔不至太大。图2.9.30为标准推板的结构，设计时可根据实际需要选用。
弹性推件装置其弹力来源于弹性元件，它同时兼起压料和卸料作用，如图2.9.31所示。尽管出件力不大，但出件平稳无撞击，冲件质量较高，多用于冲压大型薄板以及工件精度要求较高的模具。

3．弹簧和橡皮的选用
  弹簧和橡皮是模具中广泛应用的弹性元件，主要为弹性卸料、压料及顶件装置提供作用力和行程。
1）弹簧的选用 弹簧属标准件，在模具中应用最多的是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。
弹簧选择原则：

根据标准规定，模架主要有两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；另一类是由弹压导板、下模座、导柱、导套组成的导板模模架。模架及其组成零件已经标准化，并对其规定了一定的技术条件。
（1）导柱模模架 导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。滑动导向模架的精度等级分为I级和Ⅱ级，滚动导向模架的精度等级分为0I级和0Ⅱ级。各级对导柱、导套的配合精度、上模座上平面对下模座下平面的平行度、导柱轴心线对下模座下平面的垂直度等都规定了一定的公差等级。这些技术条件保证了整个模架具有一定的精度，也是保证冲裁间隙均匀性的前提。有了这一前提，加上工作零件的制造精度和装配精度达到一定的要求，整个模具达到一定的精度就有了基本的保证。
滑动导向模架的结构形式有6种，如图2.9.37所示。滚动导向模架有4种，如图2.9.38所示。
对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架的共同特点是，导向装置都是安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。所以要求导向精确可靠的都采用这3种结构形式。对角导柱模架上、下模座，其工作平面的横向尺寸工一般大于纵向尺寸B，常用于横向送料的级进模，纵向送料的单工序模或复合模。中间导柱模架只能纵向送料，一般用于单工序模或复合模。四角导柱模架常用于精度要求较高或尺寸较大冲件的生产及大批量生产用的自动模。
后侧导柱模架的特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成上模歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损，从而影响模具寿命。此模架一般用于较小的冲模。
滚动导向模架在导柱和导套间装有保持架和钢球。由于导柱、导套间的导向通过钢球的滚动摩擦实现。导向精度高，使用寿命长，主要用于高精度、高寿命的硬质合金模、薄材料的冲裁模以及高速精密级进模。

模座一般分为上、下模座，其形状基本相似。上、下模座的作用是直接或间接地安装冲模的所有零件，分别与压力机滑块和工作台连接，传递压力。因此，必须十分重视上、下模座的强度和刚度。模座因强度不足会产生破坏；如果刚度不足，工作时会产生较大的弹性变形，导致模具的工作零件和导向零件迅速磨损，这是常见的却又往往不为人们所重视的现象。
在选用和设计时应注意如下几点：
(1）尽量选用标准模架，而标准模架的型式和规格就决定了上、下模座的型式和规格。如果需要自行设计模座，则圆形模座的直径应比凹模板直径大30~70mm，矩形模座的长度应比凹模板长度大40~70mm，其宽度可以略大或等于凹模板的宽度。模座的厚度可参照标准模座确定，一般为凹模板厚度的1.0~1.5倍，以保证有足够的强度和刚度。对于大型非标准模座，还必须根据实际需要，按铸件工艺性要求和铸件结构设计规范进行设计。
(2）所选用或设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核。比如，下模座的最小轮廓尺寸，应比压力机工作台上漏料孔的尺寸每边至少要大40~50mm。
(3）模座材料一般选用HT200、HT250，也可选用Q235、Q255结构钢，对于大型精密模具的模座选用铸钢ZG35、ZG45。
(4）模座的上、下表面的平行度应达到要求，平行度公差一般为4级。
(5）上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致，精度一般要求在±0.02mm以下；模座的导柱、导套安装孔的轴线应与模座的上、下平面垂直，安装滑动式导柱和导套时，垂直度公差一般为4级。
(6）模座的上、下表面粗糙度为Ra1.6 ~0.8μm，在保证平行度的前提下，可允许降低为Ra3.2~1.6μm。
    3．导柱和导套零件导向装置
    导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。模具中应用最广泛的是导柱和导套。
图2.9.40是标准的导柱结构。图2.9.41是标准的导套结构形式。

中、小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上。模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是：一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确而可靠连接。标准的模柄结构形式如图2.9.44所示。
(1）图2.9.44a为压入式模柄，它与模座孔采用过渡配合H7/m6、H7/h6，并加销钉以防转动。这种模柄可较好保证轴线与上模座的垂直度。适用于各种中、小型冲模，生产中最常见。
(  2）图2.9.44b为旋入式模柄，通过螺纹与上模座连接，并加螺丝放止松动。这种模具拆装方便，但模柄轴线与上模座的垂直度较差，多用于有导柱的中、小型冲模。
(3）图2.9.44c 为凸缘模柄，用3~4个螺钉紧固于上模座，模柄的凸缘与上模座的窝孔采用H7/js6过渡配合。多用于较大型的模具。
( 4）图2.9.44d、e为槽型模柄和通用模柄，均用于直接固定凸模，也可称为带模座的模柄，主要用于简单模中，更换凸模方便。
( 5）图2.9.44f为浮动模柄，主要特点是压力机的压力通过凹球面模柄和凸球面垫块传递到上模，以消除压力机导向误差对模具导向精度的影响。主要用于硬质合金模等精密导柱模。

将凸模或凹模按一定相对位置压入固定后，作为一个整体安装在上模座或下模座上。模具中最常见的是凸模固定板，固定板分为圆形固定板和矩型固定板两种，主要用于固定小型的凸模和凹模。
凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。
固定板材料一般采用Q235或45钢。