第2章正弦交流电路.doc

第2章 冲裁工艺及冲裁模具设计冲裁是指利用模具在压力机上使板料产生分离的冲压工艺。冲裁可直接冲出所需形状的零件，也可为其它工序制备毛坯。冲裁时所使用的模具称为冲裁模。冲裁工艺的种类很多，常用的有落料、冲孔、切断、切边、切口等，其中落料和冲孔应用最多。从板料上冲下所需形状的零件(或毛坯)称为落料；在零件(或毛坯)上冲出所需形状的孔(冲去部分为废料)称为冲孔。落料与冲孔的变形性质完全相同，但在进行模具设计时，模具尺寸的确定方法不同，因此，工艺上必须作为两个工序加以区分。冲制外形D的冲裁工序为落料，如图2.1(a)所示；冲制内孔d的工序为冲孔，如图2.1(b)所示。根据冲裁的变形机理不同，冲裁工艺可以分为普通冲裁和精密冲裁两大类。精密冲裁断面较光洁，精度较高，但需专门的精冲设备与模具。2.1 冲裁过程分析2.1.1 冲裁原理冲裁变形过程，如图2.2所示，大致可分为三个阶段： 1.弹性变形阶段如图2.2(a)所示，当凸模下压接触板料时，材料将产生短暂的、轻微的弹性变形。此时如果提升凸模，变形将完全消失。2.塑性变形阶段如图2.2(b)所示，凸模继续下压，板料变形区的应力将继续增大。当应力状态满足屈服极限时，材料便进入塑性变形阶段。这一阶段突出的特点是材料只发生塑性流动，而不产生任何裂纹，凸模继续切人板料，同时将板料的下部挤入凹模孔内。3.断裂分离阶段 图2.1 垫圈冲裁中的落料与冲孔图2.2(c)、(d)、(e)表示了断裂分离的全过程，其中图(c)表示当凸模切入板料达到一定深度时，在凹模侧壁靠近刃口处的材料首先出现裂纹。这表明塑性剪切变形的终止和断裂分离的开始。图(d)表示裂纹发展与贯通的情形。图(e)表示冲裁结束时板料被完全分裂分离的情形。被冲入孔的一块料在落料时为工件，冲孔时为废料。留在凹模面上的材料在冲孔时为工件，落料时为废料。普图2.2 冲裁变形过程及冲裁件剪切断面(a) 弹性变形 (b)塑性变形 (c)出现裂纹 (d)裂纹贯通 (e)板料完全断裂分离 (f)剪切断面 l一凸模 2一板料 3一凹模 4一冲孔为工件，落料为废料 5一落料为工件，冲孔为废料通冲裁件的剪切断面状况如图2.2(f)所示，其精度一般在IT10级以下，表面粗糙度Ra可达3.2 50m。如图2.2(f)所示，断面明显分4个特征区：a为圆角区，即塌角；b为光亮带，表面光滑，表面质量最好；c为剪裂带，表面粗糙并略带斜度，不与板面垂直；d为毛刺。在4个特征区中，光亮带越宽，断面质量越好。但4个特征区在其整个断面上所占比例大小随材料种类、状态、板厚、冲裁条件(冲裁间隙、刃口形状、冲裁速度)等不同而变化。2.1.2 冲裁件的质量及其影响因素冲裁件质量是指断面状况、尺寸精度和形状误差。断面状况尽可能垂直、光洁、毛刺小。尺寸精度应该保证在图样规定的公差范围之内。零件外形应该满足图样要求；表面尽可能平直，即拱弯小。1.尺寸精度冲裁模的制造精度对冲裁件尺寸精度的影响最直接，冲裁模的制造精度愈高，冲裁件的精度愈高。由于在冲裁过程中材料产生一定的弹性变形，冲裁结束后发生“回弹”现象，使落料件尺寸与凹模尺寸不符，冲孔的尺寸与凸模尺寸不符，从而影响其精度。对于比较软的材料，弹性变形量较小，冲裁后的回弹值也较小，因而零件精度较高。硬的材料，情况正好相反。材料相对厚度tD(t板厚，D冲裁件直径)越大，弹性变形量越小，因而冲裁零件尺寸精度就高。 冲裁间隙对冲裁件的精度影响很大。落料时，如间隙过大，材料除受剪切外还产生拉伸弹性变形，冲裁后由于“回弹”将使冲裁件尺寸有所减小，减小的程度也随着间隙的增大而增加。如间隙过小，材料除受剪切外还产生压缩弹性变形，冲裁后由于“回弹”而使冲裁件尺寸有所增大，增大的程度随着间隙的减小而增加。冲孔时，情况与落料时正好相反，即间隙过大，使冲孔尺寸增大，间隙过小，使冲孔尺寸减小。冲裁件尺寸越小，形状越简单其精度越高。 2.断面质量 对于断面质量起决定作用的是冲裁间隙。如间隙选的合理，冲裁时上、下刃口处所产生的裂纹就能重合，如图2.2所示。所得工件断面虽不很光滑，且带有一定锥度，但已满足要求。当间隙值过小或过大时，就会使上，下裂纹不能重合。间隙过小时，凸模刃口附近的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。上、下两裂纹中间的一部分材料，随着冲裁的进行，将被第二次剪切，在断面上形成第二光亮带。间隙过大时，凸模刃口附近的裂纹较合理间隙时向里错开一段距离，材料受很大拉伸，使断面光亮带减小，毛刺，圆角和锥度都会增大。3.毛刺 凸模或凹模磨钝后，其刃口处形成圆角。在冲裁时，冲裁件的边缘就会出现毛刺。在冲裁工作中，产生很大的毛刺是不允许的，应查明原因加以解决。如有不可避免的微小的毛刺出现，应在冲裁后设法消除。一般生产中允许的毛刺高度，可查相关资料。2.2 排样设计2.2.1 排样冲裁件在条料或板料上的布置方式称为排样。排样方案对材料利用率、冲裁件质量、生产率、生产成本和模具结构形式都有重要影响。1.排样设计原则(1)提高材料利用率冲裁件生产批量大，生产效率高，材料费用一般会占总成本的60%以上，所以材料利用率是衡量排样经济性的一项重要指标。在不影响零件性能的前提下，应合理设计零件外形及排样，提高材料利用率。(2)改善操作性 冲裁件排样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。一般说来，在冲裁生产时应尽量减少条料的翻动次数，在材料利用率相同或相近时，应选用条料宽度及进距小的排样方式。(3)使模具结构简单合理，使用寿命高。(4)保证冲裁件质量。2.排样的分类按照材料的利用率，排样可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种，如图2.3所示。废料是指冲裁中除零件以外的其它板料，包括工艺废料和结构废料。(a) (b) (c)图2.3 排样方式(1)有废料排样 有废料排样是指在冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间均有工艺废料，冲裁是沿冲裁件的封闭轮廓进行的，如图2.3(a)所示。(2)少废料排样 少废料排样是指只在冲裁件之间或只在冲裁件与条料侧边之间留有搭边，如图2.3(b)所示。冲裁只沿冲裁件的部分轮廓进行，材料利用率可达70%90%。 (3)无废料排样 无废料排样是指在冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间均无搭边存在，冲裁件实际上是直接由切断条料获得的，如图2.3(c)所示。材料利用率可高达85%90%。采用少废料、无废料排样时，材料利用率高，不但有利于一次行程获得多个冲裁件，还可以简化模具结构、降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件尺寸及精度不易保证，另外，在有些无废料排样中，冲裁时模具会单面受力，影响模具使用寿命。有废料抖样时冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较低。所以，在排样设计中，应全面权衡利弊。3.排样的形式根据冲裁件在板料上的布置方式，排样形式有直排、单行排、多行排、斜排、对头直排和对排斜排等多种排列方式，见表2.1。4.排样设计在排样设计中，除选择适当的排样方法外，还包括确定搭边值的大小，计算条料宽度及送料进距，画出排样图，必要时还需计算材料利用率。表2.1 排样方式2.2.2 搭边2.2.2.1 搭边定义冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。搭边的作用是避免因送料误差发生零件缺角、缺边或尺寸超差；使凸、凹模刃口受力均衡，提高模具使用寿命及冲裁件断面质量；此外利用搭边还可以实现模具的自动送料。冲裁时，搭边过大，会造成材料浪费，搭边太小，则起不到搭边应有的作用，过小的搭边还会导致板料被拉进凸、凹模间隙，加剧模具的磨损，甚至会损坏模具刃口。 搭边的合理数值主要取决于冲裁件的板料厚度、材料性质、外廓形状及尺寸大小等。一般说来，材料硬时，搭边值可取小些；软材料或脆性材料，搭边值应取大些；板料厚度大，需要的搭边值大；冲裁件的形状复杂，尺寸大，过渡圆角半径小，需要的搭边值大；手工送料或有侧压板导料时，搭边值可取小些。搭边值通常由经验确定，表2.2列出了低碳钢冲裁时，常用的最小搭边值。2.2.2.2 送料进距模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离称为送料进距或步距。当单个进距内只冲裁一个零件时，送料进距的大小等于条料上两个零件对应点之间的距离，如图2.3所示。 A=D+al （21）式中 A送料进距，单位mm；D平行于送料方向的冲裁件宽度，单位mm；a1冲裁件之间的搭边值，见表2.2，单位mm。 表2.2 最小工艺搭边值 mm 表2.3 条料下料宽度偏差 mm 2.2.3 条料宽度的确定冲裁前通常需按要求将板料裁剪为适当宽度的条料。为保证送料顺利，不因条料过宽而发生卡死现象，条料的下料公差规定为负偏差。条料在模具上送进时，一般都有导料装置，有时还要使用侧压装置 (侧压装置是指在条料送进过程中，在条料侧边作用一横向压力，使条料紧贴导料板一侧送进的装置)。当条料在无侧压装置的导料板之间送料时，条料宽度B按下式计算： (22)当条料在有侧压装置或要求手动保持条料紧贴单侧导料板送料时，条料宽度B按下式计算： (23)式 (22)、(23)中B条料宽度，单位mm；L冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸，单位mm；a冲裁件与条料侧边之间的搭边，单位mm；条料下料时的下偏差值，见表2.3，单位mm；b0条料与导料板之间的间隙，见表2.4，单位mm。2.2.4 材料利用率材料利用率是冲压工艺中一个非常重要的经济技术指标。其计算可用一个进距内冲裁件的实际面积与毛坯面积的百分比表示: (24)式中 S1 一个进距内冲裁件的实际面积，单位mm2；S0 一个进距内所需毛坯面积，单位mm2；A 送料进距，单位mm；B 条料宽度，单位mm。表2.4 条料与导料板之间的间隙b0若考虑到料头、带尾和边余料的材料消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率为： (25)n 一张板料(或带料、条料)上冲裁件的总数目；S 一个冲裁件的实际面积，单位mm2；L 板料的长度，单位mm；B条料宽度，单位mm。2.3 冲裁工艺计算2.3.1 冲压力及压力中心的计算2.3.1.1 冲压力冲压力是冲裁力、缷料力、推件力、和顶料力的总称。1.冲裁力F=KLt (26)式中 F冲裁力，单位N；L冲裁件周边长度，单位mm；K系数，取K=1.3；材料抗剪强度，单位MPa；t材料厚度，单位mm。 图2.4 卸料力、推料力、顶料力2.卸料力、推料力、顶料力的计算(1)卸料力 是将箍在凸模上的材料卸下时所需的力； (2)推料力 是将落料件顺着冲裁方向从凹模洞口推出时所需的力； (3)顶料力 是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模洞口时所需的力，如图2.4所示。 F缷=K卸F （27）F推=nK推F （28） F顶=K顶F （29）式中 K卸卸料力系数；K推推料力系数；K顶顶料力系数。卸料力、推料力、顶料力系数，其值见表2.5。表2.5 卸料力、推料力、顶料力3.冲压力的计算选择冲床时，要根据不同的模具结构，计算出所需的总冲压力。(1)采用弹性卸料和上出料方式时，总冲压力为F=F+F卸+ F顶 (210)(2)采用钢性卸料和下出料方式时，总冲压力为F=F+F推 (211)(3)采用弹性卸料和下出料方式时，总冲压力为F=F+F卸+ F推 (212)2.3.1.2 压力中心的计算冲裁模的压力中心是指冲裁力合力的作用点。在设计冲裁模时，其压力中心要与冲床滑块中心相重合，否则冲模在工作中就会产生偏弯距，使冲模发生歪斜，从而会加速冲模导向机构的不均匀磨损，冲裁间隙得不到保证，刃口迅速变钝，将直接影响冲裁件的质量和模具的使用寿命，同时冲床导轨与滑块之间也会发生异常磨损。冲模压力中心的确定，对大型复杂冲模、无导柱冲模、多凸模冲孔及多工序连续模冲裁尤为重要。因此，在设计冲模时必须确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与冲床滑块中心重合。1.简单形状的零件，其压力中心的计算(1)对称形状的零件，其压力中心位于刃口轮廓图形的几何中心上。如图2.5所示。(2)等半径的圆弧段的压力中心，位于任意角2平分线上，且距离圆心为X0的点上。如图2.6所示。X0=rsin (213)式中 弧度。2.对于复杂工件或多凸模冲裁件的压力中心，可根据力矩平衡原理进行计算，即各分力对某坐标轴力矩之和等于其合力对该坐标轴的力矩，其计算步骤如下： (a) (b)图2.5 对称工件的压力中心 图2.6 压力中心位于角平分线上(1)按比例画出工件的轮廓图。如图2.7所示。(2)在任意处选取坐标轴X、Y。(3)将工件分解成若干直线段或弧度段，l1、l2、ln，因冲裁力与轮廓线长度成正比关系，故用轮廓线长度代替冲裁力F。(4)计算各基本线段的重心到Y轴的距离X1、X2、Xn和到X轴的距离yl、y2、yn，则根据力矩原理可得压力中心的计算公式为 图2.7 复杂件的压力中心 (214) 2.3.2 冲裁间隙冲裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，其双面间隙用Z表示，单面间隙为Z/2，如图2.8所示。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力、模具寿命等影响很大，所以冲裁间隙是冲裁模设计中一个很重要的工艺参数。设计模具时一定要选择合理的间隙，使冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较高。但分别按质量、精度、冲裁力等方面的要求，各自确定的合理间隙值并不相同，考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个 图 2.8 冲裁间隙适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的零件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙值。表2.6所提供的经验数据为落料、冲孔模的初始间隙，可用于一般条件下的冲裁。表中初始间隙的最小值Zmin相当于最小合理间隙数值，而初始间隙的最大值Zmax是考虑到凸模和凹模的制造公差，在Zmin的基础上所增加的数值。在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而使间隙的最大值 (最大合理间隙)可能超过表中所列数值，有*号处均系无间隙。此外，也可以采用下述经验公式计算出合理间隙Z的数值。Z=ct (215)式中 t材料厚度，单位mm； c系数，与材料性能及厚度有关。当t3mm时 软钢、纯铁 c=(69)% c=(1519)%铜、铝合金 c=(610)% c=(1621)%硬钢 c=(812)% c=(1725)%冲裁件质量要求较高时，其间隙应取小值；反之应取大间隙，以降低冲压力及提高模具寿命。由于各类间隙值之间没有绝对的界限，因此，还必须根据冲裁件尺寸与形状，模具材料和加工方法，以及冲压方法、速度等因素适当增减间隙值。比如：1.在相同的条件下，非圆形比圆形间隙大，冲孔比落料间隙大。 2.直壁凹模比锥口凹模间隙大。3.高速冲压时，模具易发热，间隙应增大，当行程次数超过200次/min时，间隙值应增大10%左右。4.冷冲时比热冲时间隙要大。5.冲裁热轧硅钢板比冷轧硅钢板的间隙大。6.用电火花加工的凹模，其间隙比用磨削加工的凹模小0.5%2%。2.3.3 凸、凹模刃口尺寸的确定2.3.3.1 凸、凹模刃口尺寸的确定原则冲裁模刃口是尖锐锋利的，多为直角，故冲裁模刃口尺寸是指凸模与凹模的直径(对圆形件而言)尺寸，并按“入体”原则标注；确定凸凹模刃口尺寸及其公差必须遵循以下原则：1.由于剪切面是凸、凹模的侧面与材料接触并挤光而得到的光滑面，所以落料件的外径尺寸等于凹模的内径尺寸，冲孔件的内径尺寸等于凸模的外径尺寸。故落料模应以凹模为设计基准，再按间隙值确定凸模尺寸；冲孔模应以凸模为设计基准，再按间隙值确定凹模尺寸。2.凸、凹模在冲裁过程中有磨损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口尺寸磨损使落料尺寸变大。为了保证冲裁件的尺寸精度要求，并尽可能提高模具使用寿命，设计落料模时，凹模刃口的基本尺寸(设计尺寸)应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔凸模时，其刃口基本尺寸应取接近或等于工件孔的最大极限尺寸；并分别按最小合理间隙分别制造，或配作相应的凸模、凹模。这样，才能保证凸、凹模磨损到一定程度后仍能冲裁出合格的零件。3.凸、凹模刃口尺寸的精度应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的间隙值，保证模具具有一定的使用寿命。一般冲模精度较工件精度高23级。若零件没有标注公差，则对于非圆形件按ITl4级来处理，圆形件一般可按ITl0级来处理，工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差。冲裁件的精度见表2.7。表2.6 落料、冲孔模初始双面间隙Z mm表2.7 冲裁件精度2.3.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算模具刃口尺寸及公差的计算与加工方法有关，基本上可以分为两类：互换加工和配制加工。按照上面三条原则的规定，设落料件尺寸为 ，冲孔件尺寸为 ，适用间隙最小值为Zmin，最大值为Zmax。1.互换加工 这种方法主要适用于圆形或简单规则形状的工件，因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。设计时，需在图样上分别标注凸模和凹摸刃口尺寸及制造公差。 (1)落料 (216) (217)(2)冲孔 （218） （219）(3)孔中心距 （220）式中 Dp、Dd落料凸、凹模刃口尺寸，单位mm； dp、dd冲孔凸、凹模刃口尺寸，单位mm； 工件公差，单位mm； p、d凸、凹模制造公差，单位mm； x磨损系数，见表2.8。p、d一般取为（1/31/4）；或按IT6IT7级精度选取；或查相关手册；还应保证满足 （221） （222） （223）否则可减小值或重选范围大的间隙值。2.凸模与凹模配制加工 采用凸、凹模分开加工法时，为了保证凸、凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，因此，造成冲模制造困难。对于冲制薄材料(因Zmax与Zmin的差值很小)的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配制的加工方法。 配制法就是先按设计尺寸制出一个基准件(凸模或凹模)，然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核ZmaxZmin的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配制件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图样上注明：“凸(凹)模刃口按凹(凸)模实际刃口尺寸配制，保证最小双面合理间隙值Zmin”。 采用配制法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大、变小还是不变这三种情况，然后分别按不同的公式计算。(1)凸模或凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸A落料凹模或冲孔凸模磨损后将会增大的尺寸，相当于简单形状的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式(216)相同。第一类尺寸： (224)(2)凸模或凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸B冲孔凸模或落料凹模磨损后将会减小的尺寸，相当于简单形状的冲孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式(218)相同。第二类尺寸： (225) (3)凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸C凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸，不必考虑磨损的影响，相当于简单形状的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式(220)相同。第三类尺寸： (226)式中 A、B、C模具基准件尺寸，单位mm；Amax、Bmin、Cmin工件极限尺寸，单位mm；工件公差，单位mm。 表2.8 磨损系数x2.4 冲裁模的典型结构2.4.1 冲裁模的分类冲裁模的形式很多，一般可按下列不同特征分类：(1)按工序性质分类 可分为落料模、冲孔模、切断模、剖切模、整修模、精冲模等。(2)按工序组合程度分类 可分为如下三种：单工序模 (俗称简单模)，即在一副模具中只完成一种工序，如落料、冲孔、切边等。单工序模可以由一个凸模和一个凹模洞口组成，也可以是多个凸模和多个凹模洞口组成。级进模 (俗称连续模)，即在压力机一次行程中，在模具的不同位置上同时完成数道冲压工序。级进模所完成的同一零件的不同冲压工序是按一定顺序、相隔一定进距排列在模具的送料方向上的，压力机一次行程得到一个或数个冲压件。复合模，即在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上完成数道冲压工序。压力机一次行程一般得到一个冲压件。(3)按冲模有无导向装置和导向方法分类 可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模。(4)按送料、出件及排除废料的自动化程度分类 可分为手动模、半自动模和自动模。另外，按送料进距定位方法不同可分为挡料销式、导正销式、侧刃式等模具。按卸料方法不同可分为刚性卸料式和弹性卸料式等模具。按凸、凹模材料不同可分为钢模、硬质合金模、锌基合金模、橡胶冲模等。对于一副冲裁模，上述几种特征可能兼有，如导柱导套导向、固定卸料、侧刃定距的冲孔落料级进模等等。2.4.2 冲裁模的典型结构分析2.4.2.1 单工序模单工序模分为无导向模和有导向模两类，无导向模结构简单，易于制造和维修，模具在冲床上安装时，调整间隙的均匀性困难，凸模与凹模的相对正确位置只能靠冲床导轨与滑块的配合精度来保证，因此模具的导向精度低，使用安全性差，不适于薄板料的冲裁。有导向模又分为导板模和导柱模两种。导板模是以导板上的导向孔对凸模进行导向，导向孔与凸模工作端采用H7/h6间隙配合，这种模具多安装在偏心冲床上使用。为安全起见，工作时凸模的工作端要始终不脱离导板上的导向孔。由于其导向精度高，因而圆形和简单规则形状冲裁件的冲裁模多采用此结构。导柱模是靠分别安装在上、下模板(座)内的导套、导柱二者的良好配合，实现对凸模的导向。这种模具导向精度更好，使用安全方便，在批量生产条件下，冲裁各种尺寸精度较高且形状复杂的制件所用的冲裁模，均可采用此导向结构。尤其在复合模和级进模上采用导柱式模架结构，其优越性就更加明显，再则模架标准化后又可大大降低模具的制造成本。但是由于模具增加了导柱、导套结构，使模具的外形尺寸增大。图2.9所示为导柱单工序落料模结构示意图。图2.9 导柱单工序落料模1凸模固定板 2垫板 3、13、16螺钉 4上模板5凸模 6模柄 7、8、17销子 9、10导套、导柱 11下模座 12卸料板 14凹模 15挡料销2.4.2.2 复合模条料在复合模中进行冲裁时，一次定位就可以完成冲裁件的内外形尺寸，故冲裁件的内外形的位置尺寸精度高，生产效率高，适合位置精度高、生产批量大的冲裁件选用。但是这种模具结构复杂，制造困难、周期长，再则冲孔凸模插入凹模深度较大，加剧了冲孔凸模和凸凹模的磨损而降低其使用寿命。另外，当冲裁件内外形尺寸相差较小时也不宜选用复合模。复合模结构特点之一是具有一个落料凸模又作为冲孔凹模的凸凹模。按落料凹模安装位置不同，又有倒装复合模与正装复合模之分。如图2.10所示的落料凹模装在上模上，就称为倒装复合模。若落料凹模装在下模上，就称为正装复合模。如图2.11所示为落料凹模装在下模上的正装复合模。一般冲孔落料复合模多采用倒装结构，落料拉深复合模采用正装结构；中小尺寸制件的单工序落料模或冲孔模要采用正装结构。倒装复合模多采用刚性打料装置进行打料出件，结构简单、操作方便，但对制件不起压平作用。正装复合模向上出件，弹性顶件装置安装在下模上，并从压力机工作台上的漏料孔中向下伸出，条料在凸模和顶件器上下压紧的情况下冲裁；故制件平整，适于冲裁薄料。2.4.2.3 级进模条料在级进模中，一次冲裁可完成两个乃至十几个冲压工序。它与复合模生产的不同之处在于，条料是在凹模的不同位置上完成不同的冲压工序，因而形成冲裁的连续生产。级进模有初始挡料装置级进模和侧刃定距连续冲裁模之分。由于模具能完成多道工序形成连续生产，生产效率很高，而且适于自动送料，故应用相当广泛。为了使导正销导正时不碰坏已冲出的制件内孔，一般对条料厚度要有一定要求(板料厚度大于3mm)。冲裁件的外形、内孔尺寸也不宜过小，否则冲裁件外形的凸模上安装导正销的孔径太小，使凸模难以制造。一般情况下，冲裁件内孔孔径要大于5mm，方可选用这种结构的模具。图2.10 倒装复合模1模柄 2打料杆 3凸模 4打料板 5上模板 6打料销 7垫板 8凸模固定板 9导套 10落料凹模 11顶件器 12凸凹模 13卸料板 14导柱 15卸料螺钉 16凸模固定板 17橡皮图2.11 正装复合模1打杆 2旋入式模柄 3推板 4推杆 5卸料螺钉 6凸凹模 7卸料板 8凹模 9顶件块 10带肩顶杆 11凸模 12挡料销 13导料销2.5 冲裁模主要零部件设计各种结构的冲裁模，一般都是由工作零件(包括凸模、凹模)、定位零件(包括挡料销、导尺等)、卸料零件(如卸料板)、导向零件(如导柱、导套)和安装固定零件(包括上下模座、垫板、凸凹模固定板、螺钉和定位销)等5种基本零件组成。冲模零件已制定出国家标准供模具设计时选用。本节着重介绍冲裁模主要零部件的结构及其设计要点。2.5.1 凸模2.5.1.1 凸模形式 凸模的结构形式，主要根据冲裁件的形状和尺寸而定。常见的圆形凸模结构形式如图2.12所示，图中(a)、(c)适用的冲裁直径d =120mm，为避免应力集中和保证强度与刚度方面的要求，而做成圆滑过渡的阶梯形或在中部增加过渡阶段。图(b)适用的冲裁直径d=830mm。图(d)适用于冲制孔径与料厚相近的小孔。采用保护套结构既可以提高抗弯能力，又能够节省模具钢。图(e)适用于冲大孔或落料用的凸模，为减少磨削面积，凸模外径与端面都加工成凹进形状。 (a) (b) (c) (d) (e)图2.12 圆形凸模图2.13所示为快换凸模结构，用于大型冲模中冲小孔的易损凸模。图2.13 快换凸模图2.14为非圆形凸模。与凸模固定板配合的固定部分可做成圆形或矩形，如图(a)、(b)所示。如采用线切割加工时，固定部分和工作部分的尺寸应一致，如图(c)所示。(a) (b) (c)图2.14 非圆形凸模2.5.1.2 凸模的长度 对采用弹性卸料板的冲裁模，其凸模的长度应根据模具的具体结构确定。采用固定卸料板的冲裁模，基本结构如图2.15所示。凸模的长度按式 (227)计算。Ll1l2l3(1520)mm (227)式中 l1凸模固定板厚度，单位mm； l2缷料板的厚度，单位mm； l3导尺的厚度，单位mm。式中的1520mm包括凸模进入凹模的深度、凸模修磨量、冲模在闭合状态下缷料板到凸模固定板间的距离。一般应根据具体结构再加以修正。 图2.15 凸模长度2.5.1.3 凸模强度的校核 在一般情况下，凸模的强度是足够的，所以不用进行强度计算。但是对于特别细长的凸模或板料厚度较大的情况下，应进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。 1.压应力的校核 圆形凸模按式 (228)进行压应力校核。 （228）非圆形凸模按式 (229)进行压应力校核。 （229）式中 dmin凸模最小直径，单位mm；Amin凸模最小截面的面积，单位mm2；t料厚，单位mm；材料的抗剪强度，单位MPa；F冲裁力，单位N。压凸模材料的许用压应力，单位MPa。压的值取决于材料、热处理和冲裁模的结构，如T8A、Tl0A、Crl2MoV、Grl5等工具钢淬火硬度HRC5862时，取10001600Mpa；当有特殊导向时，可取20003000MPa。(a) (b) 图2.16 无导向及有导向凸模的弯曲2.弯曲应力的校核凸模的抗弯能力，根据模具结构特点，可分为无导向装置和有导向装置凸模两种情况，如图2.16所示。无导向装置的圆形凸模见式 (230)。(mm) （230）非圆形凸模见式 (231)。(mm) （231）带导向装置的圆形凸模见式 (232)。(mm) （232）非圆形凸模见式 (233)。(mm) （233）式中 Lmax允许的凸模最大自由长度，单位mm；d凸模的最小直径，单位mm；F冲裁力，单位N；I凸模最小横截面的惯性矩，单位mm4。2.5.2 凹模2.5.2.1 凹模的刃口形式 几种常见的凹模刃口形式如图2.17所示。图2.17(a)为锥形刃口凹模，冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小。但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大。适用于形状简单，精度要求不高，材料厚度较薄工件的冲裁。当t2.5mm时，=15；当t=2.56mm时，=30；当采用电火花加工凹模时，=420。(a) (b) (c)图2.17 凹模刃口形式图2.17(b)、(c)为柱形刃口筒形或锥形凹模。刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变。但孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。当t0.5mm时，h35mm；当t0.55mm时，h5l0mm；当t5l0mm时，h1015mm，35。2.5.2.2 凹模外形尺寸 凹模厚度的确定见式 (234) HKb （234）凹模壁厚 (指凹模刃口与外边缘的距离)的确定见式 (235)。小凹模 c(1.52)H大凹模 c(23)H （235）式中 b凹模孔的最大宽度，单位mm，如图2.18所示；K系数，见表2.9；H凹模厚度，其值为1520mm；c凹模壁厚，其值为2640mm。 图2.18 凹模外型尺寸的确定按上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。表2.9 系数K的数值2.5.2.3 凸凹模的最小壁厚 复合模的结构特点是一定有一个凸凹模。凸凹模的内、外缘均为刃口，内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。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一般可按经验数据决定。不积聚废料的凸凹模最小壁厚值见式(236)。冲裁硬材料时 m1.5t冲裁软材料时 mt （236）积聚废料的凸凹模，由于胀力大，故最小壁厚值要比上述数据适当加大。2.5.3 定位装置模具上定位零件的作用是使毛坯在模具上能够正确定位。毛坯在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料，如图2.19中所示的销a；二是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向，如图2.19中所示的销b、c。2.5.3.1 定位板和定位销 图2.19 毛坯的定位单个毛坯进行冲压加工时，一般采用定位板或定位销定位。其主要形式如图2.20所示。图2.20(a)、(b)用于毛坯以外形定位；图2.20(c)、(d)用于毛坯以内孔定位。2.5.3.2 挡料销挡料销的作用是保证条料送进时有准确的送料进距。其结构形式可分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销三种。图2.21(a)、(b)所示为固定挡料销，送进时，需要人工抬起条料送进，并将挡料销套入下一个孔中，向前抵住搭边而定位。其中图2.21(a)是圆柱头式挡料销，挡料销的固定部分和工作部分的直径差别很大，不致于削弱凹模的强度；并且制造简单，使用方便。其一般装固在凹模上，适用(a) (b)(c) (d)图2.20 定位板和定位销 (a) (b) (c)图2.21 固定及活动挡料销(a)圆柱式挡料销 (b)钩形挡料销 (c)活动挡料销于带固定卸料板和弹性卸料板的冲裁模。图2.21(b)是钩形挡料销，其固定部分的位置可离凹模的刃口更远一些，有利于提高凹模强度。但此种挡料销由于形状不对称，为防止转动需另加定向装置。适用于加工较大、较厚材料的冲压件。图2.21(c)所示为活动挡料销。挡料销在送进方向带有斜面，送进时当搭边碰撞斜面使挡料销跳越搭边而进人下一个孔中时，然后将条料后拉，挡料销便抵住搭边而定位。每次送料都要先送后拉，做方向相反的两个动作。适用于厚度大于0.8mm的冲压材料，因为废料需带有一定的强度，如料太薄，则顶不起带有弹簧的挡料销。图2.22 始用挡料销图2.22所示为始用挡料销。这种挡料销用于条料送进时的首次定位。使用时，用手压出挡料销，条料定位后，在弹簧的作用下挡料销自动退出。2.5.3.3 导正销 为了保证级进模冲裁件内孔和外缘的相对位置精度，在级进模中的定位可采用如图2.23所示的导正销。导正销安装在落料凸模的工作端面上，落料前导正销先插入已冲好的孔中，确定内孔与外形的相对位置，消除送料和导向中产生的误差。设计有导正销的级进模时，挡料销的位置，应保证导正销在导正条料过程中条料活动的可能。挡料销的位置e可由式 (237)计算。 （237） A A式中 A送料进距； D落料凸模直径；d挡料销头部直径；0.1导正销往前推的活动余量。2.5.3.4 导尺 采用条料或带料冲裁时，一般选用导尺或导料销来导正材料的送进方向。导尺常用于单工序模和级进模，导料销是导尺的简化形式，多用于有弹性卸料板的单工序模，其结构形式如图2.24所示。导尺的厚度根 据条料的厚度、质量情况和工件的定位形式 图2.23 导正销而定。导尺两侧定位部分之间的距离，应等 1导正销 2挡料销于条料宽度加上0.21.0mm的间隙。如果条料宽度公差过大，则需在一侧导尺上装侧压装置，来消除条料的宽度误差，如图2.25所示。这样，条料总是被压向另一侧称之为基准导尺的面上。(a) (b) (c) 图2.24 导尺和导料销(a)分离式导尺 (b)整体式导尺 (c)导料销图2.25 簧片压块式侧压1簧片 2压块 3基准导尺2.5.3.5 侧刃 侧刃是以切去条料旁侧少量材料来限定送料进距的，如图2.26所示。侧刃断面的长度等于进距，侧刃前后导尺两侧之间的距离不等，相差尺寸a，所以只有用侧刃切去长度等于进距的料边后，条料才有可能向前送进一个进距。根据断面形状，常用的侧刃可分为三种，如图2.26所示。其中图2.26(a)为长方形侧刃，该种侧刃制造简单，但当侧刃刃部磨钝后，会使条料边缘处出现毛刺而影响正常送进。图2.26(b)的成形侧刃可克服上述缺点，但制造较复杂，同时也由于增大了切边宽度，而造成原材料更多的消耗。图2.26(c)的尖角形侧刃需与弹簧挡销配合使用，先在条料边缘冲切尖角缺口，然后将条料送进，当缺口滑过弹簧挡销后，反向后拉条料至挡销卡住缺口而定距。其优点是不浪费材料，但操作麻烦，生产效率低。(a) (b) (c)图2.26 侧刃断面形状(a)长方