第8章 特种冲压模具第7章介绍了常规结构的一些冲模。在实际生产中还会用到其他种类的冲模——特种冲模，如低熔点合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、组合冲模、钢带冲模、夹板冲模、电磁冲模，等等。这些冲模大多数是为了适应新产品试制或多品种、小批量生产的要求而发展起来的。本章将介绍低熔点合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模。
8.1 低熔点合金冲模低熔点合金冲模是用熔点低的合金材料制造冲模某些工作零件的一类模具，其制造工作大部分由铸造完成，制造周期短，制造设备要求不高，制模的合金材料可以反复使用，耗损极少。在20世纪80年代，许多生产汽车覆盖件等大尺寸冲压件的厂家，就广泛采用了这一技术。
8.1.1 低熔点合金的特性低熔点合金有多种，如铋基合金、锡基合金、铝基合金、锌基合金等。这些合金熔点低，铸模流动性好，不与钢材粘接，胀缩率小，冷凝后有一定的强度。特别是铋基合金，其熔点为138℃，铸造时合金能有效充满型腔而不容易产生缺陷，冷凝后体积变化很小，且铸件平整光滑。因此一些大型的薄板拉深模使用较多。但铋为稀有金属，价格较贵。现在一般常用的为锌基合金。锌基合金力学性能相当于低碳钢，熔点为380℃，浇铸温度为420~450℃，凝固收缩率为1.0%~1.2%，抗拉强度为220~260MPa，抗压强度为500~550MPa，硬度为120~130HBS，具有良好的切削加工性。低熔点合金可以用来制作冲裁、弯曲、拉深、翻边等模具。
8.1.2 低熔点合金拉深模低熔点合金的硬度较低，用作拉深模不易擦伤制件表面。图8.1所示为一种较典型的低熔点合金拉深模。图中所示是合金凝固后尚未将凸模和凹模分开的状态。该浇铸工艺在压力机外进行。制造时，先在模具中放入按制件实样为依据制造的样件3(上有小孔，以供合金流过)，再放入凸模板8。然后将已熔化的低熔点合金由浇口13浇入模内。凝固后，以样件为分界，留在容框5内的即为凹模2，样件以上与凸模板8固定在一起的即为凸模12。设置螺钉4是为了增强凸模板与低熔点合金凸模的连接牢固程度。在凸模和凹模分开后，取出样件，修光型腔，即可使用。由于样件与制件形状尺寸厚度均相同，因此冲压时即能压出合乎要求的制件。对于拉深模也可以将压边圈同时铸出。样件可以重复使用，也可以将冲压出的制件经简单加工作为新的样件。
图8.1 低熔点合金拉深模
1—底座；2—低熔点合金凹模；3—样件；4—螺钉；5—容框；6—导柱固定座；7—导柱；
8—凸模板；9—压边圈；10—压边圈座；11—排气管；12—低熔点合金凸模；13—浇口低熔点合金铸模的寿命较低，压制的材料不宜太厚(一般t＜1.5mm)。当生产批量较大、制件又是平面凸缘时，可在凹模口部设置普通钢制模板，制件材料较薄时，模板厚度选5~15mm，制件材料较厚时，模板厚度选25~35mm。模板只需加工上表面，内型尺寸与形状与普通钢模一样(图8.2)。还可以采用局部镶嵌的方法，在易磨损部位镶嵌钢件(图8.3)。
图8.2 凹模板的固定方式
1—容框；2—密封橡胶垫；3—凹模板；4—低熔点合金
图8.3 带加强镶嵌件的低熔点合金模具
1—钢制镶嵌件；2—低熔点合金模块
8.1.3 锌基合金冲裁模的设计
(1) 设计原则根据锌基合金冲裁模的工作特性，为使毛刺留在废料上，以提高冲裁件的精度，在设计落料模时，凹模采用锌基合金材料，而凸模用钢质材料制造；设计冲孔模时，凸模采用锌基合金材料，凹模则用钢质材料制造；落料冲孔复合模的凸模和凹模采用锌基合金材料，而凸凹模用钢质材料制造。当冲裁件断面质量要求不高、生产批量又不大时，为模具制造方便，不分落料冲孔，凸模一律用钢质材料，凹模用锌基合金材料。
(2) 凸、凹模刃口尺寸计算对于落料工序：设落料件尺寸为，钢制凸模刃口尺寸为Dp＝(D－xΔ)
对于冲孔工序：设冲孔件尺寸为d，钢制凹模刃口尺寸为dd＝(d＋xΔ)
式中：D，Δ——落料件的公称尺寸及公差(mm)；
Dp，——凸模刃口的尺寸及制造公差(mm)；按IT6级精度；
dd，——凹模刃口的尺寸及制造公差(mm)；按IT7级精度；
x——系数，与冲裁件的形状和精度有关，IT12~IT13以上精度为3/4；IT14以下精度为1/2。
(3) 锌基合金凸、凹模设计采用锌基合金材料制作凸、凹模，需要考虑模具强度和模具结构2个问题。由于锌基合金材料的抗压强度只有600~800MPa，所以用锌基合金材料作凸模时，所能冲裁的板料厚度和最小孔径是有限的，即作用在凸模上的压应力必须小于锌基合金材料的抗压强度
＝Fmax/A≤
式中：Fmax——凸模在冲裁过程中所受的最大作用力(N)；
A ——凸模横截面面积(mm2)；
——锌基合金材料的许用压应力(MPa)。
锌基合金凸模结构形式多采用组合式、镶拼式(如图8.4所示)，以减少凸模的长度。
图8.4 锌基合金凸模结构形式
1—钢制凸模固定部分；2—锌基合金凸模工作部分锌基合金凹模必须有足够的厚度和壁厚才能保证凹模强度。对于中、小型冲裁件，凹模的厚度H和壁厚B，按下式计算
H＝30mm＋17.5t，B＝40mm＋10t
式中：t——板料厚度(mm)。
锌基合金凹模的结构形式有(图8.5)：①整体式，多用于中小件生产；②镶拼式，主要用于大型修边模或落料模，镶块可平镶在模板上或通过镶块支架立镶在模板上，前者用于薄板冲裁，后者用于较厚板冲裁；③组合式，即在模具工作条件苛刻的部位采用钢块。凹模刃口均采用直壁结构，直壁高度h直接影响冲裁件的平直度、毛刺大小和质量。直壁高度h太小，无法保证修模后的尺寸，影响冲裁件的尺寸精度和模具使用寿命；h太大，冲裁时凹模腔内存件太多，会造成凹模胀裂。凹模刃口直壁高度可参照表8.1选用。
图8.5 锌基合金冲裁凹模结构形式
1—底座；2—锌基合金凹模(镶块)
表8.1 凹模刃口直壁高度h mm
板料厚度t
≤1
≤2
≤3
≤4
直壁高度h
5～8
8～12
12～15
15～20
8.1.4 锌基合金冲裁模的结构与制模方法锌基合金冲裁模的结构形式与普通钢制模具基本相同。锌基合金可以制作简单模，也能够制作复合模和级进模。生产中，应根据冲裁件的精度和批量要求，正确选择模具结构形式。对于图8.6所示倒装锌基合金冲裁模，设计时应注意顶件器与凹模之间必须留有足够的间隙(通常取单边间隙0.5mm)，以避免顶件器与凹模直壁之间的摩擦。
图8.6 锌基合金冲裁模的结构图
1—上模座；2—锌基合金凹模；3、12—螺钉；4—顶件器；5、13—卸料螺钉；
6、9—弹簧；7—导柱、导套；8—卸料板；10—下模座；11—凸模锌基合金冲裁模的制模方法有铸造法、挤切法和镶拼法。其中，镶拼法主要用于汽车覆盖件一类的大型切边模、剖切模等，每个镶拼模块的厚度不应小于60~70mm，宽度不应小于80~100mm，定位销钉孔不小于16mm，螺钉孔与销钉孔应交错排列。制模前，钢制凸模根据图样要求已加工完成，并经检验符合设计要求，刃口保持锋利，硬度40HRC以上。
锌基合金制模的最常用方法为铸造法。下面先以落料模为例作一简单介绍。
首先用模具钢制造凸模，然后用铸造法制造锌基合金凹模，铸造方法如图8.7所示。在下模座漏料孔中填满干砂6，放上漏料孔型芯5(砂芯)，在下模座上安放容框4，并在下角四周填上干砂7。然后将安装有凸模2(凸模预热至150~200℃)的上模与下模装合起来，并使凸模工作端面与型芯5上表面接触。将熔化(450℃左右)的锌基合金浇注于容框4内，并轻微搅动，直到预定高度为止。待锌基合金冷却凝固后拔出凸模，铣削锌基合金凹模上平面，再加工螺钉孔、销钉孔，将凹模安装到原先位置，并装上卸料板，即可投入使用。
图8.7 锌基合金落料模的铸造方法
1—上模座；2—钢质凸模；3—锌基合金凹模；4—容框；5—型芯；6、7—干砂对于中小型冲裁件，凸模的预热可安装在模架上进行。对尺寸较大的凸模，采用模架外预热，在平板上浇注，然后与锌基合金凹模一起装入模架。
锌基合金凝固时约有1%的收缩率，完全冷却后拔出凸模比较困难。因此可以在150~200℃时拔出凸模，再对锌基合金凹模急冷(可以提高其力学性能)。
用铸造法制造的冲裁模，凸、凹模的起始间隙近似为零。随着冲裁次数的增加，锌基合金模的刃口侧壁产生磨损，同时在冲压力的作用下沿径向还有微小变形，使凸、凹模的间隙增大，逐步达到理想的间隙，这时冲裁件质量最好，模具磨损也较缓慢。这种情况形成的凸、凹模间隙也称为动态平衡间隙。随着冲裁次数的进一步增加，锌基合金模具刃口的塌角会不断增大，塌角部分的合金便会自动补偿刃口侧壁的磨损，使之维持正常间隙，有利于模具正常工作。锌基合金冲裁模能否继续使用，不是以刃口是否变钝来判断，而主要是以刃口端面出现的塌角是否影响冲裁件的质量来决定。
用锌基合金模落料时，要求搭边值比钢模冲裁大，以保护凹模孔口不受拉挤和碰伤。落料时，要求钢制凸模保持锋利，凸模进入凹模的深度，要比板料厚度大2~4mm，才能促使自动补偿磨损，获得动态平衡间隙。否则将影响制件的质量。
用铸造法还可以方便地制造锌基合金各种模具的凸模、凹模、卸料板、压边圈等。铸造方法有砂型制模法、样件制模法、石膏型制模法、金属型制模法和复合材料制模法等。图8.8为砂型制模工艺流程示意图。图8.8(a)所示为锌基合金凸模制模过程：先按凸模零件图并考虑收缩率制作凸模模型；然后用凸模模型造砂型；浇注熔化的锌基合金；冷却清理后便得到锌基合金凸模。图8.8(b)为锌基合金凹模制模过程：先在凸模模型上粘贴为配制凸-凹模间隙的小块板料，并用耐火泥补平，烘干后抛光；然后用已配制好间隙的模型制作石膏过渡型；再用石膏过渡型造砂型；浇铸成锌基合金凹模。
图8.8 砂型制模工艺过程
(a) 凸模制模过程；(b) 凹模制模过程用铸造获得的锌基合金凸模、凹模，最后还需要手工修整以确保凸—凹模间隙均匀。
以上浇注方法为敞开式浇注，对于几何形状较复杂的模具零件可采用合箱闭式浇注，可以更好地控制收缩变形，减少铸造缺陷。
8.2 聚氨酯橡胶冲模
8.2.1 聚氨酯橡胶性能及应用聚氨酯橡胶是一种人工合成的高分子弹性体。它比一般的橡胶硬度高，强度好，弹性大，耐磨，耐油，耐老化。特别是抗撕裂性能很好，可以很容易地进行各种机械加工和浇铸成形。由于原料的配比不同，聚氨酯的硬度变化范围比较大。常见的国产聚氨酯橡胶牌号有8260、8270、8280、8290、8295等，对应的邵氏硬度(A)分别为67、75、85、90、93。其中8290、8295主要用于冲裁模。8260、8270、8280主要用于弯曲、拉深、胀形等其他模具。用聚氨酯橡胶作为模具工作零件(如凸模、凹模)的模具称为聚氨酯橡胶冲模。这类模具结构简单，制造容易，生产周期短，制模成本低。常用于薄材料制件的小批量生产及新产品试制。较适合聚氨酯橡胶冲模冲压成形的板材厚度见表8.2。
表8.2 聚氨酯橡胶冲压加工的板料厚度 mm
材 料
落料、冲孔
弯 曲
成 形
拉 深
结构钢
≤1.0～1.5
≤2.0～3.0
≤1.0～1.5
≤1.5～2.0
合金钢
≤0.5～1.0
≤1.5～2.0
≤0.5～1.0
—
铜及其合金
≤1.0～2.0
≤3.0～4.0
≤2.5～3.0
≤2.5～3.0
铝及其合金
≤2.0～2.5
≤3.5～4.0
≤3.0～3.5
≤2.5～3.0
钛合金
≤0.8～1.0
≤1.0～1.5
≤0.5～1.0
—
非金属材料
≤1.5～2.0
—
—
—
8.2.2 聚氨酯橡胶冲模的设计用聚氨酯橡胶模冲裁，落料时用聚氨酯作为凹模，凸模用钢质材料。冲孔时用聚氨酯作为凸模，凹模用钢质材料。
(1) 聚氨酯橡胶模的冲裁变形过程如图8.9所示，聚氨酯橡胶冲裁模的冲裁变形过程与一般钢模不同。压力机滑块下行时，装在容框内的聚氨酯橡胶产生弹性变形，以较高的压力迫使被冲板料沿钢质凸模刃口发生弯曲、拉伸等复杂变形，最后在压力的作用下板料断裂分离。在冲裁过程中，由于橡胶始终把板料压在钢模上，故制件平整。此外，因为橡胶紧贴着钢模刃口流动，成为无间隙冲裁，所以冲裁件基本无毛刺。利用这个特点，可以解决冲裁薄板时，间隙太小、制模困难的问题。
图8.9 聚氨酯橡胶冲裁过程
1—容框；2—卸料板；3—凸模；4—聚氨酯橡胶根据聚氨酯橡胶冲裁特点，冲裁搭边值应比钢模冲裁时大。冲孔孔径不能太小，否则所需橡胶的单位面积压力太大，冲裁很困难。
(2) 钢质凸、凹模刃口尺寸的计算聚氨酯冲裁凸、凹模刃口尺寸的计算与钢模冲裁略有不同。其落料件外形尺寸决定于钢质凸模刃口尺寸，冲孔孔径决定于钢质凹模刃口尺寸。冲裁后落料件外形尺寸比钢质凸模稍大，而冲孔比相应的钢质凹模直径稍小。设计时可按下式计算：
落料 DT＝(Dmax－xΔ)
冲孔 dA＝(dmin＋xΔ)
式中：DT——钢质凸模刃口尺寸；
dA——钢质凹模刃口尺寸；
Δ——冲裁件公差；
T——钢质凸模公差；
A——钢质凹模公差；
x ——系数，一般取0.5~0.7。
(3) 聚氨酯橡胶冲模的基本结构图8.10所示为聚氨酯橡胶冲孔落料复合模，凸凹模的材料为模具钢，橡胶垫2作为落料凹模与冲孔凸模。卸料和推料都采用了弹性结构。容框采用了组合结构，使模具具有一定的通用性。当制件尺寸改变时，只需更换容框和其他工作零件。
图8.10 聚氨酯橡胶冲孔落料复合模
1—压料板；2—橡胶模垫；3—容框；4—凸凹模；5—顶杆图8.11所示为聚氨酯橡胶弯曲模，上模5为钢制件，件4为聚氨酯橡胶垫，在底部设置了2件成形棒1，有利于橡胶转移成形，使其产生比较均匀的压力，并可以减小成形力。弯曲时，上模行程增加，橡胶垫对板料的单位压力也增大。当单位压力达到一定数值后，板料成形部位产生塑性变形，这种塑性变形有利于减小回弹，具有校正作用。在弯曲过程中，坯料一直处于橡胶垫与上模的压紧状态，不易移动，定位精度好。因此采用聚氨酯橡胶弯曲模比一般的钢质弯曲模弯曲件的回弹小，制件精度和表面质量都较高。
图8.11 聚氨酯橡胶弯曲模
1—成形棒；2—容框；3—定位板；4—橡胶模垫；5—弯曲凸模；6—制件聚氨酯橡胶弯曲模结构简单，成本低。
图8.12所示为聚氨酯橡胶胀形模，成形制件为三通件。一般这类制件需经落料、成形、弯曲、整形、焊接、修磨等数道工序完成。材料利用率低，制造成本高。胀形则选用管件作坯料，加工时先将橡胶芯棒15放入管内，再共同放入活动凹模4的模腔内，利用上凸模2对橡胶加压。在加压过程中活动凹模下行，下凸模8压缩橡胶，这样在上、下凸模双重作用下，橡胶使坯料成形。回程时顶杆11将活动凹模顶出凹模座6，制件随活动凹模一道取出，分离凹模，取出制件及橡胶芯棒。
图8.12 聚氨酯橡胶胀形模
1—上模座；2—上凸模；3—橡胶上垫片；4—活动凹模；5—垫块；6—活动凹模座；7—橡胶下垫片；8—下凸模；
9—弹簧；10—下模座；11—顶杆；12—定位调节座；13—定位调节圈；14—制件；15—橡胶芯棒图8.13所示为聚氨酯橡胶拉深模。图8.13(a)中凹模4为钢质件，橡胶垫2起凸模作用，并与凹模端面对坯料的法兰部分施压，起压边作用，防止起皱；图8.13(b)中凸模6为钢质件，橡胶垫2起凹模作用。注意钢质凹模一般都带底部，所以需在底部开设1mm~3mm的排气孔。
图8.13 聚氨酯橡胶拉深模
1—容框；2—橡胶模垫；3—毛坯；4—钢质凹模；5—制件；6—凸模
(4) 容框、顶杆、压料板及橡胶垫的设计容框在聚氨酯橡胶模具中是一个很重要的零件，模具的工作过程中，它要承受较大的张力，因此必须要有足够的强度与刚度。当单位压力不大时可采用45钢、40Cr钢制造，热处理硬度为40~45HRC；若单位压力很大，则可采用高强度钢，如30CrMnSi等，热处理硬度为40~45HRC。容框可以单独制作，固定在模座上，也可以与模座做成整体。用于冲裁模的容框，其内形与冲裁件相似，当板料厚度为0.05mm左右时，单边间隙取0.5mm；板料厚度为0.1~0.2mm时，单边间隙取1.0~1.5mm。单边间隙在可能的条件下取较小值，这样可以减小冲裁搭边，提高材料利用率。但是，间隙太小，橡胶流入容框与凸模之间太少，不足以对板料产生足够的剪切力，制件不易与废料分离；间隙太大(≥2mm)，橡胶在压力作用下会沿着凸模刃口向外流出，此时凸模刃口切入橡胶垫边缘，造成撕裂，形成“脱圈”现象。
容框可制成锥形如图8.14所示，以利于聚氨酯橡胶垫的换装。如果模垫表面磨损，可将磨损的表面切除，更换垫板调整高度后继续使用。
图8.14 锥形模垫容框
1—模座；2—容框；3—橡胶模垫；4—垫板聚氨酯橡胶垫的高度取12~15mm为宜。
使用压料板与顶杆，可使聚氨酯橡胶垫在冲裁过程中处于全封闭状态，能有效地控制橡胶的变形程度和提高刃口处的剪切力，有利于提高模具的使用寿命和冲裁件的质量。常用压料板和顶杆有2种安装形式如图8.15所示，其中活动式压料板和顶杆如图8.15(b)所示)在正常情况下伸出模具工作零件端面约0.5~1.5mm，起压料和卸料的作用。
图8.15 压料板与顶杆的安装形式压料用聚氨酯橡胶的邵氏硬度为70~80A，预压量为5%~15%；顶件用聚氨酯橡胶的邵氏硬度为80A。
压料板与顶杆的结构形式如图8.16所示，几何参数如表8.3所列。
表8.3 压料板与顶杆的几何参数板料厚度t/mm
h/mm
/°
r/mm
≤0.1
0.4～0.6
45～55
0.5
＞0.1～0.3
0.6～1.0
55～65
0.5
＞0.3～0.5
1.2
65～75
0.5
图8.16 压料板与顶杆的结构形式与几何参数
(1型适于d＞5mm；2型适于5mm≥d≥2.5mm；3型适于d＜2.5mm)
8.3 薄 板 冲 模冲裁模凹模真正的工作部位仅仅是刃口部分，其余部分只是起支承作用，在正常使用情况下，凹模的失效形式为刃口部分磨损(参见图2.17)。磨损量在一定范围内，通过刃磨可以修复，每次刃磨量一般在0.2~0.4mm之间。薄板冲(裁)模即是将一片或数片硬度较高的薄钢板采用镶嵌形式固定于普通材料制造的基体模上，组成组合凹模，薄钢板的型孔即为凹模的工作刃口。刃口磨损后只需更换薄钢板，或拿掉一块薄钢板，模具又可正常使用。薄钢板的型孔可以采用冲压的方法或线切割的方法成批制造。薄钢板的硬度一般为40~45HRC，金相组织形态为贝氏体，故这种模具也称贝氏体钢板模。它与常规冲裁模相比具有以下特点。
(1) 薄板凹模的厚度一般为0.5~0.8mm，约为常规冲裁凹模厚度的1/30~1/40，因而节约了模具钢。
(2) 薄板冲模多采用通用的弹簧模架，只需更换少数专用零件(如凸模、薄板凹模、导板和垫板等)即可冲裁相应的制件。而且只需制造出凸模，便可用冲压的方法制造出薄板凹模、导板和垫板等零件，使模具制造工艺大为简便，缩短了制模周期，降低了模具的成本。
(3) 由于薄板冲模采用了模柄和模架，所以模具的安装和操作十分简便；若采用模柄与带球面的上模座分离的结构，压力机精度不会影响模具精度。
(4) 一片薄板凹模的寿命一般可达几千件甚至上万件。当生产批量大时，可以多冲几块薄板凹模备用，使薄板冲模可以扩大到中批量生产中使用。
薄板冲模是一种新型的简易冲裁模，目前主要用于冲裁厚度为0.1~3.0mm的各种平板类制件，在新产品试制及小批量多品种冲压件的生产中，显示出较好的经济效果。其缺点是只能冲裁形状不太复杂的制件，不能冲裁带有尖齿的制件。
8.3.1 薄板冲模的基本结构薄板冲模的基本结构如图8.17所示，此结构与常规冲裁模很相似。除凸模和卸料板外，其余零件大都采用薄板件。薄钢板的厚度一般在1.5mm以下，实际使用时可根据制件的厚度、采用多层钢板的结构来满足要求。相关零件的材料及热处理要求见表8.4。
图8.17 薄板冲模
1—下模座；2—基模；3—凹模垫板；4—凹模薄钢板(多块)；5—导料板；
6—卸料板；7—凸模；8—凸模固定板；9—凸模垫板；10—上模座；11—凸模板表8.4 薄板冲模专用零件的材料及热处理零 件 名 称
材 料 牌 号
板料厚度t/mm
热处理要求/HRC
备 注
凸模
T10A、9Mn2V
58～62
凹模板
T10A、65Mn
0.5～0.8
40～45
导板
45钢
1～6
叠合厚度(2～6)mm
T10A
0.5～0.8
导料板
45钢
1～1.5
叠合厚度(1.2～1.5)t
垫板
45钢
1～1.5
40～45
叠合厚度≥2.2t
图8.18所示为精度较高的单工序落料模，结构中使用了小导柱4。此结构有较好的通用性，在一定范围内对不同的冲裁件，只需更换工作零件即可使用。通用模架主要由球面承压块2、上模座3、导柱14、弹簧13等零件组成。条料在导板5与薄板凹模6之间沿导料板8送进。工作时，压力机滑块首先推动上模座下行，与上模座相连的导板、导料板、薄板凹模和垫板9组件便随之向下运动。当垫板与下模座7上平面接触时，垫板及薄板凹模等组件便以下模座为支承而停止不动。此后，凸模11随上模座继续下行，使材料在凸、凹模作用下分离，并将冲裁件推入垫板中。滑块回程时，在弹簧12的作用下由导板将条料从凸模上刮下。整个上模部分在弹簧13的作用下上行复位。停留在下模座上面的冲裁件由压缩空气吹出，或由机械出件装置排出。
图8.18 薄板冲模(模柄与上模座分离结构)
1—浮动模柄；2—球面承压块；3—上模座；4—小导柱；5—导板；6—薄板凹模；7—下模座；
8—导料板；9—垫板；10—卸料螺钉；11—凸模；12、13—弹簧；14—导柱；15—导套
8.3.2 薄板冲模凸模的计算与制造在薄板冲模的制造中，其特点是先制造凸模，然后再按凸模来制造凹模及其他零件。因此不论其冲裁性质如何(冲孔或落料)，应首先确定凸模尺寸。
(1) 对于t≤1.0mm的冲裁件，按无间隙冲裁来考虑。薄板凹模经凸模冲裁型孔后，不修整间隙便直接使用。故凸模刃口尺寸按下式计算：
对于金属材料 DT＝(Dmax－0.5Δ)
对于非金属材料 DT＝(Dmax－0.75Δ)
(2) 对于1.0mm＜t≤3.0mm的冲裁件，应按有间隙冲裁来计算。薄板凹模由凸模冲裁型孔后，需经扩修间隙后才使用。则凸模刃口尺寸按下式计算：
对于金属材料 DT＝(Dmax－0.5Δ－Zmin)
对于非金属材料 DT＝(Dmax－0.75Δ－Zmin)
式中：DT——凹模刃口尺寸；
Dmax——冲裁件的最大极限尺寸；
Δ——冲裁件公差；
——凸模制造公差，一般取T＝0.4(Zmax－Zmin)；
Zmax，Zmin——最大、最小初始双面间隙。
薄板级进模或复合模中的凸、凹模刃口尺寸计算可参照常规冲模的计算公式。
8.3.3 薄板凹模的制造薄板凹模可用冲裁方法制造，其过程如下：
(1) 按技术要求制造凸模，凸模的硬度为58~62HRC，可采用线切割、成形磨削或钳工加工。
(2) 在预先热处理的薄板坯料上加工两个定位孔，孔径、孔距与相应的小导柱一致。得到薄板凹模半成品(如图8.19(a)所示)。
(3) 将半成品两个加工好的定位孔套于小导柱上，用凸模冲出型孔，经钳工略加修整便成薄板凹模(如图8.19(b)所示)。
图8.19 薄板凹模坯料与薄板凹模的压制
1—上模座；2—凸模；3—小导柱；4—薄板凹模坯料；5—垫块当生产批量较大时，可利用首次薄板凹模作为母模，用上述方法将半成品冲成第2代、第3代凹模备用。当然，现在线切割加工等数控加工技术日益普及，以上方法可用数控加工或线切割替代。
8.3.4 卸料板、导料板及凹模垫板的加工卸料板在薄板冲模中往往兼有导板作用，可以采用薄板凹模的加工方法制造，使用时可将多块薄板叠合以增强刚度。导料板及凹模垫板也可用薄板先冲出型孔，再经修配而成。修配后凹模垫板与凸模的双面间隙为0.2~0.3mm。
8.1 低熔点合金冲模低熔点合金冲模是用熔点低的合金材料制造冲模某些工作零件的一类模具，其制造工作大部分由铸造完成，制造周期短，制造设备要求不高，制模的合金材料可以反复使用，耗损极少。在20世纪80年代，许多生产汽车覆盖件等大尺寸冲压件的厂家，就广泛采用了这一技术。
8.1.1 低熔点合金的特性低熔点合金有多种，如铋基合金、锡基合金、铝基合金、锌基合金等。这些合金熔点低，铸模流动性好，不与钢材粘接，胀缩率小，冷凝后有一定的强度。特别是铋基合金，其熔点为138℃，铸造时合金能有效充满型腔而不容易产生缺陷，冷凝后体积变化很小，且铸件平整光滑。因此一些大型的薄板拉深模使用较多。但铋为稀有金属，价格较贵。现在一般常用的为锌基合金。锌基合金力学性能相当于低碳钢，熔点为380℃，浇铸温度为420~450℃，凝固收缩率为1.0%~1.2%，抗拉强度为220~260MPa，抗压强度为500~550MPa，硬度为120~130HBS，具有良好的切削加工性。低熔点合金可以用来制作冲裁、弯曲、拉深、翻边等模具。
8.1.2 低熔点合金拉深模低熔点合金的硬度较低，用作拉深模不易擦伤制件表面。图8.1所示为一种较典型的低熔点合金拉深模。图中所示是合金凝固后尚未将凸模和凹模分开的状态。该浇铸工艺在压力机外进行。制造时，先在模具中放入按制件实样为依据制造的样件3(上有小孔，以供合金流过)，再放入凸模板8。然后将已熔化的低熔点合金由浇口13浇入模内。凝固后，以样件为分界，留在容框5内的即为凹模2，样件以上与凸模板8固定在一起的即为凸模12。设置螺钉4是为了增强凸模板与低熔点合金凸模的连接牢固程度。在凸模和凹模分开后，取出样件，修光型腔，即可使用。由于样件与制件形状尺寸厚度均相同，因此冲压时即能压出合乎要求的制件。对于拉深模也可以将压边圈同时铸出。样件可以重复使用，也可以将冲压出的制件经简单加工作为新的样件。
图8.1 低熔点合金拉深模
1—底座；2—低熔点合金凹模；3—样件；4—螺钉；5—容框；6—导柱固定座；7—导柱；
8—凸模板；9—压边圈；10—压边圈座；11—排气管；12—低熔点合金凸模；13—浇口低熔点合金铸模的寿命较低，压制的材料不宜太厚(一般t＜1.5mm)。当生产批量较大、制件又是平面凸缘时，可在凹模口部设置普通钢制模板，制件材料较薄时，模板厚度选5~15mm，制件材料较厚时，模板厚度选25~35mm。模板只需加工上表面，内型尺寸与形状与普通钢模一样(图8.2)。还可以采用局部镶嵌的方法，在易磨损部位镶嵌钢件(图8.3)。
图8.2 凹模板的固定方式
1—容框；2—密封橡胶垫；3—凹模板；4—低熔点合金
图8.3 带加强镶嵌件的低熔点合金模具
1—钢制镶嵌件；2—低熔点合金模块
8.1.3 锌基合金冲裁模的设计
(1) 设计原则根据锌基合金冲裁模的工作特性，为使毛刺留在废料上，以提高冲裁件的精度，在设计落料模时，凹模采用锌基合金材料，而凸模用钢质材料制造；设计冲孔模时，凸模采用锌基合金材料，凹模则用钢质材料制造；落料冲孔复合模的凸模和凹模采用锌基合金材料，而凸凹模用钢质材料制造。当冲裁件断面质量要求不高、生产批量又不大时，为模具制造方便，不分落料冲孔，凸模一律用钢质材料，凹模用锌基合金材料。
(2) 凸、凹模刃口尺寸计算对于落料工序：设落料件尺寸为，钢制凸模刃口尺寸为Dp＝(D－xΔ)
对于冲孔工序：设冲孔件尺寸为d，钢制凹模刃口尺寸为dd＝(d＋xΔ)
式中：D，Δ——落料件的公称尺寸及公差(mm)；
Dp，——凸模刃口的尺寸及制造公差(mm)；按IT6级精度；
dd，——凹模刃口的尺寸及制造公差(mm)；按IT7级精度；
x——系数，与冲裁件的形状和精度有关，IT12~IT13以上精度为3/4；IT14以下精度为1/2。
(3) 锌基合金凸、凹模设计采用锌基合金材料制作凸、凹模，需要考虑模具强度和模具结构2个问题。由于锌基合金材料的抗压强度只有600~800MPa，所以用锌基合金材料作凸模时，所能冲裁的板料厚度和最小孔径是有限的，即作用在凸模上的压应力必须小于锌基合金材料的抗压强度
＝Fmax/A≤
式中：Fmax——凸模在冲裁过程中所受的最大作用力(N)；
A ——凸模横截面面积(mm2)；
——锌基合金材料的许用压应力(MPa)。
锌基合金凸模结构形式多采用组合式、镶拼式(如图8.4所示)，以减少凸模的长度。
图8.4 锌基合金凸模结构形式
1—钢制凸模固定部分；2—锌基合金凸模工作部分锌基合金凹模必须有足够的厚度和壁厚才能保证凹模强度。对于中、小型冲裁件，凹模的厚度H和壁厚B，按下式计算
H＝30mm＋17.5t，B＝40mm＋10t
式中：t——板料厚度(mm)。
锌基合金凹模的结构形式有(图8.5)：①整体式，多用于中小件生产；②镶拼式，主要用于大型修边模或落料模，镶块可平镶在模板上或通过镶块支架立镶在模板上，前者用于薄板冲裁，后者用于较厚板冲裁；③组合式，即在模具工作条件苛刻的部位采用钢块。凹模刃口均采用直壁结构，直壁高度h直接影响冲裁件的平直度、毛刺大小和质量。直壁高度h太小，无法保证修模后的尺寸，影响冲裁件的尺寸精度和模具使用寿命；h太大，冲裁时凹模腔内存件太多，会造成凹模胀裂。凹模刃口直壁高度可参照表8.1选用。
图8.5 锌基合金冲裁凹模结构形式
1—底座；2—锌基合金凹模(镶块)
表8.1 凹模刃口直壁高度h mm
板料厚度t
≤1
≤2
≤3
≤4
直壁高度h
5～8
8～12
12～15
15～20
8.1.4 锌基合金冲裁模的结构与制模方法锌基合金冲裁模的结构形式与普通钢制模具基本相同。锌基合金可以制作简单模，也能够制作复合模和级进模。生产中，应根据冲裁件的精度和批量要求，正确选择模具结构形式。对于图8.6所示倒装锌基合金冲裁模，设计时应注意顶件器与凹模之间必须留有足够的间隙(通常取单边间隙0.5mm)，以避免顶件器与凹模直壁之间的摩擦。
图8.6 锌基合金冲裁模的结构图
1—上模座；2—锌基合金凹模；3、12—螺钉；4—顶件器；5、13—卸料螺钉；
6、9—弹簧；7—导柱、导套；8—卸料板；10—下模座；11—凸模锌基合金冲裁模的制模方法有铸造法、挤切法和镶拼法。其中，镶拼法主要用于汽车覆盖件一类的大型切边模、剖切模等，每个镶拼模块的厚度不应小于60~70mm，宽度不应小于80~100mm，定位销钉孔不小于16mm，螺钉孔与销钉孔应交错排列。制模前，钢制凸模根据图样要求已加工完成，并经检验符合设计要求，刃口保持锋利，硬度40HRC以上。
锌基合金制模的最常用方法为铸造法。下面先以落料模为例作一简单介绍。
首先用模具钢制造凸模，然后用铸造法制造锌基合金凹模，铸造方法如图8.7所示。在下模座漏料孔中填满干砂6，放上漏料孔型芯5(砂芯)，在下模座上安放容框4，并在下角四周填上干砂7。然后将安装有凸模2(凸模预热至150~200℃)的上模与下模装合起来，并使凸模工作端面与型芯5上表面接触。将熔化(450℃左右)的锌基合金浇注于容框4内，并轻微搅动，直到预定高度为止。待锌基合金冷却凝固后拔出凸模，铣削锌基合金凹模上平面，再加工螺钉孔、销钉孔，将凹模安装到原先位置，并装上卸料板，即可投入使用。
图8.7 锌基合金落料模的铸造方法
1—上模座；2—钢质凸模；3—锌基合金凹模；4—容框；5—型芯；6、7—干砂对于中小型冲裁件，凸模的预热可安装在模架上进行。对尺寸较大的凸模，采用模架外预热，在平板上浇注，然后与锌基合金凹模一起装入模架。
锌基合金凝固时约有1%的收缩率，完全冷却后拔出凸模比较困难。因此可以在150~200℃时拔出凸模，再对锌基合金凹模急冷(可以提高其力学性能)。
用铸造法制造的冲裁模，凸、凹模的起始间隙近似为零。随着冲裁次数的增加，锌基合金模的刃口侧壁产生磨损，同时在冲压力的作用下沿径向还有微小变形，使凸、凹模的间隙增大，逐步达到理想的间隙，这时冲裁件质量最好，模具磨损也较缓慢。这种情况形成的凸、凹模间隙也称为动态平衡间隙。随着冲裁次数的进一步增加，锌基合金模具刃口的塌角会不断增大，塌角部分的合金便会自动补偿刃口侧壁的磨损，使之维持正常间隙，有利于模具正常工作。锌基合金冲裁模能否继续使用，不是以刃口是否变钝来判断，而主要是以刃口端面出现的塌角是否影响冲裁件的质量来决定。
用锌基合金模落料时，要求搭边值比钢模冲裁大，以保护凹模孔口不受拉挤和碰伤。落料时，要求钢制凸模保持锋利，凸模进入凹模的深度，要比板料厚度大2~4mm，才能促使自动补偿磨损，获得动态平衡间隙。否则将影响制件的质量。
用铸造法还可以方便地制造锌基合金各种模具的凸模、凹模、卸料板、压边圈等。铸造方法有砂型制模法、样件制模法、石膏型制模法、金属型制模法和复合材料制模法等。图8.8为砂型制模工艺流程示意图。图8.8(a)所示为锌基合金凸模制模过程：先按凸模零件图并考虑收缩率制作凸模模型；然后用凸模模型造砂型；浇注熔化的锌基合金；冷却清理后便得到锌基合金凸模。图8.8(b)为锌基合金凹模制模过程：先在凸模模型上粘贴为配制凸-凹模间隙的小块板料，并用耐火泥补平，烘干后抛光；然后用已配制好间隙的模型制作石膏过渡型；再用石膏过渡型造砂型；浇铸成锌基合金凹模。
图8.8 砂型制模工艺过程
(a) 凸模制模过程；(b) 凹模制模过程用铸造获得的锌基合金凸模、凹模，最后还需要手工修整以确保凸—凹模间隙均匀。
以上浇注方法为敞开式浇注，对于几何形状较复杂的模具零件可采用合箱闭式浇注，可以更好地控制收缩变形，减少铸造缺陷。
8.2 聚氨酯橡胶冲模
8.2.1 聚氨酯橡胶性能及应用聚氨酯橡胶是一种人工合成的高分子弹性体。它比一般的橡胶硬度高，强度好，弹性大，耐磨，耐油，耐老化。特别是抗撕裂性能很好，可以很容易地进行各种机械加工和浇铸成形。由于原料的配比不同，聚氨酯的硬度变化范围比较大。常见的国产聚氨酯橡胶牌号有8260、8270、8280、8290、8295等，对应的邵氏硬度(A)分别为67、75、85、90、93。其中8290、8295主要用于冲裁模。8260、8270、8280主要用于弯曲、拉深、胀形等其他模具。用聚氨酯橡胶作为模具工作零件(如凸模、凹模)的模具称为聚氨酯橡胶冲模。这类模具结构简单，制造容易，生产周期短，制模成本低。常用于薄材料制件的小批量生产及新产品试制。较适合聚氨酯橡胶冲模冲压成形的板材厚度见表8.2。
表8.2 聚氨酯橡胶冲压加工的板料厚度 mm
材 料
落料、冲孔
弯 曲
成 形
拉 深
结构钢
≤1.0～1.5
≤2.0～3.0
≤1.0～1.5
≤1.5～2.0
合金钢
≤0.5～1.0
≤1.5～2.0
≤0.5～1.0
—
铜及其合金
≤1.0～2.0
≤3.0～4.0
≤2.5～3.0
≤2.5～3.0
铝及其合金
≤2.0～2.5
≤3.5～4.0
≤3.0～3.5
≤2.5～3.0
钛合金
≤0.8～1.0
≤1.0～1.5
≤0.5～1.0
—
非金属材料
≤1.5～2.0
—
—
—
8.2.2 聚氨酯橡胶冲模的设计用聚氨酯橡胶模冲裁，落料时用聚氨酯作为凹模，凸模用钢质材料。冲孔时用聚氨酯作为凸模，凹模用钢质材料。
(1) 聚氨酯橡胶模的冲裁变形过程如图8.9所示，聚氨酯橡胶冲裁模的冲裁变形过程与一般钢模不同。压力机滑块下行时，装在容框内的聚氨酯橡胶产生弹性变形，以较高的压力迫使被冲板料沿钢质凸模刃口发生弯曲、拉伸等复杂变形，最后在压力的作用下板料断裂分离。在冲裁过程中，由于橡胶始终把板料压在钢模上，故制件平整。此外，因为橡胶紧贴着钢模刃口流动，成为无间隙冲裁，所以冲裁件基本无毛刺。利用这个特点，可以解决冲裁薄板时，间隙太小、制模困难的问题。
图8.9 聚氨酯橡胶冲裁过程
1—容框；2—卸料板；3—凸模；4—聚氨酯橡胶根据聚氨酯橡胶冲裁特点，冲裁搭边值应比钢模冲裁时大。冲孔孔径不能太小，否则所需橡胶的单位面积压力太大，冲裁很困难。
(2) 钢质凸、凹模刃口尺寸的计算聚氨酯冲裁凸、凹模刃口尺寸的计算与钢模冲裁略有不同。其落料件外形尺寸决定于钢质凸模刃口尺寸，冲孔孔径决定于钢质凹模刃口尺寸。冲裁后落料件外形尺寸比钢质凸模稍大，而冲孔比相应的钢质凹模直径稍小。设计时可按下式计算：
落料 DT＝(Dmax－xΔ)
冲孔 dA＝(dmin＋xΔ)
式中：DT——钢质凸模刃口尺寸；
dA——钢质凹模刃口尺寸；
Δ——冲裁件公差；
T——钢质凸模公差；
A——钢质凹模公差；
x ——系数，一般取0.5~0.7。
(3) 聚氨酯橡胶冲模的基本结构图8.10所示为聚氨酯橡胶冲孔落料复合模，凸凹模的材料为模具钢，橡胶垫2作为落料凹模与冲孔凸模。卸料和推料都采用了弹性结构。容框采用了组合结构，使模具具有一定的通用性。当制件尺寸改变时，只需更换容框和其他工作零件。
图8.10 聚氨酯橡胶冲孔落料复合模
1—压料板；2—橡胶模垫；3—容框；4—凸凹模；5—顶杆图8.11所示为聚氨酯橡胶弯曲模，上模5为钢制件，件4为聚氨酯橡胶垫，在底部设置了2件成形棒1，有利于橡胶转移成形，使其产生比较均匀的压力，并可以减小成形力。弯曲时，上模行程增加，橡胶垫对板料的单位压力也增大。当单位压力达到一定数值后，板料成形部位产生塑性变形，这种塑性变形有利于减小回弹，具有校正作用。在弯曲过程中，坯料一直处于橡胶垫与上模的压紧状态，不易移动，定位精度好。因此采用聚氨酯橡胶弯曲模比一般的钢质弯曲模弯曲件的回弹小，制件精度和表面质量都较高。
图8.11 聚氨酯橡胶弯曲模
1—成形棒；2—容框；3—定位板；4—橡胶模垫；5—弯曲凸模；6—制件聚氨酯橡胶弯曲模结构简单，成本低。
图8.12所示为聚氨酯橡胶胀形模，成形制件为三通件。一般这类制件需经落料、成形、弯曲、整形、焊接、修磨等数道工序完成。材料利用率低，制造成本高。胀形则选用管件作坯料，加工时先将橡胶芯棒15放入管内，再共同放入活动凹模4的模腔内，利用上凸模2对橡胶加压。在加压过程中活动凹模下行，下凸模8压缩橡胶，这样在上、下凸模双重作用下，橡胶使坯料成形。回程时顶杆11将活动凹模顶出凹模座6，制件随活动凹模一道取出，分离凹模，取出制件及橡胶芯棒。
图8.12 聚氨酯橡胶胀形模
1—上模座；2—上凸模；3—橡胶上垫片；4—活动凹模；5—垫块；6—活动凹模座；7—橡胶下垫片；8—下凸模；
9—弹簧；10—下模座；11—顶杆；12—定位调节座；13—定位调节圈；14—制件；15—橡胶芯棒图8.13所示为聚氨酯橡胶拉深模。图8.13(a)中凹模4为钢质件，橡胶垫2起凸模作用，并与凹模端面对坯料的法兰部分施压，起压边作用，防止起皱；图8.13(b)中凸模6为钢质件，橡胶垫2起凹模作用。注意钢质凹模一般都带底部，所以需在底部开设1mm~3mm的排气孔。
图8.13 聚氨酯橡胶拉深模
1—容框；2—橡胶模垫；3—毛坯；4—钢质凹模；5—制件；6—凸模
(4) 容框、顶杆、压料板及橡胶垫的设计容框在聚氨酯橡胶模具中是一个很重要的零件，模具的工作过程中，它要承受较大的张力，因此必须要有足够的强度与刚度。当单位压力不大时可采用45钢、40Cr钢制造，热处理硬度为40~45HRC；若单位压力很大，则可采用高强度钢，如30CrMnSi等，热处理硬度为40~45HRC。容框可以单独制作，固定在模座上，也可以与模座做成整体。用于冲裁模的容框，其内形与冲裁件相似，当板料厚度为0.05mm左右时，单边间隙取0.5mm；板料厚度为0.1~0.2mm时，单边间隙取1.0~1.5mm。单边间隙在可能的条件下取较小值，这样可以减小冲裁搭边，提高材料利用率。但是，间隙太小，橡胶流入容框与凸模之间太少，不足以对板料产生足够的剪切力，制件不易与废料分离；间隙太大(≥2mm)，橡胶在压力作用下会沿着凸模刃口向外流出，此时凸模刃口切入橡胶垫边缘，造成撕裂，形成“脱圈”现象。
容框可制成锥形如图8.14所示，以利于聚氨酯橡胶垫的换装。如果模垫表面磨损，可将磨损的表面切除，更换垫板调整高度后继续使用。
图8.14 锥形模垫容框
1—模座；2—容框；3—橡胶模垫；4—垫板聚氨酯橡胶垫的高度取12~15mm为宜。
使用压料板与顶杆，可使聚氨酯橡胶垫在冲裁过程中处于全封闭状态，能有效地控制橡胶的变形程度和提高刃口处的剪切力，有利于提高模具的使用寿命和冲裁件的质量。常用压料板和顶杆有2种安装形式如图8.15所示，其中活动式压料板和顶杆如图8.15(b)所示)在正常情况下伸出模具工作零件端面约0.5~1.5mm，起压料和卸料的作用。
图8.15 压料板与顶杆的安装形式压料用聚氨酯橡胶的邵氏硬度为70~80A，预压量为5%~15%；顶件用聚氨酯橡胶的邵氏硬度为80A。
压料板与顶杆的结构形式如图8.16所示，几何参数如表8.3所列。
表8.3 压料板与顶杆的几何参数板料厚度t/mm
h/mm
/°
r/mm
≤0.1
0.4～0.6
45～55
0.5
＞0.1～0.3
0.6～1.0
55～65
0.5
＞0.3～0.5
1.2
65～75
0.5
图8.16 压料板与顶杆的结构形式与几何参数
(1型适于d＞5mm；2型适于5mm≥d≥2.5mm；3型适于d＜2.5mm)
8.3 薄 板 冲 模冲裁模凹模真正的工作部位仅仅是刃口部分，其余部分只是起支承作用，在正常使用情况下，凹模的失效形式为刃口部分磨损(参见图2.17)。磨损量在一定范围内，通过刃磨可以修复，每次刃磨量一般在0.2~0.4mm之间。薄板冲(裁)模即是将一片或数片硬度较高的薄钢板采用镶嵌形式固定于普通材料制造的基体模上，组成组合凹模，薄钢板的型孔即为凹模的工作刃口。刃口磨损后只需更换薄钢板，或拿掉一块薄钢板，模具又可正常使用。薄钢板的型孔可以采用冲压的方法或线切割的方法成批制造。薄钢板的硬度一般为40~45HRC，金相组织形态为贝氏体，故这种模具也称贝氏体钢板模。它与常规冲裁模相比具有以下特点。
(1) 薄板凹模的厚度一般为0.5~0.8mm，约为常规冲裁凹模厚度的1/30~1/40，因而节约了模具钢。
(2) 薄板冲模多采用通用的弹簧模架，只需更换少数专用零件(如凸模、薄板凹模、导板和垫板等)即可冲裁相应的制件。而且只需制造出凸模，便可用冲压的方法制造出薄板凹模、导板和垫板等零件，使模具制造工艺大为简便，缩短了制模周期，降低了模具的成本。
(3) 由于薄板冲模采用了模柄和模架，所以模具的安装和操作十分简便；若采用模柄与带球面的上模座分离的结构，压力机精度不会影响模具精度。
(4) 一片薄板凹模的寿命一般可达几千件甚至上万件。当生产批量大时，可以多冲几块薄板凹模备用，使薄板冲模可以扩大到中批量生产中使用。
薄板冲模是一种新型的简易冲裁模，目前主要用于冲裁厚度为0.1~3.0mm的各种平板类制件，在新产品试制及小批量多品种冲压件的生产中，显示出较好的经济效果。其缺点是只能冲裁形状不太复杂的制件，不能冲裁带有尖齿的制件。
8.3.1 薄板冲模的基本结构薄板冲模的基本结构如图8.17所示，此结构与常规冲裁模很相似。除凸模和卸料板外，其余零件大都采用薄板件。薄钢板的厚度一般在1.5mm以下，实际使用时可根据制件的厚度、采用多层钢板的结构来满足要求。相关零件的材料及热处理要求见表8.4。
图8.17 薄板冲模
1—下模座；2—基模；3—凹模垫板；4—凹模薄钢板(多块)；5—导料板；
6—卸料板；7—凸模；8—凸模固定板；9—凸模垫板；10—上模座；11—凸模板表8.4 薄板冲模专用零件的材料及热处理零 件 名 称
材 料 牌 号
板料厚度t/mm
热处理要求/HRC
备 注
凸模
T10A、9Mn2V
58～62
凹模板
T10A、65Mn
0.5～0.8
40～45
导板
45钢
1～6
叠合厚度(2～6)mm
T10A
0.5～0.8
导料板
45钢
1～1.5
叠合厚度(1.2～1.5)t
垫板
45钢
1～1.5
40～45
叠合厚度≥2.2t
图8.18所示为精度较高的单工序落料模，结构中使用了小导柱4。此结构有较好的通用性，在一定范围内对不同的冲裁件，只需更换工作零件即可使用。通用模架主要由球面承压块2、上模座3、导柱14、弹簧13等零件组成。条料在导板5与薄板凹模6之间沿导料板8送进。工作时，压力机滑块首先推动上模座下行，与上模座相连的导板、导料板、薄板凹模和垫板9组件便随之向下运动。当垫板与下模座7上平面接触时，垫板及薄板凹模等组件便以下模座为支承而停止不动。此后，凸模11随上模座继续下行，使材料在凸、凹模作用下分离，并将冲裁件推入垫板中。滑块回程时，在弹簧12的作用下由导板将条料从凸模上刮下。整个上模部分在弹簧13的作用下上行复位。停留在下模座上面的冲裁件由压缩空气吹出，或由机械出件装置排出。
图8.18 薄板冲模(模柄与上模座分离结构)
1—浮动模柄；2—球面承压块；3—上模座；4—小导柱；5—导板；6—薄板凹模；7—下模座；
8—导料板；9—垫板；10—卸料螺钉；11—凸模；12、13—弹簧；14—导柱；15—导套
8.3.2 薄板冲模凸模的计算与制造在薄板冲模的制造中，其特点是先制造凸模，然后再按凸模来制造凹模及其他零件。因此不论其冲裁性质如何(冲孔或落料)，应首先确定凸模尺寸。
(1) 对于t≤1.0mm的冲裁件，按无间隙冲裁来考虑。薄板凹模经凸模冲裁型孔后，不修整间隙便直接使用。故凸模刃口尺寸按下式计算：
对于金属材料 DT＝(Dmax－0.5Δ)
对于非金属材料 DT＝(Dmax－0.75Δ)
(2) 对于1.0mm＜t≤3.0mm的冲裁件，应按有间隙冲裁来计算。薄板凹模由凸模冲裁型孔后，需经扩修间隙后才使用。则凸模刃口尺寸按下式计算：
对于金属材料 DT＝(Dmax－0.5Δ－Zmin)
对于非金属材料 DT＝(Dmax－0.75Δ－Zmin)
式中：DT——凹模刃口尺寸；
Dmax——冲裁件的最大极限尺寸；
Δ——冲裁件公差；
——凸模制造公差，一般取T＝0.4(Zmax－Zmin)；
Zmax，Zmin——最大、最小初始双面间隙。
薄板级进模或复合模中的凸、凹模刃口尺寸计算可参照常规冲模的计算公式。
8.3.3 薄板凹模的制造薄板凹模可用冲裁方法制造，其过程如下：
(1) 按技术要求制造凸模，凸模的硬度为58~62HRC，可采用线切割、成形磨削或钳工加工。
(2) 在预先热处理的薄板坯料上加工两个定位孔，孔径、孔距与相应的小导柱一致。得到薄板凹模半成品(如图8.19(a)所示)。
(3) 将半成品两个加工好的定位孔套于小导柱上，用凸模冲出型孔，经钳工略加修整便成薄板凹模(如图8.19(b)所示)。
图8.19 薄板凹模坯料与薄板凹模的压制
1—上模座；2—凸模；3—小导柱；4—薄板凹模坯料；5—垫块当生产批量较大时，可利用首次薄板凹模作为母模，用上述方法将半成品冲成第2代、第3代凹模备用。当然，现在线切割加工等数控加工技术日益普及，以上方法可用数控加工或线切割替代。
8.3.4 卸料板、导料板及凹模垫板的加工卸料板在薄板冲模中往往兼有导板作用，可以采用薄板凹模的加工方法制造，使用时可将多块薄板叠合以增强刚度。导料板及凹模垫板也可用薄板先冲出型孔，再经修配而成。修配后凹模垫板与凸模的双面间隙为0.2~0.3mm。
