第7章冲模结构设计 为了保证冲压工艺的顺利实施,必须用到各种类型的冲模。欲适应不同性质的冲压工 艺、不同形状尺寸与不同精度的制件、不同生产批量、不同生产效率、不同冲压设备、不 同冲模制造条件,从而取得预期的技术经济效益,在冲模结构设计上必须区别对待。 7.1冲模分类 冲压件的品种式样无穷无尽,导致冲模种类非常繁多,但通常可按以下方法分类 1.按完成的冲压工序性质分类 按完成的冲压工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模、胀形模、翻边模、扩口模、 缩口模、整形模,等等。其中冲裁模是分离工序模具的总称,也是使用最多的一类模具。它 包括落料模、冲孔模、切口模、切断模、剖切模、切迦/修边模、精修模、精冲模、半精冲 模,等等,但一般概念上的冲裁模主要指落料模和冲孔模,其他分离工序模具应分别称呼。 2.按完成冲压工序的数量及组合程度分类 (1)单工序模。在压力机一次行程中完成一道工序的模具。这类模具结构相对较简单, 主要构件为凸模、凹模。 (2)级进模(也称连续模或跳步模)。模具平面上有两个或两个以上不同工作部位,压 力机一次行程中模具不同工位完成不同的工步。这些工步可以是冲裁、弯曲、拉深等基本 工序,也可以是整形,甚至是装配。如垫圈的冲裁,在第1工位上完成冲孔,条料送进到 第2工位再完成落料并同时在第1工位完成冲孔:带料的连续拉深(如碱性电池钢壳的连续 拉深)也采用了级进模。又如合页生产原来需由落料、卷管、插销钉、铆接等几副模具分别 完成,采用级进模,这些工序可以在一副模具中完成。这类模具生产的制件精度高,效率 高,便于实现自动化。现在不少企业使用了高速冲床,更显其优越性。但级进模(尤其是多 工位级进模)结构复杂,制模技术要求高 (3)复合模。压力机一次行程中,模具在运动方向的同一位置上依次或同时完成两道 或两道以上的工序。如垫圈的冲裁,利用冲孔落料复合模可以一次完成落料和冲孔。又如 筒形件可以利用落料拉深复合模,在一次行程中完成先落料后拉深。这类模具能减少设备 及人工,生产效率较高。由于不存在二次定位,故制件的精度更有保证。同级进模一样, 模具结构较复杂,制模技术要求高。 3.按模座运动导向装置分类 1)无导向模(开式模)。即上、下模之间不设导向装置,其相对运动精度只靠压力机 导轨保证。多应用于无侧向作用力的冲压成形,如间隙较大的中厚板的落料冲孔、能自动
第 7 章 冲模结构设计 为了保证冲压工艺的顺利实施，必须用到各种类型的冲模。欲适应不同性质的冲压工 艺、不同形状尺寸与不同精度的制件、不同生产批量、不同生产效率、不同冲压设备、不 同冲模制造条件，从而取得预期的技术经济效益，在冲模结构设计上必须区别对待。 7.1 冲 模 分 类 冲压件的品种式样无穷无尽，导致冲模种类非常繁多，但通常可按以下方法分类。 1. 按完成的冲压工序性质分类 按完成的冲压工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模、胀形模、翻边模、扩口模、 缩口模、整形模，等等。其中冲裁模是分离工序模具的总称，也是使用最多的一类模具。它 包括落料模、冲孔模、切口模、切断模、剖切模、切边/修边模、精修模、精冲模、半精冲 模，等等，但一般概念上的冲裁模主要指落料模和冲孔模，其他分离工序模具应分别称呼。 2. 按完成冲压工序的数量及组合程度分类 (1) 单工序模。在压力机一次行程中完成一道工序的模具。这类模具结构相对较简单， 主要构件为凸模、凹模。 (2) 级进模(也称连续模或跳步模)。模具平面上有两个或两个以上不同工作部位，压 力机一次行程中模具不同工位完成不同的工步。这些工步可以是冲裁、弯曲、拉深等基本 工序，也可以是整形，甚至是装配。如垫圈的冲裁，在第 1 工位上完成冲孔，条料送进到 第 2 工位再完成落料并同时在第 1 工位完成冲孔；带料的连续拉深(如碱性电池钢壳的连续 拉深)也采用了级进模。又如合页生产原来需由落料、卷管、插销钉、铆接等几副模具分别 完成，采用级进模，这些工序可以在一副模具中完成。这类模具生产的制件精度高，效率 高，便于实现自动化。现在不少企业使用了高速冲床，更显其优越性。但级进模(尤其是多 工位级进模)结构复杂，制模技术要求高。 (3) 复合模。压力机一次行程中，模具在运动方向的同一位置上依次或同时完成两道 或两道以上的工序。如垫圈的冲裁，利用冲孔落料复合模可以一次完成落料和冲孔。又如 筒形件可以利用落料拉深复合模，在一次行程中完成先落料后拉深。这类模具能减少设备 及人工，生产效率较高。由于不存在二次定位，故制件的精度更有保证。同级进模一样， 模具结构较复杂，制模技术要求高。 3. 按模座运动导向装置分类 (1) 无导向模(开式模)。即上、下模之间不设导向装置，其相对运动精度只靠压力机 导轨保证。多应用于无侧向作用力的冲压成形，如间隙较大的中/厚板的落料冲孔、能自动
第7章冲模结构设计 导正的简单圆筒拉深/反拉深、简单对称压弯等工序。由于难以保证凸-凹模间隙均匀分布, 冲裁件上容易出现不均匀毛刺。此类模具结构简单,成本低廉,但安装调整要格外小心, 2)导向模。即上、下模之间设置了导板、导筒、导柱与导套等导向零件。有了平稳 可靠的导向装置,制件精度就有保障,模具安装调整工作也比较简单。但模具成本稍高 4.按制作模具工作零件的材料分类 (1)钢模。模具工作零件用模具钢制造。 (2)硬质合金模。模具工作零件(整体或局部)用耐磨损的硬质合金/钢结硬质合金制造 应用于某些较高硬度材料(如硬态弹簧钢片)的冲裁模、要求模具寿命长的各类模具(如高速 多工位级进模等)。但模具的加工难度较大,需要一些特殊的加工设备与工具,因此成本 较高 还有低熔点合金模、聚氨酯橡胶模、塑质模,等等。 5.按卸料方式分类 按卸料方式可分为刚性卸料模、半刚性卸料模和弹性卸料模。 6.按进、出料的操作方式分类 按进、出料的操作方式(机械化程度)可分为手动模、半自动模及自动模 7.按节制进料方式分类 按节制进料方式的不同(如定位销式、挡料销式、导正销式、侧刃式和挡板式等)也可 区分。 8.按模具零件组合通用程度分类 按模具零件组合通用程度可分为专用模(大多数模具属于此类)和组合通用模(通过零件 的组合可以冲裁出多种孔,机柜面板的冲孔模多采用此类模具)。组合通用模具多用于加工 中、小批量的冲压件 9.按模具外形尺寸分类 按模具外形尺寸的大小可分为小型模具、中型模具和大型模具 对于某一副模具,可能兼有上述几方面的特征,视场合按约定俗成区分即可,并不需 要面面俱到。模具的命名一般应冠以被加工制件的名称、工序性质和工步,如垫圈冲孔落 料复合模、托架弯曲模、外罩第2次拉深模,等等。 7.2冲模的基本结构类型 尽管冲模的结构多种多样,但一般可分解为上模和下模两个部分。上模与压力机滑块 连接并随之一起运动;下模则固定在压力机的工作台面上。下面就单工序模、复合模、级 进模3种基本类型,分别介绍其结构、工作原理、特点及应用场合
第 7 章 冲模结构设计 207 导正的简单圆筒拉深/反拉深、简单对称压弯等工序。由于难以保证凸-凹模间隙均匀分布， 冲裁件上容易出现不均匀毛刺。此类模具结构简单，成本低廉，但安装调整要格外小心。 (2) 导向模。即上、下模之间设置了导板、导筒、导柱与导套等导向零件。有了平稳 可靠的导向装置，制件精度就有保障，模具安装调整工作也比较简单。但模具成本稍高。 4. 按制作模具工作零件的材料分类 (1) 钢模。模具工作零件用模具钢制造。 (2) 硬质合金模。模具工作零件(整体或局部)用耐磨损的硬质合金/钢结硬质合金制造。 应用于某些较高硬度材料(如硬态弹簧钢片)的冲裁模、要求模具寿命长的各类模具(如高速 多工位级进模等)。但模具的加工难度较大，需要一些特殊的加工设备与工具，因此成本 较高。 还有低熔点合金模、聚氨酯橡胶模、塑质模，等等。 5. 按卸料方式分类 按卸料方式可分为刚性卸料模、半刚性卸料模和弹性卸料模。 6. 按进、出料的操作方式分类 按进、出料的操作方式(机械化程度)可分为手动模、半自动模及自动模。 7. 按节制进料方式分类 按节制进料方式的不同(如定位销式、挡料销式、导正销式、侧刃式和挡板式等)也可 区分。 8. 按模具零件组合通用程度分类 按模具零件组合通用程度可分为专用模(大多数模具属于此类)和组合通用模(通过零件 的组合可以冲裁出多种孔，机柜面板的冲孔模多采用此类模具)。组合通用模具多用于加工 中、小批量的冲压件。 9. 按模具外形尺寸分类 按模具外形尺寸的大小可分为小型模具、中型模具和大型模具。 对于某一副模具，可能兼有上述几方面的特征，视场合按约定俗成区分即可，并不需 要面面俱到。模具的命名一般应冠以被加工制件的名称、工序性质和工步，如垫圈冲孔落 料复合模、托架弯曲模、外罩第 2 次拉深模，等等。 7.2 冲模的基本结构类型 尽管冲模的结构多种多样，但一般可分解为上模和下模两个部分。上模与压力机滑块 连接并随之一起运动；下模则固定在压力机的工作台面上。下面就单工序模、复合模、级 进模 3 种基本类型，分别介绍其结构、工作原理、特点及应用场合
中压工艺与模具设计 7.21冲裁模 7211单工序冲裁模 无导向单工序冲裁模 图7.1所示为无导向简单落料模,上模由上模座1(兼有模柄的作用)与凸模2组成。小 型冲模甚至可以将模柄与凸模加工成一体,结构更简单。下模由卸料板3、导料板4、凹模 5、下模座6、定位板7组成。冲裁间隙通过手工调整,靠压力机滑块的运动精度保证 图7.1无导向简单落料模 1—上模座:2—凸模:3一卸料板:4一导料板:5—凹模:6—下模座:7一定位板 该模具具有一定的通用性。通过更换凸模和凹模,调整导料板、定位板、卸料板位置 可以冲裁不同制件 无导向的冲裁模工作空间敞开,可以使用边角料,主要适用于试制或小批量生产,加 工对象为形状简单的中厚板冲裁件。 2.有导向单工序冲裁模 (1)导板式单工序冲裁模 图72所示为导板式简单落料模,与图7.1所示模具的最大不同之处在于卸料板9兼作 对上模运动起导向作用的导板,保证了凸模与凹模的冲裁间隙均匀。导板与凸模之间为间 隙配合,其配合间隙小于凸-凹模间隙。对于<0.8mm的薄料,配合为H6h5;1>3mm时, 配合为HB8h7。凸模上行的最高位置,不能脱出导板。因此,应选用行程较小(≤20mm)的 压力机,或行程调节能满足要求的偏心压力机。这类模具只适合于小尺寸制件。对于大尺 寸制件,由于使用的设备吨位较大,行程也较大,就不宜采用。这套模具一次冲裁能冲下
208 冲压工艺与模具设计 7.2.1 冲裁模 7.2.1.1 单工序冲裁模 1. 无导向单工序冲裁模 图 7.1 所示为无导向简单落料模，上模由上模座 1(兼有模柄的作用)与凸模 2 组成。小 型冲模甚至可以将模柄与凸模加工成一体，结构更简单。下模由卸料板 3、导料板 4、凹模 5、下模座 6、定位板 7 组成。冲裁间隙通过手工调整，靠压力机滑块的运动精度保证。 图 7.1 无导向简单落料模 1—上模座；2—凸模；3—卸料板；4—导料板；5—凹模；6—下模座；7—定位板 该模具具有一定的通用性。通过更换凸模和凹模，调整导料板、定位板、卸料板位置， 可以冲裁不同制件。 无导向的冲裁模工作空间敞开，可以使用边角料，主要适用于试制或小批量生产，加 工对象为形状简单的中/厚板冲裁件。 2. 有导向单工序冲裁模 (1) 导板式单工序冲裁模 图 7.2 所示为导板式简单落料模，与图 7.1 所示模具的最大不同之处在于卸料板 9 兼作 对上模运动起导向作用的导板，保证了凸模与凹模的冲裁间隙均匀。导板与凸模之间为间 隙配合，其配合间隙小于凸-凹模间隙。对于 t＜0.8mm 的薄料，配合为 H6/h5；t＞3mm 时， 配合为 H8/h7。凸模上行的最高位置，不能脱出导板。因此，应选用行程较小(≤20mm)的 压力机，或行程调节能满足要求的偏心压力机。这类模具只适合于小尺寸制件。对于大尺 寸制件，由于使用的设备吨位较大，行程也较大，就不宜采用。这套模具一次冲裁能冲下
第7章冲模结构设计 两个相同的零件,俗称一落二,能有效提高生产效率。 图材料H62 排样图 二 图7.2导板式落料模 1一止动销:2一模柄:3一上模座:4、8—内六角螺钉:5—垫板:6—凸模: 7一凸模固定板:9—导板:10—导料板:11一承料板:12一螺钉:13-凹模 14—圆柱销:15—下模座:16-固定挡料销:17—止动销 (2)导柱式单工序落料模 对于精度要求较高,生产批量较大的冲裁件,多采用有导柱的模具。最少配备两组导 柱-导套,工作时,上下模之间由导柱、导套进行导向,导向精度高,运动平稳、可靠。这 类模具结构比较完善,应用最广泛。 图7、3所示为典型的导柱式落料模,导柱、导套采用后置式结构,便于工人操作,导 套与导柱分别与上、下模座紧配,导柱与导套之间为间隙配合,常采用H6/h5或H7/h6 导柱与导套的入口部均有较大圆角,即使上、下模脱开(如在冲压行程的上死点),再闭合 时仍能很容易导入,方便了对压力机的选择。这一点优于导板式模具。 这套模具采用了由卸料板9、卸料弹簧2与卸料螺钉3组成的弹性卸料装置和由安装 在下模座12下的橡皮14、顶杆13与顶件板11组成的由下向上的弹性顶件装置。在冲压 过程中,不论对条料还是冲裁件均有良好的压平作用,得到的制件比较平整。特别适合于 冲裁厚度较薄、材质较软的制件。当然,如果是冲孔模可以取消下弹性顶料装置,凹模采 用下排式结构,模具可以相应简单些
第 7 章 冲模结构设计 209 两个相同的零件，俗称一落二，能有效提高生产效率。 图 7.2 导板式落料模 1—止动销；2—模柄；3—上模座；4、8—内六角螺钉；5—垫板；6—凸模； 7—凸模固定板；9—导板；10—导料板；11—承料板；12—螺钉；13—凹模； 14—圆柱销；15—下模座；16—固定挡料销；17—止动销 (2) 导柱式单工序落料模 对于精度要求较高，生产批量较大的冲裁件，多采用有导柱的模具。最少配备两组导 柱-导套，工作时，上下模之间由导柱、导套进行导向，导向精度高，运动平稳、可靠。这 类模具结构比较完善，应用最广泛。 图 7.3 所示为典型的导柱式落料模，导柱、导套采用后置式结构，便于工人操作，导 套与导柱分别与上、下模座紧配，导柱与导套之间为间隙配合，常采用 H6/h5 或 H7/h6。 导柱与导套的入口部均有较大圆角，即使上、下模脱开(如在冲压行程的上死点)，再闭合 时仍能很容易导入，方便了对压力机的选择。这一点优于导板式模具。 这套模具采用了由卸料板 9、卸料弹簧 2 与卸料螺钉 3 组成的弹性卸料装置和由安装 在下模座 12 下的橡皮 14、顶杆 13 与顶件板 11 组成的由下向上的弹性顶件装置。在冲压 过程中，不论对条料还是冲裁件均有良好的压平作用，得到的制件比较平整。特别适合于 冲裁厚度较薄、材质较软的制件。当然，如果是冲孔模可以取消下弹性顶料装置，凹模采 用下排式结构，模具可以相应简单些
中压工艺与模具设计 制件图 图7.3导柱式落料模 —上模座:2一卸料弹簧:3—卸料螺钉:4—模柄;5一止转销:;6—垫板 7—凸模固定板:8—落料凸模:9—卸料板:10—落料凹模:11-顶件板;12一下模座 13—顶杆:14—橡皮:15—导柱:16—导套:17一固定挡料销:18-导料销 721.2复合冲裁模 复合冲裁模在结构上的主要特征是有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模。按照 复合模工作零件的安装位置不同,分为正(顺)装式复合模和倒装式复合模。一般把凹模装 在下模的称为正装式复合模,反之则为倒装式复合模 1.正装式复合模 图74所示为正装式落料冲孔复合模,凸凹模6装在上模,凹模8和凸模1l装在下模 工作时,坯料以导料销13和挡料销12定位。上模下行,凸凹模外形和凹模相互作用,完 成落料,继而冲孔凸模与凸凹模内孔相互作用,完成冲孔。卡在凹模中的制件由顶件装置 顶出。顶件装置由带肩顶杆10和顶件块9及装在下模座底下的弹性顶料器组成。上模上行, 被压缩的弹性元件恢复,把卡在凹模中的制件顶出凹模面。由于弹性顶料器装在下模座底 下,弹性元件(一般为橡皮或弹簧)高度不受模具有关空间的限制,顶件力大小容易调节, 可获得较大的顶件力。卡在凸凹模内的冲孔废料由推件装置推出。推件装置由打杆2、推 板3和推杆4组成。上模上行至接近上死点,把废料推出(参见图1.25)。每冲裁一次,冲 孔废料被推下一次,凸凹模孔内不积存废料,胀力小,不易破裂。但冲孔废料落在下模工 作面上,清除比较麻烦。尺寸较小者,可以用压缩空气吹走。搭边料由弹压卸料装置卸下
210 冲压工艺与模具设计 图 7.3 导柱式落料模 1—上模座；2—卸料弹簧；3—卸料螺钉；4—模柄；5—止转销；6—垫板； 7—凸模固定板；8—落料凸模；9—卸料板；10—落料凹模；11—顶件板；12—下模座； 13—顶杆；14—橡皮；15—导柱；16—导套；17—固定挡料销；18—导料销 7.2.1.2 复合冲裁模 复合冲裁模在结构上的主要特征是有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模。按照 复合模工作零件的安装位置不同，分为正(顺)装式复合模和倒装式复合模。一般把凹模装 在下模的称为正装式复合模，反之则为倒装式复合模。 1. 正装式复合模 图 7.4 所示为正装式落料冲孔复合模，凸凹模 6 装在上模，凹模 8 和凸模 11 装在下模。 工作时，坯料以导料销 13 和挡料销 12 定位。上模下行，凸凹模外形和凹模相互作用，完 成落料，继而冲孔凸模与凸凹模内孔相互作用，完成冲孔。卡在凹模中的制件由顶件装置 顶出。顶件装置由带肩顶杆 10 和顶件块 9 及装在下模座底下的弹性顶料器组成。上模上行， 被压缩的弹性元件恢复，把卡在凹模中的制件顶出凹模面。由于弹性顶料器装在下模座底 下，弹性元件(一般为橡皮或弹簧)高度不受模具有关空间的限制，顶件力大小容易调节， 可获得较大的顶件力。卡在凸凹模内的冲孔废料由推件装置推出。推件装置由打杆 2、推 板 3 和推杆 4 组成。上模上行至接近上死点，把废料推出(参见图 1.25)。每冲裁一次，冲 孔废料被推下一次，凸凹模孔内不积存废料，胀力小，不易破裂。但冲孔废料落在下模工 作面上，清除比较麻烦。尺寸较小者，可以用压缩空气吹走。搭边料由弹压卸料装置卸下