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。
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。
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。
图7.4 正装式落料冲孔复合模
1—旋入式模柄；2—打杆；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—导料销从上述工作过程可以看出，正装式复合模工作时，坯料是在压紧的状态下分离，冲出的制件平直度较高，较适用于材质较软或厚度较薄的平直度要求较高的冲裁件。但分离后的制件容易和废料混在一起，影响操作从而影响了生产率。
2,倒装式复合模图7.5所示为倒装式落料冲孔复合模。凸凹模18装在下模，凹模17和凸模15、16装在上模。这种结构的优点是便于翻转条料、往复冲裁，实现对排排样，冲模的安装调试也较方便。缺点是冲裁完成后，制件掉在工作区，出件不够安全，在无气源冲压车间使用会在一定程度上影响生产效率。
图7.5 倒装式落料冲孔复合模
1—下模座；2—导柱；3—弹簧；4—卸料板；5—活动挡料销；6—导套；7—凸模固定板；
8—上模座；9—推件块；10—连接推杆；11—推板；12—打杆；13—凸缘模柄；
14—垫板；15、16—凸模；17—凹模；18—凸凹模；19—固定板；20—导料销倒装式复合模通常直接利用压力机的刚性打杆装置(由打杆12、推板11、连接推杆10和推件块9组成)进行推件，把卡在凹模与凸模之间的制件推下。冲孔废料直接由凸模从凸凹模内孔推下，容易与制件分离，为安装自动送料装置提供了有利条件。但如果采用直壁刃口，凸凹模内有积存废料，胀力较大，当凸凹模壁厚较小时，可能导致凸凹模破裂。
坯料的定位靠导料销20和活动挡料销5来完成。非工作行程时，活动挡料销5由弹簧3顶起，可供定位；工作时，挡料销被压下，上端面与板料平齐。由于采用弹簧弹顶挡料装置，所以在凹模上不必钻相应的让位孔。但实践证明，这种挡料装置的工作可靠性较差。
采用刚性推件的倒装式复合模，坯料不是处在被压紧的状态下冲裁，因而平直度不高。这种结构适用于冲裁较硬的或t＞0.3mm的板料。若上模采用弹性推件装置，也可用于冲裁材质较软的或t＜0.3mm的板料，得到平直度精度较高的冲裁件。
从正装式和倒装式复合模结构分析中可以看出，两者各有优缺点。一般情况下，制件平整度要求较低和制件外形尺寸较大时，优先采用倒装结构。
正装式复合模还可以冲裁孔边距离较小的冲裁件，而倒装式复合模不宜冲裁孔边距离较小的冲裁件。
7.2.1.3 级进冲裁模级进冲裁模的工位较多，一些复杂制件可以多达10多个工位(见7.5节)。除简单的级进模可以靠手工送料外，大多数级进模都配有自动送料装置。自动送料步距的准确性不很高，为了达到准确定位，级进模都设置有不同形式的定位机构和导向装置。根据定位机构的特征，级进模有以下几种典型结构。
1,用导正销定位的级进模图7.6所示为挡料销和导正销定位的级进模，第1工位先冲孔，之后条料进给，将孔送入第2工位，靠挡料销5初定位，再经导正销6导正落料；同时，第1工位又在条料上冲孔。如此继续下去，即可完成冲压加工。对坯料来说，在两个工位完成冲裁，对模具来说，除开初一个行程外，每次行程可得到一个制件。
图7.6 挡料销和导正销定位的级进模
1—模柄；2—上模座；3—冲孔凸模；4—落料凸模；5—挡料销；6—导正销；
7—导板兼导料板、卸料板；8—凹模；9—下模座；10—始用挡料销为保证首件的正确定距，导料板7上设置了始用挡料销10。首件冲孔时，推压始用挡料销，使它伸出来抵住条料的前端(不推压时，它在弹簧的作用下缩回)。挡料销5只起初定位作用，导正销6与落料凸模4有很高的位置精度，经它导正后可以保证制件上的孔与外圆的相对位置精度。导板7不仅起导向作用，还兼有导料及卸料作用。这副模具的特点是结构简单、实用、效率比较高，应用较多。缺点是不能用自动送料装置。
当冲压件的形状不适合用导正销定位时(如孔径太小或孔距太小)，可在条料的两侧冲出工艺孔，利用装在凸模固定板上的导正销进行导正。
在图7.6的基础上加以改进即可成为一副具有自动挡料装置的级进模(如图7.7所示)，自动挡料装置由挡料杆3、冲搭边凸模1和冲搭边凹模2组成。冲孔和落料的两次送进，由两个始用挡料销分别定位，第3次及以后的送进，由自动挡料装置定位。挡料杆始终不离开凹模的上平面，使得送料时，搭边被挡料杆挡住而定距，在冲孔、落料的同时，凸模1和凹模2把搭边冲出一个缺口，条料可以在下一次冲裁时继续送进一个步距。这可以看作是一种侧刃变形至中间位置的定距方式。另外，该模具设有侧压装置，把条料压向对边，使条料送进方向更为准确。这种挡料方式方便了安装自动送料装置，便于实现自动化生产。缺点是模具结构稍复杂，尺寸较大，加工成本较高。
图7.7 具有自动挡料装置的级进模
1—冲搭边凸模；2—冲搭边凹模；3—挡料杆
2,用侧刃定距的冲孔落料级进模侧刃定距的工作原理如图7.8所示。在凸模固定板上，除装有制件需要的冲孔、落料凸模外，还装有侧刃(也称侧刀，用来在条料边缘冲切定距用台阶的专用凸模)。在压力机的每一次行程中，侧刃在条料的边缘冲下一块长度等于步距的料(A=A′)，使坯料形成前窄后宽。导料板在与侧刃相对应的位置设置有凸肩(导料宽度在这里由宽变窄)，只有在坯料的宽度变窄后，条料才能向前送进，从而保证了每冲裁一次送进一个步距。
图7.8 侧刃定距的冲孔落料级进模
1—冲孔凸模；2—落料凸模；3—卸料板；4—凹模；5—侧刃；6—侧刃挡板需要说明的是，采用单侧刃定距存在一个问题，就是当条料冲到最后一件时，条料的宽边已冲完，条料上没有定位台阶，不能有效定位。所以最后一件冲裁件可能出废品。这样的话，如果级进模有n个工位，那么将有(n－1)个工序件由于失去准确定位而报废。采用双侧刃结构(两个侧刃错开排列，一个侧刃排在第1工位或其后面的侧边，另一个侧刃排在最后一个工位或其后面的侧边)可以避免条料末端的浪费。但由于增加了1个侧刃，坯料宽度需增加，可能又降低了材料利用率。也有将双侧刃并排布置，其目的是为了送料时条料不致歪斜，以提高送料精度。如需考虑凹模的强度问题，侧刃可以设置得离凹模型孔远一些，这样又可能会增加模具的外形尺寸，设计时应综合考虑。侧刃冲裁时是单边受力，为平衡侧向力，模具上一般设置侧刃挡块(板料较薄的情况下也可以不用)。
比较上述两种定位方法的级进模不难看出，板料厚度较小，用导正销定位时，孔的边缘可能被导正销摩擦压弯，因而起不了正确导正和定位作用；窄长形的制件，由于步距小而不宜安装始用挡料销(没有容纳空间)；尺寸不大的落料凸模安装导正销将影响凸模强度。因此，挡料销加落料凸模上设导正销定位的级进模，一般适用于t＞0.3mm、有足够硬度的冲裁件和步距与落料凸模尺寸稍大的场合。否则，宜用侧刃定位。侧刃定位的级进模不存在上述问题，生产效率比较高，定位准确，但材料消耗较多，冲裁力增大，模具比较复杂。
对于精度要求较高的冲裁件或工位数较多的模具，可以采用既有侧刃定位又有导正销定位(双重方法)。
7.2.1.4 精密冲裁模
1,精密冲裁模的结构特点一般意义上的精密冲裁模(简称精冲模)使用的压力机为精冲压力机。精冲压力机具有导向精度高、刚性好和吨位大等特点。它能提供互不干涉并能各自调节的3种压力，即进行冲裁的冲裁力、齿形压边圈的压边力和推板的反顶力。压力机的速度较慢并能调节，滑块的上死点、下死点位置能精确控制。
常用的精冲模有两种结构类型(凸模固定式与凸模活动式)。精冲模的典型结构虽然与普通复合冲裁模相似(图7.9)，但其结构较为特殊，特点如下(参见2.8节)。
图7.9 精冲模和普通复合冲裁模的比较
(1) 有齿圈压板，材料在压板和凹模、反压板和凸模的夹持下实现冲裁。工艺要求压边力和反压力大于卸料力和顶件力，以满足在变形区建立三向不均匀压应力状态的要求。因此精冲模具受力比普通冲模大，刚性要求更高。
(2) 冲裁完毕模具开启时，反压板将制件从凹模内顶出，压边圈将废料从凸模上卸下，不需要另外的顶件和卸料装置。
(3) 由于上出料，凸、凹模孔的深度不需要通过凸、凹模整个高度，可使凸、凹模和模座更坚固。
(4) 导向精度要求很高，必须采用滚珠式导柱、导套。大一些的模具常采用4组导柱、导套导向。
(5) 上、下模座的厚度比一般冲裁模大很多，以保证模具的稳定性。
2,专用精冲压力机上用的精冲模图7.10所示为凸模固定式精冲模。落料凹模5及冲孔凸模7固定在下模上，凸凹模3固定在上模上。模具的齿圈压板4的压边力由压力机的上柱塞1通过推杆2传递，顶板6的反压力则由精冲压力机的下柱塞10通过顶块9与顶杆8传递。上、下柱塞一般采用液压传动。
图7.11所示为凸模活动式精冲模。落料凹模3及冲孔凸模2固定在上模上，齿圈压板4固定在下模上。凸凹模5可以在模架中上下移动，它是由在精冲压力机下工作台面中的滑块6驱动的。精冲时，由上模的下压产生压边力，由上柱塞1通过推杆传递给推板产生反压力，由滑块6带动凸凹模5向上运动时产生冲裁力。
3,简易精冲模精冲压力机结构复杂，价格昂贵，所见不多。在不具备精冲压力机的条件下，可以利用一般的压力机进行改装，装上液压系统成为简易精冲压力机，这样得到的压力可调，且可保持压力不变，工作可靠，但改装设备费用较多。也可在模具上设置强力弹簧或橡皮产生压边力与反压力。
图7.10 凸模固定式精冲模
1—上柱塞；2—推杆；3—凸凹模；4—齿圈压板；5—落料凹模；6—顶板
7—冲孔凸模；8—顶杆；9—顶块；10—下柱塞
图7.11 凸模活动式精冲模
1—上柱塞；2—冲孔凸模；3—落料凹模；4—齿圈压板；5—凸凹模；6—滑块图7.12所示为一副在普通压力机上使用的凸模固定式简易精冲模。通过上、下碟形弹簧得到压紧冲裁件压力和齿圈压板压力。该模具具有推件滞后机构，以防止上模回程时将冲裁件又推入废料腔内而刮坏精制件的断面。推件滞后机构由硬橡胶圈5、球面接头7、调节垫8和碟形弹簧4组成。上模上行时，由于采用的是浮动模柄结构，其间的间隙使碟形弹簧放松，推件块3不动，硬橡胶圈5起缓冲作用。而此时装在下模部分的碟形弹簧9通过顶杆1与齿圈压板2完成了卸料工作。上模继续上行，通过打杆6的作用使推件块动作，推出冲裁件。使用这种机构需严格控制上模对模深度及打杆作用所移动的距离，否则会损坏有关零件。
本模具所采用的模架结构具有一定的通用性。只需更换模芯，便可冲裁不同的制件。
图7.12 通用压力机上使用的凸模固定式简易精冲模
1—顶杆；2—齿圈压板；3—推件块；4、9—碟形弹簧；5—硬橡胶圈；6—打杆；7—球面接头；8—调节垫
7.2.2 弯曲模
7.2.2.1 单工序弯曲模和复合工序弯曲模弯曲件成形时，凸、凹模容易找正相互位置，一般不采用导正装置。下面简单介绍一些常见的较为典型的弯曲模结构。
1,V形件弯曲(单角弯曲)模图7.13(a)所示为最简单的V形件弯曲模。模具由上模座、凸模1、定位板2、凹模3及下模座构成。由于定位板只能起到简单定位作用，冲压过程中坯料容易偏移，影响制件精度。
图7.13(b)、(c)所示的模具设置了带弹性装置的顶杆4、V形顶板5，保证了凸模在工作过程中始终压住坯料，坯料不易偏移，提高了制件精度。
图7.13 V形件弯曲模的一般结构形式
1—凸模；2—定位板；3—凹模；4—顶杆；5—V形顶板；6—弹性元件
图7.14所示为V形件精弯模，两块活动凹模4由转轴铰链5连接在一起，铰链转轴由支架2限位。弯曲前在弹性顶杆7作用下，两块活动凹模处于同一水平面。弯曲时凸模先将坯料压紧。凸模继续下行，迫使活动凹模向下转动成V形并将坯料弯曲成形。在弯曲过程中由于坯料始终与活动凹模和定位板接触，不易移位。所以这种结构特别适用于有精确定位孔、坯料不易放平的带窄条的不对称制件。
图7.15所示为90°角V形件精密弹压弯曲模，凹模4中设置了弹性顶料板2，结构与落料模相似，弯曲时凸模1与弹性顶料板将定位好的坯料先压紧，凸模继续下行，将其余材料拉入凹模成形；凸模回程，制件顶出。凸模工作时凹模的侧面起到限位挡块作用，使凸模单侧受力得到平衡，也不易移位。由于坯料始终处于压紧状态，定位精度高。因此可得到很平整的高精度制件，特别适宜压制薄而软的材料。对于图示中不容易定位的制件，这种模具也有很大的优越性。这种模具的缺点是结构较复杂，制造成本较高。
图7.14 V形件精弯模
图7.15 90°角V形件精密弹压弯曲模
1—凸模；2—支架；3—定位板；4—活动凹模； 1—凸模；2—弹性顶料板；3—凹模镶件；4—凹模
5—铰链；6—靠板模柄；7—弹性顶杆
2,U形件弯曲模(2角同时弯曲)
图7.16(a)所示为常见的U形件弯曲模。弯曲时，坯料被压在凸模1和顶料板4之间，两端材料沿凹模圆角滑动并弯曲；凸模回程时，顶料板将制件顶出(由于材料的回弹作用，制件一般不会留在凸模上)。对于精度要求不高的中小件，可以采用图7.16(b)所示的简单结构，利用凹模的止口将回弹的弯曲件刮下，向下出件。
当U形件的外侧(或内侧)尺寸要求较高时，可采用图7.17所示的结构。这种凹模(或凸模)做成活动结构，可随料厚的变化自动调整凸模(或凹模)横向尺寸，在行程末端可对侧边和底部进行校正。
为了控制回弹、偏移等缺陷，还可以采用3.4节介绍的方法。
图7.18所示为弯曲角大于90°的U形件弯曲模。凸模下行先将坯料压成U形，凸模继续下行，底平面迫使转动凹模转动，利用侧压力压弯成小于90°的制件角。凸模上升，弹簧使转动凹模复位，压弯过程结束。制件从垂直主视图图面的方向取出。
图7.16 一般U形件弯曲模
1—凸模；2—定位板；3—凹模；4—顶料板
图7.17 有校正作用的U形件弯曲模
3,形件弯曲(多角弯曲)模图7.19所示为形件一次成形弯曲模。从图7.19可以看出，在弯曲过程中凸模的肩部妨碍了坯料的运动，凹模口部圆角对材料压力增大，导致摩擦力加大，使弯曲件侧壁容易擦伤和变薄。弯曲件内应力增大，其结果可能造成两肩部与底面不平行。特别是材料厚、硬度高、弯曲件直壁高、圆角半径小时，这一现象更为严重。
图7.18 弯曲角大于90°的U形件弯曲模
图7.19 形件一次成形弯曲模
图7.20为二次成形弯曲模，第1套模具先将坯料弯成U形，第2套模具最后成形。由于弯曲件高度H决定了第2套模具的凹模的壁厚，为了保证凹模有足够的强度，应使H＞(12~15)t。
图7.21为形件二次弯曲复合模。模具结构的最大特点为设置了凸凹模1，凸凹模下行，先将坯料通过凹模2压弯成U形，凸凹模继续下行与活动凸模3作用，最后压弯成形。制件由于回弹的作用一般会留在凸模内，然后经顶件块5顶出。这种结构需要凹模下腔空间较大，否则影响先压弯部分材料的转动。
图7.20 形件二次成形弯曲模
图7.21 形件二次弯曲复合模
1—凸凹模；2—凹模；3—凸模；4—顶杆；5—顶件块
4,Z形件弯曲模
Z形件弯曲可以采用V形件的弯曲模分两次完成，但效率低，且多次定位会导致制件精度低。图7.22(a)所示模具结构，由于没有压料装置，压弯时坯料易偏移，只适用于精度不高的制件。图7.22(b)所示模具结构中有弹性顶板1和定位销2，能有效防止坯料的偏移。反侧压块3的作用能克服凸、凹模之间的水平方向错位力，同时也为顶板导向，防止其窜动。
图7.23所示为用于两处弯曲角均为90°的Z形件的弯曲模。弯曲模工作前，活动凸模9在橡皮7的作用下与凸模4端面齐平，弯曲时活动凸模与顶板1将坯料夹紧(橡皮的弹力足够大)，上模下行，推动顶板下移，使坯料左端弯曲。当顶板接触下模座11后，橡皮被压缩，则凸模4相对于活动凸模继续下移，将坯料右端弯曲成形。当压块6与上模座5相碰时，整个制件得到校正。受橡皮弹力限制，此模不宜弯曲厚板。
图7.22 Z形件弯曲模
图7.23 90°Z形件弯曲模
1—顶板；2—定位销；3—反侧压块；4—凸模；5—凹模 1—顶板；2—定位销；3—反侧压块；4—凸模；
5—上模座；6—压块；7—橡皮；8—凸模托板；
9—活动凸模；10—凹模；11—下模座
5,圆形件弯曲模半圆形件成形可以采用U形件弯曲模结构。对于圆心角大于180°的圆形件，直径大小不同，弯曲方法也不同，模具结构有很大差异。
(1) 小圆形件弯曲模直径小于5mm的圆形件一般称为小圆形弯曲件，成形工序为先弯成U形，再将U形件推弯成圆形(如图7.24所示)，若制件的精度要求高，在第2次弯曲时，可在制件中配以芯轴，起到整形的效果。
图7.24 小圆形件二次弯曲示意图
1—凸模；2—凹模图7.25(a)是小圆形件一次弯曲模示意图，采用侧楔机构。凸模为圆轴形芯棒3，芯棒与滑块6连接，冲压时上模下行，芯棒在弹压力作用下将坯料压成U形，上模继续下行，侧楔7推动活动凹模8向芯棒平行移动，将U形件弯成圆形。制件从垂直图面方向抽出。这种结构只适宜于薄而软的材料。
图7.25(b)所示为将二次弯曲复合在一起的弯曲模。工作时，上模下行，压板2在弹性元件的作用下先将滑块6压下，安装于滑块6上的芯棒3将坯料压成U形。上模继续下行，凸模1将U形推弯成圆形。
图7.25 小圆形件一次弯曲模
1—凸模；2—压板；3—芯棒；4—坯料；5—凹模；6—滑块；7—侧楔；8—活动凹模
(2) 大圆形件弯曲模大圆形件弯曲可以采用3道单工序弯曲成形(如图7.26所示)，这种方法生产率低，但模具强度好，适合于板料厚度较大的制件。
图7.26 大圆形件三次弯曲模如果第1道成形将材料预弯成3个圆心角为120°的波浪形，再用第2副模具弯成圆形，那么只需两副模具即可(如图7.27所示)。但第2副模具中凸模为悬臂结构，刚性较差，因此只适用于大孔和相对壁厚较小的制件。
图7.27 大圆形件两次弯曲模
1—凸模；2—凹模；3—定位板图7.28所示也是大圆一次弯曲模。该模具设有摆动式凹模3，摆动式凹模的口部起第一次弯曲的凹模作用，凸模2下行先将坯料压成U形，凸模继续下行，坯料接触摆动式凹模底部后，在压力作用下，摆动式凹模绕转轴4转动，将U形件弯成圆形。活动式支承1能改善凸模的受力状况，也方便了制件的取出。这种结构生产效率较高，但由于材料的回弹，在制件的合缝处会留有缝隙和少量直边，制件精度差，模具结构也较复杂。
图7.28 摆动式凹模大圆一次弯曲模
1—活动式支承；2—凸模；3—摆动凹模；4—转轴；5—顶板
(3) 推弯式卷圆模推弯式卷圆模一般用于弯制较小直径的圆形件，如铰链的圆管等。图7.29(a)所示为典型的立式卷圆模结构。图7.29(b)所示为卧式卷圆模结构，设置了压料装置，凸模3不仅起压料作用，还兼有凹模的作用。工作时，凸模先将坯料压紧，上模继续下行，在斜楔1的作用下活动凹模2水平移动，将坯料头部推弯成圆形。这种模具操作方便但结构复杂。
图7.29 立式卷圆模与卧式卷圆模
1—斜楔；2—活动凹模；3—凸模；4—弹性元件
6,其他形式的弯曲模弯曲件的形状种类繁多，不可能有一个统一不变的弯曲方法，只能针对不同的弯曲件，从它的形状、精度、批量、材料性能等方面来统筹考虑设计不同的模具。对于一些复杂形状的弯曲件，也可以利用凹模(或凸模)的摆动、转动和滑动，使坯料在压力机滑块下压时，一次弯曲成形。但这类弯曲模也存在一个弊病，这就是弯曲回弹较大，很难实现校正弯曲。
图7.30所示为一种C形件的弯曲模。该模具的结构与图7.28相似。件6为摆动式凹模，坯料靠导正销3和定位销4定位。工作时，凸模2下行，将坯料压紧并弯曲成U形，凸模继续下行，顶件器5下沿压紧凹模，两凹模绕芯轴9旋转并将坯料再次压弯成形。回程时，安装于凹模下的顶销10将凹模复位，制件从凸模上抽出。
图7.31为斜楔驱动活动凹模水平运动的弯曲模。
图7.30 C形件弯曲模
图7.31 斜楔驱动活动凹模
水平运动的弯曲模
1—模柄；2—凸模；3—导正销；4—定位销；5—顶件器；6—摆动式凹模；
7—模框；8—顶杆；9—芯轴；10—顶销；11—弹簧；12—下模座图7.32所示为带摆动凸模的弯曲模，利用摆动式凸模的复合运动实现成形，上模下行先将坯料弯成∩形(在这里凸模实际起凹模的作用)，上模继续下行，凹模斜面推动摆动式凸模向中心运动压弯坯料成形。
图7.33所示为带摆动凹模的弯曲模。凸模下行将坯料先压成∪形，凸模继续下行，摆动式凹模转动将坯料最终成形。
图7.32 带摆动凸模的弯曲模
图7.33 带摆动凹模的弯曲模
1—摆动凸模；2—压料装置；3—凹模
1—凸模；2—定位板；3—摆动凹模
7.2.2.2 级进弯曲模图7.34是一副级进弯曲模，除了二次弯曲外，它还完成了切断和冲孔工序。工作时，上模下行，坯料切断并弯成第一个90°角，带料继续进给，以挡料销3定位将第一件制件切断并弯曲第2个90°角，同时完成第2件制件的第1次弯曲，上模继续下行冲小孔，回程时弹性顶件板将制件顶出。
图7.34 级进弯曲模
1、8—凸模；2—冲孔凹模；3—挡料销；4、7—凹模；5—顶料板；6—冲孔凸模
7.2.3 拉深模拉深模根据工序组合情况不同可分为单工序拉深模、复合工序拉深模和级进拉深模。拉深模的主要构件为凸模、凹模和压边圈。最适合拉深的设备为带顶出缸的油压机和双动压力机。一般工厂使用的压力机多为单动压力机用拉深模。
7.2.3.1 单动压力机用拉深模
1,首次拉深模图7.35所示为最简单、最典型的无压边首次拉深模。该模具没有压边圈，只适用于板料相对厚度较大、拉深系数较大的拉深件。凸模上钻有排气孔，避免了脱模时制件内腔中负压的影响。为了使制件从凹模下面直接落下，设置了弹性卸料器。弹性卸料器由被分割成2件或3件的环状体构成，内孔与凸模紧贴，便于将制件卸下。一般的拉深件口部都会有不同程度的回弹，口部的外径略大于凹模内孔。利用这一条件可以将拉深凹模内孔设计一锐角出口，可以很方便地将制件卸下。
这种凸模在上、凹模在下的拉深模称正装式拉深模。
图7.36所示为带压边装置的正装式拉深模，可以方便地拉深带凸缘的制件，厚板、薄板材料均可使用，脱料很方便。由于弹性元件的高度受到模具闭合高度的限制，因而这种结构形式的拉深模只适用于拉深深度不大的制件。
图7.35 无压边首次拉深模
1—凸模；2—定位板；3—凹模；4—卸料器；5—弹簧图7.37所示为带锥形压边装置的倒装式拉深模，压边装置的弹性元件安装于模具下面，不受设备空间高度的限制，工作行程可以较大，因而可以拉深深度较大的制件，锥形压边装置可以减小极限拉深系数。此模具结构放置坯料不方便，如拉深系数能满足要求，压边圈可采用平面结构。此类模具应用相当广泛。
2,后续各次拉深模后续各次拉深模在基本结构上与首次拉深模相同，不同之处在于坯料的定位。
图7.38所示为有压边装置的倒装式后续拉深模。压边圈为带凸缘的管状，外径比待拉深的工序件内孔略小，作为定位面。这种结构可以拉深深度较大的制件，特别是较长的薄壁制件。
图7.36 带压边装置的正装式拉深模
图7.37 带锥形压边圈的倒装式拉深模
1—螺钉；2—拉深凸模；3—压边圈； 1—上模座；2—推杆；3—推件板；4—锥形凹模；
4—定位板；5—拉深凹模 5—限位柱；6—锥形压边圈；7—拉深凸模；
8—凸模固定板；9—下模座
图7.38 有压边装置的倒装式后续拉深模
1—推件板；2—拉深凹模；3—拉深凸模；4—压边圈；5—顶杆
7.2.3.2 双动压力机与单动液压机用拉深模使用双动压力机，拉深模的压边圈可安装在外滑块上，拉深过程中，模具的压边圈压住坯料后不再运动，安装于内滑块上的凸模继续下行，完成拉深(参见图4.19)。
在单动液压机上广泛使用结构较简单的倒装式拉深模(参见图1.28(b))，压边力由下油缸提供。由于压边力可调，拉深速度可调，因此可拉深较复杂的制件。
7.2.3.3 几种含有拉深工序的典型复合模图7.39所示为落料拉深复合模。其结构与落料、冲孔复合模相似。工作时，上模下行先将坯料落下，经压边圈压紧后进入凹模拉深，上模回程，推件板将制件推出。拉深凸模的上端面一定要低于落料凹模的上平面，以保证能先落料再拉深。这种模具需要使用较大的设备，因为落料工序已消耗了一部分能量。
图7.39 落料拉深复合模
1—顶杆；2—压边圈；3—凸凹模；4—推杆；5—推件板；6—卸料板；7—落料凹模；8—拉深凸模图7.40所示为一副再次拉深、冲孔、切边复合模。为了有利于本次拉深变形，减小本次拉深时的阻力，在本次拉深前的工序件底部角上已拉出45°的锥面。本次拉深模的压边圈1与工序件的内形完全吻合。模具在开启状态时，压边圈1与拉深凸模8处在同一水平位置。加工时，将工序件套在压边圈上。随着上模下行，先进行拉深。为了防止压边圈将工序件压得过紧，该模具采用了限位螺栓9。到行程快终了时，模具上部的推件板4与冲孔凸模7对制件底部完成压凹与冲孔，而模具下部也同时完成切边。冲压结束，由安装在下模座下的弹顶装置通过压边圈将制件(由于外径有回弹)及切边废料顶出，制件若卡在凹模中，则可由装在上模部分的推件装置推出。
图7.40 再次拉深、冲孔、切边复合模
1—压边圈；2—凹模固定板；3—冲孔凹模；4—推件板；5—冲孔凸模固定板；6—垫板；7—冲孔凸模；
8—拉深凸模；9—限位螺钉；10—螺母；11—垫柱；12—拉深、切边凹模；13—切边凸模；14—固定板本模具采用的切边方法比较特殊，其工作原理(拉深间隙与切边时的冲裁间隙的尺寸关系)如图7.41所示。在拉深凸模下面固定有带锋利刃口的切边凸模，而拉深凹模则同时起切边凹模的作用。切边凸模与拉深凹模的配合间隙很小，一般为(0.02~0.04)mm。由于切边凹模没有锋利的刃口，所以，这种切边方法也称为挤边，切下的废料拖有较大的毛刺。这种挤边方式有一很大优点，即通过调整拉深凸模的高度，能得到高精度的制件高度(h)尺寸(一般可以控制在0.1mm之内)，这是很多切断方式达不到的。
图7.41 筒形件的挤边原理
1—拉深凸模；2—拉深切边凹模；3—切边凸模；
Z—拉深间隙；Z冲裁/2—冲裁间隙为了保证模具工作零件的配合精度，该类模具最好使用滚珠导套模架。挤边方式的切边凸模刃口易崩、易磨损，因此凸模材料一般应选用高速钢或Cr12，甚至是YG20硬质合金。为了便于制造、修磨，拉深凸模、切边凸模、冲孔凹模和拉深、切边凹模均采用镶拼结构，用螺钉紧固。
图7.42所示为落料、正-反拉深复合模。这类模具结构很紧凑。在一副模具中一个工位就完成落料、正-反拉深工序，有很高的生产效率。由于采用了正-反拉深复合工艺，因此一次就能拉出高度较大的制件。模具中设置了两件凸凹模1、3，设计时应考虑凸凹模的强度，一般适用于薄板、软材料的拉深件。
图7.42 落料、正-反拉深复合模
1—落料拉深凸凹模；2—反拉深凸模；3—拉深凸凹模；4—卸料板；5—导料板；6—压边圈；7—落料凹模
7.2.4 复合模、级进模的多工序组合方式复合模、级进模有多种工序组合方式。表7.1、表7.2分别列出了多种工序组合方式的示例。
表7.1 复合模多种工序组合方式示例工序组合方式
模具结构简图
工序组合方式
模具结构简图
落料、冲孔
冲孔、切边
切断、弯曲
落料、拉深、
冲孔
切断、弯曲、冲孔
落料、拉深、
冲孔、翻边
落料、拉深
冲孔、翻边
落料、拉深、切边
落料、胀形、冲孔
表7.2 级进模多种工序组合方式示例工序组合方式
模具结构简图
工序组合方式
模具结构简图
冲孔、落料
冲孔、切断
冲孔、截断
连续拉深、落料
冲孔、弯曲、切断
冲孔、翻边、落料
冲孔、切断、弯曲
冲孔、压印、落料
冲孔、翻边、落料
连续拉深、冲孔、
落料
7.3 冲模零件与模具材料
7.3.1 冲模零件分类按所发挥的功能，冲模零件一般可分类如下(表7.3)。
(1) 工作零件——直接作用于制件的零件，也是最重要、最基本的零件。
(2) 支承零件——冲模的基础件。通过它将冲模的各类零件组合到适当的位置或将冲模与压力机连接。
(3) 定位零件——确定被加工的坯料/工序件/半成品在冲模中正确位置的零件。
(4) 压料、卸料及出件零件——把卡在凸模上和凹模孔内的废料/冲压件脱卸掉或顶出的零件。它们的作用是保证冲压工作能连续进行，压料零件还起到对冲压件施加压力的作用。
表7.3 冲模零件的分类组成序号
零件名称
零件归类
发挥作用
注
部分相应标准代号
1
凸模(含镶块)
工作零件
工艺结构部分
JB/T 5825~5829，JB/T 8057
2
凹模(含镶块)
JB/T 5830，JB/T 8057，JB/T 7643
3
凸凹模
4
挡料销
定位零件
JB/T 7649
5
导正销
JB/T 7647
6
导料板(导尺)
JB/T 7648
7
定位销(定位板)
8
侧压装置
含侧压板、弹簧等
JB/T 7649
9
侧刃
JB/T 7648
10
卸料板
压料、卸料及出件零件
11
压料板
含压边圈
12
顶件器
13
推件器
14
顶销、推杆
JB/T 7650
15
弹性元器件
弹簧、橡皮、氮气缸等
JB/T 7650
16
废料切刀
JB/T 7651
17
导柱
导向零件
辅助结构部分
GB/T 2861，JB/T 7187，JB/T 7645
18
导套
含自润滑导套、滚珠导套等
GB/T 2861，JB/T 7187，JB/T 7645
19
导板
含斜楔机构等
20
导筒
21
上、下模座
支承零件
GB/T 2855~2857，JB/T 7642，JB/T 7184
22
模柄
JB/T 7646
23
凸、凹模固定板
JB/T 7643~7644
24
垫板
JB/T 7643~7644
25
限制器
26
螺钉
紧固零件及其他
GB 70
27
销钉
GB 119
28
托料架
29
其他
起重柄、自动模的传动零件
(5) 导向零件——保证冲压过程中凸、凹模间隙均匀，保证模具各部分运动精度的零件。
(6) 紧固零件——各类连接与紧固零件，一般为标准件。
(7) 其他零件——起便于搬运、操作，保障安全等作用的零件。
并非所有的冲模都需要具备以上各类零件。如简单冲模，它可能只需要凸、凹模即可(固定零件与工作零件可复合在一起)。同一种零件也可能兼有几种用途，如拉深模中的压边圈就兼有卸料的作用。
模具零件还可划分为工艺结构部分和辅助结构部分。工艺结构零件直接参与完成冲压工艺过程并和坯料直接发生作用，是组成模具的最基本要素；辅助结构零件对模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善作用，这些零件有一定的替换性。
7.3.2 凸模组件
1,凸模结构凸模由工作部位和安装部位组成，图7.43为凸模的几种常见的结构形式。凸模常用的固定方法有铆接、台阶固定、螺钉连接、粘结剂浇注固定等。
图7.43(a)所示为直通式(铆接固定)凸模，其工作部分和固定部分的形状与尺寸相同，可以采用成形磨削或线切割加工，加工方便。铆接端预留一定长度，硬度不能超过50HRC(一般采用局部热处理，也可采用整体淬火、然后将铆接端高温回火的办法降低硬度)，便于铆接。凸模与固定板配合选用N7/h6、P7/h6。这种凸模在薄板、小尺寸的非圆形冲压件中应用较多。
图7.43(b)所示为台阶式固定凸模，其工作部分和固定部分的形状与尺寸可以不相同，工作部分可以是异形，固定部分一般做成圆形或矩形，凸模与固定板配合选用H7/m6。这种凸模可以适应较大的卸料力。
图7.43(c)、(d)所示为大尺寸凸模，用螺钉直接与模座连接(不用固定板和垫板)，用销钉或止口限制水平方向移动。
图7.43 凸模的几种常用结构形式
1—垫板；2—凸模固定板；3—直通式凸模；4—台阶式凸模；5—防转销；6—上模座对于小凸模，还可以采用粘结剂固定(如图7.44所示)。粘结剂固定可以弥补凸模固定板固定孔加工精度的不足。装配时先将凸、凹模按工作状态定位，粘结剂慢慢凝固将凸模与凸模固定板定位、连接。保证装配后凸、凹模合理配合。常用粘结剂有有机粘结剂(环氧树脂、厌氧胶等)、无机粘结剂(氧化铜粉末＋磷酸溶液)、低熔点合金(铋锡合金)等。无机粘结剂可以耐油、耐水、耐高温(900℃)，粘结强度很高，可以用于负荷较重的场合。某些低熔点合金具有冷膨胀的特性，固定效果很好。
对于大型冲模中的易损小凸模，还可以采用快换式固定(如图7.45所示)。
图7.44 凸模的粘结固定
图7.45 快换式凸模固定方法在成形模中，凸模固定、安装部位的结构也可采用以上形式，工作部位的刃口改成成形所需的圆弧或曲面形状即可用于拉深、翻边、扩口、胀形、弯曲等模具。
2,凸模长度凸模长度一般根据模具结构需要而定，如图7.46所示为冲裁凸模结构，采用了固定卸料板时凸模长度按下式计算：
L = H1+H2+H3+Y
式中：H1——凸模固定板的厚度；
H2——卸料板的厚度；
H3——导料板的厚度；
Y——附加的长度，包括凸模刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度[(0.5~1)mm]、凸模固定板与卸料板的安全距离A[取(15~20)mm]等。采用弹压卸料板时，应考虑弹性元件的安装空间(参见图7.68)。
图7.46 凸模长度的确定
1—凸模固定板；2—固定卸料板；3—导料板；4—凹模对于成形凸模，由于模具结构形式不一样，凸模的长度会有很大不一样。
3,凸模的其他要求凸模的材料经热处理后远远大于被加工材料的强度，所以一般不需要进行强度校核。但对于细长凸模，还需注意不允许产生纵向弯曲，故应进行失稳校核。必要时细长凸模可加护套(参见图2.38)。
凸模的表面粗糙度视凸模的加工精度定，一般工作部分Ra＝(0.8~0.4)，固定部分Ra＝(1.6~0.8)。对于精度要求较低者，粗糙度可以选高些，以便降低制造成本。
4,凸模固定板凸模固定板用于固定凸模。与凸模紧配的长度要足以保证凸模工作时的稳定，为此，凸模固定板应有合适的硬度(参见表7.14)。对于厚板冲压和凸模受侧向力时尤其要注意。
5,凸模垫板垫板装于凸模固定板与上模座或下模座之间，如图7.43所示。垫板硬度较高，能有效地分散凸模工作时对模座的压力(镶拼式凹模同此)，以防模座变形。垫板一般用工具钢制造，冲压力较小的模具也可用45钢制造(参见表7.14)。承力面积较大的凸模也可不用垫板。
7.3.3 凹模与凸凹模
1,凹模刃口结构形式根据用途不同，凹模刃口有直刃壁和斜刃壁两种基本形式(如图7.47所示)。
图7.47 凹模刃口形式图7.47(a)~(c)所示的孔壁垂直于顶面，称为直刃壁凹模。刃口修磨后型腔尺寸不变，故制件尺寸不易变化，刃口强度好，但由于工作时刃口的磨损，孔口处易形成倒锥形，因此每次修磨量较大，影响模具总寿命。冲裁时如采用直通式排料，制件/废料易在孔中积聚，严重时会将凹模胀裂。直刃壁高度h根据冲裁的板料厚度t和模具寿命而定。t＜0.5mm时，h=(3~5)mm；t=(0.5~5)mm时，h=(5~10)mm；t=(5~10)mm时，h=(10~15)mm。其中，图7.47(a)所示的刃口一般用于圆孔凹模，图7.47(b)所示的刃口一般用于非圆孔凹模(漏料孔斜面便于钳工加工)。图7.47(c)所示的刃口用于制件/废料逆冲压方向推出的冲裁模，一般都在复合模中应用。直刃壁凹模最常用。
图7.47(d)~(f)所示为斜刃壁凹模，在制件/废料向下落的模具中应用广泛。由于刃口角度不大(一般为15′~30′)，修磨时孔口的增大量对一般的冲裁件尺寸影响并不大。这种结构冲裁力较小，凹模的厚度可以减薄，很适用于小批量生产。表7.4为斜刃壁凹模型孔的主要参数。
表7.4 凹模型孔的主要参数板料厚度t/mm
/′
/°
H/mm
≤0.5
15
2
≥4
＞0.5～1.0
15
2
≥5
＞1.0～2.5
15
2
≥6
＞2.5
30
3
≥8
图7.47(g)所示为凸台式凹模，也称为软刃口凹模[硬度取(35~40)HRC]或铆刃口凹模。凹模内孔尺寸先加工到略小于凸模，上、下模装于压力机上，利用淬硬[(58~62)HRC]凸模对凹模进行冲切，将凹模刃口修至相应尺寸即可进行冲裁。刃口磨损后用手锤将刃口部分向孔内敲击，使孔缩小，再次重复凸模对凹模的冲切又可以继续使用。这种凹模一般用于大而薄(t≤0.3mm)的简单形状制件的冲裁，模具可不设置导向装置，结构简单，造价低廉(凹模材料一般选45钢即可)，在搪瓷行业各种圆坯料的落料模中应用较多。由于凹模硬度较低，它不适宜冲裁硬度高的材料。
2,凹模的外形结构及固定方法凹模的外形常见的有圆形和方形两种，结构有整体式和镶拼式。图7.48所示为几种典型的凹模结构形式和固定形式。
图7.48(a)、(b)所示为JB/T 8057.5和JB/T 8057.4中的两种圆凹模及其固定方法。这两种圆形凹模尺寸较小，主要用于冲孔。尺寸较大的凹模可用螺钉直接固定(如图7.48(c)、(d)所示)。图7.48(e)所示为快换式冲孔凹模及其固定方法。
图7.48 凹模结构形式及其固定形式凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺孔间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃口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7.5。
3,凹模的外形轮廓尺寸冲裁凹模外形轮廓尺寸主要根据被加工板料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定，并应综合考虑与其他零件的连接因素。凹模的外形尺寸主要是指凹模的厚度(或称高度)H及壁厚(c)，如图7.49所示。
表7.5 螺孔、销孔之间及至刃壁的最小距离 mm
螺 钉 孔
M4
M6
M8
M10
M12
M16
M20
M24
S1
淬 火
8
10
12
14
16
20
25
30
不淬火
6.5
8
10
11
13
16
20
25
S2
淬 火
7
12
14
17
19
24
28
35
S3
淬 火
5
不淬火
3
销 钉 孔 d
2
3
4
5
6
8
10
12
16
20
25
S4
淬 火
5
6
7
8
9
11
12
15
16
20
25
不淬火
3
3.5
4
5
6
7
8
10
13
16
20
图7.49 凹模外形轮廓尺寸凹模厚度 H＝Kb (H≥15mm)；
凹模壁厚 c＝(1.5~2)H [c≥(30~40)mm]。
式中：b——冲裁件的最大外形尺寸；
K——系数(板料厚度影响)，查表7.6。
表7.6 系数K值
b/mm
板 料 厚 度 t /mm
0.50
1
2
3
＞3
≥50
0.30
0.35
0.42
0.50
0.60
＞50～100
0.20
0.22
0.28
0.35
0.42
＞100～200
0.15
0.18
0.20
0.24
0.30
＞200
0.10
0.12
0.15
0.18
0.22
以上计算式未考虑凹模孔形及孔口形状因素，安全系数较大，在实际应用中凹模的厚度在方便安装的前提下，是可以小于15mm的。凹模厚度还可以根据冲裁力来计算，但很繁琐，一般都是通过简略计算，然后在冷冲模标准中选取相近的标准值。
4,凹模的主要技术要求凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直，凹模的底面与顶面应保持平行(除某些特殊凹模外)。为了提高模具寿命与冲裁件精度，凹模的底面和型孔的孔壁表面粗糙度为Ra＝0.8~ 0.4。销孔的表面粗糙度为Ra＝1.6~0.8。
成形模的凹模固定形式和冲裁模相近，型腔尺寸视各成形工序的要求而定。
5,凸凹模在复合冲裁中，凸凹模的内外缘均为刃口。内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的孔边距，当冲裁件孔边距较小时，必须考虑凸凹模强度。为保证凸凹模强度，其壁厚不应小于允许的最小值(表7.7)。如果小于允许的最小值，则凸凹模强度不够，就不宜采用复合模进行冲裁。复合模的凸凹模壁厚最小值与冲模的结构有关，正装式复合模的凸凹模壁厚可小些；倒装式复合模的凸凹模壁厚应大些。
表7.7 凸凹模最小壁厚a mm
料 厚 t
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.5
1.75
最小壁厚a
1.4
1.6
1.8
2.0
2.3
2.5
2.7
3.2
3.8
4.0
最小直径D
15
18
21
料 厚 t
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
最小壁厚a
4.9
5.0
5.8
6.3
6.7
7.8
8.5
9.3
10.0
12.0
最小直径D
21
25
28
32
35
40
45
拉深模使用的凸凹模固定形式可参照冲裁模，工作部位的尺寸视制件的工艺要求而定。
7.3.4 镶拼式凸、凹模对于大、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。因而，常采用镶拼结构。
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7.50所示。拼接是整个凸、凹模的形状按分段原则分为若干块，分别加工后拼接起来，如图7.51所示。
图7.50 镶接式拉深凹模
1—硬质合金镶块；2—模具钢制凹模
图7.51 拼接结构凸、凹模
1—凸模镶块；2—凹模镶块
1,镶拼结构设计的一般原则
(1) 力求改善加工工艺性，减少钳工工作量，提高模具加工精度。
① 尽量将形状复杂的内形加工变为外形加工，以便于切削和磨削加工，如图7.52(a)、(b)、(d)、(g)所示。
② 尽量使分割后拼块的形状、尺寸相同，可以几块同时切削和磨削，如图7.52(d)、(f)、(g)所示。一般沿对称线分割可以实现这个目的。
③ 应该沿转角、尖角分割，并尽量使拼块角度大于或等于90°，如图7.52(j)所示。
④ 圆弧尽量单独分块，拼接线应在离切点4~7mm的直线处，大圆弧和长直线可以分为几块，如图7.51所示。
⑤ 拼接线应与刃口垂直，而且不宜过长，一般为12~15mm，如图7.51所示。
(2) 便于装配调整和维修。
① 比较薄弱或容易磨损的局部凸出或凹进部分，应单独分为一块，如图7.50、图7.52(a)所示。
② 各拼块之间应能通过磨削或增减垫片的方法，调整其间隙或保证中心距公差，如图7.52(h)、(i)所示。
③ 拼块之间应尽量以凸、凹槽形相嵌，便于拼块定位，防止在冲压过程中发生相对移动，如图7.52(k)所示。
图7.52 镶拼结构实例
(3) 满足冲压工艺要求，提高冲压件质量。为此，凸模与凹模的拼接线应至少错开3~5mm，以免冲裁件产生毛刺(参见图7.51)；拉深模拼接线应避开材料有增厚部位，以免零件表面出现拉痕。
为了减小冲裁力，大型冲裁件或厚板冲裁的镶拼模，可以把凸模(冲孔时)或凹模(落料时)制成波浪形斜刃(图7.53)。斜刃应对称，拼接面应取在最低或最高处，每块一个或半个波形，斜刃高度一般取H=(1~3)t。
图7.53 斜刃拼块结构
2,镶块结构的固定方法
(1) 平面式固定 即把拼块直接用螺钉、销钉紧固于固定板或模座平面上，如图7.51所示。这种固定方法主要用于大型的镶拼凸、凹模。
(2) 嵌入式固定 即把各拼块拼合后嵌入固定板凹槽内，如图7.54(a)所示。
(3) 压入式固定 即把各拼块拼合后，以过盈配合压入固定板孔内，如图7.54(b)所示。
(4) 斜锲式固定 如图7.54(c)所示。
此外，还有用粘结剂浇注等固定方法。
图7.54 镶块结构固定方法
7.3.5 定位零件
1,导料板、导料销这两种零件用于控制坯料的进给方向。导料板(导尺)用两侧面控制坯料的偏摆(如图7.55所示)，生产中最为常见。导料销的结构与挡料销一样，用安装在一条直线上的两个以上的圆柱体的外圆导向，导料销与坯料的接触面积小，送料阻力小，一般适于带料冲压。
如果条料的公差较大，为避免条料在导料板中偏摆，使最小搭边得到保证，应在送料端的一侧设置侧压装置，迫使条料始终紧靠另一侧导料板。
图7.55 导料板结构
1—导料板(导尺)；2—凹模侧压装置的结构形式如图7.56所示。国家标准中的侧压装置有2种：图7.56(a)所示为弹簧式侧压装置，其侧压力较大，用于冲裁较厚板料的场合；图7.56(b)所示为簧片式侧压装置，侧压力较小，用于t=(0.3~1)mm的场合。在实际生产中还有另2种侧压装置：图7.56(c)所示为簧片压块式侧压装置，其应用场合与图7.56(b)相似；图7.56(d)所示为板式侧压装置，侧压力大且均匀，一般装在模具进料一端，适用于侧刃定距的级进模中。
图7.56 侧压装置的结构形式在一副模具中，侧压装置的数量和位置视实际需要而定。
由于有侧压装置的模具送料阻力较大，t＜0.3mm的场合就不宜采用；备有辊轴自动送料装置的模具也不宜设置侧压装置。
2,挡料销、侧刃及导正销挡料销、侧刃用于限定坯料的纵向送进距离，导正销用于消除送进与导向、送料定距或定位装置粗定位的误差，属于定距、定位零件。
(1) 挡料销挡料销可划分为固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销3种。
固定挡料销的标准结构如图7.57所示，这种挡料销结构简单实用，最为常见。但在小制件冲裁中安装孔离凹模刃壁较近，容易削弱凹模强度。解决这一问题可以采用钩形挡料销，如图7.57(c)所示。这种挡料销的安装孔离凹模刃壁较远，不会削弱凹模强度。为了防止使用时发生转动，可以加定位销或将固定部分加工成非圆形(如图7.57(d)所示)。这种挡料销送料时必须把条料往上抬一下才能推进，使用不太方便。采用固定挡料销和导料销，在卸料板上需要钻出让位孔。
图7.57 固定挡料销活动挡料装置(组合件)标准结构如图7.58所示。其中图7.58(d)所示的回带式挡料销对着送料方向带有斜面，送料时搭边碰撞斜面使挡料销跳起并越过搭边，然后将条料回拉，挡料销便挡住搭边而定位。由于每次送料都要先推后拉，做方向相反的两个动作，操作比较麻烦。回带式挡料销常用于具有固定卸料板的模具；其他形式的挡料销常用于具有弹压卸料板的模具上。采用哪一种结构形式的挡料销需根据卸料方式、卸料装置的具体结构及操作等因素决定。
图7.58 活动挡料装置
(a) 弹簧弹顶挡料销；(b) 扭簧弹顶挡料销；(c) 橡胶弹顶挡料销；(d) 回带式挡料销始用挡料销的标准结构如图7.59所示。采用始用挡料销是为了将第1次冲压时坯料位置准确定位，从而提高材料利用率。另一方面也可避免因坯料位置不准导致凸、凹模单边冲裁损坏模具。始用挡料销一般用于导料板为送料导向的级进模和单工序模，一副模具用几个始用挡料销，决定于冲裁排样方法和凹模上的工位安排。
图7.59 始用挡料销
(2) 侧刃侧刃常用于级进模中控制步距。国家标准中的侧刃形式如图7.60所示。按侧刃的工作端面形状分为平面型(Ⅰ型)、台阶型(Ⅱ型)2类。Ⅰ型工作时侧刃是单边冲裁，承受侧压力，易导致侧刃变形受损，因此一般用于冲裁力较小的薄板。由于Ⅱ型侧刃冲裁前凸出部分先进入凹模，起到导向作用，因此，能有效平衡侧压力，多用于t＞1mm的板料。
图7.60 侧刃的几种形式按侧刃的截面形状分为长方形侧刃和成形侧刃2类。图7.60中的ⅠA型和ⅡA型为结构简单的长方形侧刃。其缺点是，尖角磨损后，在条料侧边残留的毛刺会影响顺利送进和定位的准确性，如图7.61(a)所示。而采用成形侧刃，只要残留的毛刺不超出设定值，就不会对条料的送进和定位构成影响，如图7.61(b)所示。但这种侧刃切料较多，材料消耗增大，结构稍复杂，制造稍困难。长方形侧刃一般用于t＜1.5mm，冲裁件精度要求不高的场合；成形侧刃用于t＜0.5mm，冲裁件精度要求较高的场合。
图7.61 侧刃定位误差比较
1—导料板；2—侧刃挡块；3—侧刃；4—条料；5—毛刺阻碍图7.62所示为尖角形侧刃，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，用挡料销直边挡住缺口。使用这种侧刃定距料耗少，但操作不便，生产率低，此侧刃可用于冲裁贵重金属。
图7.62 尖角形侧刃在实际生产中，往往遇到两侧边或一侧边有一定形状的冲裁件，如图7.63所示。对这种零件，如果用侧刃定距，则可以设计与侧边形状相应的特殊侧刃(图7.63中的件1、2、3)，这种侧刃既可定距，又可冲裁零件的部分轮廓。
图7.63 特殊侧刃侧刃断面的关键尺寸是宽度b，原则上等于送料步距，但对长方形侧刃和侧刃与导正销兼用的模具，其宽度为
b=[S+(0.05~0.1)]
式中：b——侧刃宽度；
S——送进步距；
——侧刃制造偏差，可按公差与配合国家标准h6。
与侧刃配套的凹模刃口尺寸按侧刃实际尺寸配制，留单边间隙。侧刃数量可以是一个，也可以是两个。两个侧刃可以在条料两侧并列布置，也可以对角布置，并列布置定位精度较高，对角布置能够保证料尾的充分利用。
(3) 导正销导正销主要用于级进模(参见7.5.3节)，也可用于单工序模。使用导正销能有效提高前工序已成形的部位与本道工序成形部位的位置精度。导正销通常与挡料销和侧刃配合使用。在配有自动送料机构的级进模中，导正销能提高自动送料步距精度。
导正销的结构形式主要根据孔的尺寸按国家推荐标准选择(如图7.64所示)。
A型导正销适用于孔径d=(5~16)mm。
B型导正销适用于孔径d=(5~32)mm。这种导正销采用弹簧压紧结构，送料不正确时，可以避免导正销的损坏。这种导正销还可用于级进模上对条料工艺孔的导正。
C型导正销适用于孔径d=(4~12)mm。
D型导正销适用于孔径d=(12~50)mm。
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。
图7.64 导正销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
d=dT－a
式中：d——导正销的基本尺寸；
dT——冲孔凸模直径；
a——导正销与冲孔凸模直径的差值，见表7.8。
表7.8 导正销与冲孔凸模直径的差值 mm
板料厚度t
冲孔凸模直径dT
1.5～6
＞6～10
＞10～16
＞16～24
＞24～32
＞32～42
＞42～60
＜1.5
0.04
0.06
0.06
0.08
0.09
0.10
0.12
＞1.5～3
0.05
0.07
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
＞3～5
0.06
0.08
0.10
0.12
0.16
0.18
0.20
导正销圆柱部分直径按公差与配合国家标准h6至h9制造。
导正销的高度尺寸一般取(0.5~0.8)t或按表7.9选取。
表7.9 导正销圆柱段高度h1 mm
板料厚度t
冲裁件孔尺寸d
1.5～10
＞10～25
＞25～50
1.5
1
1.2
1.5
1.5～3.0
0.6t
0.8t
1.0t
3.0～5.0
0.5t
0.6t
0.8t
导正销常与挡料销配合使用，挡料销的位置必须保证导正销在导正的过程中，条料有少许活动的可能。挡料销与导正销的位置关系如图7.65所示。
按图7.65(a)所示方式定位，挡料销与导正销的中心距为
按图7.65(b)所示方式定位，挡料销与导正销的中心距为
式中：S——送料步距；
DT——落料凸模直径；
D——挡料销头部直径；
S1，S′1——挡料销与落料凸模的中心距。
图7.65 挡料销与导正销的位置关系
(4) 定位板和定位销定位板和定位销主要用于单个坯料/工序件/半成品的定位。定位方式是根据坯料/工序件/半成品的形状复杂性、尺寸大小和冲压工序性质等具体情况决定。外形比较简单的冲压件一般可采用外缘定位(如图7.66(a)所示)；外轮廓较复杂的一般可采用内孔定位(如图7.66(b)所示)。
定位板厚度或定位销高度可按表7.10选用。
表7.10 定位板厚度或定位销高度 mm
板料厚度t
＜1.0
1.0～3.0
＞3.0～5.0
高度(厚度)h
t+2
t+1
t
图7.66 定位板和定位销的结构形式
定位板厚度或定位销高度一般不作严格要求，若坯料比较平整，可以选择比表中小的尺寸。为了方便将坯件放入，定位板或定位销与坯料的间隙都较大，因此这类定位的精度较低。
7.3.6 卸料与出件装置卸料与出件装置包括卸料、推件和顶件等装置。其作用是当冲模完成一次冲压之后，把制件/废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，卸料是指把制件/废料从凸模上卸下来；推件和顶料一般指把制件/废料从凹模中推(顶)出来。
1,卸料装置卸料装置的结构形式有固定(刚性)式、弹压式和废料切刀等。
(1) 固定卸料装置生产中常用的固定卸料装置结构如图7.67所示。其中图7.67(a)、(b)所示的装置用于平板的冲裁卸料。图7.67(a)所示的装置卸料板与导料板为一整体；图7.67(b)所示的装置卸料板与导料板是分开的。图7.67(c)、(d)所示的装置一般用于成形后的工序件的冲裁卸料。
图7.67 固定卸料装置当卸料板仅起卸料作用时，凸模与卸料板的单面间隙取决于板料厚度t，一般取(0.1~0.5)t。当固定卸料板兼起导板作用时，一般按H7/h7配合制造，但应保证导板与凸模之间间隙小于凸、凹模之间间隙，以保证凸、凹模的正确配合。
固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。冲裁板料较厚(t＞0.5mm)、卸料力较大、冲裁件平直度要求不很高时，一般采用固定卸料装置。
(2) 弹压卸料装置常见的弹压卸料装置的结构形式如图7.68所示。正装式模具中，弹压卸料装置安装在上模(如图7.68(a)、(b)、(c)所示)；倒装式模具中，弹压卸料装置安装在下模(如图7.68(d)、(e)所示)。弹压卸料装置的基本零件是卸料板、弹性元件(弹簧或橡胶)、卸料螺钉等。
图7.68 弹压卸料装置
1—卸料板；2—弹性元件；3—卸料螺钉；4—小导柱弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁件平直度较高，质量较好。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。
图7.68(a)是最简单的弹压卸料方法，甚至没有卸料板，用于简单形状制件的冲裁。
图7.68(b)设置了卸料板，可用于薄板冲裁，其缺点是卸料力不好调节。
图7.68(d)、(e)为倒装式模具上的弹性卸料装置，图7.68(e)结构卸料力不易调节，为了容纳弹性元件，凸模(或凸凹模)高度可能要大些。
图7.68(c)是以弹压卸料板兼作细长小凸模的导向板，卸料板以2个以上的小导柱导向，以免弹压卸料板产生水平摆动，从而保护小凸模不被折断。在实际生产中，如果一副模具中还有2个以上直径较大的凸模，可以用它来代替小导柱对卸料板进行导向，其效果与小导柱相同。在小孔冲模、精密冲模和多工位级进模中，常采用这种结构。
弹压卸料板与凸模的单边间隙根据冲裁板料厚度按表7.11决定。在级进模中，特别小的冲孔凸模与卸料板的单边间隙可将表列数值适当加大。当卸料板起导向作用时，卸料板与凸模按H7/h6配合制造，但其间隙应比凸、凹模间隙小。此时，凸模与固定板以H7/h6或H8/h7配合。此外，在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口0.3~0.5mm，以便顺利卸料。
表7.11 弹性卸料板与凸模的间隙值 mm
板料厚度t
＜0.5
0.5～1.0
＞1.0
单边间隙Z
0.05
0.10
0.15
(3) 废料切刀对于落料或成形件的切边，如果制件尺寸大或板料厚度大，卸料力大，往往采用废料切刀代替卸料板，将废料切开而卸料，如图7.69所示。当凹模向下切边时，同时把已切下的废料压向废料切刀上，从而将其切开。对于制件形状复杂的冲裁模可以用弹压卸料加废料切刀进行卸料。在用机械手转移工序件的级进冲模中也往往设置了这种废料切刀。
图7.70是JB/T 7651中的废料切刀的结构。圆废料切刀用于小型模具和切薄板废料；方形废料切刀用于大型模具和切厚板废料。废料切口的刃口长度应比废料宽度大些，刃口比凸模刃口低，其值h≈(2.5~4)t，并且不小于2mm(见图7.69)。
图7.69 废料切刀工作原理
图7.70 废料切刀的结构
2,推件与顶件装置推件与顶件的目的都是从凹模中卸下制件或废料。一般把装在上模内的称为推件；装在下模内的称为顶件。
(1) 推件装置推件装置一般是刚性的。其基本零件有打杆、推板、连接推杆和推件块，如图7.71(a)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7.71(b)所示。
图7.71 刚性推件装置
1—打杆；2—推板；3—推杆；4—推件板为使刚性推件装置能够正常工作，推力必须均衡。为此，连接推杆需要2~4根且分布均匀、长短一致。推板安装在上模座内。在复合模中，为了保证冲孔凸模的支承刚度和强度，推板的平面尺寸只要能够覆盖到连接推杆，本身刚度又足够，就不必设计得太大，以使安装推板的孔不至太大。图7.72所示为标准推板的常用结构形式，设计时可根据实际需要选用。
图7.72 标准推板的常用结构形式由于刚性推件装置推件力大，工作可靠，所以应用十分广泛，不但用于倒装式冲模中的推件，而且也用于正装式冲模中的卸件或推出废料，尤其冲裁板料较厚的冲裁模，宜用这种推件装置。
对于板料较薄且平直度要求较高的冲裁件，宜用弹性推件装置，如图7.73所示。它用弹性元件的弹力代替打杆给予推件块的推力。采用这种结构，制件质量较高，但制件易嵌入边料中，取出制件麻烦。
应该注意的是，弹性推件装置中的弹性元件的弹力必须足够，必要时应选择弹力较强的聚氨酯橡胶、碟形弹簧等。视模具结构的可能性，可以把弹性元件装在推板之上(如图7.73(a)所示)，也可以装在推件板上(如图7.73(b)所示)。图7.73(a)所示采用了浮动模柄，压力更均匀，调整螺丝用于调整弹压力。
(2) 顶件装置顶件装置以弹压结构使用较多。顶件装置的典型结构如图7.74所示，其基本零件有顶杆、顶件块和装在下模下面的弹顶器。这种结构的推件力容易调节，工作可靠，冲裁件平直度较高。但容易嵌入边料中，产生与弹性推件同样的问题。
图7.73 弹性推件装置
1—调整螺钉；2—橡胶；3—推板；4—连接推杆；5—推件板
图7.74 弹压顶件装置
1—顶件块；2—顶杆；3—托板；4—橡胶推件板或顶件板在冲裁过程中是在凹模中运动的零件，对它有如下要求：模具处于闭合状态时，其背后有一定空间，以备修磨和调整的需要；模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面略高出凹模平面，以便继续冲裁；它与凹模或凸模的配合应保证顺利滑动，不发生互相干涉。为此，推件板和顶件板与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。推件板和顶件板与凸模的配合一般呈较松的间隙配合，也可以根据板料厚度取适当间隙。
弹压装置的弹性元件一般为弹簧或橡胶，有的压力机带有气垫装置，可直接利用，效果更好。
7.3.7 弹簧和橡胶板的选用
1,弹簧的选用与计算在冲模的卸料装置中常用的弹簧是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。以下为圆柱螺旋压缩弹簧的选用与计算方法。
(1) 卸料弹簧选择原则
① 卸料弹簧的预压力应满足
P0≥Px/n (7-1)
式中：P0——弹簧预压状态的压力；
Px——卸料力；
n——弹簧数量。
② 弹簧最大许可压缩量应满足
H2≥H
H =H0 +H′+H″
式中：H2——弹簧最大许可压缩量；
H ——弹簧实际总压缩量；
H0——弹簧预压缩量；
H′——卸料板的工作行程，一般取H′= t + 1，t为板料厚度；
H″——凸模刃磨量和调整量，可取(5~10)mm。
③ 选用的弹簧能够合理地分布在模具的相应空间。
(2) 卸料弹簧选择与计算步骤
① 根据卸料力和模具安装弹簧的空间大小，初定弹簧数量n，计算出每个弹簧应有的预压力P0并满足式(7-1)。
② 根据预压力P0和模具结构预选择弹簧规格，选择时应使弹簧的最大工作负荷P2大于P0。
③ 计算预选的弹簧在预压力P0作用下的预压缩量H0。
H0 = H2
也可以直接在弹簧压缩特性曲线上根据P0查出H0(如图7.75所示)。
图7.75 弹簧特性曲线
④ 校核弹簧最大允许压缩量是否大于实际工作总压缩量，即H2＞H0＋H′＋H″。如果不满足上述关系，则必须重新选择弹簧规格。
(3) 弹簧的安装方法卸料螺钉数目与弹簧数目相同时，常采用图7.76(a)或(b)所示的形式。若弹簧数多于卸料螺钉数，则多采用图7.76(c)或(d)所示的形式。图7.76(d)的形式有利于缩短凸模或凹模的高度。图7.76(b)所示的结构是由一般的内六角螺钉、垫片1与限位套管2组成。当凸模刃磨后，只要修磨垫片1即可调节卸料板的相应位置，保持弹压力不变，使用比较方便。
图7.76 弹簧的安装方法
1—垫片；2—限位导套；3—弹簧
(4) 碟形弹簧的应用对于所需卸料力、推件力较大时，可采用结构紧凑的碟形弹簧(如图7.77所示)。但碟形弹簧的压缩量小，对于行程大的模具不宜采用，否则碟形弹簧所需占据的空间高度较大。
图7.77 碟形弹簧的应用
2,橡胶板的选用及计算橡胶板允许承受的载荷较弹簧大，安装调整方便。冲模中广泛使用聚氨酯橡胶(PUR)，它比天然橡胶硬度高、弹性好、耐油、耐磨且加工性能好。聚氨酯橡胶有多种牌号，它们的硬度、弹性都不同，因此可以针对模具的使用情况进行选择。图7.78所示为各种聚氨酯橡胶(含天然橡胶70A)的压缩曲线。
选择橡胶作为冲模卸料或推、顶件用时，与弹簧的选用方法相类似。也是应根据卸料力或推(顶)件力的要求以及压缩量的要求来校核橡胶的工作压力和许可的压缩量，以保证满足模具结构要求与设计的要求。
橡胶选用中的计算与校核可按下列步骤进行。这里介绍的是普通橡胶(其单位压力为2~3MPa)的选用；若单位压力需要更大，可选用聚氨酯橡胶。
图7.78 聚氨酯橡胶的压缩曲线
(1) 计算橡胶工作压力橡胶工作压力与其形状、尺寸以及压缩量等因素有关，一般可按下式计算
P = Ap
式中：P——橡胶工作压力(即用作卸料或顶件的工艺力)；
A——橡胶横截面积；
p——单位压力，与橡胶压缩量、形状有关，一般取2~3MPa。
(2) 橡胶压缩量和厚度的确定橡胶压缩量不能过大，否则会影响其压力和寿命。生产实践表明，橡胶最大压缩量一般应不超过其厚度h2的45%，而模具安装时橡胶应预先压缩10%~15%。所以橡胶厚度h2与其许可的压缩量h1之间的关系为
h2 = h1/(0.25~0.30)
由此可见，橡胶厚度h2选定后，可按上式确定出其许可压缩量h1 =(0.25~0.30)h2。
(3) 校核校核时，应使橡胶的工作压力P大于卸料力P0，橡胶许可的压缩量h1大于模具需要的压缩量。同时应校核橡胶厚度与外径的比值h2/D在0.5~1.5之间，才能保证橡胶正常工作。若h2/D＞1.5，应将橡胶分为若干块，每块之间用钢板分开，但每块橡胶的h2/D值仍应在上述范围内。外径D与橡胶形状有关，可按P＝Ap计算，如图7.79所示形状，A＝，代入上式经整理后，得D＝(d为橡胶中心孔直径，按结构选定)。同理，图7.79所示其他形状的外径尺寸，经过上式计算，分别列于表7.12中。
表7.12 橡胶截面尺寸的计算橡胶形状
计算项目/mm
d
D
d
a
b
计算式
按结构选 用
图7.79 橡胶压缩量与单位压力p的变化关系橡胶板在压缩后所产生的压力随橡胶牌号、应变量和形状系数(指橡胶承压面积与自由膨胀面积的比值)而变化，变量很多。因此橡胶板的计算很难准确。在实际生产中一般是先进行粗略计算，然后凭经验对橡胶板的大小、块数进行调整。这种调整也很方便、快捷。
7.3.8 模架与模柄
1,模架的基本要求模架由上、下模座及导柱导套构成。对模架的基本技术要求有：
(1) 要求有足够的强度与刚度，以保证工作时整个模具系统的稳定。
(2) 要有足够的精度，如上、下模座上、下平面均要平行；导柱、导套要与上、下模座垂直；模柄要与上模座垂直。
(3) 上、下模座之间的导向要精确，导柱、导套之间的间隙要合理，以保证上、下模之间的运动平稳、顺畅，不移位或很少移位。
2,模架的基本类型
GB/T 2851和JB/T 8049将模架主要分为两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；另一类是由导板、下模座、导柱、导套组成的弹压模架。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。在实际生产中还采用了大量非标准模架。在设计这些模架时应尽量接近有关标准和通用技术条件。
(1) 导柱模模架导柱模模架的导向结构形式有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，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；滚动导向模架的精度等级分为0I级和0II级。对这两级也都规定了一定的位置公差等级。这些技术条件保证了整个模架的精度。这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技术要求，整个模具达到一定的精度就有了基本的保证。
滑动导向模架有6种结构形式，如图7.80所示。图7.81为标准推荐的小型后侧导柱滑动导向模架立体图。
图7.80 滑动导向模架类型
图7.81 后侧导柱滑动导向模架
滚动导向模架有4种结构形式，即对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架和后侧导柱模架。
对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架的共同特点是：导向装置都安装在模架的对称线上，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、下模座的工作平面的横向尺寸L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。四导柱模架常用于精度要求较高或尺寸较大制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，故一般用于较小的冲模。
(2) 弹压模架弹压模架有2种结构形式，如图7.82所示。
图7.82 弹压模架弹压模架的特点是，作为凸模导向用的弹压导板与下模座以导柱导套为导向构成整体结构。凸模与固定板是间隙配合而不是过渡配合，因而凸模在固定板中有一定的浮动量。这种结构形式可以起到保护凸模的作用，一般用于带细长凸模的级进模。
3,导柱与导套导柱与导套的结构与尺寸都可直接由标准中选取。
在选用时应注意导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面必须低于上模座顶面(一般不小于10~15mm)，并保证有足够的导向长度，如图7.83所示。
滑动式导柱与导套之间的配合根据冲模的要求选取，对于冲裁模，其间隙必须小于冲裁间隙，冲裁间隙小的一般选用H6/h5配合；间隙较大的选用H7/h6配合。
近年来在滑动式导柱、导套的结构中还出现了一种在导套中加装特殊铜套的结构。这种铜套在圆周上按一定的位置镶装了多件石墨块。石墨是一种良好的润滑剂，可以大大减小导柱与导套之间的摩擦力，提高导柱、导套的工作寿命。
当导向精度要求很高时，如精冲模、精修模、硬质合金模等可采用滚珠导向装置(如图7.84所示)。滚珠导向是一种无间隙导向，精度高，寿命长。滚珠导向装置及其组成零件均已标准化。滚珠在导柱和导套之间应保证导套内径与导柱在工作时有0.01~0.02mm的过盈量。即
d1 = d + 2d2 – (0.01~0.02)mm
式中：d1——导套内径；
d ——导柱直径；
d2——滚珠直径。
图7.83 导柱和导套
图7.84 滚珠导向装置
H—模具闭合高度；c—通气槽
为保证滚珠导向装置在工作时钢球保持器不脱离导柱和导套，即导柱、导套在压力机全行程中始终起导向作用，则保持器的高度H按下式校核：
H =s/2+(3~4)b/2
式中：H——钢球保持器高度；
s ——压力机行程；
b ——滚珠中心距(参见图7.84)。
钢球为(3~4)mm的滚珠(0I级精度)，保持器用铝合金(LY11)、黄铜(H62)或尼龙制造。
在图7.84中，导柱、导套均采用了可卸结构。这种结构拆卸、修理、更换方便。其中，导套和导柱衬套与上、下模座的配合采用了过渡配合，定位精度高。避免了采用过盈配合可能导致导套内孔尺寸变化给配合精度带来的影响。但这种结构加工不方便，成本高，在一般的中小模具中很少采用。
导柱、导套与模座的装配一般为过盈配合，在某些特定的情况下，还可以采用粘结的方法(像凸模那样，参见图7.44)固定，作为模架零件加工精度达不到要求时的一种补救 方法。
导柱、导套在模具中的位置除了按图7.80所示对称布局外，实际生产中，也常常采用不对称布局，或在对称位置上设置直径大小不一的导柱、导套，目的是防止反向装配。
4,模柄
(1) 模柄的基本要求与压力机滑块上的模柄孔配合正确；与上模座连接正确可靠。
(2) 模柄的基本结构形式(如图7.85)
图7.85 冲模模柄
(a) 压入式模柄；(b) 旋入式模柄；(c) 凸缘模柄；(d) 槽形模柄；
(e) 通用模柄；(f) 浮动模柄；(g) 推入式活动模柄压入式模柄与上模座孔以H7/h6配合，并加销钉以防止转动，模柄装入模座后，止口一般不允许凸出模座平面，它主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔或上模比较重的场合。
旋入式模柄是通过螺纹与上模座连接，并加螺钉防松，主要用于中、小型有导柱的冲模。凸缘模柄是用3~4个螺钉紧固于上模座，主要用于大型模具或上模座中开设推板孔的中、小型冲模。
浮动模柄的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。对于推入式活动模柄，压力机压力通过模柄接头、凹球面垫块和活动模柄传递到上模，它也是一种浮动模柄。因模柄一面开通(呈U形)，所以使用时导柱导套不宜脱开，它主要用于小型精密冲模，有一定的通用性。
槽形模柄和通用模柄都是用于直接固定凸模，也可称为带模座的模柄。主要用于简单模具中，更换凸模方便。
总之，选择模柄的结构形式应根据模具大小及上模的具体结构、模具复杂性及模架精度等因素确定。
7.3.9 冲模的组合结构国家技术监督部门对冲模的各类结构进行了标准化处理，并发布了冲模标准组合结构标准(JB/T 8065~JB/T 8068)。标准中对每种组合结构的零件数量、规格、固定方法等都作了规定。设计时应尽量采用。这些标准不是国家强制执行标准，但标准的执行能大大提高模具的生产水平，特别对大、中型企业。图7.86是几种冲模标准组合结构。
图7.86 冲模标准组合结构
(a) 固定卸料典型组合；(b) 弹压卸料典型组合；(c) 复合模典型组合；(d) 导板模典型组合
7.3.10 冲模材料及热处理要求模具质量的好坏不仅决定于它的结构设计是否合理，加工精度是否达到要求，很大程度上还决定于模具零件的选材及热处理。特别是模具的寿命在某种意义上直接决定于使用的材料及热处理。如不锈钢材料的拉深，若凹模使用一般的碳素工具钢或合金工具钢制造，工作时极易粘模(被加工材料牢牢粘附在型腔表面)产生非正常磨损，制件的表面容易出现拉痕，凹模需打磨后才能继续使用。频繁的打磨不仅影响了生产效率，且更进一步加速了模具的磨损。而采用硬质合金或钢结硬质合金制造凹模，这种粘模现象就可大大减轻，模具的寿命有可能成十倍地提高，制件的表面也光滑。
模具的辅助结构零件材料较简单，除一些特殊的模具外一般多采用碳素结构钢和铸铁、铸钢一类。工作零件的材料种类繁多，目前用于冲模的材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、硬质合金、钢结硬质合金、铸铁、铸钢、低熔点合金、橡胶等。常用的为各种工具钢。硬质合金用于高寿命大批量生产的模具，其他材料多用于制造大型冲压件的成形模或简易模具。钢结硬质合金是一种较新的模具材料，它能通过热处理改变其硬度和金相组织结构，退火后硬度较低，因此具有一般工具钢的加工性能(稍难)。锻、车、铣、刨、磨、钻孔、攻丝均可。淬火后硬度可达66~71HRC，使用性能与硬质合金相似，具有极好的耐磨性。这种材料热处理变形极小(比变形比较小的Cr12、Cr12MoV产生的变形还小)，在某些模具中经热处理硬化后即可使用。由于钢结硬质合金以上一系列的优越性能，在模具上已经得到越来越多的运用。它的代表牌号为TLMW50、GW50(碳化钨类)、GT35(碳化钛类)。碳化钨类硬度较低，抗冲击性能较好，一般用于中、厚板的冲裁。碳化钛类硬度较高，一般用于薄板、硬板(如硅钢片)的冲裁。寿命比工具钢提高5~10倍。表7.13列出了几种国产的钢结硬质合金的成分和性能。钢结硬质合金磨削较难，砂轮首选金刚石砂轮或立方氮化硼砂轮，采用中软绿色碳化硅砂轮也可，粒度选46目为好。
表7.13 钢结硬质合金的成分和性能牌 号
硬质相含量/%
硬度/HRC
抗弯强度/
MPa
冲击韧性/
J·cm－2
密度/
g·cm－3
退火态
淬火态
TLMW50
50
35～42
66～68
2000
8～10
10.2
DT
40
32～38
61～64
2500～3600
18～25
09.8
GW50
50
35～42
66～68
1800
12
10.2
GW1
50
34～40
66～68
2300
9
10.2
GT35
35
39～46
67～71
1300
6
06.5
在选择模具工作零件材料时不仅要考虑它的使用性能，还要考虑经济性和加工性。如批量小的产品尽量选择碳素工具钢一类价格低的材料。对需线切割加工的零件应尽量选择Cr12或Cr12MoV，因为这种材料热处理后组织应力小，线切割加工时不易开裂、变形。而选用碳素工具钢或低合金工具钢，线切割时由于应力的释放容易导致零件开裂或变形。
对细长凸模或壁较薄的凹模可以选择7Cr7Mo2V2Si(LD1)一类强韧性较好的钢种。这种钢材既有较高的硬度，韧性也很好，工作时不易折断。模具中采用凸模的保护措施，可用于冲裁小于板料厚度的小孔。目前市场上出现了不少国外的冲模钢，牌号的名称与国内有很大的不同，但基本成分差不多，可以参照相关的国内钢种选用。常见的国产冷作模具钢材选用见表7.14，其中以T10A、T12A、CrWMn、GCr15、Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Cr5Mo4V2最为常见，热处理也方便，应优先选用。
表7.14 冲模零件材料及其热处理硬度零 件 名 称
材 料
热处理硬度/HRC
凸 模
凹 模
冲裁模的凸模、凹模、凸凹模及其镶块
t≤3mm，形状简单
T10A、9Mn2V、9CrSi、GCr15
58～60
60～62
t≤3mm，形状复杂
CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr6WV
58～60
60～62
t＞3mm，高强度材料冲裁
Cr6WV、CrWMn、9CrSi
65Cr4W3Mo2VNb(65Nb)
54～56
56～58
56～58
58～60
硅钢板冲裁
Cr12MoV、Cr4W2MoV
60～62
61～63
GT35、TLMW50
YG15、YG20
66～68
66～68
特大批量(t≤2mm)
GT35、TLMW50
YG15、YG20
66～68
66～68
细长凸模
T10A、Cr6WV、LD1
9Mn2V、Cr12、Cr12MoV
56～60，尾部回火40～50
59～62，尾部回火40～50
精密冲裁
Cr12MoV、W18Cr4V、W6Cr5Mo4V2
58～60
62～64
大型模镶块
T10A、T12A、9Mn2V
Cr12MoV
58～60
60～62
加热冲裁
3Cr2W8V、5CrNiMo
6Cr4Mo3Ni2WV(CG－2)
48～52
51～53
棒料高速剪切
6CrW2Si
55～58
续表零 件 名 称
材 料
热处理硬度/HRC
凸 模
凹 模
上、下模座
HT400、ZG310－570、Q235、45
(45)调质28～32
模柄
普通模柄浮动模柄
Q235
45
43～48
导柱、导套
滑动
20、20Cr
56～62(渗碳淬火)
滚动
GCr15
60～62
固定板、卸料板、推件板、顶板、
侧压板、始用挡块
45
43～48
承料板
Q235
导料板
Q235
45
48～52
垫板
一般
45
43～48
T7A、9Mn2V
52～55
重载
CrWMn、Cr6WV、Cr12MoV
60～62
顶杆、推杆拉杆、打杆
一般
45、40Cr
43～48
重载
Cr6WV、CrWMn
58～62
挡料销、导料销
45
48～52
导正销
T10A、GCr15、9Mn2V、Cr12、
Cr12MoV
58～62
侧刃
T10A、Cr6WV
58～60
9Mn2V、Cr12、Cr12MoV
58～62
废料切刀
T8A、T10A、9Mn2V
58～60
侧刃挡块
45
43～48
T8A、T10A、9Mn2V
58～60
斜楔、滑块、导向块
T8A、T10A、Cr6WV、CrWMn
58～62
限位块(圈)
45
43～48
锥面压圈、凸球面垫块
45
43～48
支承块、支承圈
Q235
钢球保持圈
LY11、H62、尼龙
弹簧、簧片
65Mn、60Si2MnA
42～46
扭簧
65Mn
44～50
销钉
45
T7A、T8A
43～48
50～55
螺钉、卸料螺钉
45
35～40
螺母、垫圈、压圈
Q235、45
43～48
注：螺钉、螺母尽量采用标准件。
还有一些有关冲模的技术要求请参见GB/T 14662和JB/T 7653。
7.4 冲模总体设计要点在结构工艺性分析与工艺设计确定之后(第6章)，进行模具设计的主要工作是确定模具类型、结构(包括绘制模具构思图)和模具零件的选用、设计与计算，绘制模具装配图和零件图等。进行模具设计时，有关工作内容往往是交叉进行，反复调整。如模具的基本构思与工艺计算发生矛盾，可能就需要重新选择模具的结构形式或重新确定工艺方案。
7.4.1 冲模结构形式的确定针对具体冲压件，如何选择冲模结构形式，并无固定模式可循。但主要应考虑制件形状特点、质量要求(尺寸精度与形位公差)、尺寸大小、板料性能、生产条件(设备、人员)、操作安全方便、生产批量、交货周期、模具制造条件等因素。参阅有关设计手册和实际生产经验是非常必要的。
在保证质量的前提下，应尽可能降低成本，提高经济效益。所以，对于中、大批量的冲压件，应尽量采用高效率的多工序模，而在试制或小批量生产时，应尽可能采用单工序模与各种形式的简单模具。
表7.15列出了单工序模、级进模和复合模的性能比较。表7.16列出了生产批量与模具类型的关系。
表7.15 单工序模、级进模和复合模的特点比较项 目
单工序模
级 进 模
复 合 模
无导柱
有导柱
制件尺寸精度与位置精度
低
较低
较高，相当于IT12～10级
高，相当于IT9～8级特别是孔与外形的位置精度较高
制件平整
不平整
一般
一般，有时要校平
有压料板和顶件器时平整
制件形状
简单
可加工复杂制件
可加工复杂制件，如宽度极小的异形件、特殊形状制件
形状与尺寸要受模具结构与强度的限制
制件大小/mm
无限制
≤300
≤250
≤300
制件料厚/mm
无限制
≤6
0.5～6
0.05～3
模具复杂程度
最简单
简单
复杂
复杂
模具外形尺寸
小
较小
大
中等
模具制造周期
短
比较短
制件形状简单时比复合模短，反之比复合模长
制件形状复杂时比级进模短，甚至比单工序模短
模具成本
很低
较低
制件形状简单时比复合模低，反之比复合模高
制件形状复杂时比级进模低
条/带料宽度
不严格，可用边角料
不严格
要求严格，尤其是自动送料时
不严格，可用边角料
操作安全性
不安全
不安全
较安全
要手动卸料，无吹料气源时不安全
使用高速冲床
不适应
适应，速度低
适应
不适应
冲模安装调试
难度较大
很方便
方便
很方便
生产效率
低
较低
易实现连冲和自动冲，高
较高
适宜生产批量
以中小批量为主
以大批量为主
表7.16 生产批量与模具类型的关系项 目
生 产 批 量
单 件
小 批
中 批
大 批
大 量
大型件
＜1
1～2
＞2～20
＞20～300
＞300
中型件
1～5
＞5～50
＞50～1000
＞1000
小型件
1～10
＞10～100
＞100～5000
＞5000
模具类型
单工序模
单工序模
单工序模
单工序模
硬质合金级进模、复合模、自动模
组合模
组合模
级进模、复合模
级进模、复合模
简易模
简易模
半自动模
自动模
注：表内数字为每年班产量数值，单位：千件。
为了促进技术交流和模具工业的迅速发展，国家技术监督局与行业主管局制定了一系列有关冲模的国家标准及机械行业标准。根据模具类型、导向方式、送料方向、凹模形式等的不同，规定了若干种典型组合形式。每一种典型组合形式中，又规定了多种凹模周界尺寸(长×宽)，以及相配合的凹模厚度、凸模高度、模架类型和尺寸，固定板、卸料板、垫板、导料板的具体尺寸。这样在进行模具设计时，仅需设计直接与冲压件有关的部分，其余都可以从标准中选取。因而可大大简化模具设计工作，缩短生产周期，也为运用计算机辅助设计奠定了基础。还可以用成批生产方式生产模架和凹模、固定板等零件的半成品，供进一步加工选用，以便降低生产成本。因此在设计时应尽量选用有关标准。大中型企业一般制定有企业标准，也应尽量选用。
7.4.2 冲模的压力中心冲压力合力的作用点称为冲模的压力中心。模具的压力中心应尽量与压力机滑块的中心线重合。否则滑块工作时会受到偏心载荷作用而导致滑块导轨和模具的不正常磨损，降低模具寿命，还可能由于导向不准影响冲压件质量甚至损坏模具。在冲压力较大时尤其要注意这一点。压力中心通常利用求平行力系合力作用点的方法确定，可以采用解析法或图解法。
现以冲裁为例介绍压力中心的计算方法，其他形式的冲压可参照此方法。
1,复杂形状冲裁的压力中心一般采用解析法计算，依据合力对某轴之力矩等于各分力对此轴的力矩之和的力学原理求解。图7.87所示为一冲孔、落料冲压件，其计算方法如下。
(1) 选定坐标轴x，y。坐标轴尽量与制件的主要轮廓线正交。设压力中心的坐标为(x0，y0)。
(2) 将制件的轮廓线分成若干简单的直线和圆弧线段，求出各段的长度(ln)及压力中心坐标(xn，yn)。压力中心坐标的通式为
图7.87 复杂形状制件的压力中心
x0 =
y0 =
由式(2-2)知，p1 = l1tb，p2 = l2tb，…，pn = lntb，所以
x0 =
y0 =
式中：p1，p2，…，pn——各段图线的剪切力(N)；
x1，x2，…，xn——各段图线剪切力的x轴坐标(mm)；
y1，y2，…，yn——各段图线剪切力的y轴坐标(mm)；
l1，l2，…，ln——各段图线的长度(mm)；
t ——坯料厚度(mm)；
——材料抗拉强度(MPa)。
在使用侧刃的级进模中，侧刃部位由于是单边冲裁，其压力中心应按不封闭刃口处理。
2,简单形状冲裁的压力中心对于简单形状的冲裁件，其压力中心一般可采用作图法求解。该方法简便，在生产中使用较多。虽然精度稍差，但一般可满足使用要求。下面是几种典型简单几何轮廓的压力中心的求解方法。
(1) 不封闭刃口冲裁(如少、无废料排样情况)的压力中心，如图7.88所示。
对于任意直线段，x0＝0.5(图7.88(a))；
对于任意角的折线，x0＝bl/(a+b)(图7.88(b))；
对于不封闭的矩形，x0＝(ab+a2)/(2a+b)(图7.88(c))；
对于半径为R、夹角为2的弧线段，x0＝(图7.88(d))。
图7.88 开式冲裁的压力中心
(2) 封闭刃口冲裁的压力中心，如图7.89所示。
对于任意三角形，压力中心为3条中线的交点(图7.89(a))。
对于任意梯形，可直接由图7.89(b)所示的作图法求得。
对于一半径为R，夹角为2的扇形，x0 ＝(图7.89(c))。
图7.89 闭式冲裁的压力中心
7.4.3 模具的轮廓尺寸与压力机的关系模具是安装在压力机上使用的，所以，模具设计时，必须考虑模具的轮廓尺寸(闭合高度和水平方向的长度、宽度)与压力机安装空间的匹配关系。
模具的闭合高度H是指模具在最低工作位置时，上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度，如图7.90所示。
图7.90 冲模的封闭高度模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，否则就不能保证正常的安装与工作。其关系为：
Hmin+10mm≤H≤Hmax－5mm (7-2)
若模具的闭合高度H＞Hmax，则该压力机不能用；若H＜Hmin，则可以再加垫板，或增加某些零部件的高度。
压力机工作台垫板一般不能拆下，只有闭合高度不能满足H＜Hmax，且模具的下模座面积较大时，才考虑拆卸垫板。
模具的其他外形结构尺寸也必须与压力机相适应。如外形轮廓平面尺寸与压力机的滑块底面尺寸和工作台面尺寸、模柄与滑块的模柄孔尺寸、下模座下弹顶装置的平面尺寸与压力机工作台漏料孔尺寸等都必须相适应。
7.4.4 冲模的安全措施冲压生产由于工作环境中的振动与噪声、操作频繁、动作机械重复，使操作者容易出现精神紧张和疲劳，因而较容易发生工伤事故(主要表现为伤害操作者肢体，特别是手指)。除了相关软件方面(岗前操作规程培训、安全教育等)和装备方面(设备采用光电控制或红外线控制、配备自动化装置或操作工具等)要采取安全措施外，在模具设计方面也要尽量考虑宜人化设计，一般应注意以下几方面。
1,安全理念第一安全问题应优先于冲压工序数、模具制造成本、加工时数。
2,模具结构方面
(1) 模具零件要有足够的强度，材料选择不能有误。单侧受力的凸模，尽量设置导向挡块，确保工作中不折断/不破碎。
(2) 模具零件应连接可靠，结构上应有防松动、防弹出、防破裂、防脱落等措施。如在弹簧等可能出问题的薄弱部位应加防护罩/板。
(3) 模具应避免有与机能无关的外部凸凹部分，凡与机能无关的外露边缘应倒楞。
(4) 上、下模导向构件尽量配置在操作者手不经过的部位，不得已时应设防护罩。
(5) 导向、定位等重要部位要使操作者看得清楚。
(6) 模具长、宽尺寸不要超出工作台垫板和滑块之外。
(7) 需靠近的区域必须安全(如始用挡料销的操作位置要尽量远离危险区)，这样的区域应确保足够的安全空间，如减小卸料板前后方向的宽度、设置工具避让空间等。
(8) 坯料/工序件放入时，应能一次性准确到位，不至于需要在操作过程中停下来，用手校正位置。尽量利用压缩空气将散落在模具工作区域的小尺寸制件与废料排出。
(9) 模具外表涂上颜色，区分危险区与安全区。
(10) 对于中型或大型模具，为便于搬运存放，应设置必要的起重吊环或起重柄，设置存放垫块。
7.5 多工位级进模多工位级进模是在简单的级进模的基础上发展起来的效率很高的模具，在现代冲压技术中，多工位级进模占有很重要的位置。对于大批量生产的结构较复杂的中、小冲压件，使用专门订货的成卷带料或条料在多工位级进模上加工显示出很大的优越性。由于工位较多，模具的结构较为复杂，制造精度也要求较高。
7.5.1 多工位级进模排样图设计由于多工位级进模是将多道不同性质的冲压工序按一定的工步顺序组合在一副模具中，因此排样图是设计模具的重要依据。排样的基本要求是切除余料，将工序件以一定的方式留在带/条料上，以便分步完成各个工序。
多工位级进模排样图主要解决以下问题。
1,确定各工位冲压内容及工序安排首先对制件进行工艺性分析，确定冲压工步，确定是否适合采用级进模。由于级进模制造成本较高，因此在确定冲压工步时应尽可能得到试制或小批量生产的技术数据和工序样件，必要时不仅应采用计算机技术进行模拟验证，还需应用简易模进行工艺验证，以获得较准确的制件展开形状及尺寸，验证各冲压工序的合理性。
在设计工位冲压内容和工序安排方面应注意以下几点。
(1) 为了提高工艺稳定性，弯曲、拉深、成形等工序的变形程度应比普通模具小些。
(2) 在工序安排方面，宜先安排冲孔、切口、切槽等冲裁工序，再安排弯曲、拉深、成形等工序(如果孔、口、槽在后续工序中会产生不期望的变形，则安排在后面)。对于精度要求高的制件，在制件最终与带/条料分离前安排校平或整形工序。
(3) 相互位置精度要求较高的部位(如孔中心距、孔边距)尽可能安排在一个工位或相隔最近的工位成形，以减少定位误差。
(4) 尽量采用简单凸、凹模，以便于制造，降低模具成本。
(5) 工位设置应保证凹模有足够的强度，保证凸模容易安装。相邻凹模型孔距离太近的情况下，可以设置空工位，但会增大模具的轮廓尺寸。空工位的设置原则是步距小于8mm可多设空工位，步距大于16mm不宜多设；导正销定位的可适当多设空工位；制件精度高的应少设空工位(其目的是减少积累误差)。
2,确定带/条料载体的形式多工位级进模的工作过程中，带/条料不断送进，余料顺序切除，在各工位之间要保留一些材料将各工序件连接起来，以保证工序件的连续送进，这部分材料称为载体。载体必须具有足够的刚度和强度，否则送进不稳定。根据制件的结构形式和成形部位的位置和方向不同，采用的载体类型有所不同，常用的有3种类型：双侧载体、单侧载体和中间载体。
(1) 双侧载体(载体分布在冲压件的两侧，如图7.91所示)载体的宽度调整方便，可以保证载体的足够强度，使得带/条料送进平稳、可靠；载体上可冲导正销孔，双侧载体便于采用双侧导正，使得送进步距精度高。但双侧载体材料利用率较低。视情况差别，双侧载体可设计成等宽或不等宽。对于较薄的带/条料，可在载体上冲制加强筋(如图7.92所示)。对于外形为圆形的制件可以利用制件相邻废料、搭边处作为载体，在该处设置导正销孔，以提高材料利用率(如图7.93所示)。双侧载体最常用。
图7.91 双侧载体
图7.92 加强载体
图7.93 边料载体
(2) 单侧载体(载体位于冲压件一侧，如图7.94所示)多用于带/条料厚度t≤0.5mm，制件一端或几个方向都有弯曲的情况。单侧载体送进步距精度较差，对于细长制件，为了加强带/条料刚度，可在冲压件之间增设桥接载体(也称搭口，如图7.95所示)。
图7.94 单侧载体
图7.95 单侧载体(伴有桥接式载体)
(3) 中间载体(载体置于带/条料的中间，如图7.96所示)一般适用于对称制件，尤其是两侧需弯曲的对称制件。中间载体不仅可以大幅度节省原材料，还有利于抵消由于两侧压弯时产生的侧向力。对于一些不对称的弯曲件，也可以将制件对称排列在两侧，变不对称制件为对称排列(如图7.97所示)，既提高了生产效率和材料利用率，同时又抵消了弯曲时产生的侧向力。
图7.96 中间载体对于带/条料较薄较宽、制件双排的情况，还可以采用双侧载体加中间载体的方法，在中间载体下设置浮顶销，能有效防止带/条料变形，提高送料精度，提高生产效率。
图7.97 对称排列的中间载体
3,废料分段冲切设计多工位级进模中废料的切除往往是采用分段冲切的方法，通过刃口形式的分解和重组，使复杂的内外形轮廓分解为若干个简单的几何单元，以简化凸模和凹模形状，便于加工，缩短模具制造周期。通过刃口的分解还能改善凸模和凹模的受力状态，提高模具强度和寿命，并可满足特殊的工艺需要，便于带/条料在模具中送进。分段冲切应遵循以下分割原则。
(1) 应保证制件的精度要求。
(2) 刃口的分段应有利于简化模具结构，形成的凸模外形尽量简单、规则，便于加工，并要有足够的强度。
(3) 内外形轮廓分解后，各段间的连接应平直或圆滑。分段搭接点尽量少，搭接点位置要避开制件的薄弱位置和外形的重要部位，不影响制件的整体外观质量。
(4) 有公差要求的直边和使用过程中有滑动配合要求的边不宜分段。
(5) 窄槽或细长臂的部位尽量分解，以增加凸、凹模强度。
(6) 外轮廓各段毛刺方向有不同要求时应分解。
(7) 不适应加工设备条件和加工方法处可采用分段处理。
分段冲切连接方式有搭接、平接、切接3种。
① 搭接如图7.98所示，型孔分两次冲裁，第1工位冲切出A、C区，第2工位冲出B区，B区长度方向比被冲裁部位的实际长度略长些，长出部分即为搭接区。搭接量不小于0.4t，一般取(1~2.5)t。最小搭接部分的作用是克服形孔间连接时的各种误差，以保证分段切除处连接整齐。在分段切除中大部分采用这种方式。
图7.98 搭接形式
② 平接即对于某一直边，先切去一部分，在后续工位上再切去余下部分，两次冲切刃口共线但不重叠。这种方式对模具制造要求非常高，否则，两次冲裁不能准确重叠，冲压件易出现毛刺、错牙、不平直等问题，设计时应尽量避免采用。实际应用时，除应该提高模具的步距和凸、凹模的制造精度，提高模具的导向、导正的精度外，可在二次冲切凸模连接处的延长部分修出微小的斜角(3°~5°)，以减小由于种种误差带来的缺陷(如图7.99所示)。
图7.99 平接连接方式示意图
③ 切接平接应用于圆弧就是切接(如图7.100所示)。也易产生毛刺、错位、不圆滑等现象。解决方法与平接相同。
图7.100 切接连接方式示意图
4,成形的方向多工位级进模在冲压过程中必须保证带/条料的基本面为一水平面，其他成形部分只能朝一个方向凸起，选择弯曲、拉深等方向(朝上或朝下)主要应考虑模具结构、送料方法、卸料与顶料的方便可靠。对于弯曲件还需考虑毛刺方向与弯曲方向尽量一致，以保证弯曲质量。
5,毛刺对有毛刺方向要求的制件，在采用双排或多排料时，注意保持冲压件毛刺方向一致，符合制件要求。
6,压力中心及冲压力平衡排样图的设计应尽量使压力中心与模具中心重合，两者偏移量不能超过模板长或宽的1/6。还要注意成形过程中产生侧压力的部位、方向、大小及其他影响，采取必要措施予以平衡。需要侧向冲压时，应力求将凸模的侧向运动方向垂直于送料方向，这样侧向冲压机构(如斜楔)可以设置在送料方向的两侧，便于安装与制造。
7,侧刃与导正销设置侧刃在多工位级进模中只起粗定位作用，采用手工送料时一般要设置侧刃，侧刃的设置原则和形式参照一般级进模。同时，在适当工位设置导正销，精确定位靠导正销。导正销孔在第1工位冲出，第2工位开始导正。根据制件的精度要求，导正销孔可以是冲压件上的孔，也可以是载体或余料上冲制的工艺导正销孔。对于级进拉深模，可以采用前次拉深型腔导正。但其导正精度可能不如导正工艺孔。
7.5.2 带料连续拉深模连续拉深是利用多工位级进模依次进行多次拉深，最后用落料或切断工步使制件成形的一种拉深方法。一般常见的方法都是带料连续拉深。这种拉深方法很容易实现自动化，因此生产效率很高。这种方法还能高效率地生产用普通拉深方法难以操作的小型制件(带料连续拉深生产的制件尺寸都比较小)。
近几年出现了一种带多种附加传动机构(在模具上能方便地安装机械手)的宽台面压力机。机械手能准确地将工序件移位(不用载体)，因此在这种压力机上使用的连续拉深模第1工位为落料、首次拉深，然后由机械手输送工序件完成后续工位的拉深。这种拉深方法能够拉深尺寸较大、高度较高的制件。如大号碱性电池的钢壳，它的外形尺寸达到31×69(外径×高度，mm)。下面主要介绍带料连续拉深模。
带料连续拉深分为无切口、有切口和双切口3种(排样图见图7.101)。
图7.101 带料连续拉深排样图
(a) 无切口；(b) 有切口；(c) 双切口无切口的连续拉深，即在整体带料上拉深。由于相邻拉深件之间相互牵制，因此材料在纵向流动较困难，变形程度大时容易拉破。所以每道工序应采用较大的拉深系数，这样工序数就增多了。但它比有切口的连续拉深节省材料。这种方法一般用于坯料相对厚度t/D>1%、相对凸缘直径dt/d＝1.1~1.5(dt为凸缘直径，d为圆筒直径，下同)以及相对高度h/d≤0.3的拉深件。
有切口的连续拉深，是在两个拉深件的相邻处切开，以减小相互间的影响和约束。这种拉深方法与单个坯料拉深较相似。因此每道工序的拉深系数可以小些，即拉深次数可以少些，但材料消耗较多。可用于拉深较困难的制件，即坯料相对厚度t/D<1%、相对凸缘直径dt/d>1.3及相对高度h/d>0.3的拉深件。
双切口的连续拉深，是在条料上共设内外两层切口，相互错位60°。因此边缘材料对拉深部位的影响很小。这种拉深方法与单个坯料拉深基本相同。每道工序的拉深系数可以取得更小些，即拉深次数可以更少。由于边缘材料基本不变形，因此可很方便地设置定位孔，保证准确的步距。这种方法模具结构复杂，加工难度较大。
图7.102为正装式带料连续拉深模的结构示意图，共有8个工位。第1工位冲工字形的切口，第2工位先拉深成锥形，第3、4、5工位将工序件/半成品逐渐拉深成筒形件，第6工位切底，第7工位整形(校正制件的内、外径)，第8工位落料。在2、3、4、5、7工位的下模中都有弹性顶件器，以便在每次冲压后托起整个带料向前送进。
图7.103所示为倒装式带料连续拉深模。内孔的成形采用了拉深、冲底孔、翻边形式，可以达到较高的制件高度。送给时，坯料的口部能保持平直状在下模平面上作平行移动，故送料很方便。
图7.102 正装式带料连续拉深模结构示意图
图7.103 倒装式带料连续拉深模
7.5.3 多工位级进模结构设计
1,模架模架的一般要求与普通级进模相同，由于工步更多，所以对刚性、精度的要求更高，故多采用四导柱模架。精密级进模需采用滚珠导向模架。还可以在模座、卸料板内设置小导柱来导向。由于导柱、导套离工作部位较近，导向精度更好。这种结构使模具更紧凑，加工也很方便。
2,凸模凸模(如图7.104所示)的形式与一般模具相似，但由于在多工位级进模中凸模数量较多，再加上导正销等零件的安装需要占据位置，使得凸模的安装空间受到一定限制，因此在选择安装固定方法上要特别注意，以便于装配与调整。在同一副模具中还应力求固定方法一致。小凸模较易损坏，为方便更换，尽量采用快换式固定装置。
3,凹模多工位级进模的凹模多采用镶拼式结构，这样便于加工、装配调整和维修，容易保证凹模几何精度和步距精度。凹模镶拼原则与普通冲模的凹模基本相同。图7.105是分段拼块式凹模图例，它由三段凹模拼合而成，用凹模固定板框紧安装于垫板上。当凹模尺寸较大时，可将分段凹模用螺钉、销钉直接固定于模座上(加垫板)。在分段拼合时应注意以下几点。
图7.104 多工位级进模凸模及固定方法
(1) 分段尽量以直线分割。
(2) 同一工位型孔原则上分在同一段，一段中工位数不能太多，以保证更换方便。
(3) 对于易损坏工位宜单独分段。冲裁与其他成形工位分开，以便刃磨刃口。
(4) 型孔原则上应为闭合形状(单边冲压的型孔和侧刃凹模孔除外)，分割面到型孔应有足够的距离，以保证凹模强度。
图7.105 分段拼合凹模示例
(5) 分段拼合凹模，组合后一定要加一淬硬垫板。
对于某些小的型孔或很易损坏的型孔，还可在整体凹模或其他形式模板的相应型孔位置镶一套形凹模，既可以防止模具开裂，还可节省贵重模具材料。
4,导料装置多工位级进模要求带/条料送进方便、可靠。冲压时带/条料上不可避免地会产生毛刺，若工步中还有弯曲、拉深等成形工序，这些工序得到的制件凸起部位需离开下模表面一定的高度才能实现无阻碍送料。因此多工位级进模的导料系统比较特殊。
完整的导料系统包括导料板、浮顶器(或浮动顶料销)、承料板、侧压装置、除尘装置及检测装置。
图7.106所示为带台式导料板与浮顶器配合使用的导料装置。这种导料板可以保证在浮顶器的弹顶作用下，带/条料不离开导料板。若导正销装于两侧进行导正，台阶处应做出让位口(如图7.106(b)所示)。
图7.106 带台导料板与浮顶器配合使用的导料装置
1—带台式导料板；2—凹模；3—浮顶销；4—弹簧；5—平端紧定螺钉；6—让位口；7—套式浮顶销浮顶器有3种形式：浮顶销、套式浮顶销、带槽浮动导料销。
图7.107所示为浮顶销、套式浮顶销的几种形式和工作原理图。其中套式浮顶销可以使导正销得到保护。浮顶器一般应左右对称均衡布置，且在送料方向上的间隙不应太大，露出凹模的高度应一致，否则带/条料有可能呈波浪态送进。带/条料较宽时，应在带/条料中间适当位置增加浮顶器。另外，应避免在不连续面或已立体成形的部位上设置浮顶器。
图7.107 浮顶器图7.108所示为带槽浮动导料销装置。这种导料销既起浮顶销的作用又起导料销作用。应用很广泛。其结构尺寸按下列算式计算：
h＝t＋(0.6~1.0)mm
c＝(1.5~3.0)mm
A＝c＋(0.3~0.5)mm
H＝h0＋(1.3~3.5)mm
h1＝(3~5)t
式中：h——导向槽高度，一般不小于1.5mm；
c——带槽导料销头部高度；
A——卸料板让位孔深度；
H——浮顶器活动量；
h1——导向槽深度；
t——板料厚度；
h0——冲件最大高度(参见图7.106)。
如果结构尺寸不正确，带/条料料边在卸料板的作用下会产生变形(如图7.108(b)所示)，导致送料阻碍。
图7.108 带槽浮动导料销装置
带槽浮动导料销与带/条料为点接触，送料阻力小，这是其优点。但对于料边不平直的带/条料就不能采用(如某些侧刃定距的带/条料)。对于料边为断续状的带/条料可以采用浮动导轨式的导料装置(如图7.109所示)。或采用两种导料装置联合使用，即带/条料一侧用浮动导轨式导料，另一侧用带槽浮动导料销导料。
图7.109 浮动导轨式的导料装置
5,导正销装置导正销需与其他辅助定距方式(如侧刃定距、自动送料机定距)配合使用。按导正销安装位置可分为两种，一种是凸模上的导正销，这种导正销在7.3.5节已介绍，一般是利用制件上的孔导正。在多工位级进模中多采用凸模式导正销，对设置在带/条料的载体上的专用导正孔(工艺孔)导正。凸模式导正销结构形式如图7.110所示。图7.110(a)所示与常见的凸模固定方法相同。图7.110(b)所示导正销带有弹压卸料块，可保证导正销在不工作时与带/条料分离。图7.110(c)所示为浮动式导正销，可防止因误送料等意外情况导致导正销折断、损坏模具。图7.110(d)所示结构的导正销更换方便。
图7.110 导正销结构形式导正销露出卸料板底面的直壁长度(工作长度)一般取(0.5~0.8)t(被加工材料硬度大时取小值)。若工作长度需露出较长，如薄板冲压，可采用图7.110(b)结构。凹模板(或凹模固定板)上要设置相应的导正销让位孔，让位孔与导正销之间隙取(0.12~0.2)t。
导正销的头部形状有两种，一种是圆弧状，一种是圆锥状(图7.111)。圆弧状的导正精度较好。对导正销的头部形状要求并不严格，但粗糙度要低，尽量按国标选取。
导正销直径选取时要保证被导正定位的带/条料在导正销与导正孔有最大可能的偏心时，能得到导正。这种偏心在采用了侧刃定距或自动送料机时都较小。
导正销与导正孔的配合、与固定板的配合、与卸料板的配合等都会影响冲压件精度。图7.112为导正销与有关零件配合关系示意图。一般采用以下配合关系：
图7.111 锥形导正销头部结构
图7.112 导正销与有关零件配合关系示意图
1—上模座；2—垫板；3—固定板；
4—导正销；5—卸料板；6—凹模
(1) 导正销A与卸料板B：H7/h6或H7/h5配合。
(2) 导正销A与固定板C：H7/n6配合，若卸料板有辅助导向装置，则A与C之间可采用H9/f9配合。B、C两件应同时加工，保证严格同心。
(3) 导正销A与导正孔D：有严格要求时，D孔与A采用H7/k6配合，一般要求时，D＝A＋(0.03~0.12)mm。
(4) 非导正部分孔E：E＝D＋(0.2~0.4)mm。
(5) 导正长度F：F＝(0.8~1.2)t。
(6) 配合长度H：H＝(1.5~2)D。
6,卸料装置多工位级进模的卸料板比普通冲模的卸料板有更广泛的意义，它除了起卸料作用外，在不同的冲压工序中还有不同的作用。如在冲裁工序中，起压料作用；在弯曲工序中，可以起到成形作用；在拉深工序中同时起压边圈的作用。对于小凸模还可起导向与保护的作用。
多工位级进模多采用弹性卸料，只有在工位数较少、料厚较大时才采用固定卸料。弹性卸料装置结构如图7.113所示。
图7.113 弹性卸料机构
1—上模座；2、10、15—垫板；3—小导柱；4—导正销；5—凸模；6—卸料螺钉；
7—弹性元件；8—衬套；9—凹模；11、14—小导套；12—凹模座；13—卸料板；16—固定板
在设计多工位级进模卸料装置时，要注意以下原则。
(1) 在多工位级进模中，卸料板极少采用整体结构，一般采用镶拼结构(图7.114)。这样有利于保证型孔精度、孔距精度、配合间隙，满足热处理等要求，它的镶拼原则基本上与凹模相同。如图7.114中，在卸料板基体上加工一个通槽，各拼块对此通槽按基孔制配合加工，所以基准性好。
(2) 卸料板各工作型孔应与凹模型孔保持较高的位置度。卸料板的各型孔与对应凸模的配合间隙只有凸、凹模冲裁间隙的1/3~1/4。高速冲压时，卸料板与凸模间隙要求取较小值。
图7.114 镶拼式弹压卸料板
1—卸料板基体；2—5段拼合卸料板
(3) 卸料板各工作型孔应较光洁，其表面粗糙度一般取Ra=(0.4~0.1)m。冲压速度越高，表面粗糙度值越小。
(4) 多工位级进模的卸料板应具有良好的耐磨性能。卸料板采用高速钢或合金工具钢制造，淬火硬度56~58HRC。一般速度冲压时，卸料板可选用中碳钢或碳素工具钢制造，淬火硬度40~45HRC。
(5) 卸料板应具有必要的强度和刚度。当压紧力较大时，为防止卸料板产生较大变形，甚至损坏卸料板和凸模，可在卸料螺钉区间之内各凸模之间适当增加弹压装置，如弹簧、聚氨酯橡胶等。为保持卸料力的平稳、均衡，卸料螺钉也应均衡布置。
(6) 卸料螺钉的工作长度L在一副模具内应严格一致，以免造成不平衡卸料，损坏凸模。卸料螺钉的形式如图7.115所示。卸料螺钉沉孔深度应有足够的活动量。
图7.115 卸料螺钉的形式
M—刃磨面
(7) 导正销的有效工作直壁露出卸料板底面不能过长，以防回程时将制件带起，影响连续作业。
(8) 卸料弹簧的选用。根据所需要的压力，并考虑一定的预压力选用弹簧。预压缩量一般取弹簧自由长度的20%，对应的弹压力应大于或等于卸料力。在工作状态时，弹簧挠度不能超过其自由长度的70%。要求较高时，可采用矩形截面或扁圆形截面弹簧。
(9) 卸料装置的辅助导向机构。辅助导向机构俗称小导柱和小导套。它们多数是在卸料板与固定板之间增设的导向机构。小导柱和小导套之间的配合间隙应当更小，一般为凸模与卸料板配合间隙的1/2。见表7.17。
表7.17 三种间隙（Z，Z1，Z2）关系序号
模具冲裁间隙Z/mm
卸料板与凸模间隙Z1/mm
辅助小导柱与小导套间隙Z2/mm
1
＞0.015～0.025
＞0.005～0.007
约为0.003
2
＞0.025～0.05
＞0.007～0.015
约为0.006
3
＞0.05～0.10
＞0.015～0.025
约为0.01
4
＞0.10～0.15
＞0.025～0.035
约为0.02
7.5.4 多工位级进模实例图7.116为电极端子冲裁弯曲成形级进模，制件材料为黄铜，厚度t=0.3mm。
图7.116 电极端子冲裁弯曲成形级进模
1—带槽浮动导料销；2—小导柱；3—小凸模；4—凸模；5—成形凸模；
6—导正销；7—弯曲凹模；8—落料凸模；9—等高套；10—垫板；
11—弹簧；12—凸模固定板；13—卸料板；14—凹模；
15—凹模垫板；16—弯曲凸模；17—气动送料器
模具工作时采用气动送料器送料，定距精度高。排样采用双侧载体，带/条料刚性好。由12个两侧排列的带槽浮动导料销1导料，采用导正销6导正。模架采用后侧式滑动模架。在凸模固定板12、卸料板13、凹模14之间安装了4根小导柱2作辅助导向，提高了导向精度。卸料方式为弹性卸料。为了保证卸料力均匀，在固定螺钉外安装了等高套9。工作过程中卸料板先将带/条料压紧再冲裁或弯曲，因此冲压件平整，弯曲时材料不易滑动。
级进冲压过程为：冲切中间小脚废料——冲切另一侧废料——压凹成形——冲切一小脚处废料——冲切另一小脚处废料——弯曲——落料。
7.6 冲模CAD/CAM简介源于航空工业和汽车工业的计算机辅助设计与制造(Computer Aided Design and Manufacturing，简称CAD/CAM)，是指以计算机作为主要技术手段来生成和运用各种数字信息和图像信息，进行设计和自动加工。随着计算机技术的发展，CAD/CAM的技术内涵也是动态的。历经二维绘图、线框模型、自由曲面模型、实体造型、特征造型等重要发展阶段，其间还伴随着参数化、变量化、尺寸驱动等技术的融入。正向着虚拟制造、与网络的更深入结合、智能化等方向发展。
冲模CAD/CAM现阶段应该指广义的计算机在冲模技术中的应用，一般包括CAD、CAE(Computer Aided Engineering，利用计算机进行有关产品的设计、制造、工程分析、仿真、实验等信息处理)、CAM、CAPP(Computer Aided Process Planning，计算机辅助工艺设计)、PDM(Product Data Management，数据管理系统)等内容。大概由于称谓比较方便，人们更乐意用“冲模CAD/CAM”这个名词。
7.6.1 冲模CAD/CAM系统的功能与内容比较完善的冲模CAD/CAM系统，是由制件及模具设计制造的数值计算和数据处理程序包、图形信息交换(输入、输出)和处理的交互式图形显示程序包、存储和管理设计制造信息的工程数据库等三大部分构成。这种系统的主要功能包括：
(1) 图形处理功能。即冲压制件、冲模零件等的二维图形、三维图形的输入与输出、转换、存储与控制(几何变换、布尔运算、剖面等)。
设计过程是一个反复修改、逐步逼近的过程。总体设计需要三维图形，而结构设计主要用二维图形。因此，从图形系统角度分析，设计过程也是一个三维图形变二维图形，二维图形变三维图形的变换过程。所以，冲模CAD/CAM系统应具有二、三维图形的转换 功能。
(2) 冲压工艺的分析计算。包括冲压的工序设计、力能计算、搭边、排样等。
系统应具有用有限元法对制件及模具结构的静动态特性、强度、振动、变形、金属流动特性等进行分析的能力，以及自动生成有限元网格的能力，以便为用户精确研究产品结构受力、成形过程及用深浅不同的颜色描述应力、温度分布等提供分析技术。有限元网格，特别是复杂三维模型有限元网格的自动生成能力是十分重要的。
系统最低限度应具有用参数优化法进行方案选优的功能。这是因为优化设计是保证模具具有高速度、高质量和低成本的主要技术手段之一。
(3) 冲模零件的加工工艺及NC程序自动编制。
系统应具有三、四、五坐标机床加工模具零件的能力，并能在图形显示终端上识别、校核刀具轨迹和刀具干涉，以及对加工过程的模态进行仿真。
(4) 存储冲模技术资料及设计知识的数据库。
系统应具有统一处理和管理设计、制造以及生产计划等全部信息(包括相应软件)的能力。或者说，应该建立一个与系统规模匹配的统一数据库，以实现设计、制造、管理的信息共享，并达到自动检索、快速存取和不同系统间交换和传输的目的。
冲模CAD/CAM技术关键在于：
(1) 图形描述及处理技术。制件图的输入问题，直接影响到整个系统的工作效率，甚至关系到系统的成败。模具零件图尺寸标注及装配图的生成等图形处理技术，特别是一些带有立体成形模具，三维图形软件更是一项十分复杂的关键技术。
(2) 设计方法的规范化，设计经验的程序化以及模具结构的标准化与典型化。
(3) 图形库及专用工程数据库、知识库的建立。
(4) 计算机对冲压成形过程的数值模拟仿真技术。
(5) 冲模CAD/CAM/CAE/PDM的集成化、智能化技术。
(6) 人—机接口技术，与网络技术的深入结合。
7.6.2 冲模CAD系统
7.6.2.1 普通的冲模CAD系统的主要组成部分
1,冲模CAD的硬件系统
(1) 计算机主机系统。
这是冲模CAD系统的中枢，执行运算和逻辑分析功能，并控制和指挥系统的所有活动。
根据CAD系统的运行环境，按所用计算机的类型和规模，可归纳为主机系统(Mainframe Based System)、小型成套系统(Turnkey System)、分布式工程工作站系统(Distributed Workstation System)和PC机系统等4种配置形式。20世纪80年代以来，以工程工作站加网络构成的分布式系统为主；目前，随着CPU性能的飞速提高，PC机有逐渐成为主流的趋势。
(2) 输入设备，如键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪、图形输入板等。此外，语音输入装置已在一定范围内获得应用，视觉跟踪技术正在发展，人们正探索利用脑电波信号使设计人员与计算机之间实现更为直接的联系。
(3) 输出设备，如绘图仪、打印机等。
(4) 测量设备，如万能量具、样板、三坐标测量仪等。
2,冲模CAD的系统工作平台(系统软件与支撑软件)
(1) 计算机系统软件，如OS2、Windows、Unix等。
系统软件是指计算机在运行状态下保证用户正确而方便工作的那一部分软件，它处于系统的最底层，包括操作系统、汇编系统、编译系统、监督系统和诊断系统等。
(2) 通用几何造型平台，如Parasolid、ACIS等。
(3) 通用二维、三维设计造型软件，如Auto CAD、MDT、CATIA、UGⅡ、I-DEAS、Bravo、ICEM、CADDS5、Euclid、Intergraph、Pro/E、I-deals等。
(4) 通用数值计算模拟分析软件，如Auto form、Indeed、Pam-stamp、Optris、Isopunch、MARC、ANSYS、Dynaform等。
一般有限元软件包括前置处理、计算分析和后置处理3部分。前置处理的功能是：几何建模，模型分割，自动生成有限元网格，网格的连接、修改、变换、加密，有关机械特性、载荷、约束等的处理以及输入功能。计算分析程序的功能是：形成刚度矩阵和载荷矩阵，求解方程组，计算应力、应变。后置处理的功能是：将计算分析结果转变为变形图、应力等高线图、应力应变彩色浓淡图以及应力应变曲线等。
(5) 通用软件开发工具，如Fortran、Visual C++、Visual Basic、LISP等。
(6) 数据库管理系统，如Foxbase、Oracle等。
(7) 辅助处理软件，如在用有限元仿真软件时常需用网格生成器，如MEDINA、DELTA MESH、TRANSK、AMORAHU、YPER MESH等。
3,冲模CAD的应用软件应用软件是指用户针对某一特定任务而设计的程序包，用于处理冲模设计的各种具体问题，它处于系统的最外层。一般包含以下模块(各功能模块在系统总控模块的集中管理下工作，功能模块可以是一个单一处理程序，也可能由若干完成某项子功能的子模块构成，子模块又由主程序和若干个子程序组成)。
(1) 冲模设计总体控制模块总体控制模块主要完成冲模CAD系统的运行管理和随时调用各功能模块，或访问操作系统和调用其他应用程序，以建立相应的作业和过程。同时，还完成程序的批处理和覆盖技术。总体控制模块可建立在数据库管理系统或交互式图形系统的基础上。
(2) 工艺分析计算模块工艺分析计算模块以工件几何构形信息为基础，并调用设计参数数据(工程文件)，为模具结构设计模块提供原始数据。该模块由以下子模块组成：工艺可行性分析、工艺方案选择(单工序模、复合模或级进模)、排样优化设计、压力中心及冲裁力计算、压力机初步选择、毛坯图和各种工艺图输出、工艺设计分析技术文档生成等。
(3) 模具结构设计模块模具结构设计模块根据工艺设计分析计算模块提供的结果以及几何构形信息，并调用相关的设计参考数据(工程文件)、冲模典型结构文件、标准件规格文件等模具信息，完成模具结构设计。该模块由以下子模块组成：冲模典型结构选取、冲模标准件和半标准件的形式及规格选取、冲模零件详细设计、强度校核、装备关系确定及装备图生成、冲模运动学仿真、模具图绘制、模具专用图形处理程序。
(4) 冲模专用图形处理程序主要完成工件图形的输入，以建立工件的几何模型，并完成几何构形信息的存储，供工艺设计分析计算模块和模具结构设计模块调用。此外，还提供图形修改、编辑和尺寸标注等功能。
(5) 冲模专用数据库及图形库处理程序主要完成图纸资料的存放、检索工作。同时，还生成供信息管理使用的报表。报表中包括模具代号、模具名称、图纸数量、设计者、完成日期和用户消耗时间等信息。该模块主要由图纸资料发放程序、报表程序以及供图纸资料检索的专用菜单模块组成。
7.6.2.2 建立冲模CAD系统的步骤
(1) 明确建立系统的目标与要求，确定合适的CAD系统类型。由于冲模类型较多，一个冲模CAD系统不可能包罗万象，只有首先明确系统的用途和使用要求，然后确定CAD系统的类型。例如，建立一个变压器硅钢片的冲模CAD系统，由于产品形状、工艺特点和模具结构均已定型，属标准化和系列化产品，故可建立以信息检索为主，辅以交互设计的系统；若建立一个通用冲裁模CAD系统，由于其产品形状、工艺、模具结构千变万化，不可能建立一个统一的数学模型，故只能采用交互式设计方法，以增加系统的适应能力，即建立一个以交互式设计为主的系统。这样，由于目标与要求明确，不仅可以减少开发量，而且还可以提高系统的运行效率。
(2) 根据对CAD系统的要求，选择合适的硬件配置和软件系统。对于冲裁模CAD系统，主机可选用微机，再配上一定的外设，如图形输入板、绘图仪、打印机以及大屏幕图形显示器，便构成了一个微机冲裁模CAD系统的硬件环境。图形软件可以选择最为流行的Auto CAD绘图软件包。此外，还应选择一种合适的数据库管理系统。同时，要注意收集现有的计算机分析软件包，引进一些成熟的软件模块。这样，可以加快二次开发的进程，减少低水平重复。对于弯曲模和拉深模CAD系统，一般都要用到三维造型，应配以功能强大的三维图形软件。
(3) 确定模具标准结构，整理工艺设计和模具技术资料。手工设计中，设计人员往往根据经验决定模具结构。在冲模CAD系统中，模具标准结构按一定的方式预先存放在计算机中，供设计时调用。因此，必须建立模具结构标准。建立模具结构标准时，不仅应满足模具设计的要求，而且还应考虑到CAD系统的特点，便于查询和调用。模具标准包括典型结构组合以及模具标准零件两大类。
整理工艺与模具设计资料，包括整理设计计算公式、方法以及设计中用到的曲线、数据、表格等，供程序设计时建立数学模型之用。
(4) 制定系统程序流程图与数据流程图。系统程序流程图不仅说明系统的基本构成与内容，还用箭头标明了各程序模块间的联系与走向，为各模块的程序设计和联机调试运行带来极大的方便。数据流程图说明系统中各程序模块数据的流向和相互关系。
(5) 建立模具专用图形库和数据库，编制分析计算程序。最后，将各程序模块联机调试，对系统进行运行测试。
(6) 交付使用。收集系统在使用过程中存在的各种问题，进行软件维护，使系统进一步完善和成熟。
7.6.2.3 选择软件应考虑的因素选择CAD/CAM支撑软件时，应选择性能价格比高的软件(以三维为基础，二次开发量少而又有开发工具并且易于修改，兼顾3~5年发展的需要)。一般应考虑下列因素：
(1) 供应厂商——了解CAD/CAM软件包供应厂商的声誉、服务范围、试用期限、对软件的维护能力等。
(2) 软件包本身——大部分软件包是为通用目的而开发的，可能与用户应用的面向、原则、方法有矛盾。因此，必须查明是否有二次开发的可能性，是否满足本单位的具体要求，作为商品出售的时间，以及近期在功能上的改善。
(3) 培训与支持——必须了解厂商提供正规培训的方式和深度，以及在培训完毕后用户对工作的胜任程度。支持有多种形式，如对维修要求的响应快慢程度，是否出版了相应的业务通讯，有没有建立起一个用户群体。
(4) 用户界面水平——用户对软件的好感往往是评价CAD/CAM软件性能的重要标准。一个好的软件，应能使工程师在使用中获得事半功倍的效果。对于交互式软件包，必须经常提供HELP功能。
(5) 技术说明——如果一个CAD/CAM系统必须在已经配置好的硬件上运行，则必须考虑最小的存储需求量和最低限度的硬件配置内容。一般技术上的因素有：软件的可移植性，交互的方便性，开发软件所用的语言，以及提供的技术文件和文档是否完善。
7.6.3 冲模CAM
冲模CAD/CAM系统中的数控加工软件可以生成冲模零件加工的数控代码，并据此进行自动加工，还可能进行加工过程的动态模拟、干涉和碰撞检查等，是以数控机床为基础并为其服务的。
CAM中最重要的部分是数控编程(从零件的设计结果到获得该零件数控加工程序的全过程)，而其核心工作是生成刀具轨迹，再将轨迹离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。理想的加工程序不仅应保证能加工出符合设计要求的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥，而且能安全可靠和高效地工作。
冲模制造领域数控编程的内容与步骤一般有：
(1) 分析冲模零件图样，进行加工工艺处理(确定加工方案，确定零件的装夹方法及选择夹具，合理选择走刀路线，正确选择对刀点，合理选择刀具等)，确定工艺过程。
(2) 数学处理，计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据。对于有直线与圆弧插补功能的数控系统，在加工由直线和圆弧组成的简单平面零件时，只需计算出零件轮廓相邻几何元素的交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点和圆弧的圆心坐标值。在加工复杂零件时，需要用直线段或圆弧段逼近，在满足加工精度的情况下，计算出各节点的坐标值。
(3) 编制零件加工程序，制备控制介质(磁盘或磁带或网络传输)。
(4) 校核程序及首件试切。现在一般是通过屏幕显示走刀轨迹或模拟刀具和工件的切削过程等方法进行检查。对于复杂的空间零件，需用石蜡或木件等试切。
无论哪种形式的CAM系统，都由5个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块、后置处理模块。常见CAM系统的体系结构有：
(1) CAM与CAD等子系统在系统底层一级集成式开发如Unigraphics、Pro/E、CATIA等，可以直接在产品数字化模型上进行NC轨迹计算，利用强大的后置处理模块生成NC指令。其特点是系统庞大、功能完备。
(2) 以现有侧重产品造型的CAD系统为平台的插件式CAM系统如MDT内嵌Hyper MILL和Edge CAM，Solid Works内嵌CAM Works，SDRC系统的Camand Molder(支持3D曲面造型)并配以Smart CAM(支持多曲面加工)等，此类插件系统在文件一级的层次上操作插件平台上的模具CAD模型，利用特征识别技术，直接在模具模型上获取一定复杂程度的切削区域几何表示及其加工工艺规范(也支持用户的交互指令操作)，进而生成加工NC刀位轨迹。其特点是规模紧凑、集成度高。
(3) 支持曲面造型的专用NC计算机系统如CAMAX的Camand和Smart CAM、NREC的坐标叶轮加工系统MAX-AB(着重点位加工)和MAX-5(着重端铣和侧铣加工)、CNC的Master CAM以及Cimatron等。此类系统主要面向复杂冲模提供曲面形体的曲面(或曲面实体)造型和编辑，更为强大的NC刀位轨迹计算、编辑、验证和后置处理功能。其特点是对数控机床的适应能力强，能提供更多的加工工艺订制方法。但造型功能相对薄弱。
一般认为，UGⅡ是业界中最好、最具代表性的数控软件，能够胜任加工很复杂的冲模成形零件。
7.6.4 冲模CAE
在冲模设计中，CAE的主要功能是协助CAD/CAM对实际冲压件的成形性进行分析，保证制件质量。其主要内容包括有限元法(FEM)网格自动生成和冲压成形的数值模拟。
薄板成形有限元分析涉及数学、力学、材料学、数值方法、模具制造、计算机科学，是一门新兴的交叉学科。从力学的角度看，涉及大位移、大应变、大转动、弹塑性材料及摩擦接触，是一个典型的强非线性问题，因而也成为计算力学中最富有挑战性的课题之一。目前，比较有把握解决薄板成形中以下几方面的问题：
(1) 全面了解板料的变形过程，并预算所需成形力的大小。
(2) 根据工作中应力应变分布，预测可能的破裂、起皱区域，并通过修改冲压工艺或模具参数予以消除。
(3) 通过对卸载过程的分析，较准确地计算工件的回弹量。
(4) 根据对冲压件破裂与起皱等的预测，确定出最佳的压边力。
(5) 选择合适的润滑方案。
(6) 较好地确定坯料展开尺寸及拉深筋的布置方式与位置。
(7) 预测冲模的磨损。
7.6.5 冲压产品数据管理(PDM)
伴随冲模的整个生命周期，存在着大量的相关资料，如冲模项目计划、冲压工艺设计资料、冲模设计资料、冲压产品模型、冲模工程图样、技术规范、工艺资料、NC程序、电子表格、视频及音频文件及有关该冲模的其他信息，这些产品资料存储于图样、文件或文档中，有些甚至作为某些经验存储于工程技术人员的头脑中，它们涉及冲压企业的计划、设计、生产、材料采购、财务、质量、销售等部门，这些部门运行着一些互不兼容的软件，彼此之间还要引用这些资料，为了方便，他们不得不保留着大量类同的资料，这些资料以不同的格式存储于不同的介质上，互相独立，可靠性差。而且，现在大部分企业仍然是以纸张介质为基础的方法来管理、控制和协调以计算机为基础的数字化信息，乃至整个企业的产品开发过程。这种大部分仍旧依靠人工的管理方法，不仅极其费工费时，而且容易出错，造成部门人员之间严重扯皮，工作效率低下。可见，产品的数据管理(PDM)是当代企业管理的瓶颈，已逐步引起工程技术界的普遍重视，是当前制造企业信息技术应用研究和软件开发的热点。
PDM是20世纪90年代初才开始在国际市场上形成软件产品的一种新技术，它是随着计算机技术，特别是CAD、CAPP、CAM、CAE等广泛而深入地应用于制造业的各种工程领域而产生的，而网络与数据库技术和系统的成熟与普及为PDM的发展奠定了扎实的基础，使其成为实现并行设计及产品的无图纸设计/制造的支撑技术。
PDM是以软件为基础的技术，PDM系统是网络和数据库的应用系统，它管理数字环境中的所有数字化信息(这些信息是在不同计算机硬件平台上运行的不同软件系统所产生的，以不同的格式存储在多种介质上)，将所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程以及基于过程的应用技术(如工程设计、工艺计划、制造生产、后勤管理等)完全组织到一起，使企业能够全面管理、紧密跟踪、适度控制、实时查看那些围绕产品设计、开发及整个过程中的所有与产品相关的资料，好像在一个系统中。
在冲模领域中，PDM可帮助组织冲压产品设计，完善结构修改，跟踪进展中的冲模设计，及时方便地找出相关存盘资料及相关产品信息。从冲压产品生产的全过程来看，PDM系统可协调组织诸如冲压工艺设计及模具设计的审查、批注、变更，冲压生产工作流程优化以及冲压产品等过程事件。
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。
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。
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。
图7.4 正装式落料冲孔复合模
1—旋入式模柄；2—打杆；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—导料销从上述工作过程可以看出，正装式复合模工作时，坯料是在压紧的状态下分离，冲出的制件平直度较高，较适用于材质较软或厚度较薄的平直度要求较高的冲裁件。但分离后的制件容易和废料混在一起，影响操作从而影响了生产率。
2,倒装式复合模图7.5所示为倒装式落料冲孔复合模。凸凹模18装在下模，凹模17和凸模15、16装在上模。这种结构的优点是便于翻转条料、往复冲裁，实现对排排样，冲模的安装调试也较方便。缺点是冲裁完成后，制件掉在工作区，出件不够安全，在无气源冲压车间使用会在一定程度上影响生产效率。
图7.5 倒装式落料冲孔复合模
1—下模座；2—导柱；3—弹簧；4—卸料板；5—活动挡料销；6—导套；7—凸模固定板；
8—上模座；9—推件块；10—连接推杆；11—推板；12—打杆；13—凸缘模柄；
14—垫板；15、16—凸模；17—凹模；18—凸凹模；19—固定板；20—导料销倒装式复合模通常直接利用压力机的刚性打杆装置(由打杆12、推板11、连接推杆10和推件块9组成)进行推件，把卡在凹模与凸模之间的制件推下。冲孔废料直接由凸模从凸凹模内孔推下，容易与制件分离，为安装自动送料装置提供了有利条件。但如果采用直壁刃口，凸凹模内有积存废料，胀力较大，当凸凹模壁厚较小时，可能导致凸凹模破裂。
坯料的定位靠导料销20和活动挡料销5来完成。非工作行程时，活动挡料销5由弹簧3顶起，可供定位；工作时，挡料销被压下，上端面与板料平齐。由于采用弹簧弹顶挡料装置，所以在凹模上不必钻相应的让位孔。但实践证明，这种挡料装置的工作可靠性较差。
采用刚性推件的倒装式复合模，坯料不是处在被压紧的状态下冲裁，因而平直度不高。这种结构适用于冲裁较硬的或t＞0.3mm的板料。若上模采用弹性推件装置，也可用于冲裁材质较软的或t＜0.3mm的板料，得到平直度精度较高的冲裁件。
从正装式和倒装式复合模结构分析中可以看出，两者各有优缺点。一般情况下，制件平整度要求较低和制件外形尺寸较大时，优先采用倒装结构。
正装式复合模还可以冲裁孔边距离较小的冲裁件，而倒装式复合模不宜冲裁孔边距离较小的冲裁件。
7.2.1.3 级进冲裁模级进冲裁模的工位较多，一些复杂制件可以多达10多个工位(见7.5节)。除简单的级进模可以靠手工送料外，大多数级进模都配有自动送料装置。自动送料步距的准确性不很高，为了达到准确定位，级进模都设置有不同形式的定位机构和导向装置。根据定位机构的特征，级进模有以下几种典型结构。
1,用导正销定位的级进模图7.6所示为挡料销和导正销定位的级进模，第1工位先冲孔，之后条料进给，将孔送入第2工位，靠挡料销5初定位，再经导正销6导正落料；同时，第1工位又在条料上冲孔。如此继续下去，即可完成冲压加工。对坯料来说，在两个工位完成冲裁，对模具来说，除开初一个行程外，每次行程可得到一个制件。
图7.6 挡料销和导正销定位的级进模
1—模柄；2—上模座；3—冲孔凸模；4—落料凸模；5—挡料销；6—导正销；
7—导板兼导料板、卸料板；8—凹模；9—下模座；10—始用挡料销为保证首件的正确定距，导料板7上设置了始用挡料销10。首件冲孔时，推压始用挡料销，使它伸出来抵住条料的前端(不推压时，它在弹簧的作用下缩回)。挡料销5只起初定位作用，导正销6与落料凸模4有很高的位置精度，经它导正后可以保证制件上的孔与外圆的相对位置精度。导板7不仅起导向作用，还兼有导料及卸料作用。这副模具的特点是结构简单、实用、效率比较高，应用较多。缺点是不能用自动送料装置。
当冲压件的形状不适合用导正销定位时(如孔径太小或孔距太小)，可在条料的两侧冲出工艺孔，利用装在凸模固定板上的导正销进行导正。
在图7.6的基础上加以改进即可成为一副具有自动挡料装置的级进模(如图7.7所示)，自动挡料装置由挡料杆3、冲搭边凸模1和冲搭边凹模2组成。冲孔和落料的两次送进，由两个始用挡料销分别定位，第3次及以后的送进，由自动挡料装置定位。挡料杆始终不离开凹模的上平面，使得送料时，搭边被挡料杆挡住而定距，在冲孔、落料的同时，凸模1和凹模2把搭边冲出一个缺口，条料可以在下一次冲裁时继续送进一个步距。这可以看作是一种侧刃变形至中间位置的定距方式。另外，该模具设有侧压装置，把条料压向对边，使条料送进方向更为准确。这种挡料方式方便了安装自动送料装置，便于实现自动化生产。缺点是模具结构稍复杂，尺寸较大，加工成本较高。
图7.7 具有自动挡料装置的级进模
1—冲搭边凸模；2—冲搭边凹模；3—挡料杆
2,用侧刃定距的冲孔落料级进模侧刃定距的工作原理如图7.8所示。在凸模固定板上，除装有制件需要的冲孔、落料凸模外，还装有侧刃(也称侧刀，用来在条料边缘冲切定距用台阶的专用凸模)。在压力机的每一次行程中，侧刃在条料的边缘冲下一块长度等于步距的料(A=A′)，使坯料形成前窄后宽。导料板在与侧刃相对应的位置设置有凸肩(导料宽度在这里由宽变窄)，只有在坯料的宽度变窄后，条料才能向前送进，从而保证了每冲裁一次送进一个步距。
图7.8 侧刃定距的冲孔落料级进模
1—冲孔凸模；2—落料凸模；3—卸料板；4—凹模；5—侧刃；6—侧刃挡板需要说明的是，采用单侧刃定距存在一个问题，就是当条料冲到最后一件时，条料的宽边已冲完，条料上没有定位台阶，不能有效定位。所以最后一件冲裁件可能出废品。这样的话，如果级进模有n个工位，那么将有(n－1)个工序件由于失去准确定位而报废。采用双侧刃结构(两个侧刃错开排列，一个侧刃排在第1工位或其后面的侧边，另一个侧刃排在最后一个工位或其后面的侧边)可以避免条料末端的浪费。但由于增加了1个侧刃，坯料宽度需增加，可能又降低了材料利用率。也有将双侧刃并排布置，其目的是为了送料时条料不致歪斜，以提高送料精度。如需考虑凹模的强度问题，侧刃可以设置得离凹模型孔远一些，这样又可能会增加模具的外形尺寸，设计时应综合考虑。侧刃冲裁时是单边受力，为平衡侧向力，模具上一般设置侧刃挡块(板料较薄的情况下也可以不用)。
比较上述两种定位方法的级进模不难看出，板料厚度较小，用导正销定位时，孔的边缘可能被导正销摩擦压弯，因而起不了正确导正和定位作用；窄长形的制件，由于步距小而不宜安装始用挡料销(没有容纳空间)；尺寸不大的落料凸模安装导正销将影响凸模强度。因此，挡料销加落料凸模上设导正销定位的级进模，一般适用于t＞0.3mm、有足够硬度的冲裁件和步距与落料凸模尺寸稍大的场合。否则，宜用侧刃定位。侧刃定位的级进模不存在上述问题，生产效率比较高，定位准确，但材料消耗较多，冲裁力增大，模具比较复杂。
对于精度要求较高的冲裁件或工位数较多的模具，可以采用既有侧刃定位又有导正销定位(双重方法)。
7.2.1.4 精密冲裁模
1,精密冲裁模的结构特点一般意义上的精密冲裁模(简称精冲模)使用的压力机为精冲压力机。精冲压力机具有导向精度高、刚性好和吨位大等特点。它能提供互不干涉并能各自调节的3种压力，即进行冲裁的冲裁力、齿形压边圈的压边力和推板的反顶力。压力机的速度较慢并能调节，滑块的上死点、下死点位置能精确控制。
常用的精冲模有两种结构类型(凸模固定式与凸模活动式)。精冲模的典型结构虽然与普通复合冲裁模相似(图7.9)，但其结构较为特殊，特点如下(参见2.8节)。
图7.9 精冲模和普通复合冲裁模的比较
(1) 有齿圈压板，材料在压板和凹模、反压板和凸模的夹持下实现冲裁。工艺要求压边力和反压力大于卸料力和顶件力，以满足在变形区建立三向不均匀压应力状态的要求。因此精冲模具受力比普通冲模大，刚性要求更高。
(2) 冲裁完毕模具开启时，反压板将制件从凹模内顶出，压边圈将废料从凸模上卸下，不需要另外的顶件和卸料装置。
(3) 由于上出料，凸、凹模孔的深度不需要通过凸、凹模整个高度，可使凸、凹模和模座更坚固。
(4) 导向精度要求很高，必须采用滚珠式导柱、导套。大一些的模具常采用4组导柱、导套导向。
(5) 上、下模座的厚度比一般冲裁模大很多，以保证模具的稳定性。
2,专用精冲压力机上用的精冲模图7.10所示为凸模固定式精冲模。落料凹模5及冲孔凸模7固定在下模上，凸凹模3固定在上模上。模具的齿圈压板4的压边力由压力机的上柱塞1通过推杆2传递，顶板6的反压力则由精冲压力机的下柱塞10通过顶块9与顶杆8传递。上、下柱塞一般采用液压传动。
图7.11所示为凸模活动式精冲模。落料凹模3及冲孔凸模2固定在上模上，齿圈压板4固定在下模上。凸凹模5可以在模架中上下移动，它是由在精冲压力机下工作台面中的滑块6驱动的。精冲时，由上模的下压产生压边力，由上柱塞1通过推杆传递给推板产生反压力，由滑块6带动凸凹模5向上运动时产生冲裁力。
3,简易精冲模精冲压力机结构复杂，价格昂贵，所见不多。在不具备精冲压力机的条件下，可以利用一般的压力机进行改装，装上液压系统成为简易精冲压力机，这样得到的压力可调，且可保持压力不变，工作可靠，但改装设备费用较多。也可在模具上设置强力弹簧或橡皮产生压边力与反压力。
图7.10 凸模固定式精冲模
1—上柱塞；2—推杆；3—凸凹模；4—齿圈压板；5—落料凹模；6—顶板
7—冲孔凸模；8—顶杆；9—顶块；10—下柱塞
图7.11 凸模活动式精冲模
1—上柱塞；2—冲孔凸模；3—落料凹模；4—齿圈压板；5—凸凹模；6—滑块图7.12所示为一副在普通压力机上使用的凸模固定式简易精冲模。通过上、下碟形弹簧得到压紧冲裁件压力和齿圈压板压力。该模具具有推件滞后机构，以防止上模回程时将冲裁件又推入废料腔内而刮坏精制件的断面。推件滞后机构由硬橡胶圈5、球面接头7、调节垫8和碟形弹簧4组成。上模上行时，由于采用的是浮动模柄结构，其间的间隙使碟形弹簧放松，推件块3不动，硬橡胶圈5起缓冲作用。而此时装在下模部分的碟形弹簧9通过顶杆1与齿圈压板2完成了卸料工作。上模继续上行，通过打杆6的作用使推件块动作，推出冲裁件。使用这种机构需严格控制上模对模深度及打杆作用所移动的距离，否则会损坏有关零件。
本模具所采用的模架结构具有一定的通用性。只需更换模芯，便可冲裁不同的制件。
图7.12 通用压力机上使用的凸模固定式简易精冲模
1—顶杆；2—齿圈压板；3—推件块；4、9—碟形弹簧；5—硬橡胶圈；6—打杆；7—球面接头；8—调节垫
7.2.2 弯曲模
7.2.2.1 单工序弯曲模和复合工序弯曲模弯曲件成形时，凸、凹模容易找正相互位置，一般不采用导正装置。下面简单介绍一些常见的较为典型的弯曲模结构。
1,V形件弯曲(单角弯曲)模图7.13(a)所示为最简单的V形件弯曲模。模具由上模座、凸模1、定位板2、凹模3及下模座构成。由于定位板只能起到简单定位作用，冲压过程中坯料容易偏移，影响制件精度。
图7.13(b)、(c)所示的模具设置了带弹性装置的顶杆4、V形顶板5，保证了凸模在工作过程中始终压住坯料，坯料不易偏移，提高了制件精度。
图7.13 V形件弯曲模的一般结构形式
1—凸模；2—定位板；3—凹模；4—顶杆；5—V形顶板；6—弹性元件
图7.14所示为V形件精弯模，两块活动凹模4由转轴铰链5连接在一起，铰链转轴由支架2限位。弯曲前在弹性顶杆7作用下，两块活动凹模处于同一水平面。弯曲时凸模先将坯料压紧。凸模继续下行，迫使活动凹模向下转动成V形并将坯料弯曲成形。在弯曲过程中由于坯料始终与活动凹模和定位板接触，不易移位。所以这种结构特别适用于有精确定位孔、坯料不易放平的带窄条的不对称制件。
图7.15所示为90°角V形件精密弹压弯曲模，凹模4中设置了弹性顶料板2，结构与落料模相似，弯曲时凸模1与弹性顶料板将定位好的坯料先压紧，凸模继续下行，将其余材料拉入凹模成形；凸模回程，制件顶出。凸模工作时凹模的侧面起到限位挡块作用，使凸模单侧受力得到平衡，也不易移位。由于坯料始终处于压紧状态，定位精度高。因此可得到很平整的高精度制件，特别适宜压制薄而软的材料。对于图示中不容易定位的制件，这种模具也有很大的优越性。这种模具的缺点是结构较复杂，制造成本较高。
图7.14 V形件精弯模
图7.15 90°角V形件精密弹压弯曲模
1—凸模；2—支架；3—定位板；4—活动凹模； 1—凸模；2—弹性顶料板；3—凹模镶件；4—凹模
5—铰链；6—靠板模柄；7—弹性顶杆
2,U形件弯曲模(2角同时弯曲)
图7.16(a)所示为常见的U形件弯曲模。弯曲时，坯料被压在凸模1和顶料板4之间，两端材料沿凹模圆角滑动并弯曲；凸模回程时，顶料板将制件顶出(由于材料的回弹作用，制件一般不会留在凸模上)。对于精度要求不高的中小件，可以采用图7.16(b)所示的简单结构，利用凹模的止口将回弹的弯曲件刮下，向下出件。
当U形件的外侧(或内侧)尺寸要求较高时，可采用图7.17所示的结构。这种凹模(或凸模)做成活动结构，可随料厚的变化自动调整凸模(或凹模)横向尺寸，在行程末端可对侧边和底部进行校正。
为了控制回弹、偏移等缺陷，还可以采用3.4节介绍的方法。
图7.18所示为弯曲角大于90°的U形件弯曲模。凸模下行先将坯料压成U形，凸模继续下行，底平面迫使转动凹模转动，利用侧压力压弯成小于90°的制件角。凸模上升，弹簧使转动凹模复位，压弯过程结束。制件从垂直主视图图面的方向取出。
图7.16 一般U形件弯曲模
1—凸模；2—定位板；3—凹模；4—顶料板
图7.17 有校正作用的U形件弯曲模
3,形件弯曲(多角弯曲)模图7.19所示为形件一次成形弯曲模。从图7.19可以看出，在弯曲过程中凸模的肩部妨碍了坯料的运动，凹模口部圆角对材料压力增大，导致摩擦力加大，使弯曲件侧壁容易擦伤和变薄。弯曲件内应力增大，其结果可能造成两肩部与底面不平行。特别是材料厚、硬度高、弯曲件直壁高、圆角半径小时，这一现象更为严重。
图7.18 弯曲角大于90°的U形件弯曲模
图7.19 形件一次成形弯曲模
图7.20为二次成形弯曲模，第1套模具先将坯料弯成U形，第2套模具最后成形。由于弯曲件高度H决定了第2套模具的凹模的壁厚，为了保证凹模有足够的强度，应使H＞(12~15)t。
图7.21为形件二次弯曲复合模。模具结构的最大特点为设置了凸凹模1，凸凹模下行，先将坯料通过凹模2压弯成U形，凸凹模继续下行与活动凸模3作用，最后压弯成形。制件由于回弹的作用一般会留在凸模内，然后经顶件块5顶出。这种结构需要凹模下腔空间较大，否则影响先压弯部分材料的转动。
图7.20 形件二次成形弯曲模
图7.21 形件二次弯曲复合模
1—凸凹模；2—凹模；3—凸模；4—顶杆；5—顶件块
4,Z形件弯曲模
Z形件弯曲可以采用V形件的弯曲模分两次完成，但效率低，且多次定位会导致制件精度低。图7.22(a)所示模具结构，由于没有压料装置，压弯时坯料易偏移，只适用于精度不高的制件。图7.22(b)所示模具结构中有弹性顶板1和定位销2，能有效防止坯料的偏移。反侧压块3的作用能克服凸、凹模之间的水平方向错位力，同时也为顶板导向，防止其窜动。
图7.23所示为用于两处弯曲角均为90°的Z形件的弯曲模。弯曲模工作前，活动凸模9在橡皮7的作用下与凸模4端面齐平，弯曲时活动凸模与顶板1将坯料夹紧(橡皮的弹力足够大)，上模下行，推动顶板下移，使坯料左端弯曲。当顶板接触下模座11后，橡皮被压缩，则凸模4相对于活动凸模继续下移，将坯料右端弯曲成形。当压块6与上模座5相碰时，整个制件得到校正。受橡皮弹力限制，此模不宜弯曲厚板。
图7.22 Z形件弯曲模
图7.23 90°Z形件弯曲模
1—顶板；2—定位销；3—反侧压块；4—凸模；5—凹模 1—顶板；2—定位销；3—反侧压块；4—凸模；
5—上模座；6—压块；7—橡皮；8—凸模托板；
9—活动凸模；10—凹模；11—下模座
5,圆形件弯曲模半圆形件成形可以采用U形件弯曲模结构。对于圆心角大于180°的圆形件，直径大小不同，弯曲方法也不同，模具结构有很大差异。
(1) 小圆形件弯曲模直径小于5mm的圆形件一般称为小圆形弯曲件，成形工序为先弯成U形，再将U形件推弯成圆形(如图7.24所示)，若制件的精度要求高，在第2次弯曲时，可在制件中配以芯轴，起到整形的效果。
图7.24 小圆形件二次弯曲示意图
1—凸模；2—凹模图7.25(a)是小圆形件一次弯曲模示意图，采用侧楔机构。凸模为圆轴形芯棒3，芯棒与滑块6连接，冲压时上模下行，芯棒在弹压力作用下将坯料压成U形，上模继续下行，侧楔7推动活动凹模8向芯棒平行移动，将U形件弯成圆形。制件从垂直图面方向抽出。这种结构只适宜于薄而软的材料。
图7.25(b)所示为将二次弯曲复合在一起的弯曲模。工作时，上模下行，压板2在弹性元件的作用下先将滑块6压下，安装于滑块6上的芯棒3将坯料压成U形。上模继续下行，凸模1将U形推弯成圆形。
图7.25 小圆形件一次弯曲模
1—凸模；2—压板；3—芯棒；4—坯料；5—凹模；6—滑块；7—侧楔；8—活动凹模
(2) 大圆形件弯曲模大圆形件弯曲可以采用3道单工序弯曲成形(如图7.26所示)，这种方法生产率低，但模具强度好，适合于板料厚度较大的制件。
图7.26 大圆形件三次弯曲模如果第1道成形将材料预弯成3个圆心角为120°的波浪形，再用第2副模具弯成圆形，那么只需两副模具即可(如图7.27所示)。但第2副模具中凸模为悬臂结构，刚性较差，因此只适用于大孔和相对壁厚较小的制件。
图7.27 大圆形件两次弯曲模
1—凸模；2—凹模；3—定位板图7.28所示也是大圆一次弯曲模。该模具设有摆动式凹模3，摆动式凹模的口部起第一次弯曲的凹模作用，凸模2下行先将坯料压成U形，凸模继续下行，坯料接触摆动式凹模底部后，在压力作用下，摆动式凹模绕转轴4转动，将U形件弯成圆形。活动式支承1能改善凸模的受力状况，也方便了制件的取出。这种结构生产效率较高，但由于材料的回弹，在制件的合缝处会留有缝隙和少量直边，制件精度差，模具结构也较复杂。
图7.28 摆动式凹模大圆一次弯曲模
1—活动式支承；2—凸模；3—摆动凹模；4—转轴；5—顶板
(3) 推弯式卷圆模推弯式卷圆模一般用于弯制较小直径的圆形件，如铰链的圆管等。图7.29(a)所示为典型的立式卷圆模结构。图7.29(b)所示为卧式卷圆模结构，设置了压料装置，凸模3不仅起压料作用，还兼有凹模的作用。工作时，凸模先将坯料压紧，上模继续下行，在斜楔1的作用下活动凹模2水平移动，将坯料头部推弯成圆形。这种模具操作方便但结构复杂。
图7.29 立式卷圆模与卧式卷圆模
1—斜楔；2—活动凹模；3—凸模；4—弹性元件
6,其他形式的弯曲模弯曲件的形状种类繁多，不可能有一个统一不变的弯曲方法，只能针对不同的弯曲件，从它的形状、精度、批量、材料性能等方面来统筹考虑设计不同的模具。对于一些复杂形状的弯曲件，也可以利用凹模(或凸模)的摆动、转动和滑动，使坯料在压力机滑块下压时，一次弯曲成形。但这类弯曲模也存在一个弊病，这就是弯曲回弹较大，很难实现校正弯曲。
图7.30所示为一种C形件的弯曲模。该模具的结构与图7.28相似。件6为摆动式凹模，坯料靠导正销3和定位销4定位。工作时，凸模2下行，将坯料压紧并弯曲成U形，凸模继续下行，顶件器5下沿压紧凹模，两凹模绕芯轴9旋转并将坯料再次压弯成形。回程时，安装于凹模下的顶销10将凹模复位，制件从凸模上抽出。
图7.31为斜楔驱动活动凹模水平运动的弯曲模。
图7.30 C形件弯曲模
图7.31 斜楔驱动活动凹模
水平运动的弯曲模
1—模柄；2—凸模；3—导正销；4—定位销；5—顶件器；6—摆动式凹模；
7—模框；8—顶杆；9—芯轴；10—顶销；11—弹簧；12—下模座图7.32所示为带摆动凸模的弯曲模，利用摆动式凸模的复合运动实现成形，上模下行先将坯料弯成∩形(在这里凸模实际起凹模的作用)，上模继续下行，凹模斜面推动摆动式凸模向中心运动压弯坯料成形。
图7.33所示为带摆动凹模的弯曲模。凸模下行将坯料先压成∪形，凸模继续下行，摆动式凹模转动将坯料最终成形。
图7.32 带摆动凸模的弯曲模
图7.33 带摆动凹模的弯曲模
1—摆动凸模；2—压料装置；3—凹模
1—凸模；2—定位板；3—摆动凹模
7.2.2.2 级进弯曲模图7.34是一副级进弯曲模，除了二次弯曲外，它还完成了切断和冲孔工序。工作时，上模下行，坯料切断并弯成第一个90°角，带料继续进给，以挡料销3定位将第一件制件切断并弯曲第2个90°角，同时完成第2件制件的第1次弯曲，上模继续下行冲小孔，回程时弹性顶件板将制件顶出。
图7.34 级进弯曲模
1、8—凸模；2—冲孔凹模；3—挡料销；4、7—凹模；5—顶料板；6—冲孔凸模
7.2.3 拉深模拉深模根据工序组合情况不同可分为单工序拉深模、复合工序拉深模和级进拉深模。拉深模的主要构件为凸模、凹模和压边圈。最适合拉深的设备为带顶出缸的油压机和双动压力机。一般工厂使用的压力机多为单动压力机用拉深模。
7.2.3.1 单动压力机用拉深模
1,首次拉深模图7.35所示为最简单、最典型的无压边首次拉深模。该模具没有压边圈，只适用于板料相对厚度较大、拉深系数较大的拉深件。凸模上钻有排气孔，避免了脱模时制件内腔中负压的影响。为了使制件从凹模下面直接落下，设置了弹性卸料器。弹性卸料器由被分割成2件或3件的环状体构成，内孔与凸模紧贴，便于将制件卸下。一般的拉深件口部都会有不同程度的回弹，口部的外径略大于凹模内孔。利用这一条件可以将拉深凹模内孔设计一锐角出口，可以很方便地将制件卸下。
这种凸模在上、凹模在下的拉深模称正装式拉深模。
图7.36所示为带压边装置的正装式拉深模，可以方便地拉深带凸缘的制件，厚板、薄板材料均可使用，脱料很方便。由于弹性元件的高度受到模具闭合高度的限制，因而这种结构形式的拉深模只适用于拉深深度不大的制件。
图7.35 无压边首次拉深模
1—凸模；2—定位板；3—凹模；4—卸料器；5—弹簧图7.37所示为带锥形压边装置的倒装式拉深模，压边装置的弹性元件安装于模具下面，不受设备空间高度的限制，工作行程可以较大，因而可以拉深深度较大的制件，锥形压边装置可以减小极限拉深系数。此模具结构放置坯料不方便，如拉深系数能满足要求，压边圈可采用平面结构。此类模具应用相当广泛。
2,后续各次拉深模后续各次拉深模在基本结构上与首次拉深模相同，不同之处在于坯料的定位。
图7.38所示为有压边装置的倒装式后续拉深模。压边圈为带凸缘的管状，外径比待拉深的工序件内孔略小，作为定位面。这种结构可以拉深深度较大的制件，特别是较长的薄壁制件。
图7.36 带压边装置的正装式拉深模
图7.37 带锥形压边圈的倒装式拉深模
1—螺钉；2—拉深凸模；3—压边圈； 1—上模座；2—推杆；3—推件板；4—锥形凹模；
4—定位板；5—拉深凹模 5—限位柱；6—锥形压边圈；7—拉深凸模；
8—凸模固定板；9—下模座
图7.38 有压边装置的倒装式后续拉深模
1—推件板；2—拉深凹模；3—拉深凸模；4—压边圈；5—顶杆
7.2.3.2 双动压力机与单动液压机用拉深模使用双动压力机，拉深模的压边圈可安装在外滑块上，拉深过程中，模具的压边圈压住坯料后不再运动，安装于内滑块上的凸模继续下行，完成拉深(参见图4.19)。
在单动液压机上广泛使用结构较简单的倒装式拉深模(参见图1.28(b))，压边力由下油缸提供。由于压边力可调，拉深速度可调，因此可拉深较复杂的制件。
7.2.3.3 几种含有拉深工序的典型复合模图7.39所示为落料拉深复合模。其结构与落料、冲孔复合模相似。工作时，上模下行先将坯料落下，经压边圈压紧后进入凹模拉深，上模回程，推件板将制件推出。拉深凸模的上端面一定要低于落料凹模的上平面，以保证能先落料再拉深。这种模具需要使用较大的设备，因为落料工序已消耗了一部分能量。
图7.39 落料拉深复合模
1—顶杆；2—压边圈；3—凸凹模；4—推杆；5—推件板；6—卸料板；7—落料凹模；8—拉深凸模图7.40所示为一副再次拉深、冲孔、切边复合模。为了有利于本次拉深变形，减小本次拉深时的阻力，在本次拉深前的工序件底部角上已拉出45°的锥面。本次拉深模的压边圈1与工序件的内形完全吻合。模具在开启状态时，压边圈1与拉深凸模8处在同一水平位置。加工时，将工序件套在压边圈上。随着上模下行，先进行拉深。为了防止压边圈将工序件压得过紧，该模具采用了限位螺栓9。到行程快终了时，模具上部的推件板4与冲孔凸模7对制件底部完成压凹与冲孔，而模具下部也同时完成切边。冲压结束，由安装在下模座下的弹顶装置通过压边圈将制件(由于外径有回弹)及切边废料顶出，制件若卡在凹模中，则可由装在上模部分的推件装置推出。
图7.40 再次拉深、冲孔、切边复合模
1—压边圈；2—凹模固定板；3—冲孔凹模；4—推件板；5—冲孔凸模固定板；6—垫板；7—冲孔凸模；
8—拉深凸模；9—限位螺钉；10—螺母；11—垫柱；12—拉深、切边凹模；13—切边凸模；14—固定板本模具采用的切边方法比较特殊，其工作原理(拉深间隙与切边时的冲裁间隙的尺寸关系)如图7.41所示。在拉深凸模下面固定有带锋利刃口的切边凸模，而拉深凹模则同时起切边凹模的作用。切边凸模与拉深凹模的配合间隙很小，一般为(0.02~0.04)mm。由于切边凹模没有锋利的刃口，所以，这种切边方法也称为挤边，切下的废料拖有较大的毛刺。这种挤边方式有一很大优点，即通过调整拉深凸模的高度，能得到高精度的制件高度(h)尺寸(一般可以控制在0.1mm之内)，这是很多切断方式达不到的。
图7.41 筒形件的挤边原理
1—拉深凸模；2—拉深切边凹模；3—切边凸模；
Z—拉深间隙；Z冲裁/2—冲裁间隙为了保证模具工作零件的配合精度，该类模具最好使用滚珠导套模架。挤边方式的切边凸模刃口易崩、易磨损，因此凸模材料一般应选用高速钢或Cr12，甚至是YG20硬质合金。为了便于制造、修磨，拉深凸模、切边凸模、冲孔凹模和拉深、切边凹模均采用镶拼结构，用螺钉紧固。
图7.42所示为落料、正-反拉深复合模。这类模具结构很紧凑。在一副模具中一个工位就完成落料、正-反拉深工序，有很高的生产效率。由于采用了正-反拉深复合工艺，因此一次就能拉出高度较大的制件。模具中设置了两件凸凹模1、3，设计时应考虑凸凹模的强度，一般适用于薄板、软材料的拉深件。
图7.42 落料、正-反拉深复合模
1—落料拉深凸凹模；2—反拉深凸模；3—拉深凸凹模；4—卸料板；5—导料板；6—压边圈；7—落料凹模
7.2.4 复合模、级进模的多工序组合方式复合模、级进模有多种工序组合方式。表7.1、表7.2分别列出了多种工序组合方式的示例。
表7.1 复合模多种工序组合方式示例工序组合方式
模具结构简图
工序组合方式
模具结构简图
落料、冲孔
冲孔、切边
切断、弯曲
落料、拉深、
冲孔
切断、弯曲、冲孔
落料、拉深、
冲孔、翻边
落料、拉深
冲孔、翻边
落料、拉深、切边
落料、胀形、冲孔
表7.2 级进模多种工序组合方式示例工序组合方式
模具结构简图
工序组合方式
模具结构简图
冲孔、落料
冲孔、切断
冲孔、截断
连续拉深、落料
冲孔、弯曲、切断
冲孔、翻边、落料
冲孔、切断、弯曲
冲孔、压印、落料
冲孔、翻边、落料
连续拉深、冲孔、
落料
7.3 冲模零件与模具材料
7.3.1 冲模零件分类按所发挥的功能，冲模零件一般可分类如下(表7.3)。
(1) 工作零件——直接作用于制件的零件，也是最重要、最基本的零件。
(2) 支承零件——冲模的基础件。通过它将冲模的各类零件组合到适当的位置或将冲模与压力机连接。
(3) 定位零件——确定被加工的坯料/工序件/半成品在冲模中正确位置的零件。
(4) 压料、卸料及出件零件——把卡在凸模上和凹模孔内的废料/冲压件脱卸掉或顶出的零件。它们的作用是保证冲压工作能连续进行，压料零件还起到对冲压件施加压力的作用。
表7.3 冲模零件的分类组成序号
零件名称
零件归类
发挥作用
注
部分相应标准代号
1
凸模(含镶块)
工作零件
工艺结构部分
JB/T 5825~5829，JB/T 8057
2
凹模(含镶块)
JB/T 5830，JB/T 8057，JB/T 7643
3
凸凹模
4
挡料销
定位零件
JB/T 7649
5
导正销
JB/T 7647
6
导料板(导尺)
JB/T 7648
7
定位销(定位板)
8
侧压装置
含侧压板、弹簧等
JB/T 7649
9
侧刃
JB/T 7648
10
卸料板
压料、卸料及出件零件
11
压料板
含压边圈
12
顶件器
13
推件器
14
顶销、推杆
JB/T 7650
15
弹性元器件
弹簧、橡皮、氮气缸等
JB/T 7650
16
废料切刀
JB/T 7651
17
导柱
导向零件
辅助结构部分
GB/T 2861，JB/T 7187，JB/T 7645
18
导套
含自润滑导套、滚珠导套等
GB/T 2861，JB/T 7187，JB/T 7645
19
导板
含斜楔机构等
20
导筒
21
上、下模座
支承零件
GB/T 2855~2857，JB/T 7642，JB/T 7184
22
模柄
JB/T 7646
23
凸、凹模固定板
JB/T 7643~7644
24
垫板
JB/T 7643~7644
25
限制器
26
螺钉
紧固零件及其他
GB 70
27
销钉
GB 119
28
托料架
29
其他
起重柄、自动模的传动零件
(5) 导向零件——保证冲压过程中凸、凹模间隙均匀，保证模具各部分运动精度的零件。
(6) 紧固零件——各类连接与紧固零件，一般为标准件。
(7) 其他零件——起便于搬运、操作，保障安全等作用的零件。
并非所有的冲模都需要具备以上各类零件。如简单冲模，它可能只需要凸、凹模即可(固定零件与工作零件可复合在一起)。同一种零件也可能兼有几种用途，如拉深模中的压边圈就兼有卸料的作用。
模具零件还可划分为工艺结构部分和辅助结构部分。工艺结构零件直接参与完成冲压工艺过程并和坯料直接发生作用，是组成模具的最基本要素；辅助结构零件对模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善作用，这些零件有一定的替换性。
7.3.2 凸模组件
1,凸模结构凸模由工作部位和安装部位组成，图7.43为凸模的几种常见的结构形式。凸模常用的固定方法有铆接、台阶固定、螺钉连接、粘结剂浇注固定等。
图7.43(a)所示为直通式(铆接固定)凸模，其工作部分和固定部分的形状与尺寸相同，可以采用成形磨削或线切割加工，加工方便。铆接端预留一定长度，硬度不能超过50HRC(一般采用局部热处理，也可采用整体淬火、然后将铆接端高温回火的办法降低硬度)，便于铆接。凸模与固定板配合选用N7/h6、P7/h6。这种凸模在薄板、小尺寸的非圆形冲压件中应用较多。
图7.43(b)所示为台阶式固定凸模，其工作部分和固定部分的形状与尺寸可以不相同，工作部分可以是异形，固定部分一般做成圆形或矩形，凸模与固定板配合选用H7/m6。这种凸模可以适应较大的卸料力。
图7.43(c)、(d)所示为大尺寸凸模，用螺钉直接与模座连接(不用固定板和垫板)，用销钉或止口限制水平方向移动。
图7.43 凸模的几种常用结构形式
1—垫板；2—凸模固定板；3—直通式凸模；4—台阶式凸模；5—防转销；6—上模座对于小凸模，还可以采用粘结剂固定(如图7.44所示)。粘结剂固定可以弥补凸模固定板固定孔加工精度的不足。装配时先将凸、凹模按工作状态定位，粘结剂慢慢凝固将凸模与凸模固定板定位、连接。保证装配后凸、凹模合理配合。常用粘结剂有有机粘结剂(环氧树脂、厌氧胶等)、无机粘结剂(氧化铜粉末＋磷酸溶液)、低熔点合金(铋锡合金)等。无机粘结剂可以耐油、耐水、耐高温(900℃)，粘结强度很高，可以用于负荷较重的场合。某些低熔点合金具有冷膨胀的特性，固定效果很好。
对于大型冲模中的易损小凸模，还可以采用快换式固定(如图7.45所示)。
图7.44 凸模的粘结固定
图7.45 快换式凸模固定方法在成形模中，凸模固定、安装部位的结构也可采用以上形式，工作部位的刃口改成成形所需的圆弧或曲面形状即可用于拉深、翻边、扩口、胀形、弯曲等模具。
2,凸模长度凸模长度一般根据模具结构需要而定，如图7.46所示为冲裁凸模结构，采用了固定卸料板时凸模长度按下式计算：
L = H1+H2+H3+Y
式中：H1——凸模固定板的厚度；
H2——卸料板的厚度；
H3——导料板的厚度；
Y——附加的长度，包括凸模刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度[(0.5~1)mm]、凸模固定板与卸料板的安全距离A[取(15~20)mm]等。采用弹压卸料板时，应考虑弹性元件的安装空间(参见图7.68)。
图7.46 凸模长度的确定
1—凸模固定板；2—固定卸料板；3—导料板；4—凹模对于成形凸模，由于模具结构形式不一样，凸模的长度会有很大不一样。
3,凸模的其他要求凸模的材料经热处理后远远大于被加工材料的强度，所以一般不需要进行强度校核。但对于细长凸模，还需注意不允许产生纵向弯曲，故应进行失稳校核。必要时细长凸模可加护套(参见图2.38)。
凸模的表面粗糙度视凸模的加工精度定，一般工作部分Ra＝(0.8~0.4)，固定部分Ra＝(1.6~0.8)。对于精度要求较低者，粗糙度可以选高些，以便降低制造成本。
4,凸模固定板凸模固定板用于固定凸模。与凸模紧配的长度要足以保证凸模工作时的稳定，为此，凸模固定板应有合适的硬度(参见表7.14)。对于厚板冲压和凸模受侧向力时尤其要注意。
5,凸模垫板垫板装于凸模固定板与上模座或下模座之间，如图7.43所示。垫板硬度较高，能有效地分散凸模工作时对模座的压力(镶拼式凹模同此)，以防模座变形。垫板一般用工具钢制造，冲压力较小的模具也可用45钢制造(参见表7.14)。承力面积较大的凸模也可不用垫板。
7.3.3 凹模与凸凹模
1,凹模刃口结构形式根据用途不同，凹模刃口有直刃壁和斜刃壁两种基本形式(如图7.47所示)。
图7.47 凹模刃口形式图7.47(a)~(c)所示的孔壁垂直于顶面，称为直刃壁凹模。刃口修磨后型腔尺寸不变，故制件尺寸不易变化，刃口强度好，但由于工作时刃口的磨损，孔口处易形成倒锥形，因此每次修磨量较大，影响模具总寿命。冲裁时如采用直通式排料，制件/废料易在孔中积聚，严重时会将凹模胀裂。直刃壁高度h根据冲裁的板料厚度t和模具寿命而定。t＜0.5mm时，h=(3~5)mm；t=(0.5~5)mm时，h=(5~10)mm；t=(5~10)mm时，h=(10~15)mm。其中，图7.47(a)所示的刃口一般用于圆孔凹模，图7.47(b)所示的刃口一般用于非圆孔凹模(漏料孔斜面便于钳工加工)。图7.47(c)所示的刃口用于制件/废料逆冲压方向推出的冲裁模，一般都在复合模中应用。直刃壁凹模最常用。
图7.47(d)~(f)所示为斜刃壁凹模，在制件/废料向下落的模具中应用广泛。由于刃口角度不大(一般为15′~30′)，修磨时孔口的增大量对一般的冲裁件尺寸影响并不大。这种结构冲裁力较小，凹模的厚度可以减薄，很适用于小批量生产。表7.4为斜刃壁凹模型孔的主要参数。
表7.4 凹模型孔的主要参数板料厚度t/mm
/′
/°
H/mm
≤0.5
15
2
≥4
＞0.5～1.0
15
2
≥5
＞1.0～2.5
15
2
≥6
＞2.5
30
3
≥8
图7.47(g)所示为凸台式凹模，也称为软刃口凹模[硬度取(35~40)HRC]或铆刃口凹模。凹模内孔尺寸先加工到略小于凸模，上、下模装于压力机上，利用淬硬[(58~62)HRC]凸模对凹模进行冲切，将凹模刃口修至相应尺寸即可进行冲裁。刃口磨损后用手锤将刃口部分向孔内敲击，使孔缩小，再次重复凸模对凹模的冲切又可以继续使用。这种凹模一般用于大而薄(t≤0.3mm)的简单形状制件的冲裁，模具可不设置导向装置，结构简单，造价低廉(凹模材料一般选45钢即可)，在搪瓷行业各种圆坯料的落料模中应用较多。由于凹模硬度较低，它不适宜冲裁硬度高的材料。
2,凹模的外形结构及固定方法凹模的外形常见的有圆形和方形两种，结构有整体式和镶拼式。图7.48所示为几种典型的凹模结构形式和固定形式。
图7.48(a)、(b)所示为JB/T 8057.5和JB/T 8057.4中的两种圆凹模及其固定方法。这两种圆形凹模尺寸较小，主要用于冲孔。尺寸较大的凹模可用螺钉直接固定(如图7.48(c)、(d)所示)。图7.48(e)所示为快换式冲孔凹模及其固定方法。
图7.48 凹模结构形式及其固定形式凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺孔间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃口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7.5。
3,凹模的外形轮廓尺寸冲裁凹模外形轮廓尺寸主要根据被加工板料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定，并应综合考虑与其他零件的连接因素。凹模的外形尺寸主要是指凹模的厚度(或称高度)H及壁厚(c)，如图7.49所示。
表7.5 螺孔、销孔之间及至刃壁的最小距离 mm
螺 钉 孔
M4
M6
M8
M10
M12
M16
M20
M24
S1
淬 火
8
10
12
14
16
20
25
30
不淬火
6.5
8
10
11
13
16
20
25
S2
淬 火
7
12
14
17
19
24
28
35
S3
淬 火
5
不淬火
3
销 钉 孔 d
2
3
4
5
6
8
10
12
16
20
25
S4
淬 火
5
6
7
8
9
11
12
15
16
20
25
不淬火
3
3.5
4
5
6
7
8
10
13
16
20
图7.49 凹模外形轮廓尺寸凹模厚度 H＝Kb (H≥15mm)；
凹模壁厚 c＝(1.5~2)H [c≥(30~40)mm]。
式中：b——冲裁件的最大外形尺寸；
K——系数(板料厚度影响)，查表7.6。
表7.6 系数K值
b/mm
板 料 厚 度 t /mm
0.50
1
2
3
＞3
≥50
0.30
0.35
0.42
0.50
0.60
＞50～100
0.20
0.22
0.28
0.35
0.42
＞100～200
0.15
0.18
0.20
0.24
0.30
＞200
0.10
0.12
0.15
0.18
0.22
以上计算式未考虑凹模孔形及孔口形状因素，安全系数较大，在实际应用中凹模的厚度在方便安装的前提下，是可以小于15mm的。凹模厚度还可以根据冲裁力来计算，但很繁琐，一般都是通过简略计算，然后在冷冲模标准中选取相近的标准值。
4,凹模的主要技术要求凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直，凹模的底面与顶面应保持平行(除某些特殊凹模外)。为了提高模具寿命与冲裁件精度，凹模的底面和型孔的孔壁表面粗糙度为Ra＝0.8~ 0.4。销孔的表面粗糙度为Ra＝1.6~0.8。
成形模的凹模固定形式和冲裁模相近，型腔尺寸视各成形工序的要求而定。
5,凸凹模在复合冲裁中，凸凹模的内外缘均为刃口。内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的孔边距，当冲裁件孔边距较小时，必须考虑凸凹模强度。为保证凸凹模强度，其壁厚不应小于允许的最小值(表7.7)。如果小于允许的最小值，则凸凹模强度不够，就不宜采用复合模进行冲裁。复合模的凸凹模壁厚最小值与冲模的结构有关，正装式复合模的凸凹模壁厚可小些；倒装式复合模的凸凹模壁厚应大些。
表7.7 凸凹模最小壁厚a mm
料 厚 t
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.5
1.75
最小壁厚a
1.4
1.6
1.8
2.0
2.3
2.5
2.7
3.2
3.8
4.0
最小直径D
15
18
21
料 厚 t
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
最小壁厚a
4.9
5.0
5.8
6.3
6.7
7.8
8.5
9.3
10.0
12.0
最小直径D
21
25
28
32
35
40
45
拉深模使用的凸凹模固定形式可参照冲裁模，工作部位的尺寸视制件的工艺要求而定。
7.3.4 镶拼式凸、凹模对于大、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。因而，常采用镶拼结构。
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7.50所示。拼接是整个凸、凹模的形状按分段原则分为若干块，分别加工后拼接起来，如图7.51所示。
图7.50 镶接式拉深凹模
1—硬质合金镶块；2—模具钢制凹模
图7.51 拼接结构凸、凹模
1—凸模镶块；2—凹模镶块
1,镶拼结构设计的一般原则
(1) 力求改善加工工艺性，减少钳工工作量，提高模具加工精度。
① 尽量将形状复杂的内形加工变为外形加工，以便于切削和磨削加工，如图7.52(a)、(b)、(d)、(g)所示。
② 尽量使分割后拼块的形状、尺寸相同，可以几块同时切削和磨削，如图7.52(d)、(f)、(g)所示。一般沿对称线分割可以实现这个目的。
③ 应该沿转角、尖角分割，并尽量使拼块角度大于或等于90°，如图7.52(j)所示。
④ 圆弧尽量单独分块，拼接线应在离切点4~7mm的直线处，大圆弧和长直线可以分为几块，如图7.51所示。
⑤ 拼接线应与刃口垂直，而且不宜过长，一般为12~15mm，如图7.51所示。
(2) 便于装配调整和维修。
① 比较薄弱或容易磨损的局部凸出或凹进部分，应单独分为一块，如图7.50、图7.52(a)所示。
② 各拼块之间应能通过磨削或增减垫片的方法，调整其间隙或保证中心距公差，如图7.52(h)、(i)所示。
③ 拼块之间应尽量以凸、凹槽形相嵌，便于拼块定位，防止在冲压过程中发生相对移动，如图7.52(k)所示。
图7.52 镶拼结构实例
(3) 满足冲压工艺要求，提高冲压件质量。为此，凸模与凹模的拼接线应至少错开3~5mm，以免冲裁件产生毛刺(参见图7.51)；拉深模拼接线应避开材料有增厚部位，以免零件表面出现拉痕。
为了减小冲裁力，大型冲裁件或厚板冲裁的镶拼模，可以把凸模(冲孔时)或凹模(落料时)制成波浪形斜刃(图7.53)。斜刃应对称，拼接面应取在最低或最高处，每块一个或半个波形，斜刃高度一般取H=(1~3)t。
图7.53 斜刃拼块结构
2,镶块结构的固定方法
(1) 平面式固定 即把拼块直接用螺钉、销钉紧固于固定板或模座平面上，如图7.51所示。这种固定方法主要用于大型的镶拼凸、凹模。
(2) 嵌入式固定 即把各拼块拼合后嵌入固定板凹槽内，如图7.54(a)所示。
(3) 压入式固定 即把各拼块拼合后，以过盈配合压入固定板孔内，如图7.54(b)所示。
(4) 斜锲式固定 如图7.54(c)所示。
此外，还有用粘结剂浇注等固定方法。
图7.54 镶块结构固定方法
7.3.5 定位零件
1,导料板、导料销这两种零件用于控制坯料的进给方向。导料板(导尺)用两侧面控制坯料的偏摆(如图7.55所示)，生产中最为常见。导料销的结构与挡料销一样，用安装在一条直线上的两个以上的圆柱体的外圆导向，导料销与坯料的接触面积小，送料阻力小，一般适于带料冲压。
如果条料的公差较大，为避免条料在导料板中偏摆，使最小搭边得到保证，应在送料端的一侧设置侧压装置，迫使条料始终紧靠另一侧导料板。
图7.55 导料板结构
1—导料板(导尺)；2—凹模侧压装置的结构形式如图7.56所示。国家标准中的侧压装置有2种：图7.56(a)所示为弹簧式侧压装置，其侧压力较大，用于冲裁较厚板料的场合；图7.56(b)所示为簧片式侧压装置，侧压力较小，用于t=(0.3~1)mm的场合。在实际生产中还有另2种侧压装置：图7.56(c)所示为簧片压块式侧压装置，其应用场合与图7.56(b)相似；图7.56(d)所示为板式侧压装置，侧压力大且均匀，一般装在模具进料一端，适用于侧刃定距的级进模中。
图7.56 侧压装置的结构形式在一副模具中，侧压装置的数量和位置视实际需要而定。
由于有侧压装置的模具送料阻力较大，t＜0.3mm的场合就不宜采用；备有辊轴自动送料装置的模具也不宜设置侧压装置。
2,挡料销、侧刃及导正销挡料销、侧刃用于限定坯料的纵向送进距离，导正销用于消除送进与导向、送料定距或定位装置粗定位的误差，属于定距、定位零件。
(1) 挡料销挡料销可划分为固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销3种。
固定挡料销的标准结构如图7.57所示，这种挡料销结构简单实用，最为常见。但在小制件冲裁中安装孔离凹模刃壁较近，容易削弱凹模强度。解决这一问题可以采用钩形挡料销，如图7.57(c)所示。这种挡料销的安装孔离凹模刃壁较远，不会削弱凹模强度。为了防止使用时发生转动，可以加定位销或将固定部分加工成非圆形(如图7.57(d)所示)。这种挡料销送料时必须把条料往上抬一下才能推进，使用不太方便。采用固定挡料销和导料销，在卸料板上需要钻出让位孔。
图7.57 固定挡料销活动挡料装置(组合件)标准结构如图7.58所示。其中图7.58(d)所示的回带式挡料销对着送料方向带有斜面，送料时搭边碰撞斜面使挡料销跳起并越过搭边，然后将条料回拉，挡料销便挡住搭边而定位。由于每次送料都要先推后拉，做方向相反的两个动作，操作比较麻烦。回带式挡料销常用于具有固定卸料板的模具；其他形式的挡料销常用于具有弹压卸料板的模具上。采用哪一种结构形式的挡料销需根据卸料方式、卸料装置的具体结构及操作等因素决定。
图7.58 活动挡料装置
(a) 弹簧弹顶挡料销；(b) 扭簧弹顶挡料销；(c) 橡胶弹顶挡料销；(d) 回带式挡料销始用挡料销的标准结构如图7.59所示。采用始用挡料销是为了将第1次冲压时坯料位置准确定位，从而提高材料利用率。另一方面也可避免因坯料位置不准导致凸、凹模单边冲裁损坏模具。始用挡料销一般用于导料板为送料导向的级进模和单工序模，一副模具用几个始用挡料销，决定于冲裁排样方法和凹模上的工位安排。
图7.59 始用挡料销
(2) 侧刃侧刃常用于级进模中控制步距。国家标准中的侧刃形式如图7.60所示。按侧刃的工作端面形状分为平面型(Ⅰ型)、台阶型(Ⅱ型)2类。Ⅰ型工作时侧刃是单边冲裁，承受侧压力，易导致侧刃变形受损，因此一般用于冲裁力较小的薄板。由于Ⅱ型侧刃冲裁前凸出部分先进入凹模，起到导向作用，因此，能有效平衡侧压力，多用于t＞1mm的板料。
图7.60 侧刃的几种形式按侧刃的截面形状分为长方形侧刃和成形侧刃2类。图7.60中的ⅠA型和ⅡA型为结构简单的长方形侧刃。其缺点是，尖角磨损后，在条料侧边残留的毛刺会影响顺利送进和定位的准确性，如图7.61(a)所示。而采用成形侧刃，只要残留的毛刺不超出设定值，就不会对条料的送进和定位构成影响，如图7.61(b)所示。但这种侧刃切料较多，材料消耗增大，结构稍复杂，制造稍困难。长方形侧刃一般用于t＜1.5mm，冲裁件精度要求不高的场合；成形侧刃用于t＜0.5mm，冲裁件精度要求较高的场合。
图7.61 侧刃定位误差比较
1—导料板；2—侧刃挡块；3—侧刃；4—条料；5—毛刺阻碍图7.62所示为尖角形侧刃，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，用挡料销直边挡住缺口。使用这种侧刃定距料耗少，但操作不便，生产率低，此侧刃可用于冲裁贵重金属。
图7.62 尖角形侧刃在实际生产中，往往遇到两侧边或一侧边有一定形状的冲裁件，如图7.63所示。对这种零件，如果用侧刃定距，则可以设计与侧边形状相应的特殊侧刃(图7.63中的件1、2、3)，这种侧刃既可定距，又可冲裁零件的部分轮廓。
图7.63 特殊侧刃侧刃断面的关键尺寸是宽度b，原则上等于送料步距，但对长方形侧刃和侧刃与导正销兼用的模具，其宽度为
b=[S+(0.05~0.1)]
式中：b——侧刃宽度；
S——送进步距；
——侧刃制造偏差，可按公差与配合国家标准h6。
与侧刃配套的凹模刃口尺寸按侧刃实际尺寸配制，留单边间隙。侧刃数量可以是一个，也可以是两个。两个侧刃可以在条料两侧并列布置，也可以对角布置，并列布置定位精度较高，对角布置能够保证料尾的充分利用。
(3) 导正销导正销主要用于级进模(参见7.5.3节)，也可用于单工序模。使用导正销能有效提高前工序已成形的部位与本道工序成形部位的位置精度。导正销通常与挡料销和侧刃配合使用。在配有自动送料机构的级进模中，导正销能提高自动送料步距精度。
导正销的结构形式主要根据孔的尺寸按国家推荐标准选择(如图7.64所示)。
A型导正销适用于孔径d=(5~16)mm。
B型导正销适用于孔径d=(5~32)mm。这种导正销采用弹簧压紧结构，送料不正确时，可以避免导正销的损坏。这种导正销还可用于级进模上对条料工艺孔的导正。
C型导正销适用于孔径d=(4~12)mm。
D型导正销适用于孔径d=(12~50)mm。
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。
图7.64 导正销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
d=dT－a
式中：d——导正销的基本尺寸；
dT——冲孔凸模直径；
a——导正销与冲孔凸模直径的差值，见表7.8。
表7.8 导正销与冲孔凸模直径的差值 mm
板料厚度t
冲孔凸模直径dT
1.5～6
＞6～10
＞10～16
＞16～24
＞24～32
＞32～42
＞42～60
＜1.5
0.04
0.06
0.06
0.08
0.09
0.10
0.12
＞1.5～3
0.05
0.07
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
＞3～5
0.06
0.08
0.10
0.12
0.16
0.18
0.20
导正销圆柱部分直径按公差与配合国家标准h6至h9制造。
导正销的高度尺寸一般取(0.5~0.8)t或按表7.9选取。
表7.9 导正销圆柱段高度h1 mm
板料厚度t
冲裁件孔尺寸d
1.5～10
＞10～25
＞25～50
1.5
1
1.2
1.5
1.5～3.0
0.6t
0.8t
1.0t
3.0～5.0
0.5t
0.6t
0.8t
导正销常与挡料销配合使用，挡料销的位置必须保证导正销在导正的过程中，条料有少许活动的可能。挡料销与导正销的位置关系如图7.65所示。
按图7.65(a)所示方式定位，挡料销与导正销的中心距为
按图7.65(b)所示方式定位，挡料销与导正销的中心距为
式中：S——送料步距；
DT——落料凸模直径；
D——挡料销头部直径；
S1，S′1——挡料销与落料凸模的中心距。
图7.65 挡料销与导正销的位置关系
(4) 定位板和定位销定位板和定位销主要用于单个坯料/工序件/半成品的定位。定位方式是根据坯料/工序件/半成品的形状复杂性、尺寸大小和冲压工序性质等具体情况决定。外形比较简单的冲压件一般可采用外缘定位(如图7.66(a)所示)；外轮廓较复杂的一般可采用内孔定位(如图7.66(b)所示)。
定位板厚度或定位销高度可按表7.10选用。
表7.10 定位板厚度或定位销高度 mm
板料厚度t
＜1.0
1.0～3.0
＞3.0～5.0
高度(厚度)h
t+2
t+1
t
图7.66 定位板和定位销的结构形式
定位板厚度或定位销高度一般不作严格要求，若坯料比较平整，可以选择比表中小的尺寸。为了方便将坯件放入，定位板或定位销与坯料的间隙都较大，因此这类定位的精度较低。
7.3.6 卸料与出件装置卸料与出件装置包括卸料、推件和顶件等装置。其作用是当冲模完成一次冲压之后，把制件/废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，卸料是指把制件/废料从凸模上卸下来；推件和顶料一般指把制件/废料从凹模中推(顶)出来。
1,卸料装置卸料装置的结构形式有固定(刚性)式、弹压式和废料切刀等。
(1) 固定卸料装置生产中常用的固定卸料装置结构如图7.67所示。其中图7.67(a)、(b)所示的装置用于平板的冲裁卸料。图7.67(a)所示的装置卸料板与导料板为一整体；图7.67(b)所示的装置卸料板与导料板是分开的。图7.67(c)、(d)所示的装置一般用于成形后的工序件的冲裁卸料。
图7.67 固定卸料装置当卸料板仅起卸料作用时，凸模与卸料板的单面间隙取决于板料厚度t，一般取(0.1~0.5)t。当固定卸料板兼起导板作用时，一般按H7/h7配合制造，但应保证导板与凸模之间间隙小于凸、凹模之间间隙，以保证凸、凹模的正确配合。
固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。冲裁板料较厚(t＞0.5mm)、卸料力较大、冲裁件平直度要求不很高时，一般采用固定卸料装置。
(2) 弹压卸料装置常见的弹压卸料装置的结构形式如图7.68所示。正装式模具中，弹压卸料装置安装在上模(如图7.68(a)、(b)、(c)所示)；倒装式模具中，弹压卸料装置安装在下模(如图7.68(d)、(e)所示)。弹压卸料装置的基本零件是卸料板、弹性元件(弹簧或橡胶)、卸料螺钉等。
图7.68 弹压卸料装置
1—卸料板；2—弹性元件；3—卸料螺钉；4—小导柱弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁件平直度较高，质量较好。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。
图7.68(a)是最简单的弹压卸料方法，甚至没有卸料板，用于简单形状制件的冲裁。
图7.68(b)设置了卸料板，可用于薄板冲裁，其缺点是卸料力不好调节。
图7.68(d)、(e)为倒装式模具上的弹性卸料装置，图7.68(e)结构卸料力不易调节，为了容纳弹性元件，凸模(或凸凹模)高度可能要大些。
图7.68(c)是以弹压卸料板兼作细长小凸模的导向板，卸料板以2个以上的小导柱导向，以免弹压卸料板产生水平摆动，从而保护小凸模不被折断。在实际生产中，如果一副模具中还有2个以上直径较大的凸模，可以用它来代替小导柱对卸料板进行导向，其效果与小导柱相同。在小孔冲模、精密冲模和多工位级进模中，常采用这种结构。
弹压卸料板与凸模的单边间隙根据冲裁板料厚度按表7.11决定。在级进模中，特别小的冲孔凸模与卸料板的单边间隙可将表列数值适当加大。当卸料板起导向作用时，卸料板与凸模按H7/h6配合制造，但其间隙应比凸、凹模间隙小。此时，凸模与固定板以H7/h6或H8/h7配合。此外，在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口0.3~0.5mm，以便顺利卸料。
表7.11 弹性卸料板与凸模的间隙值 mm
板料厚度t
＜0.5
0.5～1.0
＞1.0
单边间隙Z
0.05
0.10
0.15
(3) 废料切刀对于落料或成形件的切边，如果制件尺寸大或板料厚度大，卸料力大，往往采用废料切刀代替卸料板，将废料切开而卸料，如图7.69所示。当凹模向下切边时，同时把已切下的废料压向废料切刀上，从而将其切开。对于制件形状复杂的冲裁模可以用弹压卸料加废料切刀进行卸料。在用机械手转移工序件的级进冲模中也往往设置了这种废料切刀。
图7.70是JB/T 7651中的废料切刀的结构。圆废料切刀用于小型模具和切薄板废料；方形废料切刀用于大型模具和切厚板废料。废料切口的刃口长度应比废料宽度大些，刃口比凸模刃口低，其值h≈(2.5~4)t，并且不小于2mm(见图7.69)。
图7.69 废料切刀工作原理
图7.70 废料切刀的结构
2,推件与顶件装置推件与顶件的目的都是从凹模中卸下制件或废料。一般把装在上模内的称为推件；装在下模内的称为顶件。
(1) 推件装置推件装置一般是刚性的。其基本零件有打杆、推板、连接推杆和推件块，如图7.71(a)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7.71(b)所示。
图7.71 刚性推件装置
1—打杆；2—推板；3—推杆；4—推件板为使刚性推件装置能够正常工作，推力必须均衡。为此，连接推杆需要2~4根且分布均匀、长短一致。推板安装在上模座内。在复合模中，为了保证冲孔凸模的支承刚度和强度，推板的平面尺寸只要能够覆盖到连接推杆，本身刚度又足够，就不必设计得太大，以使安装推板的孔不至太大。图7.72所示为标准推板的常用结构形式，设计时可根据实际需要选用。
图7.72 标准推板的常用结构形式由于刚性推件装置推件力大，工作可靠，所以应用十分广泛，不但用于倒装式冲模中的推件，而且也用于正装式冲模中的卸件或推出废料，尤其冲裁板料较厚的冲裁模，宜用这种推件装置。
对于板料较薄且平直度要求较高的冲裁件，宜用弹性推件装置，如图7.73所示。它用弹性元件的弹力代替打杆给予推件块的推力。采用这种结构，制件质量较高，但制件易嵌入边料中，取出制件麻烦。
应该注意的是，弹性推件装置中的弹性元件的弹力必须足够，必要时应选择弹力较强的聚氨酯橡胶、碟形弹簧等。视模具结构的可能性，可以把弹性元件装在推板之上(如图7.73(a)所示)，也可以装在推件板上(如图7.73(b)所示)。图7.73(a)所示采用了浮动模柄，压力更均匀，调整螺丝用于调整弹压力。
(2) 顶件装置顶件装置以弹压结构使用较多。顶件装置的典型结构如图7.74所示，其基本零件有顶杆、顶件块和装在下模下面的弹顶器。这种结构的推件力容易调节，工作可靠，冲裁件平直度较高。但容易嵌入边料中，产生与弹性推件同样的问题。
图7.73 弹性推件装置
1—调整螺钉；2—橡胶；3—推板；4—连接推杆；5—推件板
图7.74 弹压顶件装置
1—顶件块；2—顶杆；3—托板；4—橡胶推件板或顶件板在冲裁过程中是在凹模中运动的零件，对它有如下要求：模具处于闭合状态时，其背后有一定空间，以备修磨和调整的需要；模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面略高出凹模平面，以便继续冲裁；它与凹模或凸模的配合应保证顺利滑动，不发生互相干涉。为此，推件板和顶件板与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。推件板和顶件板与凸模的配合一般呈较松的间隙配合，也可以根据板料厚度取适当间隙。
弹压装置的弹性元件一般为弹簧或橡胶，有的压力机带有气垫装置，可直接利用，效果更好。
7.3.7 弹簧和橡胶板的选用
1,弹簧的选用与计算在冲模的卸料装置中常用的弹簧是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。以下为圆柱螺旋压缩弹簧的选用与计算方法。
(1) 卸料弹簧选择原则
① 卸料弹簧的预压力应满足
P0≥Px/n (7-1)
式中：P0——弹簧预压状态的压力；
Px——卸料力；
n——弹簧数量。
② 弹簧最大许可压缩量应满足
H2≥H
H =H0 +H′+H″
式中：H2——弹簧最大许可压缩量；
H ——弹簧实际总压缩量；
H0——弹簧预压缩量；
H′——卸料板的工作行程，一般取H′= t + 1，t为板料厚度；
H″——凸模刃磨量和调整量，可取(5~10)mm。
③ 选用的弹簧能够合理地分布在模具的相应空间。
(2) 卸料弹簧选择与计算步骤
① 根据卸料力和模具安装弹簧的空间大小，初定弹簧数量n，计算出每个弹簧应有的预压力P0并满足式(7-1)。
② 根据预压力P0和模具结构预选择弹簧规格，选择时应使弹簧的最大工作负荷P2大于P0。
③ 计算预选的弹簧在预压力P0作用下的预压缩量H0。
H0 = H2
也可以直接在弹簧压缩特性曲线上根据P0查出H0(如图7.75所示)。
图7.75 弹簧特性曲线
④ 校核弹簧最大允许压缩量是否大于实际工作总压缩量，即H2＞H0＋H′＋H″。如果不满足上述关系，则必须重新选择弹簧规格。
(3) 弹簧的安装方法卸料螺钉数目与弹簧数目相同时，常采用图7.76(a)或(b)所示的形式。若弹簧数多于卸料螺钉数，则多采用图7.76(c)或(d)所示的形式。图7.76(d)的形式有利于缩短凸模或凹模的高度。图7.76(b)所示的结构是由一般的内六角螺钉、垫片1与限位套管2组成。当凸模刃磨后，只要修磨垫片1即可调节卸料板的相应位置，保持弹压力不变，使用比较方便。
图7.76 弹簧的安装方法
1—垫片；2—限位导套；3—弹簧
(4) 碟形弹簧的应用对于所需卸料力、推件力较大时，可采用结构紧凑的碟形弹簧(如图7.77所示)。但碟形弹簧的压缩量小，对于行程大的模具不宜采用，否则碟形弹簧所需占据的空间高度较大。
图7.77 碟形弹簧的应用
2,橡胶板的选用及计算橡胶板允许承受的载荷较弹簧大，安装调整方便。冲模中广泛使用聚氨酯橡胶(PUR)，它比天然橡胶硬度高、弹性好、耐油、耐磨且加工性能好。聚氨酯橡胶有多种牌号，它们的硬度、弹性都不同，因此可以针对模具的使用情况进行选择。图7.78所示为各种聚氨酯橡胶(含天然橡胶70A)的压缩曲线。
选择橡胶作为冲模卸料或推、顶件用时，与弹簧的选用方法相类似。也是应根据卸料力或推(顶)件力的要求以及压缩量的要求来校核橡胶的工作压力和许可的压缩量，以保证满足模具结构要求与设计的要求。
橡胶选用中的计算与校核可按下列步骤进行。这里介绍的是普通橡胶(其单位压力为2~3MPa)的选用；若单位压力需要更大，可选用聚氨酯橡胶。
图7.78 聚氨酯橡胶的压缩曲线
(1) 计算橡胶工作压力橡胶工作压力与其形状、尺寸以及压缩量等因素有关，一般可按下式计算
P = Ap
式中：P——橡胶工作压力(即用作卸料或顶件的工艺力)；
A——橡胶横截面积；
p——单位压力，与橡胶压缩量、形状有关，一般取2~3MPa。
(2) 橡胶压缩量和厚度的确定橡胶压缩量不能过大，否则会影响其压力和寿命。生产实践表明，橡胶最大压缩量一般应不超过其厚度h2的45%，而模具安装时橡胶应预先压缩10%~15%。所以橡胶厚度h2与其许可的压缩量h1之间的关系为
h2 = h1/(0.25~0.30)
由此可见，橡胶厚度h2选定后，可按上式确定出其许可压缩量h1 =(0.25~0.30)h2。
(3) 校核校核时，应使橡胶的工作压力P大于卸料力P0，橡胶许可的压缩量h1大于模具需要的压缩量。同时应校核橡胶厚度与外径的比值h2/D在0.5~1.5之间，才能保证橡胶正常工作。若h2/D＞1.5，应将橡胶分为若干块，每块之间用钢板分开，但每块橡胶的h2/D值仍应在上述范围内。外径D与橡胶形状有关，可按P＝Ap计算，如图7.79所示形状，A＝，代入上式经整理后，得D＝(d为橡胶中心孔直径，按结构选定)。同理，图7.79所示其他形状的外径尺寸，经过上式计算，分别列于表7.12中。
表7.12 橡胶截面尺寸的计算橡胶形状
计算项目/mm
d
D
d
a
b
计算式
按结构选 用
图7.79 橡胶压缩量与单位压力p的变化关系橡胶板在压缩后所产生的压力随橡胶牌号、应变量和形状系数(指橡胶承压面积与自由膨胀面积的比值)而变化，变量很多。因此橡胶板的计算很难准确。在实际生产中一般是先进行粗略计算，然后凭经验对橡胶板的大小、块数进行调整。这种调整也很方便、快捷。
7.3.8 模架与模柄
1,模架的基本要求模架由上、下模座及导柱导套构成。对模架的基本技术要求有：
(1) 要求有足够的强度与刚度，以保证工作时整个模具系统的稳定。
(2) 要有足够的精度，如上、下模座上、下平面均要平行；导柱、导套要与上、下模座垂直；模柄要与上模座垂直。
(3) 上、下模座之间的导向要精确，导柱、导套之间的间隙要合理，以保证上、下模之间的运动平稳、顺畅，不移位或很少移位。
2,模架的基本类型
GB/T 2851和JB/T 8049将模架主要分为两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；另一类是由导板、下模座、导柱、导套组成的弹压模架。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。在实际生产中还采用了大量非标准模架。在设计这些模架时应尽量接近有关标准和通用技术条件。
(1) 导柱模模架导柱模模架的导向结构形式有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，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；滚动导向模架的精度等级分为0I级和0II级。对这两级也都规定了一定的位置公差等级。这些技术条件保证了整个模架的精度。这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技术要求，整个模具达到一定的精度就有了基本的保证。
滑动导向模架有6种结构形式，如图7.80所示。图7.81为标准推荐的小型后侧导柱滑动导向模架立体图。
图7.80 滑动导向模架类型
图7.81 后侧导柱滑动导向模架
滚动导向模架有4种结构形式，即对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架和后侧导柱模架。
对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架的共同特点是：导向装置都安装在模架的对称线上，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、下模座的工作平面的横向尺寸L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。四导柱模架常用于精度要求较高或尺寸较大制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，故一般用于较小的冲模。
(2) 弹压模架弹压模架有2种结构形式，如图7.82所示。
图7.82 弹压模架弹压模架的特点是，作为凸模导向用的弹压导板与下模座以导柱导套为导向构成整体结构。凸模与固定板是间隙配合而不是过渡配合，因而凸模在固定板中有一定的浮动量。这种结构形式可以起到保护凸模的作用，一般用于带细长凸模的级进模。
3,导柱与导套导柱与导套的结构与尺寸都可直接由标准中选取。
在选用时应注意导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面必须低于上模座顶面(一般不小于10~15mm)，并保证有足够的导向长度，如图7.83所示。
滑动式导柱与导套之间的配合根据冲模的要求选取，对于冲裁模，其间隙必须小于冲裁间隙，冲裁间隙小的一般选用H6/h5配合；间隙较大的选用H7/h6配合。
近年来在滑动式导柱、导套的结构中还出现了一种在导套中加装特殊铜套的结构。这种铜套在圆周上按一定的位置镶装了多件石墨块。石墨是一种良好的润滑剂，可以大大减小导柱与导套之间的摩擦力，提高导柱、导套的工作寿命。
当导向精度要求很高时，如精冲模、精修模、硬质合金模等可采用滚珠导向装置(如图7.84所示)。滚珠导向是一种无间隙导向，精度高，寿命长。滚珠导向装置及其组成零件均已标准化。滚珠在导柱和导套之间应保证导套内径与导柱在工作时有0.01~0.02mm的过盈量。即
d1 = d + 2d2 – (0.01~0.02)mm
式中：d1——导套内径；
d ——导柱直径；
d2——滚珠直径。
图7.83 导柱和导套
图7.84 滚珠导向装置
H—模具闭合高度；c—通气槽
为保证滚珠导向装置在工作时钢球保持器不脱离导柱和导套，即导柱、导套在压力机全行程中始终起导向作用，则保持器的高度H按下式校核：
H =s/2+(3~4)b/2
式中：H——钢球保持器高度；
s ——压力机行程；
b ——滚珠中心距(参见图7.84)。
钢球为(3~4)mm的滚珠(0I级精度)，保持器用铝合金(LY11)、黄铜(H62)或尼龙制造。
在图7.84中，导柱、导套均采用了可卸结构。这种结构拆卸、修理、更换方便。其中，导套和导柱衬套与上、下模座的配合采用了过渡配合，定位精度高。避免了采用过盈配合可能导致导套内孔尺寸变化给配合精度带来的影响。但这种结构加工不方便，成本高，在一般的中小模具中很少采用。
导柱、导套与模座的装配一般为过盈配合，在某些特定的情况下，还可以采用粘结的方法(像凸模那样，参见图7.44)固定，作为模架零件加工精度达不到要求时的一种补救 方法。
导柱、导套在模具中的位置除了按图7.80所示对称布局外，实际生产中，也常常采用不对称布局，或在对称位置上设置直径大小不一的导柱、导套，目的是防止反向装配。
4,模柄
(1) 模柄的基本要求与压力机滑块上的模柄孔配合正确；与上模座连接正确可靠。
(2) 模柄的基本结构形式(如图7.85)
图7.85 冲模模柄
(a) 压入式模柄；(b) 旋入式模柄；(c) 凸缘模柄；(d) 槽形模柄；
(e) 通用模柄；(f) 浮动模柄；(g) 推入式活动模柄压入式模柄与上模座孔以H7/h6配合，并加销钉以防止转动，模柄装入模座后，止口一般不允许凸出模座平面，它主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔或上模比较重的场合。
旋入式模柄是通过螺纹与上模座连接，并加螺钉防松，主要用于中、小型有导柱的冲模。凸缘模柄是用3~4个螺钉紧固于上模座，主要用于大型模具或上模座中开设推板孔的中、小型冲模。
浮动模柄的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。对于推入式活动模柄，压力机压力通过模柄接头、凹球面垫块和活动模柄传递到上模，它也是一种浮动模柄。因模柄一面开通(呈U形)，所以使用时导柱导套不宜脱开，它主要用于小型精密冲模，有一定的通用性。
槽形模柄和通用模柄都是用于直接固定凸模，也可称为带模座的模柄。主要用于简单模具中，更换凸模方便。
总之，选择模柄的结构形式应根据模具大小及上模的具体结构、模具复杂性及模架精度等因素确定。
7.3.9 冲模的组合结构国家技术监督部门对冲模的各类结构进行了标准化处理，并发布了冲模标准组合结构标准(JB/T 8065~JB/T 8068)。标准中对每种组合结构的零件数量、规格、固定方法等都作了规定。设计时应尽量采用。这些标准不是国家强制执行标准，但标准的执行能大大提高模具的生产水平，特别对大、中型企业。图7.86是几种冲模标准组合结构。
图7.86 冲模标准组合结构
(a) 固定卸料典型组合；(b) 弹压卸料典型组合；(c) 复合模典型组合；(d) 导板模典型组合
7.3.10 冲模材料及热处理要求模具质量的好坏不仅决定于它的结构设计是否合理，加工精度是否达到要求，很大程度上还决定于模具零件的选材及热处理。特别是模具的寿命在某种意义上直接决定于使用的材料及热处理。如不锈钢材料的拉深，若凹模使用一般的碳素工具钢或合金工具钢制造，工作时极易粘模(被加工材料牢牢粘附在型腔表面)产生非正常磨损，制件的表面容易出现拉痕，凹模需打磨后才能继续使用。频繁的打磨不仅影响了生产效率，且更进一步加速了模具的磨损。而采用硬质合金或钢结硬质合金制造凹模，这种粘模现象就可大大减轻，模具的寿命有可能成十倍地提高，制件的表面也光滑。
模具的辅助结构零件材料较简单，除一些特殊的模具外一般多采用碳素结构钢和铸铁、铸钢一类。工作零件的材料种类繁多，目前用于冲模的材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、硬质合金、钢结硬质合金、铸铁、铸钢、低熔点合金、橡胶等。常用的为各种工具钢。硬质合金用于高寿命大批量生产的模具，其他材料多用于制造大型冲压件的成形模或简易模具。钢结硬质合金是一种较新的模具材料，它能通过热处理改变其硬度和金相组织结构，退火后硬度较低，因此具有一般工具钢的加工性能(稍难)。锻、车、铣、刨、磨、钻孔、攻丝均可。淬火后硬度可达66~71HRC，使用性能与硬质合金相似，具有极好的耐磨性。这种材料热处理变形极小(比变形比较小的Cr12、Cr12MoV产生的变形还小)，在某些模具中经热处理硬化后即可使用。由于钢结硬质合金以上一系列的优越性能，在模具上已经得到越来越多的运用。它的代表牌号为TLMW50、GW50(碳化钨类)、GT35(碳化钛类)。碳化钨类硬度较低，抗冲击性能较好，一般用于中、厚板的冲裁。碳化钛类硬度较高，一般用于薄板、硬板(如硅钢片)的冲裁。寿命比工具钢提高5~10倍。表7.13列出了几种国产的钢结硬质合金的成分和性能。钢结硬质合金磨削较难，砂轮首选金刚石砂轮或立方氮化硼砂轮，采用中软绿色碳化硅砂轮也可，粒度选46目为好。
表7.13 钢结硬质合金的成分和性能牌 号
硬质相含量/%
硬度/HRC
抗弯强度/
MPa
冲击韧性/
J·cm－2
密度/
g·cm－3
退火态
淬火态
TLMW50
50
35～42
66～68
2000
8～10
10.2
DT
40
32～38
61～64
2500～3600
18～25
09.8
GW50
50
35～42
66～68
1800
12
10.2
GW1
50
34～40
66～68
2300
9
10.2
GT35
35
39～46
67～71
1300
6
06.5
在选择模具工作零件材料时不仅要考虑它的使用性能，还要考虑经济性和加工性。如批量小的产品尽量选择碳素工具钢一类价格低的材料。对需线切割加工的零件应尽量选择Cr12或Cr12MoV，因为这种材料热处理后组织应力小，线切割加工时不易开裂、变形。而选用碳素工具钢或低合金工具钢，线切割时由于应力的释放容易导致零件开裂或变形。
对细长凸模或壁较薄的凹模可以选择7Cr7Mo2V2Si(LD1)一类强韧性较好的钢种。这种钢材既有较高的硬度，韧性也很好，工作时不易折断。模具中采用凸模的保护措施，可用于冲裁小于板料厚度的小孔。目前市场上出现了不少国外的冲模钢，牌号的名称与国内有很大的不同，但基本成分差不多，可以参照相关的国内钢种选用。常见的国产冷作模具钢材选用见表7.14，其中以T10A、T12A、CrWMn、GCr15、Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Cr5Mo4V2最为常见，热处理也方便，应优先选用。
表7.14 冲模零件材料及其热处理硬度零 件 名 称
材 料
热处理硬度/HRC
凸 模
凹 模
冲裁模的凸模、凹模、凸凹模及其镶块
t≤3mm，形状简单
T10A、9Mn2V、9CrSi、GCr15
58～60
60～62
t≤3mm，形状复杂
CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr6WV
58～60
60～62
t＞3mm，高强度材料冲裁
Cr6WV、CrWMn、9CrSi
65Cr4W3Mo2VNb(65Nb)
54～56
56～58
56～58
58～60
硅钢板冲裁
Cr12MoV、Cr4W2MoV
60～62
61～63
GT35、TLMW50
YG15、YG20
66～68
66～68
特大批量(t≤2mm)
GT35、TLMW50
YG15、YG20
66～68
66～68
细长凸模
T10A、Cr6WV、LD1
9Mn2V、Cr12、Cr12MoV
56～60，尾部回火40～50
59～62，尾部回火40～50
精密冲裁
Cr12MoV、W18Cr4V、W6Cr5Mo4V2
58～60
62～64
大型模镶块
T10A、T12A、9Mn2V
Cr12MoV
58～60
60～62
加热冲裁
3Cr2W8V、5CrNiMo
6Cr4Mo3Ni2WV(CG－2)
48～52
51～53
棒料高速剪切
6CrW2Si
55～58
续表零 件 名 称
材 料
热处理硬度/HRC
凸 模
凹 模
上、下模座
HT400、ZG310－570、Q235、45
(45)调质28～32
模柄
普通模柄浮动模柄
Q235
45
43～48
导柱、导套
滑动
20、20Cr
56～62(渗碳淬火)
滚动
GCr15
60～62
固定板、卸料板、推件板、顶板、
侧压板、始用挡块
45
43～48
承料板
Q235
导料板
Q235
45
48～52
垫板
一般
45
43～48
T7A、9Mn2V
52～55
重载
CrWMn、Cr6WV、Cr12MoV
60～62
顶杆、推杆拉杆、打杆
一般
45、40Cr
43～48
重载
Cr6WV、CrWMn
58～62
挡料销、导料销
45
48～52
导正销
T10A、GCr15、9Mn2V、Cr12、
Cr12MoV
58～62
侧刃
T10A、Cr6WV
58～60
9Mn2V、Cr12、Cr12MoV
58～62
废料切刀
T8A、T10A、9Mn2V
58～60
侧刃挡块
45
43～48
T8A、T10A、9Mn2V
58～60
斜楔、滑块、导向块
T8A、T10A、Cr6WV、CrWMn
58～62
限位块(圈)
45
43～48
锥面压圈、凸球面垫块
45
43～48
支承块、支承圈
Q235
钢球保持圈
LY11、H62、尼龙
弹簧、簧片
65Mn、60Si2MnA
42～46
扭簧
65Mn
44～50
销钉
45
T7A、T8A
43～48
50～55
螺钉、卸料螺钉
45
35～40
螺母、垫圈、压圈
Q235、45
43～48
注：螺钉、螺母尽量采用标准件。
还有一些有关冲模的技术要求请参见GB/T 14662和JB/T 7653。
7.4 冲模总体设计要点在结构工艺性分析与工艺设计确定之后(第6章)，进行模具设计的主要工作是确定模具类型、结构(包括绘制模具构思图)和模具零件的选用、设计与计算，绘制模具装配图和零件图等。进行模具设计时，有关工作内容往往是交叉进行，反复调整。如模具的基本构思与工艺计算发生矛盾，可能就需要重新选择模具的结构形式或重新确定工艺方案。
7.4.1 冲模结构形式的确定针对具体冲压件，如何选择冲模结构形式，并无固定模式可循。但主要应考虑制件形状特点、质量要求(尺寸精度与形位公差)、尺寸大小、板料性能、生产条件(设备、人员)、操作安全方便、生产批量、交货周期、模具制造条件等因素。参阅有关设计手册和实际生产经验是非常必要的。
在保证质量的前提下，应尽可能降低成本，提高经济效益。所以，对于中、大批量的冲压件，应尽量采用高效率的多工序模，而在试制或小批量生产时，应尽可能采用单工序模与各种形式的简单模具。
表7.15列出了单工序模、级进模和复合模的性能比较。表7.16列出了生产批量与模具类型的关系。
表7.15 单工序模、级进模和复合模的特点比较项 目
单工序模
级 进 模
复 合 模
无导柱
有导柱
制件尺寸精度与位置精度
低
较低
较高，相当于IT12～10级
高，相当于IT9～8级特别是孔与外形的位置精度较高
制件平整
不平整
一般
一般，有时要校平
有压料板和顶件器时平整
制件形状
简单
可加工复杂制件
可加工复杂制件，如宽度极小的异形件、特殊形状制件
形状与尺寸要受模具结构与强度的限制
制件大小/mm
无限制
≤300
≤250
≤300
制件料厚/mm
无限制
≤6
0.5～6
0.05～3
模具复杂程度
最简单
简单
复杂
复杂
模具外形尺寸
小
较小
大
中等
模具制造周期
短
比较短
制件形状简单时比复合模短，反之比复合模长
制件形状复杂时比级进模短，甚至比单工序模短
模具成本
很低
较低
制件形状简单时比复合模低，反之比复合模高
制件形状复杂时比级进模低
条/带料宽度
不严格，可用边角料
不严格
要求严格，尤其是自动送料时
不严格，可用边角料
操作安全性
不安全
不安全
较安全
要手动卸料，无吹料气源时不安全
使用高速冲床
不适应
适应，速度低
适应
不适应
冲模安装调试
难度较大
很方便
方便
很方便
生产效率
低
较低
易实现连冲和自动冲，高
较高
适宜生产批量
以中小批量为主
以大批量为主
表7.16 生产批量与模具类型的关系项 目
生 产 批 量
单 件
小 批
中 批
大 批
大 量
大型件
＜1
1～2
＞2～20
＞20～300
＞300
中型件
1～5
＞5～50
＞50～1000
＞1000
小型件
1～10
＞10～100
＞100～5000
＞5000
模具类型
单工序模
单工序模
单工序模
单工序模
硬质合金级进模、复合模、自动模
组合模
组合模
级进模、复合模
级进模、复合模
简易模
简易模
半自动模
自动模
注：表内数字为每年班产量数值，单位：千件。
为了促进技术交流和模具工业的迅速发展，国家技术监督局与行业主管局制定了一系列有关冲模的国家标准及机械行业标准。根据模具类型、导向方式、送料方向、凹模形式等的不同，规定了若干种典型组合形式。每一种典型组合形式中，又规定了多种凹模周界尺寸(长×宽)，以及相配合的凹模厚度、凸模高度、模架类型和尺寸，固定板、卸料板、垫板、导料板的具体尺寸。这样在进行模具设计时，仅需设计直接与冲压件有关的部分，其余都可以从标准中选取。因而可大大简化模具设计工作，缩短生产周期，也为运用计算机辅助设计奠定了基础。还可以用成批生产方式生产模架和凹模、固定板等零件的半成品，供进一步加工选用，以便降低生产成本。因此在设计时应尽量选用有关标准。大中型企业一般制定有企业标准，也应尽量选用。
7.4.2 冲模的压力中心冲压力合力的作用点称为冲模的压力中心。模具的压力中心应尽量与压力机滑块的中心线重合。否则滑块工作时会受到偏心载荷作用而导致滑块导轨和模具的不正常磨损，降低模具寿命，还可能由于导向不准影响冲压件质量甚至损坏模具。在冲压力较大时尤其要注意这一点。压力中心通常利用求平行力系合力作用点的方法确定，可以采用解析法或图解法。
现以冲裁为例介绍压力中心的计算方法，其他形式的冲压可参照此方法。
1,复杂形状冲裁的压力中心一般采用解析法计算，依据合力对某轴之力矩等于各分力对此轴的力矩之和的力学原理求解。图7.87所示为一冲孔、落料冲压件，其计算方法如下。
(1) 选定坐标轴x，y。坐标轴尽量与制件的主要轮廓线正交。设压力中心的坐标为(x0，y0)。
(2) 将制件的轮廓线分成若干简单的直线和圆弧线段，求出各段的长度(ln)及压力中心坐标(xn，yn)。压力中心坐标的通式为
图7.87 复杂形状制件的压力中心
x0 =
y0 =
由式(2-2)知，p1 = l1tb，p2 = l2tb，…，pn = lntb，所以
x0 =
y0 =
式中：p1，p2，…，pn——各段图线的剪切力(N)；
x1，x2，…，xn——各段图线剪切力的x轴坐标(mm)；
y1，y2，…，yn——各段图线剪切力的y轴坐标(mm)；
l1，l2，…，ln——各段图线的长度(mm)；
t ——坯料厚度(mm)；
——材料抗拉强度(MPa)。
在使用侧刃的级进模中，侧刃部位由于是单边冲裁，其压力中心应按不封闭刃口处理。
2,简单形状冲裁的压力中心对于简单形状的冲裁件，其压力中心一般可采用作图法求解。该方法简便，在生产中使用较多。虽然精度稍差，但一般可满足使用要求。下面是几种典型简单几何轮廓的压力中心的求解方法。
(1) 不封闭刃口冲裁(如少、无废料排样情况)的压力中心，如图7.88所示。
对于任意直线段，x0＝0.5(图7.88(a))；
对于任意角的折线，x0＝bl/(a+b)(图7.88(b))；
对于不封闭的矩形，x0＝(ab+a2)/(2a+b)(图7.88(c))；
对于半径为R、夹角为2的弧线段，x0＝(图7.88(d))。
图7.88 开式冲裁的压力中心
(2) 封闭刃口冲裁的压力中心，如图7.89所示。
对于任意三角形，压力中心为3条中线的交点(图7.89(a))。
对于任意梯形，可直接由图7.89(b)所示的作图法求得。
对于一半径为R，夹角为2的扇形，x0 ＝(图7.89(c))。
图7.89 闭式冲裁的压力中心
7.4.3 模具的轮廓尺寸与压力机的关系模具是安装在压力机上使用的，所以，模具设计时，必须考虑模具的轮廓尺寸(闭合高度和水平方向的长度、宽度)与压力机安装空间的匹配关系。
模具的闭合高度H是指模具在最低工作位置时，上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度，如图7.90所示。
图7.90 冲模的封闭高度模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，否则就不能保证正常的安装与工作。其关系为：
Hmin+10mm≤H≤Hmax－5mm (7-2)
若模具的闭合高度H＞Hmax，则该压力机不能用；若H＜Hmin，则可以再加垫板，或增加某些零部件的高度。
压力机工作台垫板一般不能拆下，只有闭合高度不能满足H＜Hmax，且模具的下模座面积较大时，才考虑拆卸垫板。
模具的其他外形结构尺寸也必须与压力机相适应。如外形轮廓平面尺寸与压力机的滑块底面尺寸和工作台面尺寸、模柄与滑块的模柄孔尺寸、下模座下弹顶装置的平面尺寸与压力机工作台漏料孔尺寸等都必须相适应。
7.4.4 冲模的安全措施冲压生产由于工作环境中的振动与噪声、操作频繁、动作机械重复，使操作者容易出现精神紧张和疲劳，因而较容易发生工伤事故(主要表现为伤害操作者肢体，特别是手指)。除了相关软件方面(岗前操作规程培训、安全教育等)和装备方面(设备采用光电控制或红外线控制、配备自动化装置或操作工具等)要采取安全措施外，在模具设计方面也要尽量考虑宜人化设计，一般应注意以下几方面。
1,安全理念第一安全问题应优先于冲压工序数、模具制造成本、加工时数。
2,模具结构方面
(1) 模具零件要有足够的强度，材料选择不能有误。单侧受力的凸模，尽量设置导向挡块，确保工作中不折断/不破碎。
(2) 模具零件应连接可靠，结构上应有防松动、防弹出、防破裂、防脱落等措施。如在弹簧等可能出问题的薄弱部位应加防护罩/板。
(3) 模具应避免有与机能无关的外部凸凹部分，凡与机能无关的外露边缘应倒楞。
(4) 上、下模导向构件尽量配置在操作者手不经过的部位，不得已时应设防护罩。
(5) 导向、定位等重要部位要使操作者看得清楚。
(6) 模具长、宽尺寸不要超出工作台垫板和滑块之外。
(7) 需靠近的区域必须安全(如始用挡料销的操作位置要尽量远离危险区)，这样的区域应确保足够的安全空间，如减小卸料板前后方向的宽度、设置工具避让空间等。
(8) 坯料/工序件放入时，应能一次性准确到位，不至于需要在操作过程中停下来，用手校正位置。尽量利用压缩空气将散落在模具工作区域的小尺寸制件与废料排出。
(9) 模具外表涂上颜色，区分危险区与安全区。
(10) 对于中型或大型模具，为便于搬运存放，应设置必要的起重吊环或起重柄，设置存放垫块。
7.5 多工位级进模多工位级进模是在简单的级进模的基础上发展起来的效率很高的模具，在现代冲压技术中，多工位级进模占有很重要的位置。对于大批量生产的结构较复杂的中、小冲压件，使用专门订货的成卷带料或条料在多工位级进模上加工显示出很大的优越性。由于工位较多，模具的结构较为复杂，制造精度也要求较高。
7.5.1 多工位级进模排样图设计由于多工位级进模是将多道不同性质的冲压工序按一定的工步顺序组合在一副模具中，因此排样图是设计模具的重要依据。排样的基本要求是切除余料，将工序件以一定的方式留在带/条料上，以便分步完成各个工序。
多工位级进模排样图主要解决以下问题。
1,确定各工位冲压内容及工序安排首先对制件进行工艺性分析，确定冲压工步，确定是否适合采用级进模。由于级进模制造成本较高，因此在确定冲压工步时应尽可能得到试制或小批量生产的技术数据和工序样件，必要时不仅应采用计算机技术进行模拟验证，还需应用简易模进行工艺验证，以获得较准确的制件展开形状及尺寸，验证各冲压工序的合理性。
在设计工位冲压内容和工序安排方面应注意以下几点。
(1) 为了提高工艺稳定性，弯曲、拉深、成形等工序的变形程度应比普通模具小些。
(2) 在工序安排方面，宜先安排冲孔、切口、切槽等冲裁工序，再安排弯曲、拉深、成形等工序(如果孔、口、槽在后续工序中会产生不期望的变形，则安排在后面)。对于精度要求高的制件，在制件最终与带/条料分离前安排校平或整形工序。
(3) 相互位置精度要求较高的部位(如孔中心距、孔边距)尽可能安排在一个工位或相隔最近的工位成形，以减少定位误差。
(4) 尽量采用简单凸、凹模，以便于制造，降低模具成本。
(5) 工位设置应保证凹模有足够的强度，保证凸模容易安装。相邻凹模型孔距离太近的情况下，可以设置空工位，但会增大模具的轮廓尺寸。空工位的设置原则是步距小于8mm可多设空工位，步距大于16mm不宜多设；导正销定位的可适当多设空工位；制件精度高的应少设空工位(其目的是减少积累误差)。
2,确定带/条料载体的形式多工位级进模的工作过程中，带/条料不断送进，余料顺序切除，在各工位之间要保留一些材料将各工序件连接起来，以保证工序件的连续送进，这部分材料称为载体。载体必须具有足够的刚度和强度，否则送进不稳定。根据制件的结构形式和成形部位的位置和方向不同，采用的载体类型有所不同，常用的有3种类型：双侧载体、单侧载体和中间载体。
(1) 双侧载体(载体分布在冲压件的两侧，如图7.91所示)载体的宽度调整方便，可以保证载体的足够强度，使得带/条料送进平稳、可靠；载体上可冲导正销孔，双侧载体便于采用双侧导正，使得送进步距精度高。但双侧载体材料利用率较低。视情况差别，双侧载体可设计成等宽或不等宽。对于较薄的带/条料，可在载体上冲制加强筋(如图7.92所示)。对于外形为圆形的制件可以利用制件相邻废料、搭边处作为载体，在该处设置导正销孔，以提高材料利用率(如图7.93所示)。双侧载体最常用。
图7.91 双侧载体
图7.92 加强载体
图7.93 边料载体
(2) 单侧载体(载体位于冲压件一侧，如图7.94所示)多用于带/条料厚度t≤0.5mm，制件一端或几个方向都有弯曲的情况。单侧载体送进步距精度较差，对于细长制件，为了加强带/条料刚度，可在冲压件之间增设桥接载体(也称搭口，如图7.95所示)。
图7.94 单侧载体
图7.95 单侧载体(伴有桥接式载体)
(3) 中间载体(载体置于带/条料的中间，如图7.96所示)一般适用于对称制件，尤其是两侧需弯曲的对称制件。中间载体不仅可以大幅度节省原材料，还有利于抵消由于两侧压弯时产生的侧向力。对于一些不对称的弯曲件，也可以将制件对称排列在两侧，变不对称制件为对称排列(如图7.97所示)，既提高了生产效率和材料利用率，同时又抵消了弯曲时产生的侧向力。
图7.96 中间载体对于带/条料较薄较宽、制件双排的情况，还可以采用双侧载体加中间载体的方法，在中间载体下设置浮顶销，能有效防止带/条料变形，提高送料精度，提高生产效率。
图7.97 对称排列的中间载体
3,废料分段冲切设计多工位级进模中废料的切除往往是采用分段冲切的方法，通过刃口形式的分解和重组，使复杂的内外形轮廓分解为若干个简单的几何单元，以简化凸模和凹模形状，便于加工，缩短模具制造周期。通过刃口的分解还能改善凸模和凹模的受力状态，提高模具强度和寿命，并可满足特殊的工艺需要，便于带/条料在模具中送进。分段冲切应遵循以下分割原则。
(1) 应保证制件的精度要求。
(2) 刃口的分段应有利于简化模具结构，形成的凸模外形尽量简单、规则，便于加工，并要有足够的强度。
(3) 内外形轮廓分解后，各段间的连接应平直或圆滑。分段搭接点尽量少，搭接点位置要避开制件的薄弱位置和外形的重要部位，不影响制件的整体外观质量。
(4) 有公差要求的直边和使用过程中有滑动配合要求的边不宜分段。
(5) 窄槽或细长臂的部位尽量分解，以增加凸、凹模强度。
(6) 外轮廓各段毛刺方向有不同要求时应分解。
(7) 不适应加工设备条件和加工方法处可采用分段处理。
分段冲切连接方式有搭接、平接、切接3种。
① 搭接如图7.98所示，型孔分两次冲裁，第1工位冲切出A、C区，第2工位冲出B区，B区长度方向比被冲裁部位的实际长度略长些，长出部分即为搭接区。搭接量不小于0.4t，一般取(1~2.5)t。最小搭接部分的作用是克服形孔间连接时的各种误差，以保证分段切除处连接整齐。在分段切除中大部分采用这种方式。
图7.98 搭接形式
② 平接即对于某一直边，先切去一部分，在后续工位上再切去余下部分，两次冲切刃口共线但不重叠。这种方式对模具制造要求非常高，否则，两次冲裁不能准确重叠，冲压件易出现毛刺、错牙、不平直等问题，设计时应尽量避免采用。实际应用时，除应该提高模具的步距和凸、凹模的制造精度，提高模具的导向、导正的精度外，可在二次冲切凸模连接处的延长部分修出微小的斜角(3°~5°)，以减小由于种种误差带来的缺陷(如图7.99所示)。
图7.99 平接连接方式示意图
③ 切接平接应用于圆弧就是切接(如图7.100所示)。也易产生毛刺、错位、不圆滑等现象。解决方法与平接相同。
图7.100 切接连接方式示意图
4,成形的方向多工位级进模在冲压过程中必须保证带/条料的基本面为一水平面，其他成形部分只能朝一个方向凸起，选择弯曲、拉深等方向(朝上或朝下)主要应考虑模具结构、送料方法、卸料与顶料的方便可靠。对于弯曲件还需考虑毛刺方向与弯曲方向尽量一致，以保证弯曲质量。
5,毛刺对有毛刺方向要求的制件，在采用双排或多排料时，注意保持冲压件毛刺方向一致，符合制件要求。
6,压力中心及冲压力平衡排样图的设计应尽量使压力中心与模具中心重合，两者偏移量不能超过模板长或宽的1/6。还要注意成形过程中产生侧压力的部位、方向、大小及其他影响，采取必要措施予以平衡。需要侧向冲压时，应力求将凸模的侧向运动方向垂直于送料方向，这样侧向冲压机构(如斜楔)可以设置在送料方向的两侧，便于安装与制造。
7,侧刃与导正销设置侧刃在多工位级进模中只起粗定位作用，采用手工送料时一般要设置侧刃，侧刃的设置原则和形式参照一般级进模。同时，在适当工位设置导正销，精确定位靠导正销。导正销孔在第1工位冲出，第2工位开始导正。根据制件的精度要求，导正销孔可以是冲压件上的孔，也可以是载体或余料上冲制的工艺导正销孔。对于级进拉深模，可以采用前次拉深型腔导正。但其导正精度可能不如导正工艺孔。
7.5.2 带料连续拉深模连续拉深是利用多工位级进模依次进行多次拉深，最后用落料或切断工步使制件成形的一种拉深方法。一般常见的方法都是带料连续拉深。这种拉深方法很容易实现自动化，因此生产效率很高。这种方法还能高效率地生产用普通拉深方法难以操作的小型制件(带料连续拉深生产的制件尺寸都比较小)。
近几年出现了一种带多种附加传动机构(在模具上能方便地安装机械手)的宽台面压力机。机械手能准确地将工序件移位(不用载体)，因此在这种压力机上使用的连续拉深模第1工位为落料、首次拉深，然后由机械手输送工序件完成后续工位的拉深。这种拉深方法能够拉深尺寸较大、高度较高的制件。如大号碱性电池的钢壳，它的外形尺寸达到31×69(外径×高度，mm)。下面主要介绍带料连续拉深模。
带料连续拉深分为无切口、有切口和双切口3种(排样图见图7.101)。
图7.101 带料连续拉深排样图
(a) 无切口；(b) 有切口；(c) 双切口无切口的连续拉深，即在整体带料上拉深。由于相邻拉深件之间相互牵制，因此材料在纵向流动较困难，变形程度大时容易拉破。所以每道工序应采用较大的拉深系数，这样工序数就增多了。但它比有切口的连续拉深节省材料。这种方法一般用于坯料相对厚度t/D>1%、相对凸缘直径dt/d＝1.1~1.5(dt为凸缘直径，d为圆筒直径，下同)以及相对高度h/d≤0.3的拉深件。
有切口的连续拉深，是在两个拉深件的相邻处切开，以减小相互间的影响和约束。这种拉深方法与单个坯料拉深较相似。因此每道工序的拉深系数可以小些，即拉深次数可以少些，但材料消耗较多。可用于拉深较困难的制件，即坯料相对厚度t/D<1%、相对凸缘直径dt/d>1.3及相对高度h/d>0.3的拉深件。
双切口的连续拉深，是在条料上共设内外两层切口，相互错位60°。因此边缘材料对拉深部位的影响很小。这种拉深方法与单个坯料拉深基本相同。每道工序的拉深系数可以取得更小些，即拉深次数可以更少。由于边缘材料基本不变形，因此可很方便地设置定位孔，保证准确的步距。这种方法模具结构复杂，加工难度较大。
图7.102为正装式带料连续拉深模的结构示意图，共有8个工位。第1工位冲工字形的切口，第2工位先拉深成锥形，第3、4、5工位将工序件/半成品逐渐拉深成筒形件，第6工位切底，第7工位整形(校正制件的内、外径)，第8工位落料。在2、3、4、5、7工位的下模中都有弹性顶件器，以便在每次冲压后托起整个带料向前送进。
图7.103所示为倒装式带料连续拉深模。内孔的成形采用了拉深、冲底孔、翻边形式，可以达到较高的制件高度。送给时，坯料的口部能保持平直状在下模平面上作平行移动，故送料很方便。
图7.102 正装式带料连续拉深模结构示意图
图7.103 倒装式带料连续拉深模
7.5.3 多工位级进模结构设计
1,模架模架的一般要求与普通级进模相同，由于工步更多，所以对刚性、精度的要求更高，故多采用四导柱模架。精密级进模需采用滚珠导向模架。还可以在模座、卸料板内设置小导柱来导向。由于导柱、导套离工作部位较近，导向精度更好。这种结构使模具更紧凑，加工也很方便。
2,凸模凸模(如图7.104所示)的形式与一般模具相似，但由于在多工位级进模中凸模数量较多，再加上导正销等零件的安装需要占据位置，使得凸模的安装空间受到一定限制，因此在选择安装固定方法上要特别注意，以便于装配与调整。在同一副模具中还应力求固定方法一致。小凸模较易损坏，为方便更换，尽量采用快换式固定装置。
3,凹模多工位级进模的凹模多采用镶拼式结构，这样便于加工、装配调整和维修，容易保证凹模几何精度和步距精度。凹模镶拼原则与普通冲模的凹模基本相同。图7.105是分段拼块式凹模图例，它由三段凹模拼合而成，用凹模固定板框紧安装于垫板上。当凹模尺寸较大时，可将分段凹模用螺钉、销钉直接固定于模座上(加垫板)。在分段拼合时应注意以下几点。
图7.104 多工位级进模凸模及固定方法
(1) 分段尽量以直线分割。
(2) 同一工位型孔原则上分在同一段，一段中工位数不能太多，以保证更换方便。
(3) 对于易损坏工位宜单独分段。冲裁与其他成形工位分开，以便刃磨刃口。
(4) 型孔原则上应为闭合形状(单边冲压的型孔和侧刃凹模孔除外)，分割面到型孔应有足够的距离，以保证凹模强度。
图7.105 分段拼合凹模示例
(5) 分段拼合凹模，组合后一定要加一淬硬垫板。
对于某些小的型孔或很易损坏的型孔，还可在整体凹模或其他形式模板的相应型孔位置镶一套形凹模，既可以防止模具开裂，还可节省贵重模具材料。
4,导料装置多工位级进模要求带/条料送进方便、可靠。冲压时带/条料上不可避免地会产生毛刺，若工步中还有弯曲、拉深等成形工序，这些工序得到的制件凸起部位需离开下模表面一定的高度才能实现无阻碍送料。因此多工位级进模的导料系统比较特殊。
完整的导料系统包括导料板、浮顶器(或浮动顶料销)、承料板、侧压装置、除尘装置及检测装置。
图7.106所示为带台式导料板与浮顶器配合使用的导料装置。这种导料板可以保证在浮顶器的弹顶作用下，带/条料不离开导料板。若导正销装于两侧进行导正，台阶处应做出让位口(如图7.106(b)所示)。
图7.106 带台导料板与浮顶器配合使用的导料装置
1—带台式导料板；2—凹模；3—浮顶销；4—弹簧；5—平端紧定螺钉；6—让位口；7—套式浮顶销浮顶器有3种形式：浮顶销、套式浮顶销、带槽浮动导料销。
图7.107所示为浮顶销、套式浮顶销的几种形式和工作原理图。其中套式浮顶销可以使导正销得到保护。浮顶器一般应左右对称均衡布置，且在送料方向上的间隙不应太大，露出凹模的高度应一致，否则带/条料有可能呈波浪态送进。带/条料较宽时，应在带/条料中间适当位置增加浮顶器。另外，应避免在不连续面或已立体成形的部位上设置浮顶器。
图7.107 浮顶器图7.108所示为带槽浮动导料销装置。这种导料销既起浮顶销的作用又起导料销作用。应用很广泛。其结构尺寸按下列算式计算：
h＝t＋(0.6~1.0)mm
c＝(1.5~3.0)mm
A＝c＋(0.3~0.5)mm
H＝h0＋(1.3~3.5)mm
h1＝(3~5)t
式中：h——导向槽高度，一般不小于1.5mm；
c——带槽导料销头部高度；
A——卸料板让位孔深度；
H——浮顶器活动量；
h1——导向槽深度；
t——板料厚度；
h0——冲件最大高度(参见图7.106)。
如果结构尺寸不正确，带/条料料边在卸料板的作用下会产生变形(如图7.108(b)所示)，导致送料阻碍。
图7.108 带槽浮动导料销装置
带槽浮动导料销与带/条料为点接触，送料阻力小，这是其优点。但对于料边不平直的带/条料就不能采用(如某些侧刃定距的带/条料)。对于料边为断续状的带/条料可以采用浮动导轨式的导料装置(如图7.109所示)。或采用两种导料装置联合使用，即带/条料一侧用浮动导轨式导料，另一侧用带槽浮动导料销导料。
图7.109 浮动导轨式的导料装置
5,导正销装置导正销需与其他辅助定距方式(如侧刃定距、自动送料机定距)配合使用。按导正销安装位置可分为两种，一种是凸模上的导正销，这种导正销在7.3.5节已介绍，一般是利用制件上的孔导正。在多工位级进模中多采用凸模式导正销，对设置在带/条料的载体上的专用导正孔(工艺孔)导正。凸模式导正销结构形式如图7.110所示。图7.110(a)所示与常见的凸模固定方法相同。图7.110(b)所示导正销带有弹压卸料块，可保证导正销在不工作时与带/条料分离。图7.110(c)所示为浮动式导正销，可防止因误送料等意外情况导致导正销折断、损坏模具。图7.110(d)所示结构的导正销更换方便。
图7.110 导正销结构形式导正销露出卸料板底面的直壁长度(工作长度)一般取(0.5~0.8)t(被加工材料硬度大时取小值)。若工作长度需露出较长，如薄板冲压，可采用图7.110(b)结构。凹模板(或凹模固定板)上要设置相应的导正销让位孔，让位孔与导正销之间隙取(0.12~0.2)t。
导正销的头部形状有两种，一种是圆弧状，一种是圆锥状(图7.111)。圆弧状的导正精度较好。对导正销的头部形状要求并不严格，但粗糙度要低，尽量按国标选取。
导正销直径选取时要保证被导正定位的带/条料在导正销与导正孔有最大可能的偏心时，能得到导正。这种偏心在采用了侧刃定距或自动送料机时都较小。
导正销与导正孔的配合、与固定板的配合、与卸料板的配合等都会影响冲压件精度。图7.112为导正销与有关零件配合关系示意图。一般采用以下配合关系：
图7.111 锥形导正销头部结构
图7.112 导正销与有关零件配合关系示意图
1—上模座；2—垫板；3—固定板；
4—导正销；5—卸料板；6—凹模
(1) 导正销A与卸料板B：H7/h6或H7/h5配合。
(2) 导正销A与固定板C：H7/n6配合，若卸料板有辅助导向装置，则A与C之间可采用H9/f9配合。B、C两件应同时加工，保证严格同心。
(3) 导正销A与导正孔D：有严格要求时，D孔与A采用H7/k6配合，一般要求时，D＝A＋(0.03~0.12)mm。
(4) 非导正部分孔E：E＝D＋(0.2~0.4)mm。
(5) 导正长度F：F＝(0.8~1.2)t。
(6) 配合长度H：H＝(1.5~2)D。
6,卸料装置多工位级进模的卸料板比普通冲模的卸料板有更广泛的意义，它除了起卸料作用外，在不同的冲压工序中还有不同的作用。如在冲裁工序中，起压料作用；在弯曲工序中，可以起到成形作用；在拉深工序中同时起压边圈的作用。对于小凸模还可起导向与保护的作用。
多工位级进模多采用弹性卸料，只有在工位数较少、料厚较大时才采用固定卸料。弹性卸料装置结构如图7.113所示。
图7.113 弹性卸料机构
1—上模座；2、10、15—垫板；3—小导柱；4—导正销；5—凸模；6—卸料螺钉；
7—弹性元件；8—衬套；9—凹模；11、14—小导套；12—凹模座；13—卸料板；16—固定板
在设计多工位级进模卸料装置时，要注意以下原则。
(1) 在多工位级进模中，卸料板极少采用整体结构，一般采用镶拼结构(图7.114)。这样有利于保证型孔精度、孔距精度、配合间隙，满足热处理等要求，它的镶拼原则基本上与凹模相同。如图7.114中，在卸料板基体上加工一个通槽，各拼块对此通槽按基孔制配合加工，所以基准性好。
(2) 卸料板各工作型孔应与凹模型孔保持较高的位置度。卸料板的各型孔与对应凸模的配合间隙只有凸、凹模冲裁间隙的1/3~1/4。高速冲压时，卸料板与凸模间隙要求取较小值。
图7.114 镶拼式弹压卸料板
1—卸料板基体；2—5段拼合卸料板
(3) 卸料板各工作型孔应较光洁，其表面粗糙度一般取Ra=(0.4~0.1)m。冲压速度越高，表面粗糙度值越小。
(4) 多工位级进模的卸料板应具有良好的耐磨性能。卸料板采用高速钢或合金工具钢制造，淬火硬度56~58HRC。一般速度冲压时，卸料板可选用中碳钢或碳素工具钢制造，淬火硬度40~45HRC。
(5) 卸料板应具有必要的强度和刚度。当压紧力较大时，为防止卸料板产生较大变形，甚至损坏卸料板和凸模，可在卸料螺钉区间之内各凸模之间适当增加弹压装置，如弹簧、聚氨酯橡胶等。为保持卸料力的平稳、均衡，卸料螺钉也应均衡布置。
(6) 卸料螺钉的工作长度L在一副模具内应严格一致，以免造成不平衡卸料，损坏凸模。卸料螺钉的形式如图7.115所示。卸料螺钉沉孔深度应有足够的活动量。
图7.115 卸料螺钉的形式
M—刃磨面
(7) 导正销的有效工作直壁露出卸料板底面不能过长，以防回程时将制件带起，影响连续作业。
(8) 卸料弹簧的选用。根据所需要的压力，并考虑一定的预压力选用弹簧。预压缩量一般取弹簧自由长度的20%，对应的弹压力应大于或等于卸料力。在工作状态时，弹簧挠度不能超过其自由长度的70%。要求较高时，可采用矩形截面或扁圆形截面弹簧。
(9) 卸料装置的辅助导向机构。辅助导向机构俗称小导柱和小导套。它们多数是在卸料板与固定板之间增设的导向机构。小导柱和小导套之间的配合间隙应当更小，一般为凸模与卸料板配合间隙的1/2。见表7.17。
表7.17 三种间隙（Z，Z1，Z2）关系序号
模具冲裁间隙Z/mm
卸料板与凸模间隙Z1/mm
辅助小导柱与小导套间隙Z2/mm
1
＞0.015～0.025
＞0.005～0.007
约为0.003
2
＞0.025～0.05
＞0.007～0.015
约为0.006
3
＞0.05～0.10
＞0.015～0.025
约为0.01
4
＞0.10～0.15
＞0.025～0.035
约为0.02
7.5.4 多工位级进模实例图7.116为电极端子冲裁弯曲成形级进模，制件材料为黄铜，厚度t=0.3mm。
图7.116 电极端子冲裁弯曲成形级进模
1—带槽浮动导料销；2—小导柱；3—小凸模；4—凸模；5—成形凸模；
6—导正销；7—弯曲凹模；8—落料凸模；9—等高套；10—垫板；
11—弹簧；12—凸模固定板；13—卸料板；14—凹模；
15—凹模垫板；16—弯曲凸模；17—气动送料器
模具工作时采用气动送料器送料，定距精度高。排样采用双侧载体，带/条料刚性好。由12个两侧排列的带槽浮动导料销1导料，采用导正销6导正。模架采用后侧式滑动模架。在凸模固定板12、卸料板13、凹模14之间安装了4根小导柱2作辅助导向，提高了导向精度。卸料方式为弹性卸料。为了保证卸料力均匀，在固定螺钉外安装了等高套9。工作过程中卸料板先将带/条料压紧再冲裁或弯曲，因此冲压件平整，弯曲时材料不易滑动。
级进冲压过程为：冲切中间小脚废料——冲切另一侧废料——压凹成形——冲切一小脚处废料——冲切另一小脚处废料——弯曲——落料。
7.6 冲模CAD/CAM简介源于航空工业和汽车工业的计算机辅助设计与制造(Computer Aided Design and Manufacturing，简称CAD/CAM)，是指以计算机作为主要技术手段来生成和运用各种数字信息和图像信息，进行设计和自动加工。随着计算机技术的发展，CAD/CAM的技术内涵也是动态的。历经二维绘图、线框模型、自由曲面模型、实体造型、特征造型等重要发展阶段，其间还伴随着参数化、变量化、尺寸驱动等技术的融入。正向着虚拟制造、与网络的更深入结合、智能化等方向发展。
冲模CAD/CAM现阶段应该指广义的计算机在冲模技术中的应用，一般包括CAD、CAE(Computer Aided Engineering，利用计算机进行有关产品的设计、制造、工程分析、仿真、实验等信息处理)、CAM、CAPP(Computer Aided Process Planning，计算机辅助工艺设计)、PDM(Product Data Management，数据管理系统)等内容。大概由于称谓比较方便，人们更乐意用“冲模CAD/CAM”这个名词。
7.6.1 冲模CAD/CAM系统的功能与内容比较完善的冲模CAD/CAM系统，是由制件及模具设计制造的数值计算和数据处理程序包、图形信息交换(输入、输出)和处理的交互式图形显示程序包、存储和管理设计制造信息的工程数据库等三大部分构成。这种系统的主要功能包括：
(1) 图形处理功能。即冲压制件、冲模零件等的二维图形、三维图形的输入与输出、转换、存储与控制(几何变换、布尔运算、剖面等)。
设计过程是一个反复修改、逐步逼近的过程。总体设计需要三维图形，而结构设计主要用二维图形。因此，从图形系统角度分析，设计过程也是一个三维图形变二维图形，二维图形变三维图形的变换过程。所以，冲模CAD/CAM系统应具有二、三维图形的转换 功能。
(2) 冲压工艺的分析计算。包括冲压的工序设计、力能计算、搭边、排样等。
系统应具有用有限元法对制件及模具结构的静动态特性、强度、振动、变形、金属流动特性等进行分析的能力，以及自动生成有限元网格的能力，以便为用户精确研究产品结构受力、成形过程及用深浅不同的颜色描述应力、温度分布等提供分析技术。有限元网格，特别是复杂三维模型有限元网格的自动生成能力是十分重要的。
系统最低限度应具有用参数优化法进行方案选优的功能。这是因为优化设计是保证模具具有高速度、高质量和低成本的主要技术手段之一。
(3) 冲模零件的加工工艺及NC程序自动编制。
系统应具有三、四、五坐标机床加工模具零件的能力，并能在图形显示终端上识别、校核刀具轨迹和刀具干涉，以及对加工过程的模态进行仿真。
(4) 存储冲模技术资料及设计知识的数据库。
系统应具有统一处理和管理设计、制造以及生产计划等全部信息(包括相应软件)的能力。或者说，应该建立一个与系统规模匹配的统一数据库，以实现设计、制造、管理的信息共享，并达到自动检索、快速存取和不同系统间交换和传输的目的。
冲模CAD/CAM技术关键在于：
(1) 图形描述及处理技术。制件图的输入问题，直接影响到整个系统的工作效率，甚至关系到系统的成败。模具零件图尺寸标注及装配图的生成等图形处理技术，特别是一些带有立体成形模具，三维图形软件更是一项十分复杂的关键技术。
(2) 设计方法的规范化，设计经验的程序化以及模具结构的标准化与典型化。
(3) 图形库及专用工程数据库、知识库的建立。
(4) 计算机对冲压成形过程的数值模拟仿真技术。
(5) 冲模CAD/CAM/CAE/PDM的集成化、智能化技术。
(6) 人—机接口技术，与网络技术的深入结合。
7.6.2 冲模CAD系统
7.6.2.1 普通的冲模CAD系统的主要组成部分
1,冲模CAD的硬件系统
(1) 计算机主机系统。
这是冲模CAD系统的中枢，执行运算和逻辑分析功能，并控制和指挥系统的所有活动。
根据CAD系统的运行环境，按所用计算机的类型和规模，可归纳为主机系统(Mainframe Based System)、小型成套系统(Turnkey System)、分布式工程工作站系统(Distributed Workstation System)和PC机系统等4种配置形式。20世纪80年代以来，以工程工作站加网络构成的分布式系统为主；目前，随着CPU性能的飞速提高，PC机有逐渐成为主流的趋势。
(2) 输入设备，如键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪、图形输入板等。此外，语音输入装置已在一定范围内获得应用，视觉跟踪技术正在发展，人们正探索利用脑电波信号使设计人员与计算机之间实现更为直接的联系。
(3) 输出设备，如绘图仪、打印机等。
(4) 测量设备，如万能量具、样板、三坐标测量仪等。
2,冲模CAD的系统工作平台(系统软件与支撑软件)
(1) 计算机系统软件，如OS2、Windows、Unix等。
系统软件是指计算机在运行状态下保证用户正确而方便工作的那一部分软件，它处于系统的最底层，包括操作系统、汇编系统、编译系统、监督系统和诊断系统等。
(2) 通用几何造型平台，如Parasolid、ACIS等。
(3) 通用二维、三维设计造型软件，如Auto CAD、MDT、CATIA、UGⅡ、I-DEAS、Bravo、ICEM、CADDS5、Euclid、Intergraph、Pro/E、I-deals等。
(4) 通用数值计算模拟分析软件，如Auto form、Indeed、Pam-stamp、Optris、Isopunch、MARC、ANSYS、Dynaform等。
一般有限元软件包括前置处理、计算分析和后置处理3部分。前置处理的功能是：几何建模，模型分割，自动生成有限元网格，网格的连接、修改、变换、加密，有关机械特性、载荷、约束等的处理以及输入功能。计算分析程序的功能是：形成刚度矩阵和载荷矩阵，求解方程组，计算应力、应变。后置处理的功能是：将计算分析结果转变为变形图、应力等高线图、应力应变彩色浓淡图以及应力应变曲线等。
(5) 通用软件开发工具，如Fortran、Visual C++、Visual Basic、LISP等。
(6) 数据库管理系统，如Foxbase、Oracle等。
(7) 辅助处理软件，如在用有限元仿真软件时常需用网格生成器，如MEDINA、DELTA MESH、TRANSK、AMORAHU、YPER MESH等。
3,冲模CAD的应用软件应用软件是指用户针对某一特定任务而设计的程序包，用于处理冲模设计的各种具体问题，它处于系统的最外层。一般包含以下模块(各功能模块在系统总控模块的集中管理下工作，功能模块可以是一个单一处理程序，也可能由若干完成某项子功能的子模块构成，子模块又由主程序和若干个子程序组成)。
(1) 冲模设计总体控制模块总体控制模块主要完成冲模CAD系统的运行管理和随时调用各功能模块，或访问操作系统和调用其他应用程序，以建立相应的作业和过程。同时，还完成程序的批处理和覆盖技术。总体控制模块可建立在数据库管理系统或交互式图形系统的基础上。
(2) 工艺分析计算模块工艺分析计算模块以工件几何构形信息为基础，并调用设计参数数据(工程文件)，为模具结构设计模块提供原始数据。该模块由以下子模块组成：工艺可行性分析、工艺方案选择(单工序模、复合模或级进模)、排样优化设计、压力中心及冲裁力计算、压力机初步选择、毛坯图和各种工艺图输出、工艺设计分析技术文档生成等。
(3) 模具结构设计模块模具结构设计模块根据工艺设计分析计算模块提供的结果以及几何构形信息，并调用相关的设计参考数据(工程文件)、冲模典型结构文件、标准件规格文件等模具信息，完成模具结构设计。该模块由以下子模块组成：冲模典型结构选取、冲模标准件和半标准件的形式及规格选取、冲模零件详细设计、强度校核、装备关系确定及装备图生成、冲模运动学仿真、模具图绘制、模具专用图形处理程序。
(4) 冲模专用图形处理程序主要完成工件图形的输入，以建立工件的几何模型，并完成几何构形信息的存储，供工艺设计分析计算模块和模具结构设计模块调用。此外，还提供图形修改、编辑和尺寸标注等功能。
(5) 冲模专用数据库及图形库处理程序主要完成图纸资料的存放、检索工作。同时，还生成供信息管理使用的报表。报表中包括模具代号、模具名称、图纸数量、设计者、完成日期和用户消耗时间等信息。该模块主要由图纸资料发放程序、报表程序以及供图纸资料检索的专用菜单模块组成。
7.6.2.2 建立冲模CAD系统的步骤
(1) 明确建立系统的目标与要求，确定合适的CAD系统类型。由于冲模类型较多，一个冲模CAD系统不可能包罗万象，只有首先明确系统的用途和使用要求，然后确定CAD系统的类型。例如，建立一个变压器硅钢片的冲模CAD系统，由于产品形状、工艺特点和模具结构均已定型，属标准化和系列化产品，故可建立以信息检索为主，辅以交互设计的系统；若建立一个通用冲裁模CAD系统，由于其产品形状、工艺、模具结构千变万化，不可能建立一个统一的数学模型，故只能采用交互式设计方法，以增加系统的适应能力，即建立一个以交互式设计为主的系统。这样，由于目标与要求明确，不仅可以减少开发量，而且还可以提高系统的运行效率。
(2) 根据对CAD系统的要求，选择合适的硬件配置和软件系统。对于冲裁模CAD系统，主机可选用微机，再配上一定的外设，如图形输入板、绘图仪、打印机以及大屏幕图形显示器，便构成了一个微机冲裁模CAD系统的硬件环境。图形软件可以选择最为流行的Auto CAD绘图软件包。此外，还应选择一种合适的数据库管理系统。同时，要注意收集现有的计算机分析软件包，引进一些成熟的软件模块。这样，可以加快二次开发的进程，减少低水平重复。对于弯曲模和拉深模CAD系统，一般都要用到三维造型，应配以功能强大的三维图形软件。
(3) 确定模具标准结构，整理工艺设计和模具技术资料。手工设计中，设计人员往往根据经验决定模具结构。在冲模CAD系统中，模具标准结构按一定的方式预先存放在计算机中，供设计时调用。因此，必须建立模具结构标准。建立模具结构标准时，不仅应满足模具设计的要求，而且还应考虑到CAD系统的特点，便于查询和调用。模具标准包括典型结构组合以及模具标准零件两大类。
整理工艺与模具设计资料，包括整理设计计算公式、方法以及设计中用到的曲线、数据、表格等，供程序设计时建立数学模型之用。
(4) 制定系统程序流程图与数据流程图。系统程序流程图不仅说明系统的基本构成与内容，还用箭头标明了各程序模块间的联系与走向，为各模块的程序设计和联机调试运行带来极大的方便。数据流程图说明系统中各程序模块数据的流向和相互关系。
(5) 建立模具专用图形库和数据库，编制分析计算程序。最后，将各程序模块联机调试，对系统进行运行测试。
(6) 交付使用。收集系统在使用过程中存在的各种问题，进行软件维护，使系统进一步完善和成熟。
7.6.2.3 选择软件应考虑的因素选择CAD/CAM支撑软件时，应选择性能价格比高的软件(以三维为基础，二次开发量少而又有开发工具并且易于修改，兼顾3~5年发展的需要)。一般应考虑下列因素：
(1) 供应厂商——了解CAD/CAM软件包供应厂商的声誉、服务范围、试用期限、对软件的维护能力等。
(2) 软件包本身——大部分软件包是为通用目的而开发的，可能与用户应用的面向、原则、方法有矛盾。因此，必须查明是否有二次开发的可能性，是否满足本单位的具体要求，作为商品出售的时间，以及近期在功能上的改善。
(3) 培训与支持——必须了解厂商提供正规培训的方式和深度，以及在培训完毕后用户对工作的胜任程度。支持有多种形式，如对维修要求的响应快慢程度，是否出版了相应的业务通讯，有没有建立起一个用户群体。
(4) 用户界面水平——用户对软件的好感往往是评价CAD/CAM软件性能的重要标准。一个好的软件，应能使工程师在使用中获得事半功倍的效果。对于交互式软件包，必须经常提供HELP功能。
(5) 技术说明——如果一个CAD/CAM系统必须在已经配置好的硬件上运行，则必须考虑最小的存储需求量和最低限度的硬件配置内容。一般技术上的因素有：软件的可移植性，交互的方便性，开发软件所用的语言，以及提供的技术文件和文档是否完善。
7.6.3 冲模CAM
冲模CAD/CAM系统中的数控加工软件可以生成冲模零件加工的数控代码，并据此进行自动加工，还可能进行加工过程的动态模拟、干涉和碰撞检查等，是以数控机床为基础并为其服务的。
CAM中最重要的部分是数控编程(从零件的设计结果到获得该零件数控加工程序的全过程)，而其核心工作是生成刀具轨迹，再将轨迹离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。理想的加工程序不仅应保证能加工出符合设计要求的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥，而且能安全可靠和高效地工作。
冲模制造领域数控编程的内容与步骤一般有：
(1) 分析冲模零件图样，进行加工工艺处理(确定加工方案，确定零件的装夹方法及选择夹具，合理选择走刀路线，正确选择对刀点，合理选择刀具等)，确定工艺过程。
(2) 数学处理，计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据。对于有直线与圆弧插补功能的数控系统，在加工由直线和圆弧组成的简单平面零件时，只需计算出零件轮廓相邻几何元素的交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点和圆弧的圆心坐标值。在加工复杂零件时，需要用直线段或圆弧段逼近，在满足加工精度的情况下，计算出各节点的坐标值。
(3) 编制零件加工程序，制备控制介质(磁盘或磁带或网络传输)。
(4) 校核程序及首件试切。现在一般是通过屏幕显示走刀轨迹或模拟刀具和工件的切削过程等方法进行检查。对于复杂的空间零件，需用石蜡或木件等试切。
无论哪种形式的CAM系统，都由5个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块、后置处理模块。常见CAM系统的体系结构有：
(1) CAM与CAD等子系统在系统底层一级集成式开发如Unigraphics、Pro/E、CATIA等，可以直接在产品数字化模型上进行NC轨迹计算，利用强大的后置处理模块生成NC指令。其特点是系统庞大、功能完备。
(2) 以现有侧重产品造型的CAD系统为平台的插件式CAM系统如MDT内嵌Hyper MILL和Edge CAM，Solid Works内嵌CAM Works，SDRC系统的Camand Molder(支持3D曲面造型)并配以Smart CAM(支持多曲面加工)等，此类插件系统在文件一级的层次上操作插件平台上的模具CAD模型，利用特征识别技术，直接在模具模型上获取一定复杂程度的切削区域几何表示及其加工工艺规范(也支持用户的交互指令操作)，进而生成加工NC刀位轨迹。其特点是规模紧凑、集成度高。
(3) 支持曲面造型的专用NC计算机系统如CAMAX的Camand和Smart CAM、NREC的坐标叶轮加工系统MAX-AB(着重点位加工)和MAX-5(着重端铣和侧铣加工)、CNC的Master CAM以及Cimatron等。此类系统主要面向复杂冲模提供曲面形体的曲面(或曲面实体)造型和编辑，更为强大的NC刀位轨迹计算、编辑、验证和后置处理功能。其特点是对数控机床的适应能力强，能提供更多的加工工艺订制方法。但造型功能相对薄弱。
一般认为，UGⅡ是业界中最好、最具代表性的数控软件，能够胜任加工很复杂的冲模成形零件。
7.6.4 冲模CAE
在冲模设计中，CAE的主要功能是协助CAD/CAM对实际冲压件的成形性进行分析，保证制件质量。其主要内容包括有限元法(FEM)网格自动生成和冲压成形的数值模拟。
薄板成形有限元分析涉及数学、力学、材料学、数值方法、模具制造、计算机科学，是一门新兴的交叉学科。从力学的角度看，涉及大位移、大应变、大转动、弹塑性材料及摩擦接触，是一个典型的强非线性问题，因而也成为计算力学中最富有挑战性的课题之一。目前，比较有把握解决薄板成形中以下几方面的问题：
(1) 全面了解板料的变形过程，并预算所需成形力的大小。
(2) 根据工作中应力应变分布，预测可能的破裂、起皱区域，并通过修改冲压工艺或模具参数予以消除。
(3) 通过对卸载过程的分析，较准确地计算工件的回弹量。
(4) 根据对冲压件破裂与起皱等的预测，确定出最佳的压边力。
(5) 选择合适的润滑方案。
(6) 较好地确定坯料展开尺寸及拉深筋的布置方式与位置。
(7) 预测冲模的磨损。
7.6.5 冲压产品数据管理(PDM)
伴随冲模的整个生命周期，存在着大量的相关资料，如冲模项目计划、冲压工艺设计资料、冲模设计资料、冲压产品模型、冲模工程图样、技术规范、工艺资料、NC程序、电子表格、视频及音频文件及有关该冲模的其他信息，这些产品资料存储于图样、文件或文档中，有些甚至作为某些经验存储于工程技术人员的头脑中，它们涉及冲压企业的计划、设计、生产、材料采购、财务、质量、销售等部门，这些部门运行着一些互不兼容的软件，彼此之间还要引用这些资料，为了方便，他们不得不保留着大量类同的资料，这些资料以不同的格式存储于不同的介质上，互相独立，可靠性差。而且，现在大部分企业仍然是以纸张介质为基础的方法来管理、控制和协调以计算机为基础的数字化信息，乃至整个企业的产品开发过程。这种大部分仍旧依靠人工的管理方法，不仅极其费工费时，而且容易出错，造成部门人员之间严重扯皮，工作效率低下。可见，产品的数据管理(PDM)是当代企业管理的瓶颈，已逐步引起工程技术界的普遍重视，是当前制造企业信息技术应用研究和软件开发的热点。
PDM是20世纪90年代初才开始在国际市场上形成软件产品的一种新技术，它是随着计算机技术，特别是CAD、CAPP、CAM、CAE等广泛而深入地应用于制造业的各种工程领域而产生的，而网络与数据库技术和系统的成熟与普及为PDM的发展奠定了扎实的基础，使其成为实现并行设计及产品的无图纸设计/制造的支撑技术。
PDM是以软件为基础的技术，PDM系统是网络和数据库的应用系统，它管理数字环境中的所有数字化信息(这些信息是在不同计算机硬件平台上运行的不同软件系统所产生的，以不同的格式存储在多种介质上)，将所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程以及基于过程的应用技术(如工程设计、工艺计划、制造生产、后勤管理等)完全组织到一起，使企业能够全面管理、紧密跟踪、适度控制、实时查看那些围绕产品设计、开发及整个过程中的所有与产品相关的资料，好像在一个系统中。
在冲模领域中，PDM可帮助组织冲压产品设计，完善结构修改，跟踪进展中的冲模设计，及时方便地找出相关存盘资料及相关产品信息。从冲压产品生产的全过程来看，PDM系统可协调组织诸如冲压工艺设计及模具设计的审查、批注、变更，冲压生产工作流程优化以及冲压产品等过程事件。
