模具制造技术培训读本
冲压工艺及模具
刘华刚 编著
本书与冲压模具实际生产紧密结合，以冲压工艺为主线，着重介绍模具材料的选 择，冲裁模、弯曲模、拉深模、级进模等模具结构的设计，压力设备的选择等内容。书 中精选典型实例，以实训形式翔实介绍冲压模具装配与调试的技能与技巧。注意简化难 点，突出重点，深入浅出地介绍冲压模具设计的有关知识和要点，为深入学习、进一步 提高技能奠定坚实的基础。 本书可供模具制造领域的工程技术人员和一线工人阅读，也可供职业院校模具专业 的学生参考。
图书在版编目 （CIP） 数据 冲压工艺及模具 / 刘华刚编著. —北京：化学工业出 版社，2007. 1 （模具制造技术培训读本） ISBN 978-7-5025-9947-8 Ⅰ. 冲… Ⅱ. 刘… Ⅲ. ①冲压-工艺-技术培训-教材 ②冲模-设计-技术培训-教材 Ⅳ. TG38 中国版本图书馆 CIP 数据核字 （2007） 第 011137 号
编辑：张兴辉 校对：宋 夏 刘丽宏 文字编辑：陈 喆
装帧设计：史利平 邮政编码 100011）
出版发行：化学工业出版社 （北京市东城区青年湖南街 13 号 印 装 刷：北京永鑫印刷有限 公司 订：三河市万龙印装有限公司 印张 15�� �� 字数 293 千字
720mm × 1000mm 1 /16
2007 年 3 月北京第 1 版第 1 次印刷 售后服务：010-64518899
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前
言
进入 21 世纪，科学技术以迅猛的速度向前发展，从而推动了社会的进步和 经济的繁 根据世界范围的社会科学经济发展趋势预计，在新的世纪，我国将 成为全球最大的加工制造工厂或加工制造基地。模具工业是现代加工制造业一个 重要的组成部分，对今后国民经济和社会的发展将起到越来越重要的作用。有人 说： “模具是一切工业之母，其制造技术是工业生产的核心技术” 。国际生产技 术协会预测在 21 世纪，机械零部件中 60% 的粗加工，80% 的精加工要由模具来 完成，采用模具生产零件具有效率高、质量好、节能降耗、生产成本低等一系列 优点。 目前我国模具技术人员短缺，模具设计与制造技术人才已经成为 “紧缺人 才” 。要 这一问题，模具技能型人才的培训是关键。《模具制造技术培训读 本》（简称 《读本》 就是为满足模具领域工程技术人员和一线工人以及部分高 ） 职院校模具专业人员培训的需要，邀请具有丰富教学和培训经验的专家编写的。 《读本》 按照模具行业从业人员的职业特点，本着以综合素质为基础，以能力为 本的原则，以企业需求为基本依据，以就业为导向，适应企业技术发展，从生产 实践角度精选内容，系统介绍模具设计与制造的相关知识和技能，帮助读者学习 掌握模具加工的核心技术，为模具行业培养综合型、复合型人才做贡献。 《读 、 、《塑料成型工艺与注 本》 共 7 册，包括 《模具制造基础》 《模具识图与制图》 塑模具》 《冲压工艺及模具》 《模具加工与装配》 、 、 、《塑料模具设计与制造过程 仿真》 《冲压模具设计与制造过程仿真》 、 。 本书是 《冲压工艺及模具》 分册，全书具有如下特点。 1. 与实际生产紧密结合，以冲压工艺为主线，着重介绍模具材料的选择，冲裁 模、弯曲模、拉深模、级进模等模具结构的设计，压力设备的选择等方面的内容。 2. 突出实践性，精选典型实例，以实训形式翔实介绍冲压模具装配与调试 的技能与技巧。 3. 简化难点，突出重点，深入浅出地介绍冲压模具设计的有关知识和要点， 为深入学习、进一步提高技能奠定坚实的基础。 由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指
编者 2007 年 1 月
目
第1 章
1. 1
录
冲压件材料及冲压工艺性分析 !!!!!!!!!!!!!!!!! 1
板料冲压基本理论及材料 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1 板料冲压工艺特点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1 冷冲压工序分类 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2 冷冲压成形模具分类 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 4 冷冲压成形模具结构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 5 冷冲压成形工艺中常用材料 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 9 常用金属冲压材料的规格 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 11 新型冲压材料 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 12 冷冲压成形模具常用材料 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 13 冲压件的工艺性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 14 冲裁件的工艺性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 15 弯曲件的工艺性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 17 拉深件的结构工艺性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 18
1. 1. 1
1. 1. 2
1. 1. 3 1. 1. 4 1. 1. 5 1. 1. 6 1. 1. 7 1. 1. 8 1. 2 1. 2. 1 1. 2. 2 1. 2. 3
1. 2. 4
冲压件工艺性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 14
第2 章
2. 1
冲裁模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 20
冲裁件排样的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 20 冲裁变形过程分析 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 20 冲裁断面特征及板料的受力分析 !!!!!!!!!!!!!!! 20 冲裁间隙的选择 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 22 合理冲裁间隙的计算与选择 !!!!!!!!!!!!!!!!! 24 凸、凹模尺寸 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 27 冲压力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 33 压力中心的 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 37 排样与搭边 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 40 冲模组成零件 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 44 凸模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 44 凹模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 51 凸凹 最小壁厚 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 55
2. 1. 1 2. 1. 2 2. 1. 3 2. 1. 4 2. 1. 5 2. 1. 6 2. 1. 7
2. 1. 8
2. 2
冷冲模典型零件设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 44
2. 2. 1 2. 2. 2 2. 2. 3
2. 2. 4
2. 2. 5
2. 2. 6 2. 2. 7
凸、凹 镶拼结构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 55 定位装置的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 58 挡料装置的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 60 导料装置的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 62 导正装置的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 64 卸料装置的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 67 推件与顶件装置的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 70 导板的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 71 压料装置的设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 73 模架的选用 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 75 凸、凹模固定板和垫板的设计 !!!!!!!!!!!!!!!! 78 紧固零件的选用 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 79 无导向单工序冲裁模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 79 导板式单工序冲裁模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 81 导柱式单工序冲裁模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 81 冲孔模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 84 导正销定距的级进模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 84 侧刃定距的级进模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 86 无废料、少废料级进模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 89 式复合模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 91 倒装式复合模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 91
2. 2. 8 2. 2. 9 2. 2. 10
2. 2. 11
2. 2. 12 2. 2. 13
2. 2. 14
2. 2. 15
2. 2. 16
2. 3
冲裁模典型结构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 79
2. 3. 1
2. 3. 2
2. 3. 3 2. 3. 4 2. 3. 5 2. 3. 6 2. 3. 7 2. 3. 8 2. 3. 9
第3 章
3. 1 3. 2 3. 3
3. 4 3. 5 3. 6
弯曲模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 93
弯曲变形过程 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 93 弯曲毛坯展开长度 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 95 最小弯曲半径及弯曲力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 97 弯曲模工作部分的尺寸参数 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 98 回弹 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 101 弯曲 典型结构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 103
3. 6. 1
3. 6. 2
V 形件弯曲模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 103
U 形件弯曲模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 103
3. 6. 3
3. 6. 4
U 形件弯曲模 （四角件弯曲模） !!!!!!!!!!!!!!! 104
Z 形件弯曲模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 106
第4 章
4. 1
拉深模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 107
拉深变形特点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 107
4. 1. 1 4. 1. 2
4. 1. 3
拉深系数 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 107 拉深次数 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 109 圆筒形件各次工序尺寸的计算 !!!!!!!!!!!!!!!! 110
4. 2 4. 3
4. 4
拉深 类型 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 111 拉深力的 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 111 拉深件的毛坯尺寸 （圆筒件） !!!!!!!!!!!!!!!! 113 拉深模工作部分结构与尺寸 !!!!!!!!!!!!!!!!! 118 拉深模工作部分结构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 118 拉深模工作部分尺寸计算 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 121 压边装置 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 123
4. 5
4. 5. 1 4. 5. 2 4. 5. 3 4. 6
拉深模典型结构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 125
第5 章
5. 1 5. 2
多工位级进模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 128
多工位级进模的概述 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 128 多工位级进模的分类 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 129 按冲压件成形方法分类 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 129 按级进模所包含的工序性质分类 !!!!!!!!!!!!!!! 129 排样设计的原则 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 130 排样设计时应考虑的因素 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 131 载体设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 132 冲切刃口设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 133 定距设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 135 带料级进拉深模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 139 冲孔、落料多工位级进模 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 140 落料、冲孔级进模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 145 冲孔、切断、压弯级进模 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 146 冲裁、弯曲、胀形多工位级进模 !!!!!!!!!!!!!!! 147 冲裁、拉深、翻孔多工位级进模 !!!!!!!!!!!!!!! 151 级进模总体设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 153 凹模设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 155 凸模设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 157 凸模固定板设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 158 定距机构设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 158 导料装置设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 160
5. 2. 1 5. 2. 2 5. 3 5. 3. 1 5. 3. 2
5. 3. 3
多工位级进模排样设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 130
5. 3. 4 5. 3. 5
5. 4 5. 4. 1
多工位级进模典型结构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 139
5. 4. 2 5. 4. 3 5. 4. 4
5. 4. 5 5. 4. 6
5. 5
多工位级进模的设计要点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 153
5. 5. 1
5. 5. 2
5. 5. 3
5. 5. 4 5. 5. 5
5. 5. 6
5. 5. 7
卸料装置设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 162 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 167
第6 章
6. 1
冲压设备的选用与操作
冲压设备分类、型号及特点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 167 冲压设备分类、型号 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 167 曲柄压力机的结构与原理 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 168 其它类型的冲压设备 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 170 冲压设备类型的选择 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 185 冲压设备规格的选择 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 186 曲柄压力机的能力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 189 曲柄压力机结构的 '使用 !!!!!!!!!!!!!!!!! 189 模具对压力机 '使用的影响 !!!!!!!!!!!!!!!! 190 压力机正确的操作 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 191 对压力机的定期检修保养 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 191 冲压 安装 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 192 冲压 拆卸 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 194
6. 1. 1 6. 1. 2 6. 1. 3 6. 2 6. 2. 1 6. 2. 2 6. 3 6. 3. 1 6. 3. 2 6. 3. 3 6. 3. 4 6. 3. 5 6. 4 6. 4. 1 6. 4. 2
冲压设备类型的选用及主要技术参数 !!!!!!!!!!!!!!! 185
曲柄压力机的操作 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 189
压力机上模具的装模与卸模 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 192
第7 章
7. 1 7. 2
冲裁模具设计实例 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 195
冲裁模具设计要点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 195 设计举例 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 201
第8 章
8. 1
冷冲压成形模具的装配实训 !!!!!!!!!!!!!!!!! 207
冷冲模装配的技术要求 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 207 冷冲 制造特点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 207 制造冷冲模的步骤 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 207 冷冲模装配的技术要求 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 208
8. 1. 1 8. 1. 2 8. 1. 3 8. 2 8. 3 8. 4
8. 5 8. 6 8. 7
装配模具前，模具钳工应做的准备工作 !!!!!!!!!!!!!! 209 模具的装配方法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 209 在装配冲模时，控制凸、凹模间隙的方法 !!!!!!!!!!!!! 210 确定冲模的装配顺序 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 212 模具零件紧固— —机械固定法 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 213 — 模具零件紧固— —物理固定法 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 215 — 模具零件紧固— —化学固定法 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 216 — 冷冲压成形模具装配实例 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 218
8. 8
8. 9
第9 章
冷冲压成形模具的调试 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 223
9. 1 9. 2 9. 3 9. 4 9. 5 9. 6
9. 7
冲模的安装步骤 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 223 模具装配后进行试模与调整的原因 !!!!!!!!!!!!!!!! 224 模具调试的内容 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 224 模具在调试过程中应注意的问题 !!!!!!!!!!!!!!!!! 225 模具冲裁模调试的要点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 225 弯曲 调整要点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 226 拉深模试模与调整要点 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 226 冲裁模试冲时常会出现的弊病及调整 !!!!!!!!!!!!!!! 227 弯曲模试模过程中常见的弊病及调整方法 !!!!!!!!!!!!! 230 拉深模调试中的缺陷及调整方法 !!!!!!!!!!!!!!!! 232 试模常见问题及其调整 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 234 垫圈 复合模调试实例 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 235
9. 8 9. 9 9. 10 9. 11 9. 12
参考文献 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 238
第 1 章 冲压件材料及冲压工艺性分析
1. 1
板料冲压基本理论及材料
模具是机械、汽车、电子、通信、家电等行业产品的基础工艺装备，属于高 新技术产品。作为基础工业，模具的质量、精度、寿命对其它工业的发展起着十 分重要的作用，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，在 日本，模具称为 “进入富裕社会的原动力” ，在罗马尼亚，视 “模具就是黄金” 。 随着我国国民经济的发展，模具工业作为工业产品的基础，得到了蓬勃发展。 模具分为冷冲压模具、塑料模具、铸造模具、橡胶模具、玻璃模具以及热锻 模具等。其中，冷冲压模具历史悠久、用途广泛、技术成熟，在各类模具中，占 有的比重最大。
1. 1. 1
板料冲压工艺特点
冷冲压是先进的金属加工方法之一，主要用于加工板料，因此又称为板料冲 压。冷冲压是在常温下，利用冲压模在冲压设备上对板料或型材施加压力，使其 产生塑性变形或分离，从而获得所需形状、尺寸和性能零件的一种压力加工方 法。对于某些非金属材料，也可以采用冲压工艺制造零件。 冷冲压工艺有以下特点。 ① 用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其它加工方法难以加工的工件。 ② 冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的，因此尺寸稳定、互换性好。 ③ 操作简单，劳动强度低，易于实现机械化和自动化，生产率高。 ④ 材料利用率高，工件重量轻、刚性好、强度高，冲压过程耗能少，故工 件的成本较低。 ⑤ 冲压加工中所用模具结构一般比较复杂、生产周期长、成本高。 所以单件、小批量生产采用冲压工艺受到一定限制，冲压工艺多用于批量生 产。近年来发展的简易冲模、组合冲模、锌基合金冲 为单件、小批量生产采 用冲压工艺提供了条件。 由于冷冲压有许多突出的优点，所以在机械制造、电子电器等行业中，都得 到了广泛的应用，大到汽车的覆盖件，小到钟表以及仪器仪表元件，大多是由冷 1
冲压方法制成的。目前，采用冷冲压工艺所获得的冲压制品，在现 车、拖拉 机、电机电器、仪器仪表以及各种电子产品和人们日常生活中，都占有十分重要 的地位。在汽车制造业中大概有 60% ～ 70% 的零件是采用冲压工艺制成的，冷 冲压生产所占的劳动量为整个汽车行业劳动量的 25% ～ 30% 。在机电以及仪器 仪表生产中，有 60% ～ 70% 的零件是采用冷冲压工艺来完成的。在电子产品中， 冲压件的所占比例也相当大。人们日常生活中用的金属制品，冲压件所占的比例 更大，如铝锅、不锈钢餐具等，随处都可看到冲压制品。因此，冷冲压应用非常 广泛，学习、研究和发展冷冲压技术，对发展我国国民经济和加速现 工业建 设具有重要意义。
1. 1. 2
冷冲压工序分类
一个冲压件的完成，往往需要经过多道冲压工序。由于其形状、尺寸、精度 要求、生产批量、原材料等各不相同，因此生产中所采用的冷冲压工艺方法也是 多种多样的，概括起来，大致可分为分离工序和成形工序两大类。 分离工序：是使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和切断面质 量的冲压件（俗称冲裁件）的工序。分离工序主要包括落料、冲孔、切 剖切 等工序。 成形工序：材料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状、尺寸和精 度冲压件的加工工序。成形工序主要包括弯曲、拉深、翻边、扭曲、胀形、缩口 等工序。 冷冲压的基本工序见表 1-1。
表 1 -1
工序性质 工序名称
冷冲压的基本工序
工序简单图 特 点
落料
用落 料 模 沿 封 闭 轮 廓 冲 裁 板料或条料， 冲掉部分是制件
分离工序
冲孔
用冲 孔 模 沿 封 闭 轮 廓 冲 裁 工件或毛坯， 冲掉部分是废料
用切 口 模 将 部 分 材 料 切 开 切口 但并不使它完全分离， 切开部 分材料发生弯曲
2
续表
工序性质 工序名称 工序简单图 特 点
切边
用切 边 模 将 坯 件 边 缘 的 多 余材料冲切下来
分离工序
剖切
用剖 切 模 将 坯 件 弯 曲 件 或 拉深件剖成两部分或几部分 用整 修 模 去 掉 坯 件 外 缘 或
整修
内孔的余量， 以得到光滑的断 面和精 尺寸
用弯 曲 模 将 平 板 毛 坯 （或 弯曲 丝料、 杆件毛坯） 压弯成一定 尺寸和角度，或将已弯件作进 一步弯曲
卷边
用卷 边 模 将 条 料 端 部 按 一 定半径卷成圆形
用拉 深 模 将 平 板 毛 坯 拉 深 拉深 成形工序 成空心件， 或使空心毛坯作进 一步变形
用变 薄 拉 深 模 减 小 空 心 毛 变薄拉深 坯的直径与壁厚，以得到底厚 大于壁厚的空心制件 用成 形 模 使 平 板 毛 坯 或 制 起伏成形 件产生局部拉深变形， 以得到 起伏不平的制件
用翻 边 模 在 有 孔 或 无 孔 的 翻边 板件或 空 心 件 上 翻 出 直 径 更 大而成一定角度的直壁
3
续表
工序性质 工序名称 工序简单图 特 点
胀形
从空 心 件 内 部 施 加 径 向 压 力使局部直径胀大
缩口
在空心件外部施加压力，使 局部直径缩小
整形 （立体）
用整 形 模 将 弯 件 或 拉 深 件 不准确的地方压成准 状
整形 （校平） 成形工序
将零件不平的表面压平
用压印模使材料局部转移， 压印 以得到 凸 凹 不 平 的 浮 雕 花 纹 或标记
使金属沿凸、 凹模间隙或凹 冷挤压 模模 动， 从而使原毛坯转 变为薄 壁 空 心 件 或 横 断 面 小 的半成品
顶镦
将杆状坯料局部镦粗
1. 1. 3
冷冲压成形模具分类
冲压件的表面质量、尺寸精度、生产效率、经济效益等与模具结构密切相 关。因此，了解模具结构、研究和提高模具的各项技术指标是十分重要的。冲压 件的品种、式样很多，所以，冲压模具的类型也是多种多样的。为了便于研究， 4
将冲压模具按不同特征进行分类。一般有以下几种分类方法。 （1） 按冲压工艺进行分类 ① 冲裁模具。冲裁模具又可分为落料模具，冲孔模具，切断模具，切口模 具，剖切模具，整修模具，精冲模具。 ② 弯曲模具。弯曲模具又可分为自由弯曲模具，校正弯曲模具，V 形弯曲 模具，U 形弯曲模具，异形弯曲模具，变薄弯曲模具。 ③ 拉深模具。拉深模具又可分为无凸缘圆筒拉深模具，有凸缘圆筒拉深模 具，盒形件拉深模具，锥形件拉深模具，阶梯形件拉深模具，球面拉深模具，抛 物面拉深模具，异形件拉深模具，变薄拉深模具。 ④ 成形模具。成形模具又分为胀形模具，翻边模具，压印、校平模具，整 形模具，缩口模具。 （2） 按工序组合程度进行分类 ① 单工序模。在一副模具中的一个工位上只完成一种工序的冲压模具，例 如：落料模具、冲孔模具、切边模具、弯曲模具、拉深模具等。 ② 复合模具。在一副模具中的一个工位上只完成两种以上不同工序的冲压 模具，冲裁件的内外形相互位置精度高，适合于大批量生产。例如：落料、冲孔 复合模具；成形、冲孔、切断复合模具；落料、成形复合模具等。 ③ 连续模具。连续模又称为级进模具或跳步模具，指在压力机一次行程中， 在一副模具的不同工位上同时完成两道或多道工序的冲压模具。利用连续模具生 产，条料要求精 位，使内孔与外形相互位置精度得到保证。生产率高，具有 一定的冲裁精度，适于大批量生产。 （3） 按上下模的导向方式进行分类 板模具，有导向的导柱模具。 （4） 按导料或定位形式进行分类 导正销定位模具，侧刃定位模具。 此外，还可以依据对冲裁件尺寸、精度等质量的不同，把模具分为精密冲裁 模具和普通冲裁模具；依据模具的体积大小，将模具分为小型模具、中型模具和 大型模具等。有时还可以根据所用压力机类型、送料方式、出件方式等对模具进 行分类。 分为固定导料销模具，活动导料销模具， 分为无导向的开式模具，有导向的导
1. 1. 4
冷冲压成形模具结构
（1） 冲裁模 ① 模具结构。冲压件是多种多样的，其冲压工序所使用的模具也是各不相 同，通过分析各种模具的结构组成，按其功能用途，模具大致由六部分组成。图 1-1 所示为垫圈的落料冲孔复合冲裁模，为典型的导柱导套冲裁模。 5
图 1-1
冲裁模
1—上模板；2—导套；3—凹模；4—凸模固定板；5， 17—内六角螺钉；6， 11， 16—圆柱销；7—模柄； 8—推杆；9—推板；10—凸模；12—推销；13—垫板；14—推件块；15—导料销；18—凸凹模； 19， 22—弹簧；20—活动挡料销；21—卸料螺栓；23—卸料板；24—导柱；25—下模板
6
图 1-1 所示是模具闭合状态，工作时，滑块带动模柄 7、上模板 1 等上部零 件上行，毛坯送入模具，并与导料销 15、活动挡料销 20 接触，来保持毛坯在冲 压时的正确位置。滑块向下运动时，首先是卸料板 23 与凹模 3 夹住毛坯，随后 开始冲裁，冲下的工件被卡在凹模 3 内并紧包在凸模 10 上。冲孔的废料落在凸 凹模 18 的孔内，而外部的毛坯材料则紧包在凸凹模 18 上。当冲床滑块回程时， 毛坯由卸料板 23 靠弹簧 22 的作用而退出凸凹模。工件仍留在凹模 3 的孔内，直 到推杆 8 碰到冲床的打料横梁而向下移动，推动推板 9，再传到推销 12 而推动 推件块 14 向下运动，将工件顶出凹模孔而落下。 这种模具的结构特点是：导柱与模座孔为 H7 / r6 （或 R7 / h6） 的过盈配合； 导套与上模座孔也为 H7 / r6 过盈配合。其主要目的是防止工作时导柱从下模座 孔中被拔出和导套从上模座中脱落下来。为了使导向准 运动灵活，导柱与导 套的配合采用 H7 / h6 的间隙配合。导料销 15 和活动挡料销 20 实现 '定位， 以保证冲裁时条料上的搭边值均匀一致。 导柱冲裁模导向准确可靠，保证冲裁间隙均匀稳定，冲裁件的精度较高。缺 点是冲模外形尺寸轮廓较大，结构较为复杂，制造成本高。目前，各工厂逐渐采 用标准模架，这样可以大大减少设计时间和制造周期。 ② 模具结构分类及功能。该套模具完成冲裁工序，整副模具由六个部分 组成。 第一部分是工作零件，即凸模 10、凹模 3 和凸凹模 18。它们是完成板料冲 裁分离的最重要、最直接的零件，凸模、凹模和凸凹 形状、尺寸决定了零件 的形状、尺寸。 第二部分是卸料零件，即弹性卸料板 23。当凸模进入凹模完成冲裁工序后， 凸模必须从凹模内退出来，以准备进行第二次冲裁，这时条料紧箍在凸模上，当 凸模进一步后退时，包在凸模上的条料被弹性卸料板卸下来，这样条料可以进一 步送入凹模洞口，以准备下一次冲裁。 第三部分是定位零件，即活动挡料销 20。它的作用是保证条料送进时有正 确的位置。 第四部分是导向零件，即导柱 24 和导套 2。它们的作用是保证冲裁时凸、 凹模之间的间隙均匀，从而提高零件的精度和模具的寿命。 第五部分是基础零件，即上模板 1、下模板 25、模柄 7、垫板 13、凸模固定 板 4。它们的作用是固定凸模和凹模，并与压力机的滑块和工作台面相连接。 第六部分是紧固零件，即内六角螺钉 5、11、17 和圆柱销 6、16。它们的作 用是把相关连的零件固定或连接起来。 此外，从工作时模具的运动情况来看，整副模具又可以分为上模部分和下模 部分。上模部分被安放在压力机的滑块上，并随压力机的滑块作上、下往复运动。 7
图 1-2
U 形弯曲模
1—上模座；2—导套；3， 11， 6， 16—螺钉；4—凸模；5—模柄；7， 15—销钉；8—卸料板； 10， 9—凹模；12—定位销；13—顶杆；14—压料板；17—导柱；18—下模座
8
下模部分安放在压力机的工作台面上，它是固定不动的。上模部分由模柄、上模 板、导套、止转销、垫板、凸模固定板、凸 组成。下模部分由固定卸料板、 凹模、固定挡料销、下模板、导柱等组成。 ③ 冲裁 工作过程。落料冲裁模的工作原理如下。直接或间接固定在上 模板 1 上的零件组成模具的上模，它通过模柄 7 与冲床滑块相连接。固定在下模 板 25 上的零件组成了模具的下模，并利用压板固定在冲床的工作台上。上模与 下模通过导柱 24、导套 2 导向。工作时，条料靠着活动挡料销 20 送进定位，当 上模随滑块下降时，卸料板 23 先压住板料，接着凸冲落凹上面的材料获得工件。 这时工件卡在凸模与顶块之间，废料也紧紧箍在凸模上。在上模回升时，工件由 推件块靠推销借推杆的压力从凹模洞 顶出；同时箍在凸凹模上的废料，由卸 料板靠弹簧的弹力卸掉，再取走工件，至此完成整个落料过程。再将条料送进一 个步距，进行下一次冲裁落料过程，如此往复进行。 （2） 弯曲模 图 1-2 为 U 形弯曲模，工作时，毛坯由定位销 12 和卸料板 8 定位。滑块下行，先由凸模 4 和压料板 14 压紧毛坯，然后开始弯曲。加紧力靠 顶杆 13 传递冲床下气垫的压力。弯曲后，再由顶杆 13 和压料板 14 将冲压件顶 出凹模口。如果冲压件卡在凸模 4 上，那 么 就 由 卸 料 板 8 退 下，得 到 弯 曲 成 形件。 弯曲模可分为简单动作弯曲模、复杂动作弯曲模、级进弯曲模和通用弯曲模。 弯曲 主要零件是凸模和凹模。结构完善的弯曲模还具有压料装置、定位装置、 导向装置等。有时还采用辐轴、摆块和斜模等机构来实现比较复杂的动作。 （3） 拉深模 拉深模按使用的压力机的类型不同，可分为单动压力机上用 的拉深模和双动压力机上用的拉深模；按拉深顺序可分为首次拉深模和以后各次 拉深模；按工序组合分为简单拉深模、复合拉深模、连续拉深模；按有无压料装 置，可分为有压料装置拉深模和无压料装置拉深模。 图 1-3 所示为有压料装置的首次拉深模。该类模具适用于拉深板料较薄及拉 深高度大、容易起皱的制件。工作时，凸模下降，压料圈也一同下降，当压料圈 与坯料接触后，上模部分继续下降，压料圈压住坯料进行拉深。
1. 1. 5
冷冲压成形工艺中常用材料
冲压工艺对材料有以下要求： ① 满足冲压件的使用要求； ② 满足冲压工艺条件，应具有良好的塑性和表面质量； ③ 材料厚度公差符合国家标准。 冲压工艺适用于 多 种 金 属 材 料 及 非 金 属 材 料。表 1-2 列 出 部 分 常 用 冲 压 材料。 9
图 1-3 表 1 -2
首次拉深模
部分常用冲压材料
碳素结构钢板如 Q234 优质碳素结构钢板如 08F、 10 黑色金属 低合金结构钢板如 Q345 （16Mn） Q295 、 （09Mn2） D41 电工硅钢板 如 D12、 1Cr13 不锈钢板 如 1Cr18Ni9Ti、 其它 纯铜板 如 T1、 T2 黄铜板 如 H62、 H68 有色金属 铝板 如 1050A （L3） 1035 、 （L4） 3A21 、 （LF21） 钛合金板 镍铜合金板 其它 绝缘胶木板 纸板 橡胶板 非金属 塑料板 纤维板 有机玻璃层压板 毛毡
10
1. 1. 6
常用金属冲压材料的规格
冲压用材料大部分都是各种规格的板料、带料、
（1） 常用金属材料的规格 条料、棒料和块料。
常用金属冲压材料以板料和带料为主，棒材仅适用于挤压、切断、成形等工序。 冷轧板制品一般不应用热轧板制品代替。值得注意的是，连轧钢板一般具有 较大的纵横方向纤维差异，有明显的各向异性。还有板料供货状态分软硬两种， 板料 / 带料的力学性能会因供货状态不同而表现出很大差异。 板料的尺寸较大，用于大型零件的冲压。主要规格有：500mm × 1500mm、 900mm × 1800mm、1000mm × 2000mm 等。 条料是根据冲压件的需要，由板料剪裁而成，用于中、小型零件的冲压。 带料又称为卷料，有各种不同的宽度和长度，宽度在 300mm 以下，长度可 达几十米，成卷供应，可以提高材料利用率。主要是薄料。适用于大批量生产的 自动送料。 块料一般用于单件小批量生产，价值较昂贵的有色金属冲压，并广泛用于冷 挤压。 无论黑色金属还是有色金属，板料 / 带料的尺寸及尺寸公差一般都遵循相应 的国家或行业标准。 （2） 中外常用金属材料牌号对照 在工作中，会常常遇到各个国家的技术 对于冷轧板，由于金属材料 图纸，因此有必要了解中外常用金属材料的牌号对照，可参照技术资料。 （3） 金属材料轧制精度、表面质量等的规定 的生产过程中，工艺设备不同，材料精度不同，根据国家标准 GB/ T 708—1988 规定，按轧制精度分为两级，见表 1-3；对 4mm 以下的优质碳素结构钢冷轧薄钢 板，根据国家标准 GB/ T 13237—1991 规定，按钢板表面质量分类，见表 1-4；按 拉深级别分类，见表 1-5。
表 1 -3
表达符号 A B
轧制精度分级
表 1 -4
级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
金属薄板表面质量分级
表面质量 高级的精整表面 较高级的精整表面 普通的精整表面
（GB/ T 708—1988）
轧制精度 较高精度 普通精度
（GB/ T 13237—1991）
表 1 -5
表达符号 Z S P
金属薄板拉深级别分级 （GB/ T 13237—1991）
拉深级别 最深拉深级 深拉深级 普通拉深级
11
〔例 1 -1 〕 08 号钢，尺寸为料厚 1. 0mm × 料宽 1000mm × 料长 1500mm 的钢 板，轧制精度为 A 级，表面精度为Ⅱ级，深拉精度为 S 级。 根据相应国家标准，可以在冲压工艺文件上用如下方式标注钢板的牌号： 钢板 A—1. 0 × 1000 × 1500 × —GB/ T 708—1998 08—Ⅱ—S—GB/ T 13237—1991 一般情况下，毛坯都是较大的板料，下料时要考虑
关于材料的牌号、规格和性能，可查阅有关设计资料和标准。 （4） 冲压板料的准备 的纤维方向。 冲压件的使用性能，剪板机按冲压工艺和工序情况进行剪切，还应考虑剪切材料
1. 1. 7
新型冲压材料
随着产品的更新与发展，根据使用与制造的要求，冲压件的材料也不断地推 陈出新，设计并制造出一些新型的冲压材料。 （1） 高强度钢板 （2） 耐腐蚀钢板 高强度钢板屈服强度、抗拉强度高，高强度钢板的应用， 耐腐蚀钢板主要是一类加入新元素的耐腐蚀钢板，如耐 能减轻冲压件的重量，节省能源和冲压产品成本。 大气腐蚀 钢 板 等。我 国 研 制 的 耐 大 气 腐 蚀 钢 板 中，有 10CuPCrNi （冷 轧） 和 9CuPCrNi （热轧） ，其耐蚀性比普通碳素钢板提高 3 ～ 5 倍。所以，开发新的耐 腐蚀钢板主要目的是增强普通钢板冲压件的抗腐蚀能力。 （3） 涂层板 在涂层板中，各种涂覆有机膜层的板材具有更好的防腐蚀、 防表面损伤的性能。因此， 大量用作各类结构件。美、日开发生产了涂覆氯 乙烯树脂钢板，在 0. 2 ～ 1. 2mm 厚的基体钢板上涂覆 0. 1 ～ 0. 45mm 厚的树脂， 涂覆塑料薄膜钢板还有一优点，即可以提高冲压成形性能。 （4） 泡沫铝合金 泡沫铝合金密度很小，当承受很大的外力而变形压缩后， 当外力撤去，凭着它自身的弹性可恢复到原来的形状，有点像橡胶。 “泡沫金属” 的重量很轻，密度只是铝合金材的 1 /4 以下，热膨胀系数与铝合金材料一样，热 导率又相当低，加上它的变形恢复性能极佳，又有一定的强度，因此受到汽车业 的重视，可以在轻量化及安全性方面显示优势。 目前用泡沫铝合金做成的汽车零部件有发动机舱盖、行李箱盖、翼子板等。 在安全性设计中，将泡沫金属用作吸收碰撞能量的主要材料是十分适宜的。因为 目前汽车的安全设计不但要考虑乘用人的安全，还要考虑到其它车辆及行人的安 全，即一旦发生碰撞时既可最大限度地保护自己又要最大限度地保护他人，因此 在车身易发生碰撞区域采用泡沫金属是一种很好的选择。 （5） 复合板材 12 涂覆塑料的钢板是一种复合板。不同金属板叠合在一起 （如冷轧叠合等） 的板材也是一种复合板，或叫叠合复合板。这类复合板材破裂
时的变形 比 单 体 材 料 破 裂 时 的 变 形 要 大，它 的 基 本 材 料 特 性 值 （比 如 n 值） 变大。
1. 1. 8
冷冲压成形模具常用材料
模具材料种类很多，同时冲压工序和被冲材料种类也很多，实际生产条件又 不尽相同，因此，要做到合理选择模具材料，提出恰当的热处理要求，必须根据 模具的工作条件、生产量、模具材料市场供应情况及各模具材料的可加工性，进 行认真的分析比较。 常用模具材料以及辅助材料见表 1-6 和表 1-7。
表 1 -6
模具类型
模具工作零件常用材料及热处理要求
常用材料 T8A、 T10A、 9Mn2V 热处理 / HRC 凸模 56 ～ 60 凹模 58 ～ 62 58 ～ 62 86 58 ～ 60
零件名称及工作要求 形 状简 单、 量小 的 凸、 批 凹模
冲裁模
Cr12MoV、 Cr6WV、 GCr15 形 状复 杂、 量大 的 凸、 Cr12、 批 凹模 一般 弯 曲 的 凸 凹 模 及 其 镶块 YG15 T8A、 T10A
弯曲模
形状复杂、 要求耐 凸 凹模及镶块 热弯曲时的凸凹模 一般拉深的凸、 凹模 连续拉深的凸、 凹模
CrWMn、 Cr12、 Cr12MoV 5CrNiMo、 5CrMnMo T8A、 T10A T10A、 CrWMn
58 ～ 62 52 ～ 56
拉深模
58 ～ 62 Cr12MoV 变薄拉深及高耐 凸、 Cr12、 凹模 双动拉深的凸、 凹模 YG8、 YG15 钼钒铸铁 火焰表面淬火 60 ～ 64
注：碳素工具钢在 200 ～ 300
范围内回火时，产生回火脆性，导致韧性降低，凡对有一定要求的碳
素工具钢零件，应避开此回火温度。
表 1 -7
零件名称 废料切刀 定距侧刃 侧刃挡块
模具辅助零件的材料及热处理要求
常用材料牌号 T10A、 9Mn2V T10A、 Cr6WV 9Mn2V、 Cr12 T8A 淬硬 热处理 淬硬 淬硬 硬度 / HRC 56 ～ 60 56 ～ 60 58 ～ 62 56 ～ 60
13
导正销
T8A、 T10A 9Mn2V、 Cr12
淬硬
50 ～ 54 52 ～ 56
续表
零件名称 垫板 一般拉深 压边圈 双动拉深 滑动导柱、 导套 滚动导柱、 导套 钢球保持架 导料板、 侧压板、 挡料销 卸料板、 固定板、 凹模框 顶板、 顶杆、 推杆 齿圈压板 通用模柄 浮动模柄 钼钒铸铁 20 钢 GCr15 LY11、 H62 45 钢 Q235、 钢 45 45 钢 Cr12MoV Q235、 Q275 45 钢 43 ～ 48 43 ～ 48 58 ～ 60 43 ～ 48 火焰表面淬硬 渗碳、 淬火 淬硬 58 ～ 62 62 ～ 66 常用材料牌号 45 钢 T7 T10A、 9Mn2V 热处理 淬火 淬硬 淬硬 硬度 / HRC 43 ～ 48 48 ～ 52 54 ～ 58
1. 2
1. 2. 1
冲压件工艺性
冲压件的工艺性
指零件的结构和技术指标是否适合采用冲压加工，
（1） 冲压件的工艺性 的难易程度和经济性。
对这方面进行评定的指标称为冲压件的工艺性。简言之，是指零件采用冲压加工 （2） 影响冲压件工艺性的因素 ① 零件的几何形状、尺寸； ② 精度要求、结构工艺性； ； ③ 生产批量 （生产纲领） ④ 其它：如料厚、材料性能等。 设计模具时，首先要根据生产批量、零件图样及零件的技术要求，重点是从 技术和经济方面考虑，进行工艺性分析，从而 其进行冲压加工的可能性及加 14
工的难易程度。对不适合冲压或难以保证加工要求的部位，提出改进建议或与设 计人员协商解决。
1. 2. 2
冲裁件的工艺性
（1） 冲裁件应注意的结构工艺性问题 ① 冲裁件的形状应尽可能地简单、对称，尽量由规则几何形状或由圆弧与 直线组成，排样时以便于减少废料，如图 1-4 所示。 ② 冲裁件上应避免有过长的悬壁和窄长槽。软钢、黄铜等材料应使其宽度 b ≥1. 5t，高碳钢或合金钢等硬材料应取 b≥2t，板料厚度 t < 1mm 时按 1mm 考虑。 悬臂和窄槽的长度 l 最大为 5b，如图 1-5 所示。 ③ 冲裁件上孔间距、孔边距不能过小，以避免影响凹模强度和冲裁质量。 一般要求 b≥2t，并不得小于 3 ～ 4mm，如图 1-6 所示。
图 1-4
无废料冲裁的工件形状
图 1-5
冲裁件悬臂与窄槽尺寸
图 1-6
孔边最小距离
④ 冲裁件的外形或内孔的转角处，避免尖角。有适当圆角过渡，减少热处 理的应力集中及冲裁时的破裂现象，如无特殊要求，在各直线或曲线的连接处， 应有 R > 0. 5t 的过渡圆角。 ⑤ 冲孔件，孔的尺寸不宜太小，以免凸模在冲裁时折断，其数值与孔的形 状、材料的力学性能、材料的厚度等有关。冲裁模的冲孔最小孔径一般应大于材 料厚度，冲孔的最小尺寸见表 1-8。 15
⑥ 如图 1-7 所示，如果冲裁件端部有圆弧，当采用有搭边落料成形时，应 B B （a） 所示；当采用无搭边的冲缺-切断成形时，则应取 R > ， 取 R = ，如图 1-7 2 2 如图 1-7 （c） 所示；如果 R < B ，如图 1-7 （b） 所示，对模具寿命是极为不利的。 2
（a） 所示，要求 l1 > r1 + 2t，l2 > r2 + 2t；在 ⑦ 在拉深件上冲孔时，如图 1-8 弯曲件上冲孔或冲孔后弯曲时，如图 1-8 （b） 所示，要求 l3 > r3 + 1. 5t。
表 1 -8 无导向凸模冲孔的最小尺寸 （t 为料厚；τ 为抗剪强度）
材
料
钢 τ > 700MPa 钢 τ = 400 ～ 700MPa 钢 τ = 400MPa 黄铜、 铜 铝、 锌 纸胶板， 布胶板 纸
d≥1. 5t d≥1. 3t d≥1. 0t d≥0. 9t d≥0. 8t d≥0. 7t d≥0. 6t
b≥1. 35t b≥1. 2t b≥0. 9t b≥0. 8t b≥0. 7t b≥0. 6t b≥0. 5t
b≥1. 2t b≥1. 0t b≥0. 8t b≥0. 7t b≥0. 6t b≥0. 5t b≥0. 4t
b≥1. 1t b≥0. 9t b≥0. 7t b≥0. 6t b≥0. 5t b≥0. 4t b≥0. 3t
图 1-7
冲裁件端部的圆弧
图 1-8
成形件上的孔边距
（2） 冲裁件的尺寸标注
冲裁件的结构尺寸标注基准应尽可能地与冲裁时 的定位基准相重合，以避免基准不重 合误差。图 1-9 所示的冲裁件需要在互 相垂直的面上冲制圆孔。图 1-9 （a） 的 标注是两孔分别以左右两端面为基准， 冲裁工艺采取两次以左端面定位冲制 两孔，由于毛坯误差，尺寸 c 受尺寸 a 的影响可能难以保证；采取图 1-9（b）
16
图 1-9 冲裁件的尺寸基准选择
的标注方式，排除了尺寸 a 误差对尺寸 c 的影响，容易保证 b、c 二尺寸的精度 要求。
1. 2. 3
弯曲件的工艺性
弯曲件的最小弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则
（1） 最小弯曲半径
会造成变形区外层材料的破裂。当弯曲半径过小时，对于 1mm 以下的薄料，可 改变工件结构形状，如图 1-10 （a） 所示的 U 形工件，将直角处清角改为凸底圆 （b） 所示。 角的工件。对于厚料，则可先开槽后弯曲，如图 1-10 （2） 弯曲件孔边距 孔的板料在弯曲时，如果孔位于弯曲变形区内，则孔 的形状会发生畸变。因此，孔边到弯曲半径中心的距离 （图 1-11） 要保证：当 δ < 2mm 时，L≥δ；当 δ≥2mm 时，L≥2 δ。 如不能满足上述条件，可采取冲凸缘形缺 牙槽的措施，如图 1-12（a） 、 （b） 所示。或在弯曲变形区冲出工艺孔，以转移变形区，如图 1-12 （c） 所示。 （3） 弯曲件的直边高度 在弯 90°角时，为使弯曲时有足够长的弯曲力臂， 必须使弯曲边高度 H > 2 δ。当 H < 2 δ 时，可开槽后弯曲，如图 1-12（b） 所示， 或增加直边高度，弯曲后再去掉 （图 1-13） 。
图 1-10
小弯曲半径件
图 1-11
弯曲件孔边距
图 1-12
防止孔变形的措施
图 1-13
弯曲件的直边高度
（4） 增添工艺孔、槽或缺口 （5） 加添连接带
板料边缘需局部弯曲时，为了避免角部畸变
与形成裂纹，应预先切槽或冲工艺孔，如图 1-14 所示。 边缘部分有缺 弯曲件，若在毛坯上先将缺 出， 17 弯曲时会出现叉口，甚至无法成形。这时，必须在缺 留有连接带，弯曲后再
将连接带切除，如图 1-15 所示。
图 1-14
预冲工艺槽及工艺孔的弯曲件
图 1-15
切除连接带弯曲件
（6） 切口弯曲件的形状
切口弯曲件的切口弯曲工序一般在模内一次完成。 为了便于使工件从凹模中推出，弯曲 部分一般做成梯形或先冲出周边槽再 弯曲，如图 1-16 所示。 （7） 弯 曲 件 的 尺 寸 公 差 一般
图 1-16
切口弯曲件的形状
弯曲件 的 尺 寸 公 差 等 级 最 好 在 IT13
级以下，角度公差最好大于 15' ，否则，应增加整形工序。
1. 2. 4
拉深件的结构工艺性
（1） 拉深件的形状与尺寸
图 1-17
消 后盖拉深件高度工艺性要求
18
图 1-18
拉深件尺寸标注工艺性
① 简单对称，避免急剧转角或凸台。 ② 圆角不宜过小。 ③ 高度不宜过大，如图 1-17 所示。 ④ 尺寸标注，如图 1-18 所示。 （2） 拉深件精度 （3） 拉深件的材料
19
第 2 章 冲裁模
冲裁是利用冲模在压力机上使板料分离的一种冲压工艺，是使材料一部分相 对另一部分发生分离，是冲压加工方法中的基础工序，应用极为广泛，它既可以 直接冲压出所需的成形零件，又可以为其它冲压工序制备毛坯。
2. 1
2. 1. 1
冲裁件排样的设计
冲裁变形过程分析
材料经过冲裁以后，被分离成两部分，一般为冲落部分和带孔部分。冲裁工 序的种类很多，比如切断、落料、冲孔、 切边、切 剖切等。若冲裁的目的是获 取有一定外形轮廓和尺寸的冲落部分，则 称为落料工序，剩余的带孔部分就成为废 料，如图 2-1（a） 所示；反之，若冲裁的 目的是获取一定形状和尺寸的内孔，此时，
图 2-1 垫圈冲裁中的落料与冲孔
冲落部分成废料，带孔部分即为工件，则 称为冲孔工序，如图 2-1 （b） 所示。
冲裁过程是在瞬间完成的，为了控制冲裁件的质量，研究冲裁件变形机理， 就需要分析冲裁时板料分离的实际过程。冲裁时板料的变形具有明显的阶段 性，像单向拉深那样，由弹性变形过渡到塑性变形，最后产生断裂分离，冲裁 过程大致可以分为弹性变 形 阶 段、塑 性 变 形 阶 段、断 裂 分 离 阶 段 等 三 个 阶 段 。 （表 2-1）
2. 1. 2
冲裁断面特征及板料的受力分析
根据对冲裁金属板材断面的观察分析，结合图 2-2，把
（1） 冲裁断面特征 冲裁断面分为四个区域。
。如图 2-2 中 4 所指部分，由弹性变形阶段产生初 ① 塌角带 （又称圆角带） 始塌角，其大小与材料塑性和模具间隙有关。材料的塑性越好，凸、凹模之间的 间隙越大，形成的塌角越大。 20
表 2 -1
阶 段 特 点
冲裁过程的三个阶段
断 面 特 征
板料在凸模压力作用下， 首先 产生弹性压缩、 拉深等变形， 此 时凸 微挤入板料内， 板料的 第一阶段 （弹 性变形阶段） 另一面也略微挤入凹模刃口内， 凸模端部下面的材料略有弯曲， 凹模刃口上面的材料开始上翘， 间隙越大， 弯曲和上翘越严重， 当外力去掉后材料能恢复原状。 此阶段称为弹性变形阶段 塑性变形、 外力作用超出材料 的强度极限， 产生断裂纹。当凸 续压入， 压力增加， 开始进入 塑性变形阶段。在这一阶段中， 第二阶段 （塑 性变形阶段） 随着凸模挤入材料的深度逐渐增 加， 材料的塑性变形程度也逐渐 增大。由于刃 间隙的存在， 材料内部的拉应力及弯矩也都增 大， 刃口附近的材料开始出现微 裂纹， 塑性变形阶段也告结束 产生与板 料垂直的光 亮带及初始 毛刺 初始塌角
凸模继续下降， 已产生的 上、 下微裂纹不 断 扩 大并 向 材 料 内 第三阶段 （断 裂分离阶段） 部延伸， 当上、 下裂纹相遇重 合 时， 始 分 离 产 生 粗 糙 的 断 裂 开 带， 当凸模再往下降， 将冲落部 分挤出凹模洞 至此， 凸模 回 升完成整个冲裁过程 产生粗糙 而带有锥度 的断 裂 带， 毛 刺被拉长
。如图 2-2 中 3 ② 光亮带 （又称剪切带） 所指部分，产生于塑性变形阶段，断面较光洁 平整且垂直端面，是质量最佳的一段。普通冲 裁中光亮带约占整个断面的 1 /3 ～ 1 /2 以上。 ③ 断裂带。如图 2-2 中 2 所指部分，是撕 裂造 成 的，表 面 粗 糙 而 无 光 泽，并 且 有 一 定 锥度。 ④ 毛刺。如图 2-2 中 1 所指部分，成竖直
图 2-2 冲裁断面特征
1—毛刺；2—断裂带；3—光亮带；4—塌角带
21
环状，紧挨着断裂带的边缘，是模具拉挤的结果。 （2） 冲裁时板料的受力分析图 外力如图 2-3 所示。 由于凸模与凹模间有一定的间隙，使得 板料在受到凸模与凹模 力作用的同时还 受到弯矩的作用，板料的变形不只是纯 剪 切，还要产生弯曲变形。因此冲裁时凸模和 凹模实际接触板料的面积只限于刃口附近窄 小的环形区域内，其宽度约为料厚的 1 /5 ～ 2 /5。故凸凹模刃 位的单位压力分布曲 线相当陡峭。正压力的合力分别以 F p 与 F d 表示，显然，两者大小相等、方向相反。由 于 F p 与 F d 不在同一 线上，便形成了弯 矩 Mp 。此弯矩使板料产生弯曲变形，造成
图 2-3 冲裁时板料所受的外力
在无压料板的自由冲裁情况下，板料所受
凹模 的板料上翘，凸模端面下的板料向 下凹。
板料的弯曲变形对模具刃口的侧面产生挤压作用，反过来，凸模和凹模刃口 的侧面对板料产生反挤作用，形成对剪切面的侧压力。侧压力的合力 F p1 和 F d1 也将形成一个力矩 MF ，其方向与 Mp 相反，并在冲裁瞬时与之保持平衡，即 MF = Mp ，以阻止板料进一步弯曲变形。在冲裁过程中，Mp 随正压力的增大而 增大，使板料弯曲变形加大，这将使板料受到的侧压力随之增大，并与 Mp 抗 衡，阻止板料进一步弯曲。因此自由冲裁时工件的不平整程度是有限度的。 有正压力必有摩擦力，凸模和凹模刃 面对板料的摩擦力分别为 μF p 和 μF d ，μ 为板料与模具材料之间的摩擦系数，其方向与板料相对凸模和凹 面 滑动的方向相反。凸模和凹模刃口侧面对板料剪切面施加的摩擦力分别为 μF p1 和 μF d1 ，其方向与板料相对凸模和凹模的运动方向相反。垂直方向的摩擦力对 板料断裂分离过程的影响要比水平方向的摩擦力大得多。
2. 1. 3
冲裁间隙的选择
冲裁间隙是影响冲裁工序的最重要的工艺参数。冲
（1） 模具间隙的概念
裁间隙是指冲裁的凸模与凹模刃 间的间隙，凸模与凹模每一侧的间隙，称为 单边间隙 （c） ，两侧间隙之和称为双边间隙 （Z） 。如无特殊说明，冲裁间隙是 指双边间隙 （Z） 。 冲裁间隙的数值等于凹模刃 凸模刃口尺寸之差，如图 2-4 所示。 Z = Dd - Dp （2-1） 22
式中
Z——冲裁间隙，mm； — Dd ——凹模刃 寸，mm； — Dp ——凸模刃 寸，mm。 — 从前面对 冲 裁 过 程 的 分 析 可 知，凸、凹 间
隙对冲 裁 断 面 质 量 有 极 其 重 要 的 影 响。此 外， 冲裁间隙对冲裁件尺寸精度、模具寿命、冲裁 力、卸料力 和 推 料 力 也 有 较 大 的 影 响。因 此， 冲裁间隙是一个非常重要的工艺参数。 （2） 间隙对冲裁件断面质量的影响 不重合，从而影响了断面的质量。 ① 选用较小间隙时，光亮带增加，塌角、毛刺、断裂带均减小；如果间隙 过小，会使上、下两裂纹不重合，随着凸模的下降产生二次剪切，形成第二条光 （a） 所示毛刺薄而长，使断面质量变差。 亮带，如图 2-5 ② 选用中等间隙 （普通冲裁合理间隙） 时，冲裁间隙合理时，能够使材料 在凸、凹模刃 产生的上下裂纹相互重合于同一位置。这样，所得到的冲裁件 断面光亮带区域较大，而塌角和毛刺较小，断裂锥度适中，零件表面较平整，冲 裁件可得到较满意的质量，如图 2-5 （b） 所示。 ③ 如果间隙过大，材料随凸模下降受到很大拉深，最后被撕裂拉断。冲裁 件断面上出现较大的断裂带，使光亮带变小，毛刺和锥度较大，塌角有所增加， （c） 所示。 断面质量更差，如图 2-5 对于
图 2-4 凸凹模间隙
断面质量，起决定作用的是冲裁间隙。间隙过小或过大，都会使上、下两裂纹
图 2-5
间隙大小对断面质量的影响
较高质量的冲裁件断面应该是：光亮带较宽，约占整个断面的 1 /3 以上，塌 23
角、断裂带、毛刺和锥度都很小，整个冲裁零件平面无穹弯现象。但是，影响冲 裁断面质量的因素十分复杂，它随材料的性能不同而变化。塑性差的材料，断裂 倾向严重，光亮带、塌角及毛刺均 较 小， 而 断 面 大 部 分 是 断 裂 带。 塑 性 好 的 材料与此相反，其光亮带所占的比例较大；塌角和毛刺也较大，而断裂带较 小。对于同一种材料来说，光亮带、断裂带、塌角和毛刺这四个部分在断面 上所占的比例也不是固定不变的，它与材料本身的厚度、刃 隙、模具结 构、冲裁速度及刃 利程度等因素有关。其中，影响最大的是刃 隙。 （3） 间隙对冲裁件精度的影响 研究表明，间隙对冲裁件弯拱影响的一般 规律为：小间隙时，弯拱较大；间隙为 （5% ～ 15%） t 时，弯拱较小；随着间 隙的增大，弯拱挠度也增大，使冲裁件的平直精度降低。 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值 δ，差值越小，精 度越高。这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差， 二是模具本身的制造偏差。 当间隙较大时，材料所受拉深作用增大；冲裁完毕后，因材料的弹性恢复， 冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大 于凸模尺寸。当间隙较小时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料受凸、凹模挤 压力大，压缩变形大；冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔 件的孔径则变小。 冲裁件的断面锥度随着间隙的增大而增大。 （4） 间隙对模具寿命的影响 一般来说，间隙越小，模具作用的压应力越 大，磨损越严重，寿命越低。而间隙太大时，板料的弯曲拉深相应增大，使模具 刃口处的 力增大，磨损又变严重。为提高模具寿命，一般需采用较大间隙。 若制件精度要求不高，则采用合理大间隙，使 2c/ t 达到 15% ～ 25% ，模具寿命 可提高 3 ～ 5 倍。 从以上几个方面分别选择合理的间隙时，往往会产生互相矛盾的情况。如要 取得较高的断面质量，应选择较小的间隙；但同时模具寿命又降低。因此并不存 在满足所有要求的最佳间隙值，只能说有条件地选择一个较为合理的间隙值。所 以，实用间隙的选择应以工件断面质量、冲裁件精度、模具寿命和加工能量四项 为依据，并进行适当的分类，这样才会确定一个合理的间隙取值范围。
2. 1. 4
合理冲裁间隙的计算与选择
确定冲裁模具间隙的方法有公式法、经验值法和查表法。目前在工厂广泛使 用的是经验值法与查表法。 （1） 公式法 根据图 2-6 中几何关系可求得合理间隙 Z 为 （2-2） Z = 2 - h0） β = 2t 1 - h0 / t） β tan tan （t （ 24
式中
t——材料厚度； — h0 ——产生裂纹时凸模挤入材料的深度； —
h0 / t——产生 裂 纹 时 凸 模 挤 入 材 料 的 相 对 — 深度； — β——剪裂纹与垂线间的夹角。 式中，h0 / t 和 β 值见表 2-2。由于裂纹方向 角 β 变化不大，由上式可知，合理间隙 Z 主要 决定于材料厚度 t 和相对挤入深度 h0 / t，然而 h0 / t 不仅与材料塑性有关，还受料厚的综合影
图 2-6 理论间隙
响。总的结论是：材料厚度越大、塑性越低的硬脆材料，则所需间隙 Z 值就越 大；而料厚越薄、塑性越好的材料，则所需间隙 Z 值就越小。
表 2 -2
材 料 退火 软钢、 紫铜、 软黄铜 中硬钢、 硬黄铜 硬钢、 硬青铜 0. 5 0. 3 0. 2
ｈ /ｔ β 值 与 0
h0 / t 硬化 0. 35 0. 2 0. 1 退火 6 5 4 β /（°） 硬化 5 4 4
（2） 经验法 式中
冲裁间隙的 也可以采用经验公式来计算。 Z = mt （2-3）
— t ——材料厚度； m——系数，与材料性能及厚度有关，具体可查表 2-3。 —
表 2 -3
项 软钢、 纯铁 铜、 铝合金 硬钢 目
冲裁间隙经验公式中的 ｍ值
m （当 t≤3mm 时） 6 ～8 6 ～ 10 8 ～ 12
/%
m （当 t > 3mm 时） 15 ～ 19 16 ～ 21 17 ～ 25
注：冲裁件质量要求较高时，其间隙应取小值；反之，应取大间隙，以降低冲压力及提高模具寿命。
（3） 查表法
查表法是工厂中设计模具时普遍采用的方法之一。
在冲压手册中，掌握常用间隙有以下两种。对于尺寸精度、断面质量要求较 高的工件，应选用较小间隙，见表 2-4；对于尺寸精度要求不高的工件，可采用 大间隙，见表 2-5。
表 2 -4 冲裁模初始双面间隙 Ｚ（电器仪表行业用） / mm
25
纯铜、 黄铜、 软钢 材料厚度 t / mm 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1. 0 1. 2 1. 5 1. 8 2. 0 2. 2 2. 5 2. 8 3. 0 3. 5 4. 0 4. 5 5. 0 6. 0 7. 0 8. 0 9. 0 10. 0 Z min 0. 008 0. 012 0. 016 0. 020 0. 024 0. 028 0. 032 0. 036 0. 040 0. 050 0. 075 0. 090 0. 100 0. 132 0. 150 0. 168 0. 180 0. 245 0. 280 0. 315 0. 350 0. 480 0. 560 0. 720 0. 870 0. 900 软 铝 wC = 0. 08% ～ 0. 2% Z max 0. 012 0. 018 0. 024 0. 030 0. 036 0. 042 0. 048 0. 054 0. 060 0. 084 0. 105 0. 126 0. 140 0. 176 0. 200 0. 224 0. 240 0. 315 0. 360 0. 405 0. 450 0. 600 0. 700 0. 880 0. 990 1. 100 Z min 0. 010 0. 015 0. 020 0. 025 0. 030 0. 035 0. 040 0. 045 0. 050 0. 072 0. 090 0. 108 0. 120 0. 154 0. 175 0. 196 0. 210 0. 280 0. 320 0. 360 0. 400 0. 540 0. 630 0. 800 0. 900 1. 000 Z max 0. 014 0. 021 0. 028 0. 035 0. 042 0. 049 0. 056 0. 063 0. 070 0. 096 0. 120 0. 144 0. 160 0. 198 0. 225 0. 252 0. 270 0. 350 0. 400 0. 450 0. 500 0. 660 0. 770 0. 960 1. 080 1. 200
杜拉铝、 中等硬钢 wC = 0. 3% ～ 0. 4% Z min 0. 012 0. 018 0. 024 0. 030 0. 036 0. 042 0. 048 0. 054 0. 060 0. 084 0. 105 0. 126 0. 140 0. 176 0. 200 0. 224 0. 240 0. 315 0. 360 0. 405 0. 450 0. 600 0. 700 0. 880 0. 990 1. 100 Z max 0. 016 0. 024 0. 032 0. 040 0. 048 0. 056 0. 064 0. 072 0. 080 0. 108 0. 135 0. 162 0. 180 0. 220 0. 250 0. 280 0. 300 0. 385 0. 440 0. 490 0. 550 0. 720 0. 840 1. 040 1. 170 1. 300
硬
钢
wC = 0. 5% ～ 0. 6% Z min 0. 014 0. 021 0. 028 0. 035 0. 042 0. 049 0. 056 0. 063 0. 070 0. 096 0. 120 0. 144 0. 160 0. 198 0. 225 0. 252 0. 270 0. 350 0. 400 0. 450 0. 500 0. 660 0. 770 0. 960 1. 080 1. 200 Z max 0. 018 0. 027 0. 036 0. 045 0. 054 0. 063 0. 072 0. 081 0. 090 0. 120 0. 150 0. 180 0. 200 0. 242 0. 275 0. 308 0. 330 0. 420 0. 480 0. 540 0. 600 0. 780 0. 910 1. 120 1. 260 1. 400
注：1. 初始间隙的最小值相当于间隙的公称数值。 2. 初始间隙的最大值是考虑到凸模和凹模的制造公差所增加的数值。 3. 在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而间隙的使用最大数值要超过表 列数值。 4. wC 为碳的质量分数，用其表示钢中的含碳量。
表 2 -5
冲裁模初始双面间隙 Ｚ（汽车拖拉机行业用）
/ mm
26
材料厚度 t / mm
08、 35、 10、 09Mn2、 Q235 Z min Z max Z min
16Mn Z max 极 小 间 Z min 隙
40、 50 Z max Z min
65Mn Z max
小于 0. 5 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1. 0 1. 2 1. 5 1. 75 2. 0 2. 1 2. 5 2. 75 3. 0 3. 5 4. 0 4. 5 5. 5 6. 0 6. 5 8. 0 0. 040 0. 048 0. 064 0. 072 0. 090 0. 100 0. 126 0. 132 0. 220 0. 246 0. 260 0. 360 0. 400 0. 460 0. 540 0. 640 0. 720 0. 940 1. 080 0. 060 0. 072 0. 092 0. 104 0. 126 0. 140 0. 180 0. 240 0. 320 0. 360 0. 380 0. 500 0. 560 0. 640 0. 740 0. 880 1. 000 1. 280 1. 440 0. 040 0. 048 0. 064 0. 072 0. 090 0. 100 0. 132 0. 170 0. 220 0. 260 0. 280 0. 380 0. 420 0. 480 0. 580 0. 680 0. 680 0. 780 0. 840 0. 940 1. 200
0. 060 0. 072 0. 092 0. 104 0. 126 0. 140 0. 180 0. 240 0. 320 0. 380 0. 400 0. 540 0. 600 0. 660 0. 780 0. 920 0. 960 1. 100 1. 200 1. 300 1. 680
0. 040 0. 048 0. 064 0. 072 0. 090 0. 100 0. 132 0. 170 0. 220 0. 260 0. 280 0. 380 0. 420 0. 480 0. 580 0. 680 0. 780 0. 980 1. 140
0. 060 0. 072 0. 092 0. 104 0. 126 0. 140 0. 180 0. 240 0. 320 0. 380 0. 400 0. 540 0. 600 0. 660 0. 780 0. 920 1. 040 1. 320 1. 500
0. 040 0. 048 0. 064 0. 064 0. 090 0. 090
0. 060 0. 072 0. 092 0. 092 0. 126 0. 126
注：冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取 08 钢的 25% 。
2. 1. 5
凸、凹模尺寸
（1） 刃口尺寸 原则 ① 落料模应以凹模为设计基准；冲孔模应以凸模为设计基准。 ② 凸、凹模应考虑磨损规律。凸模刃 寸 使冲孔尺寸减小，凹模刃 寸 使落料尺寸变大。设计落料模时，制造模具时凹模刃口的基本尺寸 （设计尺寸） 应趋向于工件的最小极限尺寸；设计冲孔凸模时，其刃 本尺寸 应趋向于工件孔的最大极限尺寸。 ③ 凸、凹模之间应保证合理的间隙值。 27
④ 凸、凹模刃 寸的 要考虑模具制造的特点。 （2） 分开加工和配合加工 分开加工就是分别规定凸模和凹 尺寸和公 差，分别进行制造。用分开加工的凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批 制造。采用分开加工必须满足下列条件： 式中 δ 凸 + δ 凹 ≤Z max - Z min Z max ——最大冲裁间隙； — — Z min ——最小冲裁间隙； — δ 凸 ，δ 凹——分别为凸模、凹 制造公差，凸模公差取下偏差 （相当于基准 轴的公差带位置） ，凹模取上偏差 （相当于基准孔的公差带位 置） ，一般可按零件公差的 1 /3 ～ 1 /4 来选取，对于规则简单形状 （如圆形件、方形件等） ，由于制造简单，精度容易保证，制造 公差可以按 IT8 ～ IT6 级选取，也可查表 2-6。
表 2 -6
基本尺寸 ≤18 > 18 ～ 30 > 30 ～ 80 > 80 ～ 120 > 120 ～ 180
（2-4）
简单形状 （圆形、方形件） 冲裁时 δ 凸 、δ 凹 的值
凹模公差 δ 凹 0. 020 0. 025 0. 030 0. 035 0. 040 基本尺寸 > 180 ～ 260 > 260 ～ 360 > 360 ～ 500 > 500 凸模公差 δ 凸 0. 030 0. 035 0. 040 0. 050
/ mm
凹模公差 δ 凹 0. 045 0. 050 0. 060 0. 070
凸模公差 δ 凸 0. 020 0. 020 0. 020 0. 025 0. 030
配合加工就是指先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件， 然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作另一件的方法。这种加工方法的特点 是模具间隙由配作来保证。加工后，凸模与凹模必须对号入座，不能互换。一般 情况下设计过程中，落料件以凹模为基准，冲孔件以凸模为基准。作为基准的模 具零件图纸上标注尺寸及公差，在相配的非基准的模具零件图纸上标注相同的基 本尺寸，但不标注公差，在技术要求中要说明非基准的模具零件要按作为基准的 模具零件的实际尺寸配作，保证间隙值在 Z min ～ Z max 范围之内。 （3） 分开加工凸、凹模刃 寸计算 所示的冲裁件凸、凹模工作部分的尺寸。 对于落料件 Dd =（Dmax - xΔ）
+ δd 0 0
p
根据尺寸 的原则，确定如图 2-7 （2-5） （2-6） （2-7）
p
Dp = Dd - Z min =（Dmax - xΔ - Z min）- δ 对于冲孔件 d p =（d min + xΔ）- δ d d = d p + Z min =（d min + xΔ 式中
0
+δ + Z min） 0 d
（2-8）
Dp ，Dd ——落料凸模、凹 基本尺寸； — d p ，d d ——冲孔凸模、凹 基本尺寸； —
28
Dmax — ——落料件的最大极限尺寸； Dmin — ——冲孔件的最小极限尺寸； — Δ——冲裁件公差； — δ d ，δ p——凸模制造公差、凹模制造公差； x—— 系数，其值可查表 2-7，也可按冲裁件的公差等级选取； — 当冲裁件公差为 IT10 以上时，x = 1； 当冲裁件公差为 IT13 ～ IT11 以上时，x = 0. 75； 当冲裁件公差为 IT14 以下时，x = 0. 5。
图 2-7
凸、凹模工作部分尺寸的确定 表 2 -7
非 圆 0. 75
磨损系数 ｘ
形 0. 5 工件公差 Δ / mm 0. 75 圆 形 0. 5
板料厚度 t / mm
1
≤1 >1 ～2 >2 ～4 >4
< 0. 16 < 0. 20 < 0. 24 < 0. 30
0. 17 ～ 0. 35 0. 21 ～ 0. 41 0. 25 ～ 0. 49 0. 31 ～ 0. 59
≥0. 36 ≥0. 42 ≥0. 50 ≥0. 60
< 0. 16 < 0. 20 < 0. 24 < 0. 30
≥0. 16 ≥0. 20 ≥0. 24 ≥0. 30
〔例 2 -1 〕 冲制如图 2-8 所示的垫圈，材料为 Q235 钢，料厚为 3mm。分别 落料和冲孔的凸模、凹模工作部分的尺寸。 由表 2-5 查得 Z min = 0. 46mm Z max = 0. 64mm Z max - Z min = 0. 64 - 0. 46 = 0. 18mm 由表 2-6 查得凸、凹 制造偏差
图 2-8 垫圈
29
落料部分 冲孔部分
δ d = + 0. 03mm δ p = - 0. 02mm | δ p | + | δ p | = 0. 05mm < 0. 18mm
δ d = + 0. 03mm δ 凸 = - 0. 02mm | δ p | + | δ d | = 0. 05mm < 0. 18mm 所以都能满足分别加工时 | δ p | + | δ d | ≤Z max - Z min 的要求。 由表 2-7 查得 落料
+δ Dd =（Dmax - xΔ） 0 凹 0 Dp =（Dd - Z min）+ δ 凸 0
凸
x = 0. 5 =（80 - 0. 5 × 0. 74）
0 + 0. 03 0
= 79. 63
0
+ 0. 03 mm 0
=（79. 63 - 0. 46）- 0. 02 = 79. 17 - 0. 02 mm
0 0 + 0. 025 0 + 0. 025 mm 0
冲孔
d p =（d min + xΔ）- δ =（30 + 0. 5 × 0. 62）- 0. 02 = 30. 31 - 0. 02 mm d d =（d p + Z min）- δ =（30. 31 + 0. 46）
凸
0
= 30. 77
（4） 配合加工凸、凹模刃 寸计算
采用配合加工方法制造模具常用于
复杂形状及薄料的冲裁件。在 凸、凹模刃 寸时，常常会遇到在一个凸模 或凹模上同时存在三种不同类型的尺寸，要分别对待。 ① 落料件凸、凹模刃 寸计算。如图 2-9 所示零件，其所有尺寸可以分 为三种： 一种是轴类尺寸 A - Δ ，凹 (损后，冲裁件尺寸增大； 一种是孔类尺寸 B + Δ ，凹 (损后，冲裁件尺寸减小； 一种是非轴非孔尺寸 C ± Δ ，凹 (损后，冲裁件尺寸不变。
图 2-9
落料件刃 寸计算
对于轴类尺寸，其凸、凹模刃 寸计算公式： Ad =（Amax - xΔ）
+ δd 0 0
p
（2-9） （2-10）
Ap =（Amax - xΔ - Z min）- δ 30
对于孔类尺寸，其凸、凹模刃 寸计算公式： Bd =（Bmin + xΔ）- δ
0
d
（2-11）
+ δp 0
Bp =（Bmin + xΔ + Z min） Cd = Cp = C ± δ d 式中 Ad ，Bd ，Cd ——凹模刃 寸； — Ap ，Bp ，Cp ——凸模刃 寸； — — Δ——制件的公差； x—— 系数，取 0. 5 ～ 1； — Z min — ——最小冲裁间隙； ——凸、凹模制造公差。 δ p ，δ d —
（2-12）
对于非轴非孔尺寸，其凸、凹模刃 寸计算公式： （2-13）
② 冲孔件凸、凹模刃 寸计算。如图 2-10 所示零件，冲孔是以凸模为基 准，所以对于轴类尺寸，其凸、凹模刃 寸计算公式： A凸 =（A - xΔ）
+ δ凸 0 0
凹
（2-14） （2-15） （2-16）
A凹 =（A - xΔ - Z min）- δ B凸 =（B + xΔ）- δ
0
凸
对于孔类尺寸，其凸、凹模刃 寸计算公式：
+ δ凹 0
B凹 =（B + xΔ + Z min）
（2-17）
对于非轴非孔尺寸，其凸、凹模刃 寸计算公式与落料的公式完全一样。
图 2-10
冲孔件刃 寸计算
〔例 2 -2 〕 如图 2-11 （a） 所示零件，材料为 Q235，料厚为 2mm，试 落 料凹、凸模刃 寸。 考虑到工件形状较复杂，采用配作法加工凹、凸模。凹 (损后其尺寸 变化有三种情况，如图 2-11 （b） 所示。 31
① 凹模磨损后变大的尺寸：A1 、A2 、A3 。 刃口尺寸 公式：Ad =（Amax - xΔ）
+ δd 0
图 2-11
零件图和凹模磨损情况
查表 2-7 得：x 、x = 0. 5
1 2
x3 = 0. 75 A1d =（74 - 0. 5 × 0. 74） A2d =（53 - 0. 5 × 0. 74）
+ +
1 4
× 0. 74 × 0. 74
1 4
0
1 4
= 73. 63 = 52. 63 = 9. 73
+ 0. 19 mm 0 + 0. 19 mm 0 + 0. 09 mm 0
0 + 0
A3d =（10 - 0. 75 × 0. 36）
× 0. 36
② 凹模磨损后变小的尺寸：B1 、B2 、B3 。 刃口尺寸 公式： B1d =（10 + 0. 75 × 0. 22）
0
1 4
-
× 0. 22
= 10. 17 - 0. 06 mm = 38. 29 - 0. 1 mm = 31. 71 - 0. 1 mm
+ 0. 52 0 0 0
0
B2d =（38 + 0. 75 × 0. 39） B3d =（32 - 0. 75 × 0. 39）
0
1 4
-
× 0. 39
0
1 4
-
× 0. 39
③ 凹模磨损后无变化的尺寸是 C，制件尺寸为 30
mm。 1 × 0. 52 =（30. 26 ± 4
Cd =（C + 0. 5 Δ）± 0. 5 δ A =（30 + 0. 5 × 0. 52）± 0. 5 × 0. 07） mm 查表 2-5 得： Z min = 0. 246mm，Z max = 0. 360mm
凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙值在 0. 246 ～ 0. 360mm 之间。 32
当用电火花加工冲模时，一般采用成形 的方法加工凸模与电极，然后用 尺寸与凸 同或相近的电极 （有时甚至直接用凸模作电极） 在电火花机床上 加工凹模。因此机械加工的制造公差只适用凸模，而凹 尺寸精度主要决定于 电极精度和电火花加工间隙的误差。所以，从实质上来说，电火花加工属于配合 加工的一种工艺，一般都是在凸模上标注尺寸和制造公差，在凹模图纸上，技术 要求部分注明： “凹模刃 寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙值为 Z min ～ Z max” 。
2. 1. 6
冲压力
在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入材料的深度 （凸
（1） 冲裁力的
模行程） 而变化的。图 2-12 所示为 Q235 钢冲裁时 的冲裁力变化曲线，图中 OA 段是冲裁的弹性变形 阶段，AB 段是塑性变形阶段，B 点为冲裁力的最 大值，在此点材料开始剪裂，BC 段 为 断 裂 阶 段， CD 段压力主要是用于克服摩擦力和将材料由凹模 内推出。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它 是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 冲裁力是选择设备吨位和设计、检验模具强度 的一个重要依据。由于冲裁加工的复杂性和变形过 程的瞬时性，使得建立理论 公式相当困难，现 仅就常用的计算公式予以介绍。 用平刃口模具冲裁时，冲裁作为纯剪切进行计算，其冲裁力 F 为 F = Ltτ （2-18） τ 的数值可查阅有关手册。若手册资料中 τ 的数值不全，可采用剪切应力 τ = 0. 8 σ b ，σ b 为材料的抗拉强度，故 F = 0. 8Ltσ b 。实际选择设备时，为了 设备安全起见，常取 1. 3 左右的安全系数，故 F 冲 = 1. 3F ≈Ltσ b 式中 — F 冲 ——冲裁力； L——冲裁件轮廓周长； — t ——材料厚度； — — τ ——材料抗剪强度； k ——系数，取 1. 3。 — 选择压力设备时，其公称压力应大于或等于计算出来的 F 冲 值。 （2） 降低冲裁力的方法 冲裁件较大或板料较厚时，同时也使冲裁过程 33 平稳以减少压 力 机 振 动， 如 果 冲 压 设 备 吨 位 较 小， 常 用 下 列 方 法 来 降 低 冲 （2-19）
图 2-12 冲裁力变化曲线
裁力。 ① 阶梯凸模冲裁。在多凸 冲模中，将凸模设计成不同长度，采用凸模 工作端面呈阶梯式布置 （图 2-13） ，这样，各凸模冲裁力的最大峰值不同时出 现，以此降低总的冲裁力。 凸模间的高度差 h 与板料厚度有关，即 t > 3mm，h = t； t > 3mm，h = 0. 5t。 阶梯凸模冲裁的冲裁力，一般只按产生最大 冲裁力的 个阶梯进行计算。 ② 斜刃冲裁。如果将凸模 （或凹模） 刃口做 成斜刃，则冲裁时整个刃口不是与冲裁件周边同
图 2-13 高度不同分布的凸模
时切入，而是逐步地将材料切离，因而能显著降 低冲裁力。
斜刃的形式有多种，如图 2-14 所示。斜刃配置的原则是：必须保证工件平 整，只允许废料发生弯曲变形。因此，落料时凸模应为平刃，将凹模作为斜刃 〔图2-14 （a） （b） 。冲孔时则凹模应为平刃，凸模为斜刃 〔图2-14（c） （d） 、 〕 、 、 〕 （e） 。斜刃还应当对称布置，以免冲裁时模具承受单向侧压力而发生偏移，啃 伤刃口 〔图2-14 （a） （b） （c） （d） （e） 。向一边斜的斜刃，只能用于切舌 、 、 、 、 〕 （f） 。斜刃模具用于大型工件冲裁时，一般把斜刃布置成多个波 〕 或切开 〔图2-14 峰的形式。
图 2-14
各种斜刃的形式
斜刃主要参数的设计：斜刃角 φ 和斜刃高度 H 与板料厚度有关，一般可按 表 2-8 选用，平刃部分的宽度取 0. 5 ～ 3mm （图 2-12） 。
表 2 -8 斜刃参数 Ｈ φ 值 、
34
材料厚度 t / mm <3 3 ～ 10
斜刃高度 H 2t t
斜刃角 φ /（°） <5 <8
斜刃冲裁力可用下面的简化公式计算： F 斜 = K斜 Ltτ 式中 0. 6，H = 2t 时，K斜 = 0. 2 ～ 0. 4。 斜刃冲裁的优点是降低冲裁力，使冲裁过程平稳。其缺点是模具制造难度提 高，刃口易 ，修 困难，冲件易翘曲，所以不适于冲裁外形复杂的冲件， 特别是冲裁厚料时，冲裁质量更差。因此它用于形状简单、精度要求不高、料不 太厚的大件冲裁。广泛应用于汽车、拖拉机行业中大型覆盖件的落料、切边工 序中。 值得注意的是，斜刃冲裁或阶梯凸模冲裁，冲裁力虽然降低了，但所做的冲 裁功并没有减少，原因是冲裁力降低的同时，冲裁行程却增加了。 ③ 加热冲裁。材料加热后，大大降低了抗剪强度，从而使冲裁力降低了。 冲裁力按平刃冲裁力公式计算，但材料的抗剪强度 τ 值在冲裁温度时的数值，只 有常温下的 1 /3 甚至更小。表 2-9 为钢在加热状态时的抗剪强度。
表 2 -9
材 料 200 Q195、 Q215、 15 10、 Q235、 Q255、 25 20、 Q275、 35 30、 40、 50 45、 360 450 530 600 500 320 450 520 580 600 200 240 330 380
（2-20）
— K斜 ——降低冲裁力系数，与斜刃高度 H 有关，当 H = t 时，K斜 = 0. 4 ～
钢在加热状态时的抗剪强度
加 热 温 度/ 700 110 130 160 190 800 60 90 90 90
/ MPa
900 30 60 70 70
采用加热冲裁，在编制工艺时，条料不宜太长，搭边也应适当放大，特别要 注意冲裁材料的氧化、脱碳以及冲件冷却时的变形等问题，制定合理的加热规范 和冷却规范。 设计模具时，凸、凹 工作零件应选用热冲模具材料，受热部分不能放置 等，刃口尺寸应考虑冲裁件的冷缩，应适当减少冲裁间隙。 加热冲裁的劳动条件差，一般只适用于厚板或表面质量及精度要求不高的 零件。 （3） 卸料力、推件力、顶件力的计算 板料经冲裁后，由于弹性变形及弯 35 曲弹性恢复的作用，使从板料上分离下来的部分材料梗塞在凹模型口内，余下部
分则紧箍在凸模上。为保证冲裁过程能连 续、顺 利 地 进 行，必 须 将 它 们 从 凸 （凹） 模上取下 （出） 。 卸料力就是将条料或制件从凸模上卸下来所需的力；推件力就是将制件或废 料从凹模内推出的力；将制件或废料从凹模洞 冲裁方向顶出所需的力，称为顶件力 （图 2-15） 。 卸料力、推件力、顶件力一般采用经验公 式进行计算。 卸料力 推件力 顶件力 式中
图 2-15 卸料力、推件力及顶件力
F 卸 = K卸 F 冲 F 推 = nK推 F 冲 F 顶 = K顶 F 冲
（2-21） （2-22） （2-23）
F 冲 ——冲裁力； — K卸 ——卸料力系数，取 0. 02 ～ 0. 06； —
K推 ——推件力系数，取 0. 03 ～ 0. 07； — K顶 ——顶件力系数，取 0. 04 ～ 0. 08； — n ——留在凹模洞 的件数，n = h / t， — h 是凹 刃口的高度，t 是材料 的厚度。 卸料力、推件力和顶件力系数见表 2-10。
表 2 -10
板料 t / mm ≤0. 1 > 0. 1 ～ 0. 5 > 0. 5 ～ 2. 5 钢 > 2. 5 ～ 6. 5 > 6. 5 铝、 铝合金 纯铜、 黄铜
卸料力、推件力和顶件力系数
K卸 0. 06 ～ 0. 09 0. 04 ～ 0. 07 0. 025 ～ 0. 06 0. 02 ～ 0. 05 0. 015 ～ 0. 04 0. 03 ～ 0. 080 0. 02 ～ 0. 06 K推 0. 1 0. 065 0. 05 0. 045 0. 025 0. 03 ～ 0. 07 0. 03 ～ 0. 09 K顶 0. 14 0. 08 0. 06 0. 05 0. 03
（4） 压力机所需的总冲压力 冲裁时，所需总冲压力为冲裁力、卸料 力和推件力之和，这些力在选择压力机吨位时是否都要考虑进去，应根据不同的 模具结构区别对待。 模具结构为刚性卸料装置和下出料方式，总压力为：F 总 = F + F 推 （2-24） 模具结构为弹性卸料装置和下出料方式，总压力为：F 总 = F + F 推 + F 卸 （2-25） 36
模具结构为弹性卸料装置和上出料方式，总压力为：F 总 = F + F 顶 + F 卸 （2-26） 〔例 2 -3 〕 采用落料-冲孔复合模冲压垫圈，材料为 Q235，料厚为 t = 3mm， 垫圈如图 2-16 所示。试 冲裁力、卸料力和推件力。 由设计手册查出剪切应力 τ = 304 ～ 373MPa，取 τ = 343MPa。
图 2-16
落料-冲孔复合模和垫圈
① 冲裁力的 冲孔力 F 孔 = 1. 3 πd 孔tτ = 1. 3 × 3. 14 × 12. 5 × 3 × 343 = 52505N 落料力 F 落 = 1. 3 πd 落tτ = 1. 3 × 3. 14 × 35 × 3 × 343 = 147013N ② 卸料力的 由表 2-10 查出 K卸 = 0. 03 F 卸 = K卸F = 0. 03 × 147013 = 4410N ③ 推件力计算 由表 2-10 查出 K推 = 0. 045，凹模型 壁高度 h = 6mm，则 n = h / t = 6 /3 = 2 ④ 总冲裁力 F 总 = F 落 + F 孔 + F 推 + F 卸 = 208653N F 推 = nK推F = 2 × 0. 045 × 52505 = 4725N
2. 1. 7
压力中心的
冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机 滑块的中心。 冲裁形状对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心。冲裁直 线段时，其压力中心位于直线段的中点。冲裁圆弧线段 ，按下式 ： 时，其压力中心的位置 （图 2-17） x0 = R 180° × sinα πα （2-27）
37
图 2-17 圆弧线段的重心
或 式中 l——弧长。 —
x0 = R
b l
（2-28）
确定复杂形状冲裁件的压力中心的方法如下。 （1） 法 ① 多凸模冲裁时的压力中心。图 2-18 所示为冲裁多个型孔的凸模位置分布情况。
图 2-18
多凸模冲裁时的压力中心
冲孔所需的冲裁力为
F 1 = KL1 t b F 2 = KL2 t b F n = KLn Tb
对于平行力系，冲裁力的合力等于上述各力的 和。即 F = F1 + F2 + … + F n 根据理论力学知道，合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和。由此可 求出压力中心坐标 （x0 、y0） 。 F 1 x1 + F 2 x2 + … + F n xn =（F 1 + F 2 + … + F n） 0 x F 1 y1 + F 2 y2 + … + F n yn =（F 1 + F 2 + … + F n） 0 y
n
即
F 1 x1 + F 2 x2 + … + F n xn x0 = = F1 + F2 + … + F n
∑ F i xi i =1
n
（2-29）
∑Fi i =1
n
F 1 y1 + F 2 y2 + … + F n yn y0 = = F1 + F2 + … + F n 38
∑ F i yi i =1
n
∑Fi i =1
将 F 1 ，F 2 ，…，F n 值代入上式，这时压力中心坐标公式如下：
n
x0 =
L1 x1 + L2 x2 + … + Ln xn = L1 + L2 + … + Ln
∑ Li xi i =1
n
（2-30）
∑ Li i =1
n
y0 =
L1 y1 + L2 y2 + … + Ln yn = L1 + L2 + … + Ln
∑ Li yi i =1
n
∑ Li i =1
② 冲裁复杂形状零件时的压力中心。冲裁复杂形状零件时，具体求法按下 面步骤进行 （图 2-19） 。 �S选定坐标轴 X 和 Y。 �S将组成图形的轮廓线划分为若干简单的线段，求出各线段长度和各线段的 重心位置。 。 �S按上面公式算出压力中心的坐标 （x0 、y0） （2） 作图法 作图法与 法一样，既可求多凸模冲裁的压力中心，又可 求复杂形状零件冲裁的压力中心。下面以多凸模冲裁压力中心的求解为例，作图 。 的步骤如下 （图 2-20）
图 2-19
复杂冲裁件的压力中心
图 2-20
作图法求压力中心
① 按比例画出需冲裁的轮廓图形，选定坐标轴 X 和 Y。 ② 算出或量出各图形轮廓周长 La 、Lb 、Lc ，并确定其重心位置。 ③ 压力中心的横坐标 x0 的作图方法 �S在坐标系旁作一条平行于 Y 轴的直线 AB，从 A 点开始，依次截取 L'a 、L' 39
b 、L'c （其顺序按图形至
Y 轴由近到远的顺序，其长度按比例等于对应轮廓线的
。 长度 La 、Lb 、Lc） �S在 AB 线旁取任意点 O1 。从 O1 点作射线 1、2、3、4，分别与 冲裁力 的各线段 （L'a 、L'b 、L'c） 首尾相连。 �S由各图形的重心位置出发，作 Y 轴的平行线至图形外，然后以距 Y 轴最 近的一条平行线上任意点 Q 为起点，作射线 1 的平行线 1' ，由该起点 Q 再作射 线 2 的平行线 2' ，过下一交点依次作射线 3、4 的平行线 3' 、4' 。1' 线与 4' 线的 交点，即为压力中心的横坐标 x0 。 �S用相同方法作出压力中心的纵坐标 y0 （注意截取线段与作图都要按距 X 轴从近到远的顺序） 。 �S 纵、横坐标交点 O （x0 、y0） 即为压力中心。 （3）悬挂法 在生产中，常用简便方法 复杂冲裁件的压力中心，悬挂法 是其中一种，具体作法是：用匀质细金属丝沿冲裁轮廓弯制成模拟件，然后用缝 纫线将模拟件悬吊起来，并从吊点作铅量引线。再取模拟件的另一点，以同样的 方法作另一铅垂线，两垂线的交点即为压力中心。悬挂法的理论根据是：用匀质 金属丝代替均布于冲裁件轮廓的冲裁力，显然，该模拟件的重心就是冲裁的压力 中心。
2. 1. 8
排样与搭边
冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法称为排样。合
（1） 排样的概念
理的排样应是在保证制件质量、有利于简化模具结构的前提下，以最少的材料消 耗，冲出最多数量的合格制件。 （2） 材料的利用率 排样方案对材料利用率、冲裁件质量、生产率、生产 成本和模具结构形式都有重要影响。 排样的经济程度用材料利用率来表示。一个步距内的材料利用率 η 为 η= 式中 A——冲裁件面积，mm2 ； — n——一个步距内的冲件数目； — B——条料宽度，mm； — H——步距，mm。 — 、工 艺 废 料 （图 板料或 带 料 冲 裁 时，料 头、料 尾、结 构 废 料 （图 2-19） 2-19） 都得不到利用，所以一张板料总的材料利用率为 η 40
∑
nA × 100% BH
（2-31）
=
NA × 100% BL
（2-32）
式中
N——一张板料上的冲件总数目； — L——板材长度，mm。 — 由此可知，总材料利用率 η 比一个步距内的材料利用率 η 低。
∑
（3） 排样方式
冲裁排样有两种分类方法。
① 根据材料经济利用程度来分。可分为有废料排样、少废料排样和无废料 排样三种，如图 2-21 所示。 有废料排样法：冲裁是沿着冲裁件的封闭轮廓进行，冲件周边也都有余料， 其尺寸完全由冲模来保证，所以冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较 低。如图 2-21 （a） 所示。 少废料排样法：只在冲裁件之间或冲裁件与条料侧边之间留有余料。沿着冲 裁件的部分外轮廓进行，冲裁材料利 用 率 稍 高，冲 模 结 构 简 单 些，如 图 2-21 （b） 所示。 无废料排样法：冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间不存在工艺 余料，直接切断条料来获得，这样一次切断可获得两个冲件，生产效率得到提 （c） 所示。 高，如图 2-21
图 2-21
排样方法
采用少、无废料排样法，材料利用率高，不仅有利于一模获得多个冲裁件， 而且可以简化模具结构、降低冲裁力。但是条料本身的宽度公差以及条料导向与 定位所产生的误差会直接影响冲裁件尺寸而使冲裁件的精度降低。同时，往往因 模具单面受力而加快 ，降低模具寿命，也会直接影响冲裁件的断面质量。因 此排样时要全面考虑。 ② 根据制件在材料上的排列形式来分。可分为直排法、斜排法、对排法、 混合排法、多排法和冲裁搭边法等多种形式。 无论是采用有废料排样，或少、无废料排样，根据冲裁件在条料上的不同布 置方法，排样方法又有直排法、斜排法、对排法、混合排法、多排法和冲裁搭边 法等多种方式。 排样可以采用单行排或多行排，可以采用有废料排或少无废料排，可以采用 直排或斜排，见表 2-11。不同的排样方法，其材料利用率是不同的。因此生产中 41
必须合理排样，降低材料消耗，提高材料利用率。 （4） 搭边的概念及搭边值的确定 与条 （板） 料边缘之间的余料。 搭边值的大小决定于制件的形状、材质、料厚及板料的下料方法。搭边值大 小影响材料的利用率。一般由经验确定或查表，见表 2-12。
表 2 -11
排样形式 简 图 应 用 简 图 应 用
搭边是指冲裁时制件与制件之间、制件
有废料排样和少、无废料排样主要形式的分类
有废料排样 少、 无废料排样
用于简单几 直排 何形状 （方形、 矩形、 圆形） 的 冲件 用于矩形或 方形冲件
用于 T 形、 L 斜排 形、 形、 字 十 S 形、 椭 圆 形 冲件
用于 L 形或 其他形状的冲 件， 外 形 上 在 允许有不大的 缺陷 用 于 T 形、
用 于 T 形、 直对排 形、 山形、 梯 形、 三角形、 半 圆形的冲件
形、 山形、 梯 形、 角 形 零 三 件， 外 形 上 在 允许有不大的 缺陷
用于材料利 斜对排 用率比直对排 时高的情况
多用于 T 形 冲件
用于材料及 混合排 厚度都相同的 两种以上的 冲件 用于大批生 产中尺寸不大 多排 的 圆 形、 角 六 形、 方形、 矩形 冲件
用于两个外 形互相嵌入的 不 同 冲 件（铰 链等）
用于大批生 产中尺寸不大 的 方 形、 形 矩 及六角形冲件
42
大批生产中 用于小的窄冲 冲裁搭边 件（表 针 及 类 似 的 冲 件）或 带料的连续 拉深 用于以宽度 均匀的条料或 带料冲制长 形件
表 2 -12
圆件及 r > 2t 的圆角
最小的工艺搭边值
矩形件边长 l≤50 r≤2t
/ mm
矩形件边长 l > 50 或圆角
料厚 t
工件间 a 0. 25 以下 0. 25 ～ 0. 5 0. 5 ～ 0. 8 0. 8 ～ 1. 2 1. 2 ～ 1. 6 1. 6 ～ 2. 0 2. 0 ～ 2. 5 2. 5 ～ 3. 0 3. 0 ～ 3. 5 3. 5 ～ 4. 0 4. 0 ～ 5. 0 5. 0 ～ 12 1. 8 1. 2 1. 0 0. 8 1. 0 1. 2 1. 5 1. 8 2. 2 2. 5 3. 0 0. 6t
侧边 a 1 2. 0 1. 5 1. 2 1. 0 1. 2 1. 5 1. 8 2. 2 2. 5 2. 8 3. 5 0. 7t
工件间 a 2. 2 1. 8 1. 5 1. 2 1. 5 1. 8 2. 0 2. 2 2. 5 2. 5 3. 5 0. 7t
侧边 a 1 2. 5 2. 0 1. 8 1. 5 1. 8 2. 5 2. 2 2. 5 2. 8 3. 2 4. 0 0. 8t
工件间 a 2. 8 2. 2 1. 8 1. 5 1. 8 2. 0 2. 2 2. 5 2. 8 3. 2 4. 0 0. 8t
侧边 a 1 3. 0 2. 5 2. 0 1. 8 2. 0 2. 2 2. 5 2. 8 3. 2 3. 5 4. 5 0. 9t
注：表列搭边值适用于低碳钢，对于其它材料，应将表中数字乘以下列系数：中等硬度的钢，0. 9； 软黄铜、纯铜，1. 2；硬钢，0. 8；铝，1. 3 ～ 1. 4；硬黄铜，1. 3 ～ 1. 4；非金属，1. 5 ～ 2；硬铝，1 ～ 1. 2。
（5） 提高材料利用率的方法
冲裁所产生
的废料可分 为 两 类 （图 2-22） ：一 类 是 结 构 废 料，是由冲件的形状特点产生的；另一类是由 于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以 及料头、料尾和边余料而产生的废料，称为工 艺废料。 要提高材料利用率，主要应从减少工艺废 料着手。减少工艺废料的有力措施是：设计合 理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法 （减少料头、料尾和边余 料） ，利用废料作小零件 （如表 2-11 中的混合排样） 等。 对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能 43
图 2-22 废料的种类
1—结构废料；2—工艺废料
的。当两个冲件的材料和厚度相同时，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料 中冲制出来。如电机转子硅钢片，就是在定子硅钢片的废料中取出的。这样就使 结构废料得到了充分利用。另外，在使用条件许可下，当取得零件设计单位同意 后，也可以改变零件的结构形状，提高材料利用率，如图 2-23 所示。 （6） 排样图 条料宽度确定之后，应选择板料规格， 裁板方法 （纵向 剪裁或横向剪裁） 。在选择板料规格和 裁板方法时，应综合考虑材料利用 率、纤维方向 （对弯曲件） 、操作方便和材料供应情况等。当条料长度确定后， 就可以绘出排样图。如图 2-24 所示，一张完整的排样图应标注条料宽度及其公 差、送料步距及搭边值 a 1 、a。 排样图应绘在冲压工艺规程 上和冲裁模总装图的右上角。排样图是排样 设计的最终表达形式，是编制冲压工艺与设计模具的重要工艺文件。
图 2-23
零件修改前后材料利用情况的对比
图 2-24
排样图
2. 2
2. 2. 1
冷冲模典型零件设计
冲模组成零件
尽管各类冲裁 结构形式和复杂程度不同，组成模具的零件又多种多样， 但冲 主要零部件可分为工艺构件和辅助构件两部分 （表 2-13） 。 一般冲裁模由以上六个部分组成，但不是所有的冲裁模必须具备这六个部 分。冲裁模的结构多种多样，有些模具比这个模具结构复杂，有些模具结构却十 分简单，这要决定于冲裁工件的要求、生产批量的大小、制模条件等因素。
44
2. 2. 2
凸模
凸模结构形式主要取决于冲件的形状和尺寸，
（1） 凸模的结构形式及固定
冲模结构、加工以及装配工艺等实际条件不同，所以实际生产中使用的凸 类 很多。按照凸 截面形状可分为圆形凸模和非圆形凸模；按照凸模刃口形状可 分为平刃凸模和斜刃凸模；根据凸模结构可分为整体式、镶拼式、阶梯式、直通 式和带护套式凸模等。
表 2 -13
性 能 部 件
冲模的主要零部件分类
定 义 所含零件 凸模、 凹模、 凸凹模 定 位 板、 位 销、 料 定 挡 侧刃 销、 导正销、 导尺、
工作零件
它是指直接进行冲裁分离工件 的零件 它是指能保证条料在送进和冲 裁时在模具上有正确位置的零件 用于冲裁后材料的弹性恢复， 工
定位零件 工艺构件 压料、 卸料及出件 零部件
件往往留在凹模洞口内， 而条料又 紧箍在凸模上， 卸料零件的作用就 是把工件从凹模洞 出， 把废料 从凸模上卸下 它是保证模具各相对运动部位
卸 料 板、 件 装 置、 推 顶 件装置、 压边圈、 弹簧、 橡 胶垫
导向零件
具有 '位置及良好运动状态的 零件 它是固定凸模和凹模， 并与冲床 滑块和滑块工作台相连接的零件 它是在装配模具时， 为了保证零
导筒 导柱、 导套、 导板、
辅助构件
固定零件
上 下 模 座、 柄、 凹 模 凸 模固定板、 垫板、 限位器
紧固及其它零件
件间相互 '位置， 把相关联的零 件固定或连接起来的零件
螺钉、 销钉、 其它 键、
凸模的固定方法也有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定、胶黏剂浇注法固定 等形式。 通过常见的圆形和非圆形凸模，大、中型和小孔凸模，来分析凸模的结构形 式、固定方式、特点及应用场合。 ① 圆形凸模。根据国家标准 GB 2863. 1 ～ 3—81 规定这类凸模的标准结构与 尺寸规格，圆形凸模包括三种形式，如图 2-25 所示。台阶式的凸模装配修磨方 便，强度、刚性较好，工作部分的尺寸由 而得；与凸模固定板按过渡配合 （m6） 来配合；最大直径部分的作用是形成台肩，以便固定，保证工作时凸模不 45
被拉出。 图 2-25 （a） 用于较大直径的凸模；图 2-25 （b） 用于较小直径的凸模，它们 适用于冲裁力和卸料力大的场合；图 2-25（c） 是快换式的小凸模，维修更换 方便。
图 2-25
圆形凸模
② 非圆 形 凸 模。 非 圆 形 凸 模 在 实 际 生 产 中 应 用 比 较 广 泛， 如 图 2 -26 所示。 非圆形凸模有的采用台阶式，如图 2-26 （a） 和图 2-26 （b） 所示。凡是采用 台阶式其截面为非圆形的凸模，固定部分应可能简化成简单、规则形状的几何截 面，大多做成圆形或矩形，这时凸模固定板的型孔为标准尺寸孔，加工容易；工 作部分可采用车削、 或仿形刨加工，最后用钳工进行精修，加工比较复杂。 采用台肩固定如图 2-26 （a） 所示；采用铆接固定如图 2-26 （b） 所示。这两种固 定方法应用较广泛，要注意的是，工作部分截面只要是非圆形的，固定部分是圆 46
形的，都一定要在固定端配合处加止动销。用铆接法固定时，铆接部分的硬度比 工作部分要低。 常用的还有直通式凸模，如图 2-26 （c） 和图 2-26 （d） 所示。直通式凸模可 以采用线切割加工或成形铣、成形 加工，加工容易，这种凸 工作端应进 行淬火，淬火长度约为全长的 1 /3，另一端处于软状态，以利于与固定板的铆 接。截面形状复杂的凸模，这种结构应用广泛。
图 2-26
非圆形凸模
采用低熔点合金浇注固定的凸模，如图 2-26（d） 所示。优点在于，当多冲 模冲裁时 （如电机定、转子冲槽孔） ，可以简化凸模固定板加工工艺，便于在装 配时保证凸模与凹 '配合。此时，为了填充胶黏剂，凸模固定板上凸模安 装相应孔的尺寸与凸模之间留有一定的间隙。在凸模的固定端或固定板的相应的 孔上，开设一定的槽，以便于黏结牢固。常用的胶黏剂有：低熔点合金、环氧树 脂、无机胶黏剂等，在市场上各种胶黏剂都可以买到。 ③ 大、中型凸模。如图 2-27 所示的大、中型凸模，可分为整体式和镶拼式 两种，图 2-27（a） 所示凸模属于大、中型整体式，直接采用螺钉、销钉固定； （b） 所示凸模属于镶拼式，既可以节省模具钢的用量，又便于锻造、热 图 2-27 处理和机加工，因此，大型凸模多采用这种结构形式。
47
图 2-27
大、中型凸模
④ 冲小孔凸模。小孔一般是指孔径 d 小于被冲板料的厚度 （或 d < 1mm） 的圆孔和面积 A < 1mm2 的异形孔。在对一般冲孔零件的结构工艺性要求方面， 它远远超过了一般冲孔零件。 由于冲小孔所用凸模强度、刚度差，易于弯曲和折断，为提高其使用寿命， 就必须采取一定措施提高它的强度和刚度，给冲小孔凸模加导向结构 （图 2-28） 就是保护措施的一种形式。 冲小孔凸模及其 导 向 结 构 形 式 有 两 种，即 局 部 导 向 和 全 长 导 向。图 2-28 （a） 、图 2-28 （b） 是局部导向结构，它用于导板模和利用弹压卸料板对凸模进行 （c） 、图 2-28 （d） 实际上 导向的模具上，其导向效果不如全长导向结构；图 2-28 也是局部导向结构，它们是以一种简单的凸模护套来保护凸模；图 2-28 （e） 、图 2-28 （f） 、图 2-28 （g） 基本上是全长导向结构，其护套装在卸料板或导板上，在 工作过程中始终不离上模导板、等分扇形块或上护套，模具处于闭合状态，护套 上端也不碰到凸模固定板，当上模下压时，护套相对上滑，凸模从护套中相对伸 出进行冲孔，这种结构避免了卸料板的水平方向摆动，从而避免了小凸模受到侧 压力，防止小凸模的弯曲和折断。 图 2-28 （f） 是具有三个等分扇形槽的护套，可在固定的三个等分扇形块中滑 动，使凸模始终处于三向导向与保护之中，导向保护效果较图 2-28（e） 好，但 （g） 结构较简单，导向效果也较好。 结构较复杂，制造困难；而图 2-28
48
图 2-28 冲小孔凸模及其导向结构
常用凸模形式以及固定形式见表 2-14 和表 2-15。
表 2 -14
简 图 特
常用凸模形式
点 适 用 范 围
典型圆凸 构。下端为工作部分， 中间的圆柱部分用以与固定板配合 （安 装） 最 上 端 的 台 肩 承 受 向 下 拉 的 卸 ， 料力 冲圆孔凸模， 用以冲裁（包括落 料、 冲孔）
直通式凸模， 便于线切割加工， 如凸 模断面足够大， 可直接用螺钉固定
各种非圆形凸 以冲裁 （包括 落料、 冲孔）
断面细弱的凸模， 为了增加强度和刚 度， 上部放大
凸模受力大， 而凸 对来说强 度、 刚度薄弱
凸模一端放长， 在冲裁前， 先伸入凹 模支承， 能承受侧向力
单面冲压的凸模
整体的凸 构上部断面大， 可直接 与模座固定
单面冲压的凸模
凸模工作部分组合式
节省贵重的工具钢或硬质合金
组合式凸模， 工作部分轮廓完整， 与 基体套接定位
作为尺寸较大的圆凸模， 工作部 分可采用性能较好的贵重材料
49
表 2 -15
结 构 简 图
常用凸模固定形式
特 点
凸模与固定板紧配合， 上端带台肩， 以防拉下。圆凸模大多用 此种形式固定
直通式凸模， 上端开孔， 插入圆销以承受卸料力
用于断面不变的直通式凸模， 端部退火后铆开
凸模与固定板配合部分断面较大， 可用螺钉紧固
用环氧树脂浇注固定
上 模 座 横 向 开 槽， 与凸 配合， 用于允许纵向稍有移 动 的 凸模
凸模以内孔螺纹直接紧固于压力机， 用于中小型双动压力机
用螺钉和圆销固定的凸模拼块， 也可用于中型或大型的整体 凸模
负荷较轻的快换凸模， 冲件厚度不超过 3mm
注：凸模的固定方法，用凸模固定板，紧配合形式，装好一般要磨平；与上模板直接用螺钉连接，适 用于大型凸模；可更换的固定形式，适用于易磨损和损坏的凸模。利用低熔点合金冷却膨胀的特性，但连 接浓度不高。环氧树脂对金属表面具有黏附力，但溶度低。
50
（2） 凸模长度
凸模的长度的确定主要根据模具结构、修磨、操作安
全、装配等因素的需要。如果选用冲模标准典型组 合，可取标准长度，其它情况，应该进行 。例 ，其凸 如，采用固定卸料板和导料板冲模 （图 2-29） 模长度按下式 ： L = t1 + t2 + t3 + L1 式中 t1 ——凸模固定板厚度，mm； — t2 ——固定卸料板厚度，mm； — t3 ——导料板厚度，mm； — L1 ——增加长度，它包括凸 修 、凸模 — 进入凹模的深度 0. 5 ～ 1mm、凸模固定板与卸料板之 间的安全距离等，一般取 10 ～ 20mm，如果是弹压 卸 料 装 置，则 没 有 导 料 板 厚 度这一项，其凸模长度应根据模具的具体结构而定。 （3） 凸模材料及其它要求 模具刃口要有较高的耐 ，并能承受冲裁时 的冲击力，所以应有较高的硬度与适当的韧性。形状简单的凸模常选用 T8A、 T10A 等制造。形状复杂、淬火变形大，特别是用线切割方法加工时，应选用合 金工 具 钢， 如 Cr12、9Mn2V、 CrWMn、 Cr6WV 等 制 造， 其 热 处 理 硬 度 为 58 ～ 62HRC。 凸模工作部分的表面粗糙度 Ra = 0. 8 ～ 0. 4μm，固定部分为Ra = 1. 6 ～ 0. 8μm。
图 2-29 凸模长度的计算
（2-33）
2. 2. 3
凹模
常见的凹模刃 式见表 2-16。 在 国 家 标 准 GB 2863. 2 —81 和 GB
（1） 凹模刃口的结构形式
（2） 凹 模 外 形 结 构 及 其 固 定 方 法
2863. 5 —81 中 ， 图 2 -30（a） 图 2 -30（b） 是 凹 模 形 式 及 其 固 定 的 两 种 方 、 法 。 这 两 种 圆 形 凹 模 主 要 用 于 冲 孔 ， 直 接 装 在 凹 模 固 定 板 中 ， 采 用 H7 / m6 配合。 冲裁件的形状和尺寸多种多样，生产中常常在外形为圆形或矩形的凹 模板上，加工出所需 凹 模 刃 凹 模 板 直 接 用 螺 钉 和 销 钉 固 定 在 模 座 上， 如 图 2 -30（c） 所 示 。 还 有 一 种 为 快 换 式 冲 孔 凹 模 固 定 方 法 ， 如 图 2 -30（d） 所示。 图 2-30 （c） 是采用螺钉和销钉定位直接固定的凹模，要注意螺孔间距、螺 孔与销孔间距及螺孔、销孔与凹模刃口间距尺寸不能太小，孔距的最小值可参考 表 2-17，否则会降低模具寿命。
表 2 -16 凹模刃口的结构形式
51
简
图
特
点
适
用
范
围
刃壁带有斜度， 冲件或废料不易 滞留在刃孔内， 因而减轻对刃壁的 磨损， 一次刃磨量较少。刃 寸 随 刃 磨 变 化， 模 工 作 部 分 强 度 凹 好， 一般取 5' ～ 30' α 适用于冲件为任何形状、 各种板厚的 冲裁模 （但料太薄不宜采用）
刃壁带有斜 度， 料 畅 通， 漏 但由 于刃壁与漏料孔用台肩过渡， 因此 凹模工作部分强度较差 适用于材料厚度小于 3mm 的冲裁模
凹模厚度 即有 效 刃壁 高 度。刃 壁带有斜度， 冲件或废料不易滞留 在刃孔内， 而 刃 壁 磨 损 小， 因 一次 刃 少。α 一般取 5' ～ 15' 适用于凹模较薄的小型薄料冲裁模
刃壁无斜 度， 磨 后 尺 寸不变。 刃 凹模工作部分强度较好
适用于精密冲裁模和把冲件或废料 逆冲压方向推出的复合模
刃壁无斜度， 刃 刃 寸不 变。但由于刃壁后端扩大， 因此凹 模工作部分强度较差
适用于把冲件或废料逆冲压方向推 出的形状简单、 材料较薄的复合模， 也 适用于薄料冲裁模
凹模厚度即有效刃壁高度， 刃壁 无斜度。刃磨后刃口尺寸不变
适用于冲件或废料逆冲压力向推出 的冲裁模
凹 模 硬 度 较 低， 般 为 40HRC 一 左右， 可借敲击调整模具间隙
适用于软而薄的金属冲裁模和非金 属冲裁模
（3） 整体式凹模外形尺寸的确定 52
凹模外形尺寸应保证有足够的强度与刚
图 2-30
凹模形式及其固定
度，冲裁时，凹模要承受一定的冲裁力和侧向挤压力。随着凹模结构形式、固定 方法的不同，受力情况比较复杂，凹模外形尺寸还不能仅用理论 的方法来确 定。在设计模具时，凹模外形尺寸一般是根据被冲的材料的厚度和冲裁件的最大 。 外形尺寸，按经验公式来 （表 2-18） 凹模厚度 H H = ks （不小于 8mm） 垂直于送料方向的凹模宽度 B B = s +（2. 5 ～ 4. 0） H
表 2 -17 螺孔、销孔之间及至刃壁的最小距离
（2-34） （2-35） 53
螺钉孔 s1 / mm s2 / mm s3 / mm 淬火 不淬火 淬火 淬火 不淬火
M4 8 6. 5 7
M6 10 8 12
M8 12 10 14
M10 14 11 17
M12 16 13 19 5 3
M16 20 16 24
M20 25 20 28
M24 30 25 35
销钉孔 d / mm s4 / mm 淬火 不淬火
2 5 3
3 6 3. 5
4 7 4
5 8 5
6 9 6
8 11 7
10 12 8
12 15 10
16 16 13
20 20 16
25 25 20
表 2 -18
凹模刃口至凹模边缘的距离 ｓ 2
材料宽度 B/ mm ≤40 > 40 ～ 50 > 50 ～ 70 > 70 ～ 90 > 90 ～ 120 > 120 ～ 150
材料厚度 t / mm ≤0. 8 20 22 28 34 38 40 > 0. 8 ～ 1. 5 22 25 30 36 42 45 > 1. 5 ～ 3. 0 28 30 36 42 48 52 > 3. 0 ～ 5. 0 32 35 40 46 52 55
注：1. s2 的公差视凹模型孔复杂程度来定，一般不超过 ± 8mm。 2. s3 一般不小于 5mm，但冲裁板料厚度 t < 0. 5mm 上的小孔，壁厚可以适当减小。
送料方向的凹模长度 L 54
L = s1 + ks2 式中 s ——垂直送料方向的凹模刃 最大距离； — s1——送料方向的凹模刃 最大距离； —
（2-36）
s2——送料方向的凹模刃 凹模边缘的最小距离，其值可查表 2-18； — k——系数，考虑板料厚度的影响，其值可查表 2-19。 —
表 2 -19
s/ mm ≤50 > 50 ～ 100 > 100 ～ 200 > 200 ≤1 0. 30 ～ 0. 40 0. 20 ～ 0. 30 0. 15 ～ 0. 20 0. 10 ～ 0. 15
凹模厚度系数k
材料厚度 t / mm >1 ～3 0. 35 ～ 0. 50 0. 22 ～ 0. 35 0. 18 ～ 0. 22 0. 12 ～ 0. 18 >3 ～6 0. 45 ～ 0. 60 0. 30 ～ 0. 45 0. 22 ～ 0. 30 0. 15 ～ 0. 22
凹模厚度还可以根据冲裁力来计算， 后应尽量选取厚度接近 值的凹 模标准。
2. 2. 4
凸凹 最小壁厚
凸凹模是复合冲裁中的一个特殊零件。其内形刀 冲孔凹模作用，其外形 刃口起落料凸模作用。外形按凸模设计，内形按凹模设计。设 关键是要保证 内形与外形之间的壁厚强度。 ① 凸凹模内孔按一般凹模式设计，外形按一般凸模设计。 ② 设计关键是如何保证内孔与外形之间壁厚的强度。壁厚太薄，易发生 开裂。 ③ 加强凸凹模强度方法 ??增加有效刃 外的壁厚。 ??采用正装式结构复合模，减少凸凹模模孔废料的积存数目，减小推件力。 ??凸凹模设计的关键在于保证内形与外形之间有一定的壁厚，使凸凹模有一 定的深度。 ??对于不积累废料的凸凹模，其最小壁厚 m 为：冲裁硬材料时 m≥1. 5t，但 不小于 0. 7mm；冲裁软材料时 m≥t，但不小于 0. 5mm。 ④ 对于积聚废料的凸凹模，其最小壁厚可参考表 2-20。
2. 2. 5
凸、凹 镶拼结构
镶拼结构的凸 （凹） 模，适用于大、中型的凸 55
（1） 镶拼结构的镶拼方法
（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，在锻
造、机械加工或热处理时，带来一定困难，当发生局部损坏时，会造成整个凸、 凹模的报废。 镶拼结构有镶接和拼接两种方法。镶接是将局部易磨损部分另做一块，然后 镶入凹模体或凹模固定板内，如图 2-31 所示。拼接式是整个凸、凹 形状按 分段原则分成若干块，分别加工后拼接起来，如图 2-32 所示。
图 2-31
镶接式凹模
图 2-32
拼接结构
56
（2） 镶拼结构的设计要点
凸模和凹模镶拼结构设 依据是凸、凹模形
状、尺寸及其受力情况、冲裁板料厚度等。镶拼结构设 一般要点见表 2-20。
表 2 -20
简 图
镶块的分块要点
说 明
减小镶块的接合面
布置螺孔、 销孔时， 使螺钉接近刃 接合面。销钉离刃口远些
凹模角部应分块
镶块分块线应在距离切点 3 ～ 5mm 的直线部分， 只有在角部有四块 同样 90°的镶块拼起来并 加工时才分在切点上
凸模镶块和凹模镶块的分块线不应重合
镶块分块要便于调整间隙
（3） 镶块结构的固定方法 种，见表 2-21。
对于中、小型镶拼模，镶块的固定可采用框套
螺钉固定法，圆形镶拼模可采用框套热压法。镶块结构的固定方法主要有以下几
表 2 -21
结 构 简 图
大、中型镶块的固定方法
特 点
拼接式固定： 即把拼块直接用螺钉、 销钉固定位于固定板或模座平 面上， 这种固定方法主要用于大型的镶拼凸、 凹模 适用于冲裁料厚 < 1. 5mm
嵌入式固定： 即把各拼块拼合后嵌入固定板凹槽内 适用于冲制长槽或压筋工作， 冲裁料厚为 1. 5 ～ 2mm
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 适用于冲裁料厚 > 2. 5mm
（4） 镶拼结构的优缺点 ① 优点。采用镶拼结构，节约了较贵的模具钢，降低了成本；便于锻造、 加工；易于控制和调整刃口尺寸和冲裁间隙，模具精度较高，寿命较长；避免了 应力集中，减少或消除了热处理变形与开裂的危险；便于维修与更换已损坏或过 分 部分。 ② 缺点。为保证镶拼后的刃口尺寸和凸、凹模间隙，对各拼块的尺寸要求 较严格，装配工艺比较复杂；由于冲模间隙 较 精 确，所 以 对 压 力 机 精 度 要 求 较高。
2. 2. 6
定位装置的设计
定位零件的作用是使毛坯 （条料或带料） 在模具内保持 '的位置，或在 送料时有准 位置，以保证冲出合格的工件。根据不同的坯料和模具结构，必 须采用各种形式的定位零件。 （1） 定位零件的形式 定位装置常用的有定位板和定位销。单个毛坯或工序 件的定位，一般采用定位板和定位销，可以采用外形定位，也可以采用内孔定位。 采用定位板 外形位置定位的情况如图 2-33 所示。图 2-33 （a） 为利用工 序件的两端定位，是异形落料件常用的定位方式；图 2-33（b） 为端部定位，适 用于较长工序件的定位。 图 2-34 为采用定位板确定内孔位置定位。图 2-34 （a） 为圆形内孔定位；图 58
图 2-33
定位板外廓定位
图 2-34
定位板内孔定位
2-34 （b） 为异形内孔定位。 图 2-35 （a）为采用定位销外廓定位，四个定位销确定了工序件在模具中的位
图 2-35
定位销定位
59
置；图 2-35 （b）为采用定位销内孔定位，工序件内孔位置被定位销确定，图中为 拉深件切边时常用的结构。 （2） 定位装置设计 定位板或定位销的数量，应满足限制被定位件自由度 的要求。为了定位可靠，经常采用过定位的方法。定位板或定位销的外形尺寸应 满足装配要求。定位板的厚度和定位销工作部分的高度，按冲 裁 材 料 的 厚 度 确定。 当材料厚度在 3mm 以下时，一般应高出材料厚度 1 ～ 2mm；当材料厚度在 3mm 以上时，高度可与料厚一致；如果用定位销进行孔定位，销与孔之间的间 隙值为 0. 05 ～ 0. 12mm，冲裁件材料厚度较大时取大值。 为了保证定位精度，各定位基准必须在同一工序中冲成。定位装置在制造时 可以和工序件配作。
2. 2. 7
挡料装置的设计
挡料装置的功能是保证条料或带料有准 进距。在单工序模具或复合模具 中，挡料装置主要是保证冲件外形的完整和适量的搭边；在连续模具中，挡料装 置决定了送料方向、步距以及冲件的精度。 常见的挡料装置包括固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销、回带式挡料装 置以及可调式挡料装置，此外，还有侧刃定位方法。 （1） 固定挡料销 固定挡料销可分为圆形与钩形两种，如图 2-36 所示。图 （a） 为圆柱头式挡料销，其结构简单，制造容易，使用方便，广泛用于各类 2-36 冲裁模具，一般装在凹模上，但销孔要尽量远离凹模刃口，以免削弱凹模强度； 图 2-36 （b） 为钩式挡料销，销孔的位置可以离凹模刃 远，利于提高凹模强 度，但因这种挡料销形状不对称，需要另外加设定向装置，以防止转动，采用钩 式挡料销适用于冲裁较厚的板材。 条料送进时，操作人员需要抬起条料向前推进，把挡料销套进下一个孔内， 向前推进时抵住搭边来定位。
60
图 2-36
固定挡料销
（2） 活动挡料销
活动挡料销如图 2-37 所示。经常用于倒装复合模具中，
装在卸料板上可以伸缩，当模具闭合后，不允许挡料销的顶端高出板料，适于采 用活动挡料销结构。图 2-37 （a） 为利用压缩弹簧上下活动；图 2-37 （b） 为利用 扭转弹簧上下活动。
图 2-37
活动挡料销
（3） 始用挡料销 自动退出。
在级进模中，当条料首次送进定位时使用，始用挡料销
如图 2-38 所示。用时往里压，完成条料第一次定位后，在弹簧的作用下挡料销
图 2-38
始用挡料销
（4） 回带式挡料装置
图 2-39 为回带式挡料装置。需要送料、定位两个动
作，先送后拉，这种装置常安装在刚性卸料板上，条料送进时迫使挡料销上升， 然后挡料销借弹簧片的压力插入废料孔内，条料必须回带使废料孔靠住挡料销定 位。这种挡料装置特别适合于狭窄零件的冲裁，但在废料搭边强度差的情况下， 不宜采用这种挡料装置。 （5） 可调式挡料装置 一般用于通用性的模具上，如图 2-40 所示，通过调 整挡料销的位置，可获得不同尺寸要求的冲裁件。 （6） 侧刃定位 侧刃常用于级进模中控制送料步距，是以切去条料侧边上 的少量材料来限定送料距离的，在冲模工作的同时，侧刃切去长度等于步距的料 边，这样条料就可以向前送进一个步距。常用侧刃的形式如图 2-41 所示。按侧 刃的断面形状分为矩形侧刃与成形侧刃，图 2-41 （a）为矩形侧刃，制造简单，但 易 ，影响送料精度；图 2-41 （b） 为成形侧刃，成形侧刃的送料精度高，但 61
图 2-39
回带式挡料装置
图 2-40
可调式挡料装置
制造难度增加，冲裁废料也增加；图 2-41 （c）为尖角形侧刃；图 2-41 （d）为侧刃 磨损后形成的毛刺。
图 2-41
常用侧刃
2. 2. 8
导料装置的设计
使用条料或带料冲裁时，一般采用导料板来导 料的送进 方向，常用于单工序模和连续模，导料板 的结构尺寸如图 2-42 所示。 导料 板 的 长 度 L 应 等 于 凸 模 的 长 度， 如果凹模带有承料板，则导料板的长度 L
图 2-42 导料板的结构尺寸
（1） 导料板
应等于凹模长度与承料板长度 Lc 之和，如 图 2-43 所示。
导料板的厚度可以根据冲件材料的厚度、导料板的长度以及送进方式查表 2-22 确定。 导料板的宽度决定于其内侧间的距离 B 〔图 2-43 （a） 。 〕 B = D + 2 + Δ）+ F （b （2-37） 式中 62 D——垂直于送料的冲裁件尺寸，mm； —
b——最小侧面搭边，mm； — — Δ ——条料剪切误差，mm； F——条料与导料板之间的空隙，mm，查表 2-23。 —
图 2-43
导料板长度
1—导料板；2—凹模；3—导料板；4—承料板
表 2 -22
导料板厚度
导料板长度
/ mm
冲件材料厚度 < 200 ≤1 >1 ～2 >2 ～3 >3 ～4 >4 ～6 4 6 8 10 12
送进时材料抬起 > 200 6 8 10 12 14
送进时材料不抬起 < 200 3 4 6 8 10 > 200 4 6 6 8 10
表 2 -23
条料与导料板之间的空隙
无侧压装置 有侧压装置 条料宽度
/ mm
条料厚度 ≤100 ≤1 >1 ～5 0. 5 0. 8 100 ～ 200 0. 5 1
200 ～ 300 1 1
≤100 5 5
100 8 8
（2） 承料板和侧压装置 ① 承料板。承料板的作用是扩大冲压板料受承托部分的长度，以便于送进。 图 2-44 为带有承料板的连续模具。 一般手工送料的承料板长度 Lc 要大于自动送料，如图 2-43 （b）所示。如果 冲压材料宽度不超过 50mm，自动送料多数不需要承料板。承料板的尺寸可以查 GB 2865. 6—81。 63
图 2-44
带有承料板的连续模具
图 2-45
簧片压块侧压装置
1—簧片；2—压块；3—基准导料板；4—导料板
② 侧压装置。在级进模中，为消除条料宽度误差，侧压装置的作用是保证 将条料推向基准导料板一侧， '送料。图 2-45 所示是簧片压块侧压装置，将 条料压向基准导料板，来保证送料精度，这种侧压结构简单，侧压力较小，适用 于冲裁工件尺寸小、料厚小于 1mm 的薄料。 图 2-46 为利用螺旋弹簧压力的侧压装置。侧压块 2 在导料板 4 中滑动，起 到侧压作用。这种结构采用了螺旋弹簧，其侧压力较大并且可以调整，适用于冲 裁厚料。
2. 2. 9
导正装置的设计
级进模为保证冲裁件内孔与外缘的相对位置精度，多采用导 置完成。常 用的导正装置为导 ，将导正销安装在落料凸 工作端面上。落料前导正销 先插入已冲好的工艺孔内，使内孔与外形的相对位置对准，从而消除了送料步距 产生的误差，起精确定位的作用。如图 2-47 所示。 （1） 导正销的结构形式 级进模中，导 导正板料位置的方式有两种。 一种是直接导正，即利用冲件孔导 另一种是间接导正，即导正的孔是条料上
图 2-46
螺旋弹簧侧压装置
图 2-47
导正销
1—螺旋弹簧；2—条料；3—导料板； 4—侧压块；5—固定卸料板
1—导 ；2—挡料销
64
增设的工艺孔，孔径范围一般在 3 ～ 10mm 之间。 常用导正销的结构形式如图 2-48 所示，根据孔的尺寸选用。导 由导入 和定位两部分组成。导入部分一般用圆弧或圆锥过渡，定位部分为圆柱面。考 虑到冲孔后孔径的缩小，为使导 顺利地进入孔中，圆柱直径取间隙配合。 （a）所示导 用于导正直径为 2 ～ 12mm 的孔，材料用 T19A， ① 图 2-48 t。 热处理硬度为 50 ～ 54HRC，圆柱面高度 h 一般可取（0. 8 ～ 1. 2） （b）所示导 用于导正直径小于 10mm 的孔，采用弹簧压紧结 ② 图 2-48 构，对送料或坯件定位不 '时，可避免损坏导 或模具。 （c）所示导 用于导正直径为 12 ～ 14mm 的孔，采用带台肩螺 ③ 图 2-48 母固定结构，拆装方便，模具刃磨后导正销长度可以相应调节。 （d） 所示导 用于导正直径为 12 ～ 50mm 的孔。 ④ 图 2-48 （2） 导正销尺寸设计 ① 导正销工作端直径。如果导 工作端直径和被导 的冲裁直径均采 用公差配合为 h 的偏差，即上偏差为 0，下偏差为负值，则导 直径按下式 ： d = d' - s - Δ ' - g 式中 d——导 直径，mm； — d' ——冲裁凸 径，mm； — s——孔最大回弹绝对值，mm； — — Δ ' ——冲裁凸模公差，mm； g——孔与导 最小空隙，mm，查表 2-24。 —
表 2 -24
项目 冲件材料厚度 ≤6 ≤1. 5 > 1. 5 ～ 3 >3 ～5 较高精度 0. 04 0. 05 0. 06 0. 025 > 6 ～ 10 0. 06 0. 07 0. 08 0. 03 > 10 ～ 30 0. 07 0. 08 0. 09 0. 04 > 30 ～ 50 0. 08 0. 09 0. 10 0. 05
（2-38）
导正销和孔间的空隙 ｇ
被导 孔径
/ mm
一般精度
由于导正销与被导正的孔存在空隙，冲裁件因此引起的可能最大偏心 e 为 e = 0. 5 Δ + Δ ' + g + s） （ 式中 e ——可能最大偏心，mm； — — Δ ——导 公差，mm。 65 （2-39）
图 2-48
导正销形式 （GB 2864. 2—81）
66
② 导正销的工作高度。导 的工作高度 h，根据冲件材料厚度及被导 径查表 2-25 得到。
表 2 -25
冲件材料厚度 ≤10 ≤1. 5 > 1. 5 ～ 3 >3 ～5 1 1 ～ 1. 8 1. 8 ～ 2. 5 > 10 ～ 25 1. 2 1. 2 ～ 2. 4 2. 4 ～ 3 > 25 ～ 50 1. 5 1. 5 ～ 3 3 ～4
导正销工作高度 ｈ
被导 孔径
2. 2. 10
卸料装置的设计
卸料板一般分为刚性卸料板和弹性卸料板两种形式。 （1） 刚性卸料板 刚性卸料板常用于较硬、较厚且精度要求不太高的工件 冲裁，结构简单，卸料力大，如图 2-49 所示。刚性卸料板又包括固定式刚性卸 料板、悬臂式刚性卸料板、钩形刚性卸料板三种。 （a）为固定式刚性卸料板，一般用于冲压厚度在 0. 5mm 以上的条料 图 2-49 或带料；图 2-49 （b） 为悬臂式刚性卸料板，一般用于窄而长的冲压件在作冲孔 切口的冲模上卸料使用；图 2-49（c） 为钩形刚性卸料板，一般用于底部冲孔的 空心工件，或用于简单的弯曲模和拉深模中卸料。
图 2-49
刚性卸料板
刚性卸料板用螺钉和销钉固定在下模上，能承受较大的卸料力，可用于较厚 t。刚 板材冲压件的卸料。刚性卸料板和凸模之间的单边间隙一般取 （0. 1 ～ 0. 5） 性卸料板的厚度与卸料力的大小及卸料尺寸等有关，一般取 5 ～ 15mm。这种卸 料结构可靠、安全；但操作不便，生产效率不高。 ，它具有压 （2） 弹性卸料板 弹性卸料板常用于冲裁较薄板料 （≤1. 5mm） 料作用，所得的冲裁件比较平整，广泛用于复合模中。弹性卸料板如图 2-50 所 示。其中，图 2-50 （a）为 式模具的弹性卸料板；图 2-50 （b） 为倒装式模具的 67
图 2-50
弹性卸料板
弹性卸料板；图 2-50 （c） 为采用橡胶等弹性元件的弹性卸料板。 采用弹性卸料板结构，有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高。在冲压 过程中，弹性卸料板先接触毛坯，有预压作用，冲压后也可使冲压件平稳卸料。 但由于受弹簧、橡胶等零件的限制，结构复杂、卸料力较小，并且可靠性与安全 性不如刚性卸料板，常用于较薄板材的卸 料。弹性卸料板与凸 单边间隙一般取 t，对于中小件卸料，弹性卸料 （0. 1 ～ 0. 2） 板的厚度取 5 ～ 15mm。 （3） 废料切刀卸料装置 对于大、中 型零件冲裁或成形切边时，卸料力大，往 往采用废料切刀 卸料板，将废料边切 开，达到卸料的目的，如图 2-51 所示。对 于冲件形状简单的冲裁模，一般设两个废 料切刀；冲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。 图 2-52 中列出了国家标准中的废料切
图 2-51 废料切刀工作原理
刀的结构。图 2-52（a） 为圆废料切刀，适
用于小型模具和切厚板废料；图 2-52（b） 为方形废料切刀，适用于大型模具和 切厚板废料。 废料切口的刃 度应稍大于废料宽度，刃口要比凸模刃口低，其值 h ≈ t，并且≥2mm （图 2-51） （2. 5 ～ 4） 。 （4） 卸料装置常用零件 有条件的工厂使用气垫。 ① 弹簧和橡胶。弹簧和橡胶是模具中广泛应用的弹性零件，主要用于卸料、 推件和压边等工作。具体规格和选用方法在模具制造中详述。 68 卸料装置包括卸料板、卸料螺钉、弹簧和橡胶。
图 2-52
废料切刀
② 卸料螺钉。卸料螺钉为冲模标准件，其标准为 GB 2867—81，分为圆柱头 和内六角头两种形式。其结构如图 2-53 所示。
图 2-53
卸料螺钉结构形式
图 2-54
卸料螺钉沉孔深度
1—内六角头卸料螺钉；2—圆柱头卸料螺钉
卸料板螺钉沉孔深度 （图 2-54）按下式 ： h + h3 + h4 +（3 ～ 5）< H H = h1 + h2 + 0. 5 - h2 - L 式中 H——卸料板螺钉沉孔深度，mm； — — h——螺钉头部高度，mm； 69 （2-40） （2-41）
h1 ——模板厚度，mm； — h2 ——凸模高度，mm； — h3 ——刃 磨量，mm； — h4 ——卸料板厚度，mm； — L——卸料螺钉长度，mm。 —
2. 2. 11
推件与顶件装置的设计
推件装置和顶件装置的作用就是从凹模中卸下冲件或废料。通常情况下，推 件是从上模内卸料；顶件是从下模内卸料。 （1） 推件装置 推件装置分为刚性推件装置和弹性推件装置。 （a） 所示，基本零件有打杆、推板、连接推杆 ① 刚性推件装置。如图 2-55 和推件块。推件力是由压力机的横杆通过打杆、推板、推杆传给推件块。推板安 装在上模座内。推杆要长短一致，分布均匀对称，一般需要 2 ～ 4 根推杆，推件 装置才能够推力均衡， 工作。有的刚性推件装置不需要推板和连接推杆，直 （b） 所示。 接由打杆推动推件块，或直接由打杆推件，如图 2-55
图 2-55
刚性推件装置
1—打杆；2—推板；3—连接推杆；4—推件块
在复合模中，为 冲孔凸 支承刚度和强度，推板的平面形状尺寸只要 能够覆盖到连接推杆，本身刚度又足够即可，没必要设计得太大，安装推板的孔 也不至于太大。设计时可根据实际需要，选用图 2-56 中的标准推板的结构。 刚性推件装置推件力大，而且工作可靠，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，在冲裁板料较厚的冲 裁模中，适合采用这种推件装置。 ② 弹性推件装置。对于平直度要求较高的薄板冲裁件，适于采用如图 2-57 所示的弹性推件装置。这种结构以弹性元件的弹力替代打杆提供推件块的推力。 采用这种结构冲件质量较高，重要的是，弹性推件装置中的弹性元件必须有足够 70
图 2-56
推板的常用形式
的弹力，必要时应选择弹力较大的聚氨酯橡胶、碟形弹簧等，否则冲件容易嵌入 边料中，取出零件麻烦。根据模具的结构，可以把弹性元件装在推板之上，如图 2-57 （a） 所示，也可以装在推件块之上，如图 2-57 （b） 所示。
图 2-57
弹性推件装置
1—橡胶；2—推板；3—连接推杆；4—推件块
（2） 顶件装置
顶件装置一般是弹性的。典型结构如图 2-58 所示，在弹性
顶件的正装式复合模中，顶件装置的基本零件是顶杆、顶件块和装在下模底下的 弹顶器。弹顶器可以做成通用的，其弹性元件是弹簧或橡胶。大型压力机本身有 气垫作为弹顶器。
2. 2. 12
导板的设计
导板的作用是对凸模运动导向，在开 过程中完成卸料工作。因此导板是 一种对凸模起导向作用的卸料板。 71
（1） 导板结构形式 所示。
在结构较简单的模具中，导板导向的应用如图 2-59
图 2-58
弹性顶件装置
图 2-59
导板导向的落料模具
1—顶件块；2—顶杆； 3—托板；4—橡胶
1—模柄；2—凸模；3—导板；4—定位销； 5—凹模；6—凹模座；7—底板
多工位连续模具中，采用导板可以提高模具的导向精度，同时能确定各工位 的相对位置。图 2-60 中的导板，用 于连续模具中，该导板还起到弹性 卸料的作用。 （2） 凸模与导板的配合形式 导板与凸模之间一般选用 H7 / h6 的 间隙 配 合，所 以 导 板 可 以 起 到 凸、 凹模之间的导向作用。凸模回程时， 导板又相当于固定卸料板起卸料作 用。图 2-61 为常用的凸模与导板的
图 2-60 连续模具的导板
配合形式。图 2-61（a） 为直接在导 板上加工孔与凸模相配合；图 2-61 （b） 为在导板孔上浇注环氧树脂与
1—导套；2—导柱；3—导板
（c）为在导板本体上另加淬硬拼块与凸 配合；图 2-61 凸模相配合；图 2-61 （d） 以淬硬镶套嵌入导板本体与圆凸 配合；图 2-61（e）用于异形凸模，淬 硬镶套嵌入导板后用防转销防止转动。 （3） 导板配合零件的尺寸计算 图 2-62 所示为冲压过程中，凸模工作端面 （2-42） （2-43） （2-44） 与导板下平面齐平时，有关零件的相互位置。其中， s = t1 + m + 1. 5 h = L0 - h1 - h2 - s L2 = L1 - s - 1 72
式中
s——限止柱与固定板的距离，mm； — t1 ——导料板 （导料板在下模一侧） 的厚度，mm； — m——凸模总刃磨留量，mm； — h——限止柱大端高度，mm； — L0 ——新凸模长度，mm； — h1 ——固定板厚度，mm； — h2 ——导板厚度，mm； — L1 ——凸模小直径部分长度，mm； — L2 ——导板小孔部分高度，mm。 —
图 2-61
凸模与导板的配合形式
1—凸模；2—导板本体；3—环氧树脂； 4—淬硬拼块；5—镶套；6—防转销
2. 2. 13
压料装置的设计
压料 装 置 可 以 用 于 拉 深、 胀 形、 起伏成形等工艺中，用于控制金属流 动，防止起皱的发生。 （1） 压料装置的结构形式 ① 平面压料。平面压料可用于首 次拉深模的压料，如图 2-63 所示，还 可用于起伏成形的压料。
图 2-62 导板配合零件尺寸关系
1—凸模；2—固定板；3—限止柱；4—导板
73
② 局部压料。局部压料可以减少材料与压边圈的接触面积，增大单位压力， 适用于宽凸缘拉深件，如图 2-64 所示。
图 2-63
首次拉深 平面压料装置
图 2-64
局部压料装置
③ 带限位压料。采用带限位压料主要是控制压料力的大小，避免因压料力 过大而使板料破裂，如图 2-65 所示。
图 2-65
带限位压料装置
④ 带凸筋压料。在压料装置上增加局部或整体的凸筋，以调整压料力，适 用于起 伏 成 形、拉 深 成 形 等，如 图 2-66 所示。 （2） 压料 装 置 的 尺 寸 计 算 次拉深时如图 2-67 所示： Dy =（0. 02 ～ 0. 20）+ d T （2-45）
图 2-66 带凸筋压料
首
式中
Dy ——压料圈内径，mm； — d T ——拉深凸模外径，mm。 —
二次或以后各次拉深时如图 2-68 所示。压料圈内径 Dy 按式（2-45） ， 外径 d y 按式 （2-46） ： d y = D - （0. 03 ～ 0. 08） （2-46） — 式中 d y ——二次或以后各次拉深压料圈外径，mm； D——上次拉出的工序件内径，mm。 — 74
图 2-67
首次拉深压料装置
图 2-68
二次拉深压料装置
压料圈圆角半径应比上次拉深凸 应的圆角半径大 0. 5 ～ 1mm，以便于将 工序件套上压料圈。
2. 2. 14
模架的选用
上、下模座是模架的一部分。模架是由上模座、下模座、
（1） 上、下模架
模柄及导向装置组成。模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和产品要求 确定是否采用带导柱的模座。带导柱标准模座的常用形式及导柱的排列方式如图 2-69 所示。 一种是后侧导柱模座，如图 2-69 （a） 所示，L = 63 ～ 400mm。两个导柱装在 后侧，可以三面送料，操作方便，但冲压时容易引起偏心矩而使模具歪斜。因 此，适用于冲压中等精度的较小尺寸冲压件的模具，大型冲模 不 宜 采 用 此 种 形式。
图 2-69
带导柱标准模座的常用形式
75
一种是对角导柱模座，如图 2-69 （b） 所示，L = 63 ～ 500mm。两个导柱装在 对角线上，便于纵向或横向送料。由于导柱装在模具中心对称位置，冲压时可防 止由于偏心矩而引 起 的 模 具 歪 斜。适 用 于 冲 制 一 般 精 度 冲 压 件 的 冲 裁 模 或 级 进模。 （c） 所示，L = 63 ～ 630mm。适用于纵向送 一种是中间导柱模座，如图 2-69 料和由单个毛坯冲制的较精密的冲压件。 一种是四导柱模座，如图 2-69（d） 所示，L = 160 ～ 630mm。四个导柱冲模 的导向性能最好，适用于冲制比较精密的冲压件。 一种是后导柱窄形模座，如图 2-69（e） 所示，L = 250 ～ 800mm。用于冲制 中等尺寸冲压件的各种模具。 （f） 所示，用于冲制大尺寸冲压件。 一种是三导柱模座，如图 2-69 按标准选择模座时，应根据凹模 （或凸模） 、卸料和定位装置等的平面布置 来选择模座的尺寸。一般应取模座的尺寸 L 大于凹模尺寸 40 ～ 70mm，模座厚度 应是 凹 模 厚 度 的 1 ～ 1. 5 倍。下 模 座 的 外 形 尺 寸 每 边 应 超 出 冲 床 台 面 孔 边 40 ～ 50mm。 上、下模座已有国家标准，除特殊类型外，应尽可能选取标准模座。导柱、 导套和上、下模座装配后组成模架，我国已有部分模架标准化。 （2） 导柱与导套 对生产批量大、要求模具寿命长、工件精度较高的冲模， 一般采用导柱、导套来保证上、下模 的精确导向。导柱、导套的结构形式 有滑动和滚动两种。 ① 滑 动 导 柱、导 套。滑 动 导 柱、 导套均为圆柱形。其加工方便，容易 装配，是模具行业应用最广的导向装 置。图 2-70 所示为最常用的导柱、导 套结构形式。导柱的直径一般在 16 ～ 60mm 之间，长度 L 在 90 ～ 320mm 之 间。按标准 选 用 时，L 应 保 证 上 模 座 在最低位置时 （闭合状态） ，导柱上 端与 上 模 座 顶 面 距 离 不 小 于 10 ～ 15mm，而下模座底面与导柱底面的距 离不小于 5mm。导柱的下部与下模座
图 2-70 滑动导柱、导套
导柱孔采用过盈配合，导套的外径与 上模座导套孔采用过盈配合。导套的 长度 L1 ，必须保证在冲压前导柱进入
1—上模板；2—导套；3—导柱； 4—下模板；5—压板；6—螺钉
76
导套 10mm 以上。 导柱与导套之间采用间隙配合，根据冲压工序性质、冲压件的精度及材料厚 度等的不同，其配合间隙也稍有不同。例如：对于冲裁模，导柱和导套的配合可 根据凸、凹模间隙选择。凸、凹模间隙小于 0. 3mm 时，采用 H6 / h5 配合；大于 0. 3mm 时，采用 H7 / h6 配合。拉深厚度为 4 ～ 8mm 的金 属 板 时，采 用 H7 / f7 配合。 ② 滚珠导柱、导套。滚珠导柱、导套是一种无间隙、精度高、寿命长的导 向装置，适用于高速冲模、精密冲裁模以及硬质合金模具的冲压工作。图 2-71 所示为常见的滚珠导柱、导套的结构形式，导套 1 与上模座导套孔采用过盈配 合，导柱 5 与下模座导柱孔为过盈配合，滚珠 3 置于滚珠夹持圈 4 内，与导柱和 导套接触，并有微量过盈。
图 2-71
滚珠导柱、导套
1—导套；2—上模板；3—滚珠；4—保持圈；5—导柱；6—下模板
一般，滚珠与导柱、导套之间应保持 0. 01 ～ 0. 02mm 的过盈量。为保证均匀 接触，滚珠尺寸必须严格控制。滚珠直径一般为 3 ～ 5mm。对于高精度模具，滚 珠精度取 IT5，一般精度的模具取 IT6。滚珠为对称排列，分布均匀，与中心线 倾斜角 α 一般为 5° ～ 10°，使每个滚珠在上下运动时都有其各自的滚道而减少 损。滚珠夹持圈的长度 L，在上模回程至上止点时，仍有 2 ～ 3 圈滚珠与导柱、 导套配合，起导向作用。导套长度约为 L1 = L +（5 ～ 10） mm。导柱、导套有国家 标准，设计时应尽可能选用标准的导柱、导套。 （3） 模柄 模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常用的模 （a） 为带螺纹的旋入式模柄，模柄与上模座做成 柄形式如图 2-72 所示。图 2-72 整体，用于小型模具。图 2-72 （b） 为带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用 H7 / n6 配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。图2-72 77
（c） 为反例式模柄，与上模连接后，为防止松动，拧入防转螺钉紧固，垂直度 精度较差，主要用于小型模具。图 2-72（d） 为有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与 上模座紧固在一起，适 用 于 较 大 的 模 具。图 2-72（e） 为 浮 动 式 模 柄。图 2-72 （f） 、图 2-72 （g） 为整体式模柄，图 2-72 （f） 适用于矩形凸模，图 2-72 （g） 适用 于圆形凸模。它由模柄、球面垫块和连接板组成，这种结构可以通过球面垫块消 除冲床导轨误差对冲模导向精度的影响。适用于有滚珠导柱、导套导向的精密冲 模。在设计模柄时，模柄的长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应 与压力机滑块上的模柄孔径一致。
图 2-72
常用的模柄形式
1—模柄接头；2—凹球面垫块；3—活动模柄
2. 2. 15
凸、凹模固定板和垫板的设计
凸模固定板的作用是将凸模 （凸凹模） 连接固定在正确位置上。标准凸模 固定板有圆形、矩形和单凸模固定板等多种形式。选用时，根据凸模固定和紧固 件合理布置的需要 其轮廓尺寸，其厚度一般为凹模厚度的 60% ～ 80% 。固 定板与凸模为过渡配合 （H7 / n6 或 H7 / m6） ，压装后将凸 面与固定板一起 平。对于弹压导板 （卸料板） 结构，浮动凸模与固定板采用间隙配合。垫板的 作用是直接承受凸 压力，以防模座被凸模头部压陷，从而影响凸 工 作。是否需要用垫板，可按下式校核： 78
p= 式中
F'Z A
（2-47）
p——凸模头部端面对模座的单位面积压力； — F' ——凸模承受的总压力； — Z A——凸模头部端面支承面积。 — 如果头部端面上的单位面积压力大于模座材料的许用压应力，就需要在凸模
头部支承面上加一块硬度较高的垫板；如果凸模头部端面上的单位面积压力不大 于模座材料的许用压应力，可以不加垫板。据此，凸模较小而冲裁力较大时，一 般需加板；凸模较大的，一般可以不加垫板。
2. 2. 16
紧固零件的选用
螺钉、销钉在冲模中起紧固定位作用，设计时主要是 它的规格和紧定位 置。螺钉、销钉的种类繁多，应根据实际需要选用，螺钉最好选用内六角的，它 紧固牢靠，钉头不外露，模具外形美观。螺钉、销钉规格应根据冲压工艺力大 小、凹模厚度等确定。螺钉规格可参照表 2-26 确定。销钉常用圆柱形的，同一 个组合一般不少于两个。
表 2 -26
凹模厚度 H/ mm ≤13 > 13 ～ 19 > 19 ～ 25 螺钉规格 M4、 M5 M5、 M6 > 35 M6、 M8 M10、 M12
螺钉规格选用
凹模厚度 H/ mm > 25 ～ 32 螺钉规格 M8、 M10
螺钉拧入的深度不能太浅，否则紧固不牢靠；也不能太深，否则拆装工作量 大。圆柱销钉配合深度一般不小于其直径的 2 倍，也不宜太深。
2. 3
冲裁模典型结构
冷冲模是冲压生产所用的主要工艺设备，冷冲压主要是利用模具完成各种形 式的加工，因此具有生产率高、零件尺寸稳定、操作简单、成本低廉等特点。所 以，研究与提高模具技术对发展冷冲压生产有很大的推动作用。
2. 3. 1
无导向单工序冲裁模
图 2-73 是无导向简单落料模。冲 组成零件如下：工作零件为凸模 2 和 凹模 5，定位零件为两个导料板 4 和定位板 7，导料板对条料送进起导向作用， 79
图 2-73
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
定位板是限制条料的送进距离。卸料零件为两个固定卸料板 3，支承零件为上模 座（带模柄） 1 和下模座 6，此外还有紧固螺钉等。 该模具的冲裁过程如下：条料沿导料板送至定位板后进行冲裁，分离后的冲 件靠凸模直接从凹模洞 次推出。卡在凸模上的条料在上模回程时由固定卸料 板 3 卸下来。照此循环，完成冲裁工作。整个冲裁过程中，上、下模之间没有直 接导向关系，依靠压力机的导轨导向。 由图 2-73 可知，该模具具有一定的通用性，模具的导料板、定位板、卸料 板位置在一定的范围内均可调节，通过更换凸模和凹模，可以冲裁不同冲件。另 外，通过改变定位零件和卸料零件的结构，可改为冲孔模。 80
无导向冲裁模的特点是结构简单、重量轻、尺寸小、制造简单、成本低，但 这类在使用时安装调整凸、凹之间的间隙较麻烦，需要有一定技术和经验的模具 调整工，它的冲裁件质量差，模具寿命低，操作不够安全。 无导向简单冲裁模适用于冲裁精度要求不高、形状简单、批量小或试制的冲 裁件。
2. 3. 2
导板式单工序冲裁模
图 2-74 所示为导板式简单落料模。上、下 导向是由导板 8 与凸模 11 的 间隙配合进行的，配合间隙一般为 H7 / h6，所以称这种结构为导板模。 这副模具的工作零件为凸模 11 和凹模 7；定位零件为导尺 18 和挡料销 9、 始用挡料销 2；导向零件是导板 8，同时起固定卸料板作用；支承零件是凸模固 定板 12、垫板 13、上模板 14、模柄 15、下模板 5；紧固件有螺钉、销钉等。 根据冲压件排样的特点，这副冲裁模中的挡料销 9 所放的位置对第一次冲裁 起不到定位作用，因此设置了始用挡料销 2。在首件冲裁之前，用于将始用挡料 销压入来限定条料的位置，在以后各次冲裁中，放开始用挡料销，始用挡料销 2 在弹簧作用下被弹出，不再起作用，就靠挡料销 9 继续对料边或搭边进行挡料 定位。 其冲裁过程如下：开始时条料沿导料板送到始用挡料销 2，凸模 11 由导板 8 导向而进入凹模，完成了首次冲裁得到一个零件。条料继续向前送料，送至挡料 销 9 时，进行第二次冲裁。此后，随着条料继续送进，其送进距离就由挡料销 9 来控制，每冲一次落下一个零件，分离后的零件由凸模从凹模洞口中逐个推出。 这种导板式冲 主要特征是：凸、凹 上下运动配合是由导板导向来保 证的。为提高导向精度及导板的使用寿命，工作过程凸模不要离开导板，这样压 力机行程较小。根据这个特点，选用偏心式冲床比较合适，其行程较小并且可调 节。在结构方面，为了拆装和调整间隙的方便，固定导板的两排螺钉和销钉内缘 之间距离应大于上 应的轮廓宽度，如俯视图所示。另外，这副模具的导尺 18 连接一块支承板 19，以使送料平稳。 导板式冲 优点是精度比无导向简单模高，寿命也较长，安装容易，卸料 可靠，操作较安全，轮廓尺寸也不大。导板模一般用于冲裁形状比较简单、尺寸 不大的冲裁件。
2. 3. 3
导柱式单工序冲裁模
用导柱、导套式导柱 构完善，进行导向比一般导板导向可靠，精度高， 寿命长，使用安装方便，所以对于精度要求较高、生产批量较大的冲裁件大多采 用导柱式冲裁模，广泛应用于生产中。 81
图 2-74
导板式简单落料模
1—弹簧；2—始用挡料销；3—垫圈；4， 20—螺钉；5—下模板；6—内六角螺钉； 16， 7—凹模；8—导板；9—挡料销；10—弹簧片；11—凸模；12—固定板； 13—垫板；14—上模板；15—模柄；17—销钉； 18—导尺；19—支承板
图 2-75 为导柱式落料模。导套 20 压入上模座，导柱 19 压入下模座，导柱 与导套之间为间隙配合，常采用 H7 / h5 或 H7 / h6。图中的模具结构采用两个导 柱与导套并布置在模具的后侧，便于工人操作。导柱与导套的入 均有较大圆 角，因此当模具开启时，即使导柱导套脱离，在闭合时仍能 工作。 这副模具采用了由卸料板 11、卸料弹簧 2 与卸料螺钉 3 组成的弹性卸料装 82
图 2-75
导柱式落料模
1—上模座；2—卸料弹簧；3—卸料螺钉；4—螺钉；5—模柄；6—止动销； 7—圆柱销；8—垫板；9—凸模固定板；10—落料凸模；11—卸料板； 12—落料凹模；13—顶件板；14—下模座；15—顶杆；16—圆板； 17—螺栓；18—固定挡料销；19—导柱；20—导套； 21—螺母；22—橡皮；23—导料销
置和由安装在下模座下的橡皮 22、顶杆 15 与顶件板 13 组成的由下向上的弹性 顶件装置。在冲压过程中，不论是条料还是冲裁件均有良好的压平作用，所以冲 出的工件表面比较平整，质量较好，特别适合于冲裁厚度较薄、材质较软的冲裁 件。为了不妨碍弹性卸料的压平作用，在卸料板上对应于落料凹模面上安装固定 83
挡料销 18 及导料销 23 的相应位置上开有沉孔。
2. 3. 4
冲孔模
冲孔 对象多是已落料或其它冲压加工后的半成品。设计冲孔模要解决半 成品在模具上的定位问题，根据冲裁件的实际情况而定。图 2-76 是导柱式冲孔 模。在拉深后的筒形件底部冲孔的模具，冲件上的所有不同形状与大小的孔共八 个一次全部冲出，因此是一副多凸模的单工序冲裁模。
图 2-76
导柱式冲孔模
1—下模座；2， 18—圆柱销；3—导柱；4—凹模；5—定位圈；6， 8， 7， 15—凸模； 9—导套；10—弹簧；11—上模座；12—卸料螺钉；13—凸模定位板；14—垫板； 16—模柄；17—止动销；19， 20—内六角螺钉；21—卸料板
冲孔件是经过拉深的空心件，由于孔边与筒形件侧壁距离较近，为保证凹模 有足够强度，采用工序件口部朝上，用定位圈 5 进行外形定位。采用这种结构， 凸模长度必然较长，设计时必须注意凸模的强度和稳定性问题。如果孔边与筒形 件侧壁距离较大，就可采用工序件口部向下，利用凹模实行内形定位。该模具采 用弹性卸料装置。冲孔模常采用弹压卸料装置是为了保证冲孔零件的平整，提高 零件的质量。
2. 3. 5
导正销定距的级进模
图 2-77 为导 定距的冲孔落料级进模。其工件如图 2-77 中右上角所示。 84
图 2-77
导正销定距的冲孔落料级进模
1—模柄；2—螺钉；3—冲孔凸模；4—落料凸模； 5—导 ；6—固定导料销；7—始用挡料销
上、下 导板导向。模柄 1 用螺纹与上模座连接。为了防止冲压中螺纹的松 动，采用骑缝的紧定螺钉 2。冲孔凸模 3 与落料凸模 4 之间的距离就是送料步距 A。送料时由固定挡料销 6 进行初定位，由两个装在落料凸模上的导 5 进行 精定位。导 与落料凸 配合为 H7 / r6 ，其连接应保证在修 模时的装 拆方便，因此落料凸模安装导正销的孔是一个通孔。导 头部的形状应有利于 85
在导 插入已冲的孔，它与孔的配合应略有间隙。为了保证首件的定距 '， 在带导正销的连续模中，常采用始用挡料装置。它安装在导板下的导料板中间。 在条料冲制首件时，用手推始用挡料销 7，使它从导料板中伸出来抵住条料的前 端，即可冲第一件上的两个孔。以后各次冲裁时就都由固定挡料销 6 控制送料步 距作初定位。 用导 定距结构简单。当两定位孔间距较大时，定位也较精 但是它的 使用受到一定的限制。当板料太薄 （一般为 t < 0. 3mm） 时，特别是对于较软的 材料，很易将孔边冲弯，因而不能用；当冲裁件的孔与外形间的距离较小时，落 料凸模中做了装导 的孔后，强度很弱，也不能用；当所冲的孔很小时，由于 导正销本身很弱，容易折断，也不能用；当冲裁件上无圆孔又无法在条料上设置 工艺孔时，也不能用。由于导 在使用时的这些限制，因此连续模还需要采用 其它的定距方法。
2. 3. 6
侧刃定距的级进模
如图 2-78 是侧刃定距的冲孔落料级进模。它以侧刃 16 了始用挡料销、 挡料销和导 控制条料送进距离 （进距或俗称步距） 。侧刃是特殊功用的凸 模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于步距的料 边。由于沿送料方向上，在侧刃前后，两导料板间距不同，前宽后窄形成一个凸 肩，所以条料上只有切去料边的部分方能通过，通过的距离即等于步距。为了减 少料尾损耗，尤其工位较多的级进模，可采用两个侧刃前后对角排列，这副模具 ，又是侧刃定距，所以 就是这样。此外，由于该模具冲裁的板料较薄 （0. 3mm） 需要采用弹压卸料代替刚性卸料。 级进 于冲压零件尺寸小而复杂、需要保护凸 场合。如果板料厚度较 小，用导 定位时，孔的边缘可能被导 摩擦压弯，因而不起正确导 定 位作用；窄长形的冲件，步距小的不宜安装始用挡料销和挡料销；落料凸模尺寸 不大的，如在凸模上安装导 ，将影响凸模强度。因此，挡料销加落料凸模上 安装导正销定位的级进模，一般适用于冲制板料厚度大于 0. 3mm、材料较硬的 冲压件和步距与落料凸 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。 在实际生产中，对于精度要求高的冲压件和多工位的级进冲裁，采用了既有 侧刃又有导正销定位的级进模。 总之，级进模比单工序 产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较 高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单 模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造 86
图 2-78
侧刃定距的冲孔落料级进模
1—内六角螺钉；2—销钉；3—模柄；4—卸料螺钉；5—垫板；6—上模座；7—凸模固定板；8， 10—凸 9， 模；11—导料板；12—承料板；13—卸料板；14—凹模；15—下模座；16—侧刃；17—侧刃挡块
较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。 应用级进模冲压，排样设计十分重要，它不但要考虑材料的利用率，还应考 虑零件的精度要求、冲压成形规律、模具结构及模具强度等问题。下面分别叙述 这些因素对排样的要求。 零件的精度对排样的要求：零件精度要求高的，除了注意采用精确的定位方 法外，还应尽量减少工位数，以减少工位积累误差。孔距公差较小的应尽量在同 一工步中冲出。 模具结构对排样的要求：零件较大或零件虽小但工位较多，应尽量减少工位 数，可采用连续-复合排样法，如图 2-79 （a） 所示，以减少模具轮廓尺寸。 模具强度对排样的要求：孔壁距小的冲件，其孔要分步冲出，如图 2-79 （b） 87
所示；工位之间凹模壁厚小的，应增设空步，如图 4-79（c） 所示；外形复杂的 冲件，应分步冲出，以简化凸、凹模形状，增强其强度，便于加工和装配，如图 2-79 （d） 所示；侧刃的位置应尽量避免导致凸、凹模局部工作而损坏刃 如 图 2-79 （b） 所示，侧刃与落料凹模刃 离增大 0. 2 ～ 0. 4mm 就是为了避免落 料凸、凹模切下条料端部的极小宽度。零件成形规律对排样的要求：需要弯曲、 拉深、翻边等成形工序的零件，采用级进模冲压时，位于成形过程变形部位上的 孔，一般应安排在成形工步之后冲出，落料或切断工步一般安排在最后工位上。 全部为冲裁工步的级进模，一般是先冲孔后落料或切断。先冲出的孔可作后续工 位的定位孔，若该孔不适合于定位或定位精度要求较高时，则应冲出辅助定位工 （a） 所示。 艺孔 （导 孔） ，如图 2-79 （e） ，按由里向外的顺序，先冲内轮廓后冲外轮廓。 〕 套料级进冲裁 〔图 2-79
图 2-79
连续-复合排样法
88
图 2-80
无废料级进冲裁模
1—导 ；2—落料凸模；3—冲孔凸模；4—卸料板；5—凹模；6—切断 凸模；7—侧压板；8—弹簧；9—始用挡料销；10—挡料板
2. 3. 7
无废料、少废料级进模
采用少、无废料的模具经常应用连续模的形式，如图 2-80 所示。图中采用 直对排的排样方法。冲裁件的外形能使其无缝地拼合。送料步距的控制是由挡料 板 10 进行初定位，由导 1 进行精定位。其冲压过程如下：第一步先用始用 挡料销 9 定位，由冲孔凸模 3 冲出两个 ��8. 5mm 的孔，同时由落料凸模 2 切除料 头，第二步由挡料板 10 定位，由落料凸模 2 冲下一个工件，同时切断凸模 6 切 89
下一小条废料 （由图中可知，始用挡料销 9 的挡料位置略超过工件中心，所以 才有此废料产生，这样布置，可使条料上第一个切下的工件接头比较光滑） 。第 三步开始，每冲一次，落下一个工件，同时切下一个工件。落料凸模 2 在结构上 具有三个特点：其一，在它的左边下部有一突起部分 （C—C 与 D—D） ，工作时 与凹模 5 的相应孔边作无间隙滑配，以平衡右侧刃 冲裁反力来改善模具刃口 单边受力的工作条件；其二，在刃口的前方一侧带有 R3. 5mm 的突出耳部，其目 的是使条料右半部所切下工件的顶部圆弧曲线能够保证光滑过渡，避免接缝处的 毛刺；其三，在它下部相当于始用挡料销的端部处有一空槽，以免条料在首次冲 。 压时发生干涉而损坏 （F—F）
图 2-81
式复合模
1—打杆；2—旋入式模柄；3—推板；4—推杆；5—卸料螺钉；6—凸凹模；7—卸料板；8—落料凹模； 9—顶件块；10—带肩顶杆；11—冲孔凸模；12—挡料销；13—导料销
90
这副模具的卸料板与导料板是做成整体的。为了提高条料送进时送料方向 的精度，在卸料板 4 的右侧装有侧压板 7 （其结构与始用挡料销类似） ，在弹 簧 8 作用下，条料 在 送 进 过 程 中 始 终 紧 贴 左 边 导 料 板，从 而 提 高 了 冲 件 的 精度。
2. 3. 8
式复合模
图 2-81 为正装式落料冲孔复合模，凸凹模 6 在上模，落料凹模 8 和冲孔凸 模 11 在下模。工作时，板料以导料销 13 和挡料销 12 定位。上模下压，凸凹模 外形和凹模 8 进行落料，落下料卡在凹模中，同时冲孔凸模与凸凹模内孔进行冲 孔，冲孔废料卡在凸凹模孔内。卡在凹模中的冲件由顶件装置顶出。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顶器组成，当上模上行时，原来 在冲裁时被压缩的弹性元件恢复，把卡在凹模中的冲件顶出凹模面。该模具采用 装在下模座底下的弹顶器推动顶杆和顶件块，弹性元件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 1、推板 3 和推杆 4 组成。当上模上行至上止点 时，把废料推出。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，清除废料麻烦，尤其孔较多 时。边料由弹压卸料装置卸下。由于采用固定挡料销和导料销，在卸料板上需钻 出让位孔，或采用活动导料销或挡料销。
2. 3. 9
倒装式复合模
图 2-82 所示为倒装式复合模。凸凹模 18 装在下模，落料凹模 17 和冲孔凸 模 14、16 装在上模。倒装式复合模通常采用刚性推件装置把卡在凹模中的冲件 推下，刚性推件装置由打杆 12、推板 11、连接推杆 10 和推件块 9 组成。冲孔废 料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便，但如 果采用直刃壁凹模洞口，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 裂。 板料的定位靠导料销 22 和弹簧弹顶的活动挡料销 5 来完成。非工作行程时， 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。 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，板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厚度大于 0. 3mm 的板料。如果在上模 内设置弹性元件，即采用弹性推件装置，这就可以用于冲制材质较软的或板料厚 度小于 0. 3mm 且平直度要求较高的冲裁件。 91
图 2-82
倒装式复合模
1—下模座；2—导柱；3， 20—弹簧；4—卸料板；5—活动挡料销；6—导套；7—上模座； 8—凸模固定板；9—推件块；10—连接推杆；11—推板；12—打杆；13—凸缘模柄； 14， 16—冲孔凸模；15—垫板；17—落料凹模；18—凸凹模；19—固定板； 21—卸料螺钉；22—导料销
92
第 3 章 弯曲模
将金属材料沿弯曲线弯成一定的角度和形状的工艺方法称为弯曲。弯曲是冲 压的基本工序之一，在冲压生产中占有很大的比重。用弯曲方法冲压的种类很 多，最常见的是在压力机上进行的压弯，本章主要介绍在压力机上进行压弯的工 艺和弯曲模具设计。
3. 1
弯曲变形过程
V 形件的弯曲，是板料弯曲中的最基本的一种，其弯曲过程如图 3-1 所示。 在开始弯曲时，板料的弯曲内侧半径大于凸模的圆角半径。随着凸模的下压，板 料的直边与凹模 V 形表面逐渐靠紧，弯曲内侧半径逐渐减小，即 r0 > r1 > r2 > r 同时弯曲力臂也逐渐减小，即 l0 > l1 > l2 > l K
图 3-1
V 形件的弯曲过程
当凸模、板料与凹模三者完全压合，板料的内侧弯曲半径及弯曲力臂达到最 小时，弯曲过程结束。 由于板料在弯曲变形过程中弯曲内侧半径逐渐减小，因此弯曲变形部分的变 形过程逐渐增加；又由于弯曲力臂逐渐减小，弯曲变形的过程中板料与凹模之间 有相对滑移现象。 凸模、板料与凹模三者完全压合后，如果再增加一定的压力，对弯曲件施 压，则称为校 曲。没有这一过程的弯曲称为自由弯曲。 （1） 弯曲变形的特点
① 弯曲时，弯曲变形只发生在弯曲件的圆角附近，直线部分则不产生塑性 变形。弯曲时，在弯曲区域内，纤维沿厚度方向变形是不同的，即弯曲后，内缘 的纤维受压缩而缩短，外缘的纤维受拉深而伸长，在内缘与外缘之间存在着纤维 既不伸长也不缩短的中性层。 。 ② 从弯曲区域的断面变化来看，变形有两种情况 （图 3-2）
图 3-2
弯曲区域的断面变化
对于窄板 （b ≤ 3 δ） ，弯曲后在宽度方向产生显著变形，沿内缘宽度增加， 沿外缘宽度减小，断面略呈扇形；对于宽板 （b > 3 δ） ，弯曲后在宽度方向无明 显变形，断面仍为矩形，这是因为在宽度方向不能自由变形。
图 3-3
弯曲时的应力应变状态
94
（2） 弯曲变形的应力与应变的状态
板料弯曲时的应力应变状态如图 3-3 所
示。从图 3-3 可以看出，就应力而言，宽板弯曲是立体的，窄板弯曲是平面的； 对应变而言，窄板弯曲是立体的，宽板弯曲则是平面的。
3. 2
弯曲毛坯展开长度
根据中性层的定义，弯曲件的坯料长度
（1） 中性层和中性层位置的
应等于中性层的展开长度。因此，确定中性层位置是计算弯曲件弯曲部分长度的 前提。坯料在塑性弯曲时，中性层发生了内移，相对弯曲半径越小，中性层内移 ，通常用下列经验公式 量越大。中性层位置以曲率半径 ρ 表示 （图 3-4） ρ = r + xδ 式中 r——零件的内弯曲半径； — — δ——材料厚度； x——中性层位移系数，见表 3-1。 —
表 3 -1
r/δ x r/δ x 0. 1 0. 21 1. 3 0. 34 0. 2 0. 22 1. 5 0. 36 0. 3 0. 23 2 0. 38 0. 4 0. 24 2. 5 0. 39
中性层位移系数 ｘ 值
0. 5 0. 25 3 0. 4 0. 6 0. 26 4 0. 42 0. 7 0. 28 5 0. 44 0. 8 0. 3 6 0. 46 1 0. 32 7 0. 48 1. 2 0. 33 ≥8 0. 5
（2） 各类弯曲件展开尺寸的计算 ① 有圆角半径的弯曲。一般将 r > 0. 5 δ 的弯曲称为有圆角半径的弯曲。由于 变薄不严重，按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部 。 分长度之和 （图 3-5）
图 3-4
中性层的位置
图 3-5
r > 0. 5δ 的弯曲
即 LZ = 11 + 12 + （r πρ�� π�� + xδ） = 11 + 12 + 180 180 95
式中
LZ ——坯料展开总长度； — — （°） 。 �肌�—弯曲带中心角， ② 圆角半径很小 （r < 0. 5 δ） 的弯曲。对于 r < 0. 5 δ 的弯曲件，由于弯曲变 形时不仅零件的变形圆角区产生严重变薄，而且与 其相邻的直边部分也产生变薄，故应按变形前后体 积不变来确定坯料长度。通常采用表 3-2 所列公式 。 ③ 铰链式弯曲件。对于 r =（0. 6 ～ 3. 5） 的铰链 δ 件，如图 3-6 所示，通常采用推圆的方法成形，在卷 圆过程中坯料增厚，中性层外移，其坯料长度 LZ 可
图 3-6
铰链式弯曲件
按下式近似计算
LZ = l + 1. 5 π + x1 δ）+ r≈1 + 5. 7r + 4. 7x1 δ （r 式中 l——直线段长度； — r——铰链内半径； — x1 ——中性层位移系数，见表 3-3。 —
表 3 -2
简 图
ｒ< 0. 5 δ 的弯曲件坯料长度 公式
公式 简 图 公式
LZ = l1 + l2 + l3 + 0. 6δ LZ = l1 + l2 + 0. 4δ （一次同时弯曲两个角）
LZ = l1 + 2l2 + 2l3 + δ （一次同时弯曲四个角） l Z = l1 + l2 - 0. 43δ LZ = l1 + 2l2 + 2l3 + 1. 2δ （分两次弯曲四个角）
表 3 -3
r/δ x1 > 0. 5 ～ 0. 6 > 0. 5 ～ 0. 8 0. 76 0. 73 > 0. 8 ～ 1 0. 7
卷边时中性层位移系数 ｘ 值 1
> 1 ～ 1. 2 0. 67 > 1. 2 ～ 1. 5 > 1. 5 ～ 1. 8 0. 64 0. 61 > 1. 8 ～ 2 0. 58 > 2 ～ 2. 2 0. 54 > 2. 2 0. 5
用上述公式计算时，很多因素没有考虑，因而可能产生较大的误差，所以只 能用于形状比较简单、尺寸精度要求不高的弯曲件。而对于形状比较复杂或精度 要求高的弯曲件，在利用上述公式初步计算坯料长度后，还需反复试弯，不断修 才能最后 坯料的形状及尺寸。故在生产中宜先制造弯曲模，后制造落 料模。 96
3. 3
最小弯曲半径及弯曲力
弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则会造
（1） 最小弯曲半径
成变形区外层材料的破裂。当弯曲半径过小时，对于 1mm 以下的薄料，可改变 工件结构形状，如图 3-7 （a） 所示的 U 形工件，将直角处清角改为凸底圆角的工 件。对于厚料，则可先开槽后弯曲，如图 3-7 （b） 所示。
图 3-7
小弯曲半径件
（2） 弯曲力
弯曲力是设计弯曲模和选择压力机吨位的重要依据。特别是
在弯曲板料较厚、弯曲线较长、相对弯曲半径较小、材料强度较大而弯曲设备吨 位与功率有限的情况下，必须对弯曲力进行计算。 ① 自由弯曲时的弯曲力。 0. 6Kbt2 σ b rt 0. 7Kbt2 σ b U 形件弯曲力： F自 = r +t 式中 F 自 ——冲压行程结束时的自由弯曲力，N； — V 形件弯曲力： F自 = — K——安全系数，一般取 K = 1. 3； b——弯曲件的宽度，mm； — — t——弯曲材料的厚度，mm； — r——弯曲件的内弯曲半径，mm； — σ b ——材料的强度极限，MPa。 ② 校正弯曲时的弯曲力。校 曲时，校 比压弯力大得多，而且两个 力先后作用。因此，若采用校 弯曲时，一般只 校正力。V 形件和 U 形 件弯曲的校正力均按下式计算 F 校 = Ap 式中 F 校 ——校 曲时的弯曲力，N； — 97
A——校 分的垂直投影面积，mm2 ； — p——单位面积上的校 ，MPa，见表 3-4。 —
表 3 -4
料 材 铝 黄铜 10 ～ 20 钢 料 ≤3 30 ～ 40 60 ～ 80 80 ～ 100 厚 δ / mm > 3 ～ 10 50 ～ 60 80 ～ 100 100 ～ 120 25 ～ 35 钢 （BT1） 钛合金 （BT3）
单位面积上的校正力 ｐ
料 材 料 ≤3 100 ～ 120 160 ～ 180 160 ～ 200 厚 δ / mm
/ MPa
> 3 ～ 10 120 ～ 150 180 ～ 210 200 ～ 260
③ 压弯时的顶件力和卸料力。顶件力和卸料力 F Q 值可近似取自由弯曲力的 30% ～ 80% ，即 F Q =（0. 3 ～ 0. 8） 自 F ④ 弯曲时压力机吨位的 。 自由弯曲时，压力机吨位 F 机 为 F 机 ≥F 自 + F Q 校正弯曲时，可忽略顶件力和卸料力，即 F 机 ≥F 校
3. 4
弯曲模工作部分的尺寸参数
当弯曲件的相对弯曲半径 r / δ 较小时，凸模圆角
（1） 弯曲凸模的圆角半径
半径等于弯曲件的弯曲半径，但必须大于最小弯曲圆角半径。若 r / δ 小于最小相 对弯曲半径，则可先弯成较大的圆角半径，然后再采用整形工序进行整形。 若弯曲件的相对弯曲半径 r / δ 较大、精度要求较高时，凸模圆角半径应根据 回弹值作相应的修 （2） 弯曲凹模的圆角半径及其工作部分的深度 图 3-8 所示为弯曲凸模和凹
图 3-8
弯曲凸模和凹 结构尺寸
98
 结构尺寸。凹模圆角半径 r 凹 不能过小，否则弯矩的力臂减小，毛坯沿凹模 圆角滑进时阻力增大，从而增加弯曲力，并使毛坯表面擦伤。对称压弯件两边的 凹模圆角半径应一致，否则压弯时毛坯会产生偏移。 生产中，按材料的厚度决定凹模圆角半径 δ≤2mm δ = 2 ～ 4mm δ≥4mm r 凹 =（3 ～ 6） δ r 凹 =（2 ～ 3） δ r凹 = 2δ
对于 V 形件凹模，其底部可开槽，或取 r 凹 =（0. 6 ～ 0. 8） 凸 =（3 ～ 6） 凸 + δ） r （r 弯曲凹模深度 L0 〔图 3-8 （a） 、图 3-8 （c） 要适当。若过小，则工件两端的 〕 自由部分较长，弯曲零件回弹大，不平直。若过大，则浪费模具材料，且需较大 的压力机行程。 （a） 可查表 3-5。 〕 弯曲 V 形件时，凹模深度 L0 及底部最小厚度 h 〔图 3-8
表 3 -5 弯曲 V 形件的凹模深度 Ｌ 及底部最小厚度 ｈ 0
材 弯曲件边长 L/ mm h > 10 ～ 25 > 25 ～ 50 > 50 ～ 75 > 75 ～ 100 > 100 ～ 150 20 22 27 32 37 <2 L0 10 ～ 15 15 ～ 20 20 ～ 25 25 ～ 30 30 ～ 35 h 22 27 32 37 42 料 厚 2 ～4 L0 15 25 30 35 40 h — 32 37 42 47 度 δ / mm >4 L0 — 30 35 40 50
/ mm
弯曲 U 形件时，若弯边高度不大或要求两边平直，则凹模深度应大于零件 高度，如图 3-8 （b） 所示，图中 m 值见表 3-6。如果弯曲件边长较大而对平直度 要求不高时，可采用图 3-8 （c） 所示的凹模形式。凹模深度 L0 值见表 3-7。
表 3 -6
材料厚度 δ / mm m ≤1 3 1 ～2 4
弯曲 U 形件凹模的 ｍ值
2 ～3 5 3 ～4 6 4 ～5 8 5 ～6 10 6 ～7 15 7 ～8 20 8 ～ 10 25
（3） 弯曲凸模和凹模之间的间隙
对于 V 形件，凸模和凹模之间的间隙是
由调节压力机的装模高度来控制的。对于 U 形弯曲件，凸模和凹模之间的间隙 值对弯曲件回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。间隙愈大，回弹增大，工 件的误差愈大；间隙过小，会使零件边部壁厚减薄，降低凹模寿命。凸模和凹模 99
表 3 -7
弯曲件边长 L/ mm ≤1 < 50 50 ～ 75 75 ～ 100 100 ～ 150 150 ～ 200 15 20 25 30 40
弯曲 U 形件的凹模深度 Ｌ 值 0
材 1 ～2 20 25 30 35 45 料 厚 2 ～4 25 30 35 40 55 度 δ / mm 4 ～6 30 35 40 50 65 6 ～ 10 35 40 40 50 65
单边间隙 Z 一般可按下式计算： Z = δ max + cδ = δ + Δ + cδ 式中 Z——弯曲模凸模和凹 单边间隙； — — δ——材料厚度基本尺寸； — Δ ——材料厚度的上偏差； c——间隙系数，见表 3-8。 — 当工件精度要求较高时，其间隙值应适当减小，取 Z = δ。
表 3 -8
弯曲件高度 H/ mm < 0. 5 10 20 35 50 70 100 150 200 0. 05 0. 05 0. 07 0. 10 0. 10 — — —
值 U 形件弯曲 间隙系数 ｃ
材 料 厚 度 / mm b/ H > 2 4. 1 ～ 5 — 0. 03 0. 03 0. 04 0. 05 0. 05 0. 05 0. 07 < 0. 5 0. 10 0. 10 0. 15 0. 20 0. 20 — — — 0. 6 ～ 2 0. 10 0. 10 0. 10 0. 15 0. 15 0. 15 0. 20 0. 20 2. 1 ～ 4 0. 08 0. 08 0. 08 0. 10 0. 10 0. 10 0. 15 0. 15 4. 1 ～ 7. 5 7. 6 ～ 12 — 0. 06 0. 06 0. 06 0. 10 0. 10 0. 10 0. 15 — 0. 06 0. 06 0. 06 0. 08 0. 08 0. 10 0. 10
b/ H≤2 0. 6 ～ 2 0. 05 0. 05 0. 05 0. 07 0. 07 0. 07 0. 10 0. 10 2. 1 ～ 4 0. 04 0. 04 0. 04 0. 05 0. 05 0. 05 0. 07 0. 07
图 3-9
工件的标注及模具尺寸
100
（4） 弯曲凸模和凹模宽度尺寸的
一般原则是：工件标注外形尺寸
〔图 3-9 （a） 时，模具以凹模为基准件，间隙取在凸模上。反之，工件标注内形 〕 尺寸 〔图 3-9 （b） 时，模具以凸模为基准件，间隙取在凹模上。 〕 当工件标注外形时，L凹 =（Lmax - 0. 75 Δ） L凸 =（L凹 - 2Z）- δ
0 +δ 0
当工件标注内形时，L凸 =（Lmin + 0. 75 Δ）- δ L凹 =（L凸 + 2Z） 式中 Lmax ——弯曲件宽度的最大尺寸； — Lmin ——弯曲件宽度的最小尺寸； — L凸 ——凸模宽度； — L凹 ——凹模宽度； —
+δ 0
0
— Δ ——弯曲件宽度的尺寸公差； — δ 凸 ，δ 凹 ——凸模和凹模的制造偏差，一般按 IT9 级选用。
3. 5
回弹
在材料变形阶段，工件不受外力作用时，由于弹性恢复，使弯曲件的角度、 弯曲半径与模具的形状尺寸不一致，这种现象称为 回弹。如图 3-10 所示。 （1） 回弹的表现形式 ① 弯曲半径增大。卸载前板料的内径为 r （与 凸模的半径吻合） ，在卸载后增加至 r0 。半径的增量 Δr 为： Δ r = r0 - r 大到 α0 。角度的增量 Δα 为： α = α0 - α （2） 回弹的控制措施 压弯中弯曲件因回弹产生误差，很难得到合格的制 件尺寸。生产中必须采取措施来控制或减小回弹。控制弯曲件回弹的措施如下。 ① 从工件设计上采取措施。在变形区压加强筋或压成形边翼，增加弯曲件 的刚性和成形边翼的变形行程，可以减小回弹，如图 3-11 所示。选用弹性模量 101
图 3-10 弯曲时的回弹
，卸载后增 ② 弯曲件角度增大。卸载前板料的角度为 α （与凸模顶角吻合）
大、屈服点小的材料，也可以使弯曲件回弹量减小。
图 3-11
用加强筋减小回弹
② 从工艺上采取措施。用校正弯曲 自由弯曲。对冷作硬化的硬材料须 先退火，降低其屈服点 σ s ，以减小回弹，弯曲后再淬硬。 用拉弯法 （图 3-12） 一般弯曲方法。采用拉弯工艺的特点是在弯曲的 同时使坯料承受一定的拉应力，拉应 力的数值应使弯曲变形区内各点的合 成应力稍大于材料的屈服点 σ s ，使整 个断面都处于塑性拉深 变 形 范 围 内， 内、外 区 应 力、 应 变 方 向 取 得 了 一
图 3-12
用拉弯工艺减小回弹
致，故可大大减小零件的回弹。这种方法主要用于相对弯曲半 径 很 大 的 零 件 成形。 ③ 从模具结构上采取措施。 �S如相对弯曲半径 r / δ，在单角 V 形件弯曲时，将凸模减去一个回弹角；在 U 形件弯曲时，将凸模壁做出等于回弹角的倾斜角度 〔图 3-13 （a） 或将凸模和 〕 顶板做成弧形面，借以造成工件底平面的局部弹性弯曲。当工件从模具中取出 时，由于弧形部分的弹性恢复，使它回弹到所需要的形状 〔图 3-13 （b） 。 〕
图 3-13
克服回弹的措施
图 3-14
改变应力状态弯曲方法
�S一般材料，若厚度在 0. 8mm 以上，弯曲半径又不大时，可在凸模上做成 如图 3-14 所示的形状，使压力集中于角部，以加大弯曲区的变形程度来克服 回弹。 102
�SU 形弯曲件，可采用较小的间隙。
3. 6
弯曲 典型结构
弯曲 结 构 与 冲 压 模 相 似，分 上、下 两 部 分，由 工 作 零 件 （凸 模、凹 模） 、定位零件、卸料装置及导向件、紧固件等组成。但弯曲 凸模、凹模除 一般动作外，有时还需做摆动、转动等。结构设计时应根据弯曲件的材料性能、 形状特征、精度及生产批量等进行综合分析而定。
3. 6. 1
V 形件弯曲模
V 形件形状简单，能一次弯曲成形。V 形件的弯曲方法有两种，一种是沿弯 曲件的角平分线方向弯曲，称为 V 形弯曲；一 种是垂直于一直边方向的弯曲，称为 L 形弯曲。 图 3-15 所示为普通 V 形弯曲模，该模具结 构简单，在冲床上安装及调整方便，对材料厚 度的公差要求不严，工件在冲程末端得到不同 程度的校 回 弹 较 小，工 件 的 平 面 度 较 好， 因而得到广泛的应用。 图 3-16 所示为 V 形精弯模，是以活动凹模 带动制件一起折弯，弯曲过程中毛坯与凹模始 终保持大面积接触，毛坯相对于活动凹模没有 滑移和偏移，所以弯曲件的精度高，适用于弯 件弯曲，这种模具结构复杂，制作较困难。 图 3-17 所示为 L 形弯曲模，用于弯曲两直边长度相差较大的单角弯曲件， 以弯曲件较大面的一边夹紧在凸模和顶板之间，而另一边沿凹模圆角向上滑动弯 起到下止点，可进行校 曲，该种模具弯曲时将产生一定的侧向分力，模具中 的挡板起到抵消侧向力的作用。挡板的高度应略高于凹模，并嵌入底座。L 形弯 曲模中也有将凹模和压料板倾斜一定的角度，这样竖直边能得到一定的校正，弯 曲后制件的回弹较小，倾角一般取 5° ～ 10°。
图 3-15 普通 V 形弯曲模
曲毛坯没有足够的定位支承面、窄长及形状复杂、坯料在凹模上不易放平稳的制
3. 6. 2
U 形件弯曲模
U 形弯曲件是常见的冲压弯曲件，图 3-18 所示为普通 U 形弯曲模，一次同 时弯成两个弯角，如果制件左右圆角半径相等，可避免或减少弯曲过程中坯料的 偏移，通常较多采用。在冲压时，毛坯被压在凸模和顶板之间逐渐下降，两端未 103
图 3-16
V 形精弯模
图 3-17
L 形弯曲模
1—凸模；2—支架；3—活 动凹模；4—靠板
1—底座；2—凹模；3—顶板；4—凸模； 5—定位钉；6—挡块
被压住的材料沿凹模圆角滑动并弯曲，进入凸、凹 间隙。凸模回升时，顶板 将制件顶出，由于材料的弹性，制件一般不 会包在凸模上。U 形弯曲模结构简单，定位 方便、可靠。 对于一些弯曲精度高、材料偏厚、回弹 较大的 U 形弯曲件，可将凸模与凹模的垂直 工作面垂直向同方向修出一定量的负角度， 从而达到克服回弹、提高弯曲精度的效果。 凸模或凹模也可设计为活动结构，可根据板
图 3-18 普通 U 形弯曲模
料的厚度自动调整凸模宽度尺寸，在冲压行 程最后对侧壁和底部进行校 这样的 U 形 弯曲模也可以设计为压制弯曲角小于 90° 的
1—凹模；2—定位板； 3—顶板；4—凸模
U 形弯曲件，对于弯曲直边高度偏高的 U 形件，可将凹模口上表面适当加工一 段斜面，以利于板料变形。
3. 6. 3
U 形件弯曲模 （四角件弯曲模）
一般 U 形弯曲件上有四个弯曲角需要弯曲，可采用一次弯曲成形，也可以 两次弯曲成形。如果采用两次弯曲成形，则第一次先将毛坯弯成 U 形件，然后 104
再将 U 形件毛坯反放在弯曲模中弯成 U 形件。两 次弯曲需两套普通的 U 形弯曲模，生产效率降低， 且增大了定位误差。普通的一次弯曲成形模如图 3-19所示，该模具在一次弯曲过程中，坯料受凹模 圆角的阻力，材料有被拉长的现象，展开尺寸出现 较大误差，而且毛坯与凹模圆角接触处弯曲线的位 置在弯曲过程中是变化的，使弯曲件的外角形状不 准及竖直边变薄，往往得不到满意的形状。较为理 想的一次弯曲成形的方案如图 3-20 所示，它是对 制件的两对对称弯角先后进行弯曲，其下 活动 凸模 3 通过底座并保持间隙配合，活动摆块 2 通过 小轴与件 3 连接，上 连体凹模 4 构成，内装有 弹压打板 5，当连体凹模下压坯料时，由于下模弹 顶力 F 2 远远大于上模弹顶力 F 1 ，而且 F 2 超过材 料的弯曲力，这样首先对制件两内角进行弯曲，当活动凸模 3 完全进入连体凹模 4，并将制件底面及上模弹压打板 5 压牢后，上模仍在继续下降，冲压力迫使下 模弹顶力 F 2 后缩，此时活动摆块 2 向两侧转动，使制件下端随着向外弯曲，直 到活动摆块向两侧旋转 90°，与下模垫板 1 压紧，而完成全部弯曲过程。这样的 弯曲模完全克服了图 3-19 所产生的缺点，提高了产品质量和冲压效率。 以上几种 U 形件弯曲模都有一缺点，即毛坯表面与模具之间有相对摩擦滑 动，使制件展开尺寸误差较大，且表面擦伤严重。图 3-21 所示的 U 形件精弯模
图 3-19 普通的一次 弯曲成形模
图 3-20
带摆块的 U 形件弯曲模
图 3-21
U 形件精弯模
1—垫板；2—活动摆块；3—活动凸模； 4—连体凹模；5—上模打板
1—下摆块；2—定位挡板；3—凸模；4—上摆 8—轴销；6—顶芯；7—弹簧；9—顶板 块；5，
105
就克服了这些缺点。 在这副模具中，坯料放在下摆块 1 上，由定位挡板 2 定位。在冲压时，凸模 3 下压坯料使左右下摆块 1 绕轴销 8 同时向中间转动，将坯料紧贴凸模 3 的圆角 弯曲，使坯料压向上摆块 4，左右上摆块 4 绕轴销 5 同时向中间转动，坯料紧贴 下摆块 1 的圆角弯曲。凸 续下压，迫使上下摆动在关联转动的同时，毛坯被 弯曲成形。当压力机滑块上升时，上摆块 4、下摆块 1 和顶板 9 分别在顶芯 6、 弹簧 7 和弹顶器的作用下复至原位，制件从凸模上取下。在整个弯曲过程中，坯 料与模具间始终不产生任何滑移，所以获得的制件精度较高。
3. 6. 4
Z 形件弯曲模
Z 形件是由两个折弯方向相反的弯曲直边所构成的弯曲件，所以模具应使制 件分别沿反方向弯曲，其模具结构也往往随制件尺寸大小等不同而异。图 3-22、 图 3-23 所示为常见的 Z 形弯曲模。
图 3-22
Z 形弯曲模 （一）
图 3-23
Z 形弯曲模 （二）
106
第 4 章 拉深模
拉深是指将一定形状的平板通过拉深模具冲压成各种开 心件或以开 心件为毛坯通过拉深进一步改变其形状和尺寸的一种冷冲压的工艺方法。
4. 1
4. 1. 1
拉深变形特点
拉深系数
由于拉深件的高度与其直径的比值不同，有的拉深件可以用一次拉深工序制 成，而有些高度大的拉深件，则需要多次拉深才能制成。在进行冲压工艺过程设 计和确定必要的拉深工序的数目时，通常都利用拉深系数作为计算的依据。 （1） 拉深系数 m 的概念 拉深系数 m 是每次拉深后筒形件的直径与拉深前 坯料 （或工序件） 直径的比值，如图 4-1 所示。 第一次拉深系数 以后各次拉深系数 m1 = m2 = d1 D d2 d1
… mn = dn dn - 1
图 4-1
多次拉深时圆筒件直径的变化
107
总拉深系数 m 总表示从坯料直径 D 拉深至 d n 的总变形程度，即 m总 = d n d1 d2 d3 dn - 1 dn × × × ×… × × = m1 m2 m3 …mn - 1 mn D D d1 d2 dn - 2 dn - 1
所以总拉深系数为各次拉深系数的乘积。从拉深系数的表达式可以看出，拉 深系数 m 的值是永远小于 1 的。拉深系数可用来表示拉深过程中的变形程度， 拉深系数值越小，说明拉深前后直径差越大，亦即该次工序的变形程度越大。在 制定拉深工艺时，如拉深系数取得过小，就会使拉深件起皱、拉裂或严重变薄超 差。因此拉深系数 m 的减小有一个客观的界限，这个界限就称为极限拉深系数 〔m〕 或 mmin ，有时简称为拉深系数 m。 当前在生产实践中采用的圆筒件带压边圈时的极限拉深系数见表 4-1。
表 4 -1
拉深系数 2. 0 ～ 1. 5 〔m1 〕 〔m2 〕 〔m3 〕 〔m4 〕 〔m5 〕 0. 48 ～ 0. 50 0. 73 ～ 0. 75 0. 76 ～ 0. 78 0. 78 ～ 0. 80 0. 80 ～ 0. 82 1. 5 ～ 1. 0 0. 50 ～ 0. 53 0. 75 ～ 0. 76 0. 78 ～ 0. 79 0. 80 ～ 0. 81 0. 82 ～ 0. 84
圆筒件带压边圈时的极限拉深系数
坯料相对厚度 / D）× 100 （δ 1. 0 ～ 0. 6 0. 53 ～ 0. 55 0. 76 ～ 0. 78 0. 79 ～ 0. 80 0. 81 ～ 0. 82 0. 84 ～ 0. 85 0. 6 ～ 0. 3 0. 55 ～ 0. 58 0. 78 ～ 0. 79 0. 80 ～ 0. 81 0. 82 ～ 0. 83 0. 85 ～ 0. 86 0. 3 ～ 0. 15 0. 58 ～ 0. 60 0. 79 ～ 0. 80 0. 81 ～ 0. 82 0. 83 ～ 0. 85 0. 86 ～ 0. 87 0. 15 ～ 0. 08 0. 60 ～ 0. 63 0. 80 ～ 0. 82 0. 82 ～ 0. 84 0. 85 ～ 0. 86 0. 87 ～ 0. 88
注：表中拉深数据适用于 08、10 和 15Mn 等普通拉深碳钢及软黄铜 H62。
（2） 影响拉深系数的因素 各项。
凡是能够使筒壁传力区的最大拉应力减小、使
危险断面强度增大的因素都有利于减小拉深系数。影响拉深系数的因素有下述 ① 材料的力学性能。屈强比 σ0. 2 / σ b 越小，对拉深越有利。因为 σ0. 2 小， 材料容易变形，凸缘变形区的变形抗力减小；而 σ b 大，则提高了危险断面处的 强度，减小拉裂的危险。因此，屈强比 σ0. 2 / σ b 小的材料，其极限拉深系数值小 一些。材料伸长率 δ 值小的材料，因容易拉断，故极限拉深系数值要大一些。一 般认为，屈强比 σ0. 2 / σ b ≤0. 65，而伸长率 δ≥28% 的材料具有较好的拉深性能。 ② 材料的相对厚度 δ / D。相对厚度越大，对拉深越有利。因为 δ / D 大，抵 抗凸缘处失稳起皱的能力提高，这样压边力可以减小甚至不需要，这就相应地减 小甚至完全去掉了 压 边 圈 对 坯 料 的 摩 擦 阻 力，从 而 使 拉 深 变 形 的 阻 力 相 应 地 减小。 ③ 润滑。润滑条件良好对拉深有利，可以减小拉深系数。 ④ 模具的几何参数。凸、凹 圆角半径和凸、凹模间的间隙值对拉深系 数有影响。因此决定拉深系数和决定模具几何参数要结合起来考虑。 在实际生产中，并不是在所有的情况下都采用极限拉深系数。因为过小的接 108
近极限值的拉深系数能引起坯料在凸模圆角部位的过分变薄，而且在以后的拉深 工序中，这部分变薄严重的缺陷会转移到成品零件的侧壁上去，降低零件的质 量。所以当对零件质量有较高的要求时，必须采用大于极限值的拉深系数。
4. 1. 2
拉深次数
（1） 拉深次数的 ，然后依次计算 ① 推算法。根据已知条件，由表 4-1 查得各次拉深的 〔m〕 出各次拉深工序件的直径，即 d1 =〔m1 〕 d2 =〔m2 〕 1 ，d n =〔mn 〕 n - 1 ，直到 d n ≤ d。即当计算所得直 D d d 径小于或等于工件直径 d 时， 的次数即为拉深次数。 ② 查表法。在生产实际中也可采用查表法，即根据工件的相对高度 h / d 和 坯料的相对厚度 δ / D，直接由表 4-2 查得拉深次数。
表 4 -2
拉深次数 2 ～ 0. 5 1 2 3 4 5 0. 94 ～ 0. 77 1. 88 ～ 1. 54 3. 5 ～ 2. 7 5. 6 ～ 4. 3 8. 9 ～ 6. 6 1. 5 ～ 1. 0 0. 84 ～ 0. 65 1. 60 ～ 1. 32 2. 8 ～ 2. 2 4. 3 ～ 3. 5 6. 6 ～ 5. 1
拉深件相对高度 ｈ ｄ与拉深次数的关系 ／
坯料的相对厚度 / D）× 100 （δ 1. 0 ～ 0. 6 0. 71 ～ 0. 57 1. 36 ～ 1. 1 2. 3 ～ 1. 8 3. 6 ～ 2. 9 5. 2 ～ 4. 1 0. 6 ～ 0. 3 0. 62 ～ 0. 5 1. 13 ～ 0. 94 1. 9 ～ 1. 5 2. 9 ～ 2. 4 4. 1 ～ 3. 3 0. 3 ～ 0. 15 0. 52 ～ 0. 45 0. 96 ～ 0. 83 1. 6 ～ 1. 3 2. 4 ～ 2. 0 3. 3 ～ 2. 7 0. 15 ～ 0. 08 0. 46 ～ 0. 38 0. 9 ～ 0. 7 1. 3 ～ 1. 1 2. 0 ～ 1. 5 2. 7 ～ 2. 0
注：1. 大的 h / d 值适用于第一次工序的大凹模圆角 〔r d ≈ ～ 15） 。 （8 δ〕 2. 小的 h / d 值适用于第一次工序的小凹模圆角 〔r d ≈ ～ 8） 。 （4 δ〕
（2） 以后各次拉深的特点
以后各次拉深时所用的坯料与首次拉深时不同，
不是平板而是筒形件。因此，它与首次拉深相比，有许多不同之处。 ① 首次拉深时，平板坯料厚度和力学性能都是较均匀的，而以后各次拉深 时，筒形工序件的壁厚及力学性能都不均匀。 ② 首次拉深时，凸缘变形区是逐渐缩小的，而以后各次拉深时，其变形区 保持不变，只是在拉深终了以前才逐渐缩小。 ③ 首次拉深时，其拉深力的变化是变形抗力的增加与变形区的减小这两个 相反的因素互相作用的过程，因而在开始阶段较快地达到最大拉深力，然后逐渐 减小到零。而以后各次拉深时，其变形区保持不变，但材料的硬化及厚度增加都 是沿筒的高度方向进行的。所以其拉深力在整个拉深过程中一直都在增加，直到 拉深的最后阶段才由最大值下降至零。首次拉深与二次拉深时的拉深力变化如图 4-2 所示。 ④ 以后各次拉深时的危险断面与首次拉深时一样，都是在凸模圆角处，但 首次拉深的最大拉深力发生在初始阶段，所以破裂也发生在拉深的初始阶段；而 109
图 4-2
首次拉深与二次拉深时 的拉深力变化
图 4-3
二次拉深
1—首次拉深；2—二次拉深
以后各次拉深的最大拉深力发生在拉深的终结阶段，所以破裂就往往出现在拉深 的末尾。 ⑤ 以后各次拉深的变形区，因其外缘有筒壁刚性支持，所以稳定性比首次 拉深好。只是在拉深最后阶段，筒壁边缘进入变形区以后，变形区的外缘失去了 刚性支持，这时才易起皱。 ⑥ 以后各次拉深时，由于材料已冷作硬化，加上拉深时变形较为复杂 （坯 料的筒壁必须经过两次弯曲才被凸模拉入凹模内） ，所以它的极限拉深系数要比 首次拉深大得多，而且通常后一次都略大于前一次。 （3） 以后各次拉深的方法 以后各次拉深大致有两种方法，一种是 深， 如图 4-3 （a） 所示，为一般所常用；另一种是反拉深，如图 4-3 （b） 所示。 反拉深就是将经过拉深的工序件倒放在凹模上再进行拉深。这时，材料的 内、外表面将互相转换。有时为了提高生产效率， 反拉深用一套模具于一次 行程中完成，这样就能够得到很大的变形程度。 反拉深时，由于材料沿凹模流动的阻力较一般拉深大，这就使变形区的径向 拉应力 σ t 大大增加。由于 σ r 增加，由屈服条件可知，切向压应力 σ τ 相应减小， 材料就不易起皱。因此，一般反拉深可以不用压边圈，这就避免了由于压边力不 适当或压 边 力 不 均 匀 而 造 成 的 拉 裂。反 拉 深 的 拉 深 系 数 应 比 正 拉 深 时 降 低 10% ～ 15% 。 反拉深方法主要用于坯料较薄的大件和中等尺寸零件的拉深。反拉深后圆筒 的最小直径 d =（30 ～ 60） ，圆角半径 r >（2 ～ 6） 。 δ δ
4. 1. 3
圆筒形件各次工序尺寸的计算
从前面的介绍中已知，各次工序件直径可根据各次的拉 在设计和制造拉深模具及选用合适的压力机时，
（1） 工序件直径 深系数算出。
（2） 工序件的拉深高度 110
还必须知道各次工序的拉深高度，因此，在工艺计算中尚应包括高度 一项。 在计算某工序拉深高度之前，应确定它的底部的圆角半径 （即拉深凸模的 圆角半径） 。拉深凸 圆角半径通常根据拉深凹模的圆角半径来确定。
4. 2
拉深 类型
按照拉深件的形状，拉深工艺可分为旋转体件拉深 〔直壁旋转体图 4-4 （a） 、 （b） 、盒形件拉深 〔图 4-4（c） 和复杂形状的拉深 〔图 4-4 〕 〕 曲壁旋转体图 4-4 （d） 三类。 〕
图 4-4
拉深件的分类
按照拉深件的变形方法，拉深工艺可分为不变薄拉深和变薄拉深。不变薄拉 深是通过减小毛坯或半成品的直径来增加拉深件的高度，拉深过程中材料厚度的 变化很小，可以近似认为拉深件的壁厚等于毛坯厚度；变薄拉深是以开 心件 为毛坯，通过减小壁厚的方式来增加拉深件高度，拉深过程之中筒壁厚度显著 变薄。 这里主要讨论圆筒形拉深件的不变薄拉深，在此基础上，分析其它各种形状 零件的拉深特点。
4. 3
拉深力的
拉深力的理论 公式是依据金属塑性成形理论导出
（1） 理论 公式
的，筒形件直壁传力区的轴向拉应力 p 按下式计算： p = 1. 1 σ s ln
(
rd 1 2 μQ + （1 + 1. 6 μ）+ σ b /2 + 1 m πd p t t 111
)
拉深力 F 为 式中
F = πd p δp
— σ s ——板料的屈服应力，MPa； — σ b ——板料的强度极限，MPa； — μ——坯料与压料圈和凹模间的摩擦系数； Q——压料力，N； — — δ——坯料厚度，mm； d p ——凸 径，mm； — r d ——凹模圆角半径，mm。 —
（2） 经验 公式 第一次拉深的拉深力 第二次拉深的拉深力 式中
经验公式忽略了很多影响因素，因此不十分准确；但 F 1 = πd p1 δσ b K1 F 2 = πd p2 δσ b K2
由于其计算简便，所以在生产实际中被广泛应用。
d p1 ，d p2 ——凸 径，mm； — K1 ，K2 ——系数，见表 4-3 和表 4-4 （适用于 σ b = 320 ～ 450MPa 的低碳 — 钢） ，其它符号同上。
表 4 -3 系数 Ｋ 1
拉 0. 45 0. 95 1. 1 0. 48 0. 85 1. 0 1. 1 0. 50 0. 75 0. 90 1. 0 1. 1 0. 52 0. 65 0. 80 0. 90 1. 0 1. 1 深 0. 55 0. 60 0. 75 0. 80 0. 90 1. 0 1. 1 系 0. 60 0. 50 0. 60 0. 68 0. 75 0. 82 0. 90 1. 1 数 0. 65 0. 43 0. 50 0. 56 0. 60 0. 67 0. 75 0. 90 0. 70 0. 35 0. 42 0. 47 0. 50 0. 55 0. 60 0. 75 0. 75 0. 28 0. 35 0. 37 0. 40 0. 45 0. 50 0. 60 0. 80 0. 20 0. 25 0. 30 0. 33 0. 36 0. 40 0. 50
毛坯相对厚度 δ × 100 D0 5 2 1. 2 0. 8 0. 5 0. 2 0. 1
表 4 -4
毛坯相对厚度 δ × 100 D0 5 2 1. 2 0. 8 0. 5 0. 2 0. 1 0. 70 0. 85 1. 1 0. 72 0. 70 0. 90 1. 1 0. 75 0. 60 0. 75 0. 90 1. 0 1. 1 拉 0. 78 0. 50 0. 60 0. 75 0. 82 0. 90 1. 0 1. 1
系数 Ｋ 2
深 0. 80 0. 42 0. 52 0. 62 0. 70 0. 76 0. 85 1. 0 系 0. 82 0. 32 0. 42 0. 52 0. 57 0. 63 0. 70 0. 82 数 0. 85 0. 28 0. 32 0. 42 0. 46 0. 50 0. 56 0. 68 0. 88 0. 20 0. 25 0. 30 0. 35 0. 40 0. 44 0. 55 0. 90 0. 15 0. 20 0. 25 0. 27 0. 30 0. 33 0. 40 0. 92 0. 12 0. 14 0. 16 0. 18 0. 20 0. 23 0. 30
112
（3） 拉深功的核算
由于拉深成形的行程较大，仅仅按拉深力进行设备的
选择并不一定很保险。因为，有时设备的吨位足够，但因拉深行程很长，设备具 备的功率不一定能满足拉深功的要求。遇到这种情况时，可能使拉深时压力机的 行程速度减缓，甚至会损坏设备。为此，选择设备后有必要对拉深功进行核算。 拉深所需的功可按下式 ： W= 式中 F max ——最大拉深力，N； — h——拉深深度，m； — C——修 数，一般取 0. 6 ～ 0. 8。 — 因而，压力机的电动机功率可按下式进行核算： P= 式中 KWn （kW） 19200 η η
1 2
CF max h （N??m） 1000
n——压力机行程次数，次 / min； — — η ——压力机效率，η = 0. 6 ～ 0. 8；
1 2 1 2
— η ——电动机效率，η = 0. 9 ～ 0. 95； K——不均 数，K = 1. 2 ～ 1. 4。 — 经核算后，拉深所需的功率要小于压力机电动机所规定的额定功率。否则， 必须换成功率较大的压力机进行拉深。
4. 4
拉深件的毛坯尺寸 （圆筒件）
首先将拉深件划分成若干简单的几何形状，分别求出各部分
（1） 分割法
的面积并相加，按照拉深前后毛坯与工件表面积相等的原则，故 A = A' 。 A' = a 1 + a 2 + a 3 + … + a n = ∑a A' = D= 式中 A' ——拉深件表面积和； — A——拉深件的表面积； — a——分 简单几何形状的表面积，其计算公式见表 4-5。 — （2） 查表法 常见圆筒形拉深件的毛坯尺寸可查表 4-6 所列公式进行 113 π 2 D 4
4A' 4 槡 / π = 槡 �禷 / π
 。
表 4 -5
序 号 名 圆 称
简单几何形状的表面积计算公式
几 何 形 状 面 积 a
1
a=
πd2 = 0. 78d2 4
2
环
a=
π 2 2 （d - d1 ） 4
3
筒形
a = πdh
a= 4 锥形 a=
πdl 或 2
π d 槡 2 + 4h2 d 4
a = πl 5 截头锥形 式中
( d +2 d ) d- d l= h 槡+ ( 2 )
1 2 1
2
6
半球面
a = 2πr2
a = 2πrh 或 7 小半球面 a= π 2 （s + 4h2 ） 4
8
球带
a = 2πrh
9
1 /4 的凸球带
a=
π r πd + 4r） （ 2
10
1 /4 的凹球带
a=
π （ r πd - 4r） 2
114
续表
序 号 名 称 几 何 形 状 面 积 a
11
凸形球环
a =π （dl + 2rh） 式中 h = rsinα l= πrα 180°
12
凹形球环
（dl - 2rh） a =π 式中 h = rsinα l= πrα 180°
（dl + 2rh） a =π 13 凸形球环 式中 h = r 1 - cosα） （ l= πrα 180°
a =π （dl - 2rh） 14 凹形球环 式中 h = r 1 - cosα） （ l= πrα 180°
15
凸形球环
式中
a =π （dl + 2rh） h = r cosβ - cos + β） 〔 （α 〕 l= πrα 180°
16
凹形球环
式中
（dl - 2rh） a =π h = r cosβ - cos + β） 〔 （α 〕 l= πrα 180°
表 4 -6
序号 工 件 形 状
常见圆筒形拉深件的毛坯尺寸
毛 坯 直 径D
1
D = 槡 2 + 4 dh d
2
D=
d 槡 2 + 4d1 h
2
115
续表
序号 工 件 形 状 毛 坯 直 径D
3
D=
d 槡 2 + 4（d1 h1 + d2 h2）
2
4
D=
d 槡 1 + 4d1 h + 2l（d1 + d2）
2
5
D=
d 槡 1 + 2l（d1 + d2）+ 4d2 h
2
6
D=
d 槡 1 + 2l（d1 + d2）
2
7
D=
d 槡 1 + 2l（d1 + d2）+ d3 - d2
2
2
2
8
D=
d 槡 1 + 2r（πd2 + 4r）
2
9
D=
d 槡 1 + 6. 28rd1 + 8r
2
2
+ d3 - d2
2
2
116
续表
序号 工 件 形 状 毛 坯 直 径D
D= 10 D=
d 槡 1 + 4d2 h + 6. 28rd1 + 8r
2
2
2
或
2
d 槡 2 + 4d2 H - 1. 72rd2 - 0. 56r
D= 11 D=
d 槡 1 + 2πr2 d1 + 8r2 + 4d2 h + 2πr1 d2 + 4. 56r1 + d4 - d3 d 槡 1 + 4d2 h + 2πr（d1 + d2）+ 4πr d 槡 4 + 4d2 H - 3. 44rd2
2 2 2
2
2
2
2
2
若 r1 = r2 = r 时， 则 + d4 - d3
2 2
或D=
D= 12
d 槡 1 + 2πr2 d1 + 8r2 + 4d2 h + 2πr1 d2 + 4. 56r1 d 槡 1 + 4d2 h + 2πr（d1 + d2）+ 4πr
2 2
2
2
2
若 r1 = r2 = r 时， 则 D=
13
D=
d 槡 1 + 2πrd1 + 8r
2
2
（ + 4d2 h + 2l d2 + d3 ）
14
D=
d 槡 1 + 2πr（d1 + d2）+ 4πr
2
2
15
D = 槡 Rh 或 D = 槡 2 + 4h2 8 s
16
D=
d 槡 1 + 4h
2
2
117
续表
序号 工 件 形 状 毛 坯 直 径D
17
D = 槡 2 = 1. 414d 2d
18
D=
d 槡 1 + d2
2
2
19
D=
d 槡
2
（h + 4 1 + dh2 ）
2
D = 1. 414 槡 2 + 2 dh d 20 或 D =2 槡 dH
4. 5
4. 5. 1
拉深模工作部分结构与尺寸
拉深模工作部分结构
拉深 结构可分为正拉深、反拉深和正装式、倒装式四种形式。 （a） 为无压边圈的拉深 构形式，凹模有圆弧形、锥形 ① 深。图 4-5 和渐开线形等，适用于毛坯相对厚度大的情况。此时，不用压边圈也可以拉深 成形。 对于毛坯相对厚度较小的一般中、小型拉深件，常用图 4-5（b） 的结构形 式。上图用于一次拉深，下图用于多次拉深。 对于尺寸较大的拉深件 （例如直径 d > 100mm） ，多采用如图 4-5 （c） 所示的 118
图 4-5
拉深 一般结构形式
结构形式。上图用于一次拉深，下图用于多次拉深。 图 4-5 （c） 所示的斜角结构形式，除具有一般锥形凹 特点外，还可减轻 毛坯的反复弯曲变形，提高拉深件侧壁的质量。用这种结构时要使相邻的前后两 道工序冲 形状和尺寸具有正确的尺寸关系，要尽量做到前道工序制成的中间 毛坯的形状有利于后继工序中的成形。压边圈与毛坯内表面接触的部分是工作部 分，其形状和尺寸应与前道工序中凸 相应部分相同。凹模锥面的角度 α 也 要与前道工序中凸 斜角相等。另外，为了减轻毛坯在拉深时的反复弯曲变 形，提高零件的质量，应使前道工序中凸 锥顶直径小于后继工序的凹 径，即 d'1 < d2 ，d'2 < d3 。假如取 d'1 = d2 ，则在毛坯的 A 部可能产生不必要的反 复弯曲，如图 4-6 （a） 所示；而当取 d'1 < d2 时，这种不良现象就不再发生，如图 4-6 （b） 所示。但是，在最后一道拉深工序里，为了保证制成的零件底部平整， 要按图 4-5 （d） 所示的尺寸关系进行设计，即最后一道工序的前道工序的凸模圆 角半径应大于最后一道工序中的凸模圆角半径，即 r n - 1 > r n （圆角形凹模） ，或 等于最后一道工序的圆角半径，即 r n - 1 = r n （斜角形凹模） 。 119
图 4-6
斜角尺寸的
图 4-7
反拉深与 深的比较
② 反拉深。从第二道拉深工序开始，便有可能用反拉深方法进行冲压。图 4-7 是反拉深的原理。从图中可以看出，反拉深与正拉深的差别在于凸模对毛坯 的作用方向正好相反。反拉深时，凸模从毛坯的底部反向压下，并使毛坯表面翻 转，内表面成为外表面。因为毛坯的相对厚度不同，反拉深时也有用压边和不用 压边两种形式。 有一些形状特殊的零件，如果用普通的 深法加工，通常是很困难的，甚 至是不可能的，这时如果采用反拉深法，则可能使加工难度大为降低。图 4-8 所 示零件的形状很适合于反拉深法。和 深相比，不仅能减少工序数目，而且还 能提高零件的质量。具有双重侧壁的零件，也只能用反拉深法加工。例如冲压成 形的 V 带轮的中间毛坯就是用图 4-9 所示的反拉深方法加工的。另外，曲面零件 冲压时，反拉深也是常用的方法之一。
图 4-8
适用反拉深加工的零件示例
图 4-9
无凹 反拉深成形
从毛坯的应力状态和变形特点来看，反拉深与正拉深没有本质上的差别。反 拉深时，毛坯侧壁反复弯曲的次数少，引起材料硬化的程度比正拉深时低一些。 但是，反拉深时凹 圆角半径受到零件尺寸的限制，不能过大，其最大值不能 超过 （d1 - d2）/2，所以反拉深法不适用于直径小而厚度大的零件。正拉深时的 拉深系数 m = d2 / d1 越大，拉深越容易，但在反拉深时，拉深系数 m = d2 / d1 过 大会使凹 壁厚过薄，这在强度上是不允许的。但是，图 4-9 所示的零件是个 例外。虽然拉深系数 m2 很大，并且达到了极限值，但是由于采用了无凹模的反 120
拉深法，用毛坯的外壁 了拉深凹 功能，使拉深变形得以顺利完成。这种 方法仅适用于毛坯的相对厚度较小而板材的塑性较高的情况。 通常反拉深拉深力比正拉深要大 10% ～ 20% 。 ③ 式、倒装式拉深。根据拉深零件在模具中正置或倒置的不同，有正 装式拉深模或倒装式拉深模之分。正、倒装式拉深模仅是结构 形 式 上 的 不 同 （拉深凸模或压边圈处于上、下模部分的不同） ，其工作部分形状与尺寸的设计 是相同的。这种结构 形 式 之 分，在 其 它 成 形 模 （翻 边、缩 口 等） 中 也 有 类 似 情况。
4. 5. 2
拉深模工作部分尺寸计算
（1） 拉深模凸、凹模圆角半径 ① 凹模圆角半径 r d 。拉深时，平面凸缘区材料经过凹模圆角流入凸、凹模 间隙。如果凹模圆角半径过小，则材料流入凸、凹模间隙时的阻力和拉深力太 大，将使拉深件表面产生划痕，或使危险断面破裂；如果凹模圆角半径过大，材 料在流经凹模圆角时会产生起皱。 首次拉深的 凹 模 圆 角 半 径 r d1 ，可 根 据 材 料 种 类 和 毛 坯 相 对 厚 度 按 表 4-7 选用。
表 4 -7
拉深方式 ≤2. 0 ～ 1. 0 无凸缘件拉深 带凸缘件拉深 ① 最好用球面压边圈。 注：对于有色金属取较小值，对于黑色金属取较大值。 （4 ～ 6） δ （6 ～ 10） δ
首次拉深凹模圆角半径 ｒ d1
毛坯相对厚度 / D）× 100 （δ < 1. 0 ～ 0. 3 （6 ～ 8） δ （10 ～ 15） δ < 0. 3 ～ 0. 1 ① （8 ～ 12） δ （15 ～ 20） δ
以后各次拉深的凹模圆角半径可按下式取值： r d i =（0. 6 ～ 0. 8） d i - 1 （i = 2， …， r 3， n） 带凸缘件拉深时，末次拉深的凹模圆角半径一般应根据拉深件凸缘圆角半径 确定。当凸缘圆角半径过小时，则应以较大的凹模圆角半径拉深，然后增加整形 工序缩小凸缘圆角半径。 ② 凸模圆角半径。凸模圆角半径过小，拉深过程中危险断面容易产生局部 变薄，甚至被拉破。凸模圆角半径过大，拉深时底部材料的承压面积小，容易 变薄。 首次拉深的凸模圆角半径可等于或略小于首次拉深的凹模圆角半径，即： 121
r p1 =（0. 7 ～ 1. 0） d i r 末次拉深的凸模圆角半径一般按拉深件底部圆角半径 ，但应满足拉深工 艺性要求。当拉深件底部圆角半径过小时，应按拉深工艺性要求 凸模圆角半 径，拉深后通过增加整形工序缩小拉深件底部圆角半径，使之符合图纸要求。 中间各次拉深的凸模圆角半径可从首次到末次拉深的凸模圆角半径值之间逐 次递减，或按下式计算： r p i - 1 = 0. 5d i - 1 - d i - 2 δ （2） 拉深模间隙 拉深 凸、凹模间隙对拉深件质量和模具寿命都有重 要的影响。间隙取值较小时，拉深件的回弹较小，尺寸精度较高，但拉深力较 大，凸、凹 (损较快，模具寿命较低。间隙值过小时，拉深件筒壁将严重变 薄，危险断面容易破裂。间隙取值大时，拉深件筒壁的锥度大，尺寸精度低。 无压边装置的拉深 间隙可按下式取值： Z =（1 ～ 1. 1） max δ 2 式中 Z——拉深模的凸、凹模间隙，mm； — — δ max ——毛坯厚度的最大极限尺寸，mm； 1 ～ 1. 1——系数，对于末次拉深或尺寸精度要求较高的拉深件取较小值，对于 — 首次和中间各次拉深或尺寸精度要求不高的拉深件取较大值。 有压边装置的拉深 间隙可按表 4-8 取值。
表 4 -8 使用压边圈进行拉深时的凸、凹模单边间隙
总 1 2 3 拉 深 次 数 4 5
各次拉深的凸、 凹模单边间隙 / mm 1 1 ～ 1. 1t 1 1. 1t 2 1 ～ 1. 05t 1 1. 2t 2 1. 1t 3 1 ～ 1. 05t 1、 2 1. 2t 3 1. 1t 4 1 ～ 1. 05t 1、 3 2、 1. 2t 4 1. 1t 5 1 ～ 1. 05t
（3） 拉深凸、凹模工作部分尺寸
末
次拉深的凸、凹模工作尺寸，应保证拉深 件的尺寸精度符合图纸要求，并且保证模 具有足够的 寿命。 对于标 注 外 形 尺 寸 的 拉 深 件， 如 图 4-10 （a） 所示，应 当 以 凹 模 为 基 准，先 计 算 凹 工作尺寸，然后通过减小凸 模 尺 寸 保 证 凸、 凹 模 间 隙， 计 算 公 式 122
图 4-10 拉深凸凹模工作尺寸计算
如下： Dd =（Dmax - 0. 75 Δ）
+ δd 0 0
d
Dp =（Dmax - 0. 75 Δ - Z）- δ
对于标注内形尺寸的拉深件，如图 4-10（b） 所示，应当以凸模为基准，先 确定凸模的工作尺寸，然后通过增大凹模尺寸保证凸、凹模间隙， 公式 如下： d p =（d min + 0. 4 Δ）- δ
0
p
d d =（d min + 0. 4 Δ + Z） 可按下列公式 ： Dd i = Di
+ δd 0 0
p
+ δd 0
对于首次和中间各次拉深，半成品的尺寸无需严格要求，凸、凹模工作尺寸
Dp i =（Di - Z）- δ 式中 Dd ，d d ——凹 基本尺寸，mm； — Dp ，d p ——凸 基本尺寸，mm； —
Dmax ——拉深件外径的最大极限尺寸，mm； — d min ——拉深件内径的最小极限尺寸，mm； — — Di ——首次和中间各次拉深半成品的外径的基本尺寸，mm； — Δ ——拉深件的制造公差，mm； — δ d ，δ p ——凹模和凸模的制造公差，mm，可按表 4-9 取值； Z——拉深模间隙，mm。 —
表 4 -9
材料厚度 δ / mm δd ≤0. 5 > 0. 5 ～ 1. 5 > 1. 5 0. 02 0. 04 0. 06
拉深凸模和凹 制造公差
拉深件直径 d / mm
≤20 δp 0. 01 0. 02 0. 04 δd 0. 03 0. 05 0. 08
20 ～ 100 δp 0. 02 0. 03 0. 05 δd — 0. 08 0. 10
> 100 δp — 0. 05 0. 06
拉深凹模的工作表面的表面粗糙度应达到 Ra 0. 8μm，口部圆角处的表面粗糙度 一般要求为 Ra 0. 4μm。凸模工作部分的表面粗糙度一般要求为 Ra 1. 6 ～ 0. 8μm。 123
4. 5. 3
压边装置
在拉深过程中，凸缘变形区是否起皱主要取决于
（1） 采用压边圈的条件
材料相对厚度 δ / D 和拉深系数 m 的大小。如果材料相对厚度较小，拉深系数也 较小，凸缘便会起皱。为了防止凸缘起皱，必须用压边圈压住，因此判别是否起 皱的条件也就是判别是否采用压边圈的条件。生产上决定是否采用压边圈可查表 4-10。
表 4 -10
拉深方法 δ / D × 100 用压边圈 可用可不用 不用压边圈 < 1. 5 1. 5 ～ 2. 0 > 2. 0 m1 < 0. 6 0. 6 > 0. 6 δ / d m - 2 × 100 <1 1 ～ 1. 5 > 1. 5 m2 < 0. 8 0. 8 > 0. 8
采用或不采用压边圈的条件
以后各次拉深
第一次拉深
（2） 压边装置的类型
压边装置一般可以分为刚性和弹性两种类型。刚性
压边装置就是在双动冲床上利用外滑块压边。这种压边的特点是压边力不随冲床 行程变化，拉深效果较好，模具结构简单。弹性压边装置一般用于单动冲床上， 其特点是压边力随冲床的行程而变化。弹性压边装置有 、弹簧、气垫三种 。弹簧和 一般装在冲模上，气垫装在冲床工作台下，这三种压边 （图 4-11） 装置所产生的压边力和行程的关系如图 4-12 所示。从图中可以看出气垫的压边 力随行程变化很小，可近似认为不变，因此压边效果较好。弹簧和 的压边力 随行程增大而升高，故对拉深不利。但是气垫结构较复杂，制造不易，并需使用 压缩空气。对于中、小厂的一般冲床，采用弹簧和橡皮是很方便的，此外根据生 产经验，只要 '地选择弹簧规格和橡皮的牌号和尺寸，就可以减少它们的不利 因素，因此弹簧和 在拉深模具中的应用还是很广泛的。
图 4-11
弹性压边圈装置
124
（3） 压边圈的类型
首
次拉深一般均采用平面压边 圈，如图 4-13 所示。如材料 相对厚度 小 于 0. 3，并 且 有 小凸缘和很大凸缘圆角半径 时，应 采 用 带 弧 形 的 压 边 圈，如图 4-14 所示。
图 4-12
压边力和行程的关系
1—气垫；2—弹簧；3—橡皮
图 4-14
弧形压边圈
1—压边圈；2—凹模； 3—凸模；4—顶板
首 次 拉 深 用 图 4-15 中 的 （a） 、
图 4-13 平面压边圈
、（c） 、（d） ，其中图 4-15 （a） 为 （b） 常用结构，图 4-15 （b） 、图 4-15 （c） 在 拉深凸缘宽度很宽的凸缘件时采用，图 4-15 （d） 可以通过修 位钉调 整 压
1—压边圈；2—凹模； 3—凸模；4—顶板
边力的大小，并使压边力在拉深过程中保持不变。图 4-15 （e） 、图 4-15 （f） 用于 以后各次拉深，图 4-15 （e） 采用固定限位柱，图 4-15 （f） 采用可调限位柱。
图 4-15
压边圈的结构
图中参数 c 的取值为： c =（0. 2 ～ 0. 5） δ 125
s 的取值为： 拉深带凸缘的工件时，s = δ +（0. 05 ～ 0. 1） 拉深铝合金工件时，s = 1. 1 δ 拉深钢制工件时，s = 1. 2 δ
4. 6
拉深模典型结构
根据拉深工作情况及使用设备的不同，拉深模的结构也不同。拉深工作可在 一般的单动压力机上进行，也可在双动、三动压力机以及特种设备上进行。在单 动压力机上工作的拉深模，按工序集中程度可分为单工序拉深模、复合拉深模和 级进拉深模；按工艺顺序可分为首次拉深模和再次拉深模，按模具结构特点可分 为带压边装置和不带压边装置。下面介绍单动压力机拉深 结构形式。 （1） 无压边圈的拉深模 图 4-16 所示为无压边圈的首次拉深模，适于坯料 塑性好、相对厚度 （δ / D）× 100 ≥2、m1 > 0. 6 的拉深工作。由图可以看出，圆 坯料由定位板 5 定位，凸模 2 下行，坯料通过凹模孔成形，凸模回程时，冲件被 凹模内壁的台阶卸下。为了使坯料容易进入凹模，凹模口部应做成 30°锥度或抛 物线形。模具设计时，应设法减少拉深件和凹模直壁间的摩擦，以提高拉深件的 表面质量。为此，凹模直壁高度 h 不能太大，在一般拉深时，h 取 9 ～ 13mm；精 度要求高时，取 6 ～ 10mm；变薄拉深时，取 3 ～ 6mm。凸模中心有气孔，以便于 卸件与保证冲件质量。
图 4-16
无压边圈的首次拉深模
1—上模座；2—凸模；3—固定板；4—出气孔；5—定位板；6—凹模；7—下模座
（2） 有压边圈的拉深模 图 4-17 为有固定压边圈的首次拉深模。压边圈 5 用螺钉固定在凹模 7 上，它与凹模之间的间隙是不变的，约为坯料厚度。拉深 126
时，坯料变形区在固定压边圈和凹模的间隙流动，可以防止坯料的失稳起皱。固 定压边圈能承受的压边力很大，所以这种模具适于厚板拉深。 图 4-18 为带弹性压边圈的首次拉深模。压边圈 8 与弹簧 1、卸料螺钉 5 和限 位螺栓 9 等零件组成弹性压边装置，坯料由定位板 10 定位，上模下行时，压缩 弹簧 1 产生的压力作用在坯料上。上 续下行，弹簧不断压缩，凸模将坯料拉 入凹模 11 成形。对于直壁较大的拉深件，弹簧的压缩量也大，压边力也会急剧 线性增加。为了防止压边力过大引起冲件破裂，在压边圈上装有 3 ～ 4 个限位螺 栓 9，使弹簧 1 在压缩过程中产生的一部分压边力通过限位螺栓作用在下模上， 保持作用在坯料上的压边力仍为一定值。为了提高拉深件表面质量，应减少拉深 件与凹模直壁的摩擦，对于一般精度的拉深件，凹模直壁高度可为 9 ～ 13mm。
127
图 4-17
有固定压边圈的首次拉深模
1—上模座；2—凸模；3—凸模固定板；4—出气孔；5—压边圈；6—定位板； 7—凹模；8—凹模固定板；9—下模座
图 4-18
带弹性压边圈的首次拉深模
1—弹簧；2—通孔；3—上模板；4—凸模固定板；5—卸料螺钉；6—凸模； 7—凸模气孔；8—压边圈；9—限位螺栓；10—定位板； 11—凹模；12—下模板
128
第 5 章 多工位级进模
级进模是将工件的内、外形逐次冲出的，虽然每次冲压都有定位误差，较难 稳定保持工件内、外形相对位置的一次性，级进 构复杂，制造精度高，周期 长，成本高，但精度高的零件，并非全部轮廓的所有内、外形相对位置要求都 高，可以在冲内形的同一工位上，把相对位置要求高的这部分轮廓同时冲出，从 而保证零件的精度要求。
5. 1
多工位级进模的概述
级进模就是在压力机滑块的一次行程中，在模具的不同工位上分别进行各自 的冲压工作，而在最后的工位上才能得到所需的工件，因此工件的内孔与外形的 相互位置精度能否保证，取决于条料的送进定位精度。多工位级进模是在普通级 进模的基础上发展起来的精密、高效、高寿命的较为先进的模具。一般情况下， 多工位级进模都与自动送料、自动出件、自动检测与自动保护等装置配置在一 起，以实现自动化生产，主要用于生产批量大、形状复杂、精度要求较高、材料 厚度较薄的中小型冲件的生产。 多工位级进模作为冲压生产的先进模具，具有以下特点。 （1） 冲压生产效率高 多工位级进模在不同工位连续完成复杂零件的冲裁、 弯曲、拉深、翻孔、翻边及其它成形和装配等工序，大大减少了中间运转和复杂 定位等环节，明显提高了生产效率，尤其级进模可以采用高速压力机生产，工件 和废料可以直接往下漏，成倍提高了小型复杂零件的生产效率。 （2） 操作安全，自动化程度高 多工位级进模一般都带有自动送料、自动 出件装置，模具中设有安全检测装置，冲压加工发生误送或其它意外时，压力机 能自动停机。一个操作工人能操作 多台压力机，操作工人的手不需要进入危 险区。这些充分体现了操作安全和自动化程度高的优点。 （3） 模具 寿 命 长 级 进 模 设 计 时， 工 序 可 以 分 不 必 集 中 在 一 个 工 位，在工序集中的区域则 需 设 有 空 位， 不 存 在 复 合 模 中 的 “最 小 壁 厚” 问 题。因而模具强度相对较高，工作零件结构相对优化，延长了多工位模具的 使用寿命。 （4） 冲件质量高 多工位级进模常常具有高精度的导向装置和定距系统，
足以保证冲压零件的加工精度。 （5） 设计制造难度大，但总成本较低 多工位级进模设计与制造难度较大、 周期长、制造成本较高，材料的利用率一般也较低，但级进 产效率高，高速 冲压设备占有数少，操作工人数少、车间占用面积少，节省了储存和运输环节， 因而冲压零件的总体生产成本其实并不高，具有较好的经济效益。因此工位级进 模得到广泛的应用。
5. 2
5. 2. 1
多工位级进模的分类
多工位级进模的类型很多，通常有如下两种分类方法。
按冲压件成形方法分类
这种级进 各工作型孔 （除侧刃外） 与被冲零件
（1） 封闭型孔级进模
的各个型孔及外形 （对于弯曲件即展开外形） 的形状完全一致，并分别设置在 一定的工位上，材料沿各工位经过连续冲压，最后获得所需要的冲件，如图 5-1 所示。
图 5-1
封闭型孔多工位级进冲压
（2） 切除余料级进模
这种级进模是对冲件较为复杂的外形和型孔，采取
逐步切除余料的办法，经过逐个工位的连续冲压，最后获得所需要的冲件，如图 5-2 所示。显然，这种级进模工位数一般比封闭型孔级进模多。
5. 2. 2
按级进模所包含的工序性质分类
多工位级进模按所包含的冲压工序性质不同，可分为冲裁多工位级进模、冲 裁拉深多工位级进模、冲裁弯曲多工位级进模、冲裁成形 （胀形、翻孔、翻边、 缩口、整形等） 多工位级进模、冲裁拉深弯曲多工位级进模及冲裁拉深弯曲成 形多工位级进 。 129
图 5-2
切除余料的多工位级进冲压
5. 3
多工位级进模排样设计
多工位级进模的排样设计合理与否，直接影响到模具设 成败。多工位级 进模工位数很多，要充分考虑分段切除和工序安排的合理性，并使条料在连续冲 压过程中畅通无阻，级进模便于制造、使用、维修和刃 因此，设计排样图时 应考虑多个方案，并进行分析、比较、综合后确定出最佳方案。
5. 3. 1
排样设计的原则
多工位级进模的排样设计不单与工件冲压方向、变形次数及相应的变形程度 相关，还与模具制造的可能性以及工艺性相关。多工位级进 排样图设计时应 遵循以下原则。 ① 尽可能提高材料的利用率，尽量按少、无废料排样，以便降低冲件成本， 提高经济效益。双排或多排排样比单排排样要节省材料，但模具结构复杂，制造 困难，给操作也带来不便，需综合考虑后加以 。 ② 在不影响凹模强度的原则下，合理 工位数，工位数越少越好，这样 可以减少累积误差，使冲出的零件精度高。但有时为了提高凹模的强度或便于安 装凸模，需在排样图上设置空工位。原则上步距小 （s < 8mm） 时宜多设空位， 步距大 （s > 16mm） 时少设空位。 ③ 合理安排工序顺序。原则上宜先安排冲孔、切 切槽等冲裁工序，再 安排弯曲、拉深、成形等工序，最后切断或落料分离。但如果孔位于成形工序的 变形区，则在成形后冲出。对于精度要求高的，应在成形工序之后增加校平或整 形工序。 ④ 保证条料送进步距的精度。一般应设置导正销精定位，侧刃则起粗定位 130
作用。当使用送料精度较高的送料装置时，可不设侧刃，只设导正销即可。 导正销孔应在第一工位冲出，第二工位开始导 以后根据冲件精度要求， 每隔适当工位设置导正销。导 孔可以是冲件上的孔，也可以在条料上冲工艺 孔。对于带料级进拉深，也可借助拉深凸模进行导正，但更多的是冲工艺孔导正。 ⑤ 保证冲件形状及尺寸的准 。冲件上的型孔位置精度要求较高时，在 不影响凹模强度的前提下，应尽量安排在同一工位或相邻两工位上冲出。 ⑥ 提高凹模强度及便于模具制造。冲压形状复杂的零件时，可用分段切除 的方法，将复杂内孔或外形分步冲出，以使凸、凹模形状简单规则，便于模具制 造并提高寿命，但应注意控制工位数。此外，也要防止凹模型孔距离太近而影响 其强度。凹模型孔距离也不宜太远，否则增大模具的尺寸，既浪费材料又显得笨 重，而且还会降低冲裁精度。
5. 3. 2
排样设计时应考虑的因素
多工位级进模的排样设计除要遵循上述原则以外，还应综合考虑下列因素。 （1） 冲件的生产批量与企业的生产能力 当冲件的生产批量大，而企业的 生产能力 （压力机数量及吨位、自动化程度、工人技术水平等） 不足时，可采 用双排或多排排样，在模具上提高效率。否则宜采用单排排样较好，因为单排排 样的模具结构简单，便于制造，并可延长使用寿命。 （2） 冲压力的平 排样图设 结果应力求使压力中心与模具中心重合， 其最大偏移量不能超过模具长度的 1 /6。需要侧向冲压时，应尽可能将凸模的侧 向运动方向垂直于送料方向，以便侧向机构设在送料方向的两侧。 （3） 冲件的毛刺方向 当冲件有毛刺方向要求时，无论采用双排或多排， 必须保证冲出的毛刺方向一致，如图 5-3 所示。对于弯曲件，应使毛刺朝向弯曲 内区，这样既美观又不易弯裂。
图 5-3
排样图中冲件的毛刺方向
（4） 成形工序件方向的设置
多工位级进冲压过程中，必须保持条料的基
本平面为同一水平面，其成形部位只能向上或向下。对于弯曲、拉深等成形工 序，究竟采用向上或向下成形，主要考虑模具结构和送料方法以及卸料与顶件的 可靠性，力求使模具结构简单、送料方便、卸料顶件可靠稳定。 131
5. 3. 3
载体设计
载体就是级进冲压时条料上连接工序件并将工序件在模具上平稳送进的部 分。载体与一般冲压排样时的搭边有相似之处，但作用是完全不同的。搭边是为 了满足把工件从条料上冲切下来的工艺要求而设置的，而载体是为运载条料上的 工序件至后续工位而设 。载体必须具有足够的强度，能平稳地将工序件送 进。如载体发生变形，条料的送进精度就无法保证，甚至阻碍条料送进或造成事 故，损坏模具。载体与工序件之间的连接段称为搭接头。 根据冲 件 形 状、变 形 性 质、材 料 厚 度 等 情 况 的 不 同，载 体 可 有 下 列 几 种 形式。 （1） 单载体 单载体是在条料的一侧留出一定宽度的材料，并在适当位置 与工序件连接，实现对工序件的运载。单载体适合于切边型排样中使用，如图 5-4 所示。其尺寸如图 5-5 （a） 所示。
图 5-4
单载体应用示例
图 5-5
单、双载体尺寸 （单位：mm）
（2） 双载体
双载体又称标准载体，它是在条料两侧分别留出一定宽度的
材料运载工序件。双载体比单载体更稳定，具有更高的定位精度，主要适用于薄 料、精度要求较高的冲件，但材料利用率低。双载体的尺寸如图 5-5 （b） 所示。 132
（3） 中心载体
与单载体相似，中心载体位于条料中部，它比单载体或双
载体节省材料，在弯曲工序排样中应用较多，如图 5-6 所示。中心载体宽度可根 据冲件的特点灵活确定，但不应小于单载体的宽度。
图 5-6
中心载体应用示例
（4） 无载体
无载体实际上与坯料无废料排样是一致的，冲件外形具有一
定的特殊性，即要求坯料左右边界在几何上具有互补性，如图 5-7 所示。
图 5-7
无载体应用示例
（5） 边料载体
边料载体是利用条料搭边作为载体的一种形式。这种载体
稳定性好，简单省料。边料载体主要用于落料型排样，如图 5-8 所示。
图 5-8
边料载体应用示例
5. 3. 4
冲切刃口设计
为实现复杂零件的冲压或优化模具结构，一般总是将复杂外形和内形型孔分 几次冲切。这就要求设计合理的凸模和凹模刃 形，冲切刃口设计可分为冲件 轮廓的分割和重组两个阶段。 （1） 冲切刃口设计的原则 应遵循的原则是： ① 刃口分解与重组应保证冲件的形状、尺寸、精度和使用要求； ② 轮廓分解的段数应尽量少，分解后各段间的连接应平直圆滑，并有利于 133 冲切刃口设计一般在坯料排样后进行，设计时
简化模具结构，重组后形成的凸模和凹模外形要简单、规则，有足够的强度，便 于加工等。 图 5-9 所示是冲切外形时两种较好的刃口分解和组合方式。
图 5-9
刃口分解示例
（2） 轮廓分解时分段搭接头的基本形式
内、外形轮廓分 ，各段之间
必然要形成搭接头，不恰当的分 导致搭接头处产生毛刺、错牙、尖角、塌 角、不平直和不圆滑等质量问题。常见的搭接头形式有以下三种。 ① 交接。交接是指毛坯轮廓经分解与重组后，冲切刃 间相互交错，有 少量重叠部分，如图 5-10 所示。按交接方式进行刃口分解，对保证交接头连接 质量比较有利，使用比较普遍。 t。 交接量一般大于 0. 5t，若不受交换型孔尺寸的限制，交换量可达 （1 ～ 2. 5）
图 5-10
交接示意图
134
② 平接。平接就是把零件的直边段分成两次冲切，两次冲切刃 行、共线， 但不重叠，如图 5-11 所示。这种连接方式可提高材料利用率，但设计制造模具时， 其步距精度、凸模和凹模制造精度都要求较高，容易产生毛刺、错牙、不平等质量 问题，为保证平接各段的搭接质量，应在各段冲切工位上设置导 导正。
图 5-11
平接连接方式
③ 切接。切接是在坯料圆弧部分分段冲切时的搭接形式，即在第一工位上 先冲切一部分圆弧段，在后续工位上再切去其余部分，前后两段应相切，如图 5-12 所示。
图 5-12
切接连接方式
5. 3. 5
定距设计
由于多工位级进模将冲件的冲压工序分布在多个工位上依次完成，要求前后 工位上工序件的冲切部位能准 接、匹配，这就要求合理控制定距精度和采用 定距元件或定距装置，使工序件在每一工位都能准 位。 工序件依附于条料，因此多工位级进模一般采用侧刃或自动送料装置对条料 进行送进定距，并设置导正销进行精 位。 （1） 步距和步距精度 过程能否顺利完成。 ① 步距的基本尺寸。常见排样的步距基本尺寸，可按表 5-1 确定。 135 步距是指条料在模具中逐次送进时每次向前移动的 距离。步距的大小及精度直接影响冲件的外形精度、内外形相对位置精度和冲切
表 5 -1
步距的基本尺寸
排样方式 （自右向 左送料）
进距基 本尺寸
S = A+ M
S=B+M
排样方式 （自右向 左送料）
进距基 本尺寸
S=
M+ B sinα
S = A + B + 2M
② 步距精度。为了 级进模加工出的产品质量和模具加工精度的经济合 理，步距必须要有一定的公差范围，称为步距精度。进距精度愈高，冲件的精 度也愈 高，但 进 距 精 度 过 高，将 给 模 具 加 工 带 来 困 难，模 具 制 造 成 本 就 会 增加。 影响步距精度的主要因素包括：冲件的精度等级、形状复杂程度、条料的厚 度和材质、模具的工位数、冲压时条料的送料方式和定距方式等。 多工位级进模步距精度一般可按如下经验公式估算： δ= ± 式中 β 2槡 n
3
k
（5-1）
— δ——多工位级进模步距对称偏差值，mm； — β——将冲件沿送料方向最大轮廓尺寸的精度等级提高四级后的实际公差 值，mm； n——模具设 工位数； — k——修 数，见表 5-2。 —
136
表 5 -2
冲裁间隙 Z （双面）/ mm 0. 01 ～ 0. 03 > 0. 03 ～ 0. 05 > 0. 05 ～ 0. 08 > 0. 08 ～ 0. 12 k 0. 85 0. 90 0. 95 1. 00
修正系数 ｋ 值
冲裁间隙 Z （双面）/ mm > 0. 12 ～ 0. 15 > 0. 15 ～ 0. 18 > 0. 18 ～ 0. 22 k 1. 03 1. 06 1. 10
〔例 5 -1 〕 如图 5-2 （a） 所示冲件，经展开后沿送料方向的最大轮廓尺寸是 13. 85mm，按图 5-2 （b） 所示的排样图共有 8 个工位。设冲件的精度等级为 IT14 级，模具的双面间隙为 0. 08 ～ 0. 10mm，求此多工位级进 步距偏差值。 将冲件沿送料方向的最大轮廓尺寸 13. 85mm 的精度等级 （IT14） 提高 四级后 （IT10） 的公差值为 0. 07mm，即 β = 0. 07mm，即 n = 8，由双面间隙Z = 0. 08 ～ 0. 10mm 查表 5-2 得 k = 1. 00，代入式 （5-1） ，得 δ= ± β 2槡 n
3
k= ±
0. 07 × 1 = ± 0. 0175 ≈ ± 0. 02 （mm） 3 2 ×槡 8
为了克服多工位级进模各工位之间步距的累积误差，在标注凹模、凸模固定 板、卸料板等零件中与步距有关的孔位尺寸时，均以第一工位为尺寸基准向后标 注，并以对称偏差值 δ 标注步距公差，这样可避免各工位间积累误差的影响，便 于控制级进模的制造精度，尺寸标注如图 5-13 所示。 （2） 侧刃与导
图 5-13
多工位级进模凹模步距尺寸及公差标注
137
① 侧刃。侧刃是级进模中普遍采用的定位 方法，具有定位可靠、结构比较简单和生产率 高等特点。常用于条料定距中的粗定位，实际 上侧刃并不直接用于定位，而是通过侧刃在条 料一侧 或 两 侧 冲 切 长 度 等 于 送 料 步 距 的 缺
图 5-14 侧刃定距原理
靠缺 肩抵住侧刃挡块对条料送进进行定距 的，如图 5-14 所示。
侧刃冲切缺口的宽度尺寸如图 5-15 所示。根据 A 值的大小，有时还要对坯 料排样时确定的条料宽度进行适当调整。经侧刃冲切后的条料与导料板之间的间 隙不宜过大，一般为 0. 05 ～ 0. 15mm，薄料取小值，厚料取大值。
图 5-15
侧刃冲切缺口尺寸
侧刃冲切缺口长度应略大于步距基本尺寸，以使导 插入条料导正孔后有 回退 0. 03 ～ 0. 15mm 的余地，从而达到精确定位的目的，否则，导正销无法顺利 插入导正孔，若强行插入，则会引起小直径导 弯曲或导 变形，难以实现 对条料的精 位。 在高速冲压时，一般采用自动送料装置实现带料的自动送进，其送料步距精 度主要取决于送料装置的精度。当步距精度要求高时，送料装置的送进一般也只 用作粗定位，还需用导 进行精定位。 ② 导正销。在多工位级进模中，导正销常用于插入条料上的导 以矫正 条料的位置，保持凸模、凹模和冲件三者之间具有正确的相对位置。导 起精 定位的作用，一般与其它粗定位方式结合使用，其定位原理如图 5-16 所示。 导正孔直径与导正销校正能力有关。导 直径过小，导 易弯曲变形， 导正精度差；导正孔过大，则会降低材料利用率和载体强度。一般导 直径大 ，导 直径应大于或等于 1. 5mm， 于或等于料厚的 2 倍，对薄料 （t < 0. 5mm） 导正孔直径的经验值见表 5-3。 138
图 5-16
导正销工作原理
1—导料板；2—顶料销；3—侧刃挡块；4—导
表 5 -3
t / mm < 0. 5 0. 5 ～ 1. 5 d min / mm 1. 5 2. 0
导正孔直径 ｄ
t / mm > 1. 5 d min / mm 2. 5
导正孔要在第一工位冲出，紧接的工位上要有导 。在以后的工位上，还 应优先在材料易窜动或重要的工位上设置导正销，单载体的末工位也要有导 ， 以校 体横向弯曲。导 至少要设置两个，超过两个时，可等间距布置。
5. 4
多工位级进模典型结构
根据冲件的排样设计，可以考虑多工位级进模的整体结构。生产中使用的多 工位级进 类型较多，表 5-4 列出了常见多工序组合级进模中的实例。下面通 过几个不同类型的冲件的排样设计和对应的几副模具的结构分析，介绍不同类型 的多工位级进 结构特点。
5. 4. 1
带料级进拉深模
图 5-17 所示为带料级进拉深模， 式结构，其工作顺序是切口、首次拉 深、二次拉深、三次拉深、整形，最后将制作分离，从下模中漏落。 该模具第一工位的切 模 13 和第六工位的落料凸模 2 与上模板均以球面 接触。考虑到凸 (钝修磨后变短，分别装有螺塞 11、12 和螺塞 1、3，以便于 调节凸模高度，不影响拉深高度。凹模 23 磨钝修 也可由螺塞 20、21 调节 （但必须把垫圈 24 与凹 (成等量高度） 。 139
表 5 -4
工序组合方式 模具结构简图
多工序组合级进模示例
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
第二、三工位的拉深凸模 10、8 顶面分别由斜楔 6 来调节凸模高度，便于调 节首次和二次拉深件的高度，以便压出合格的工件。 该模具采用手工送料，开始由目测预定位，然后分别由压边圈 9、凸模 4 及 导正销 22 插入毛坯中定位。
5. 4. 2
冲孔、落料多工位级进模
图 5-18 所示为微电机的转子片与定子片简图，材料为电工硅钢片，料厚为 140
图 5-17
带料级进拉深模
1， 11， 20， 3， 12， 21—螺塞；2， 5， 10， 4， 8， 13—凸模；6—斜楔；7， 25—卸料板； 9， 15—压边圈；14， 17， 19， 16， 18， 23—凹模；22—导 ；24—垫圈
0. 35mm，生产批量为大批量生产。 （1） 排样图设计 由于微型电机的定子片和转子片在使用中所需数量相等， 转子的外径比定子的内径小 1mm，因此定子片和转子片具备套冲的条件。由图 可知，定、转子冲件的精度要求较高，形状也比较复杂，故适宜采用多工位级进 模冲压，冲件的冲压工序均为冲孔和落料。冲件的异形孔较多，在级进模的结构 设计和加工制造上都有一定的难度，因此要精心设计，各种问题都要考虑周全。 微电机的定、转子冲片是大批量生产，故选用硅钢片卷料，采用自动送料装 置送料，其送料精度可达 ± 0. 05mm。为了进一步提高送料精度，在模具中还应 141
图 5-18
微电机的转子片与定子片简图
使用导正销作精定位。 冲件的排样设计如图 5-19 所示，排样图分 8 个工位，各工位的工序内容如下。
图 5-19
微电机转子片与定子片排样图
工位 1：冲 2 个 ��8mm 的导 孔；冲转子片各槽孔和中心轴孔；冲定子片 两端 4 个小孔的左侧 2 孔。 工位 2：冲定子片右侧 2 孔；冲定子片两端中间 2 孔；冲定子片角部 2 个工 艺孔；转子片槽和 ��10mm 孔校平。 工位 3：转子片外径 ��47. 2 - 0. 05 mm 落料。 工位 4：冲定子片两端异形槽孔。 工位 5：空工位。 工位 6：冲定子片 ��48. 2 工位 7：空工位。 工位 8：定子片切断。 排样图步距为 60mm，与定子片宽度相等。 转子片中间 ��10mm 的孔有较高的精度要求，12 个线槽孔要直接缠绕径细、 142
+ 0. 05 mm 0 0
内孔；定子片两端圆弧余料切除。
绝缘层薄的漆包线，不允许有明显的毛刺。为此，在工位 2 设置对 ��10mm 孔和 12 个线槽孔的校平工序。工位 3 完成转子片的落料。 定子片中的异形孔比较复杂，孔中有四个较狭窄的突出部分，若不将内形孔 分解冲切，则整体凹模中 4 个突出部位容易损坏。为此，把内形孔分为两个工位冲 出，考虑到 ��48. 2
+ 0. 05 mm 0
孔精度较高，应先冲两头长形孔，后冲中孔，同时将 3
个孔打通，完成内孔冲裁。若先冲中孔，后冲长形孔，可能引起中孔的变形。 工位 8 采取单边切断的方法，尽管切断处相邻两片毛刺方向不同，但不影响 使用。 （2） 模具结构 根据排样图，该模具为 8 工位级进模，步距为 60mm。模具 的基本结构如图 5-20 所示。为保证冲件的精度，用了四导柱滚珠导向钢板模架。 模具由上、下两部分组成。 ① 下模部分 a. 凹模。凹 凹模基体 2 和凹模镶块 21 等组成。凹模镶块共有 4 块，工 位 1、2、3 为第 1 块，工位 4 为第 2 块，工位 5、6 为第 3 块，工位 7、8 为第 4 块。每块凹模分别 用 螺 钉 和 销 钉 固 定 在 凹 模 基 体 上，保 证 模 具 的 步 距 精 度 达 ± 0. 005mm。凹模材料为 Cr12MoV，淬火硬度 62 ～ 64HRC。 b. 导料装置。在组合凹模的始末端均装有局部导料板，始端导料板 24 装在 工位 1 前端，末端导料板 28 设在工位 7 以后，采用局部导料板的目的是避免带 料送进过程中产生过大的阻力。中间各工位上设置了 4 组 8 个槽式浮顶销 27， 其结构如图 5-21 所示，槽式浮顶销在导向的同时具有向上浮料的作用，使带料 在运行过程中从凹模面上浮起一定的高度 （约 1. 5mm） ，以利于带料运行。 c. 校平组件。在下模工位 2 的位置设置了弹性校平组件 23，其目的是校平 前一工位上冲出的转子片槽和 ��10mm 孔。校平组件中的校平凸模与槽孔形状相 同，其尺寸比冲槽凸模周边大 1mm 左右，并以间隙配合装在凹模板内。为了提 供足够的校平力，采用了碟形弹簧。 ② 上模部分 a. 凸模。凸模高度应符合工艺要求，工位 3 的 ��47. 2mm 的落料凸模 19 和 工位 6 的三个凸模较大，应先进入冲裁工作状态，其余凸模均比其短 0. 5mm， 当大凸模完成冲裁后，再使小凸模进行冲裁，这样可防止小凸模折断。 模具中冲槽凸模 17，切废料凸模 6、7，冲异形孔凸模 20 都为异形凸模，无 台阶。大一些的凸模采用螺钉紧固，凸模 20 呈薄片状孔，故采用销钉 14 吊装于 凸模固定板 11 上，至于环形分布的 12 个冲槽凸模 17 是镶在带台阶的凸模座 16 上相应的 12 个孔内，并采用卡圈 15 固定，如图 5-22 所示。卡圈切割成两半， 用卡圈卡住凸模上部 的凹槽，可防止凸模卸料时被拔出。 b. 弹性卸料装置。由于模具中有细小凸模，为了防止细小凸模折断，需采 143
图 5-20
微电机转子片与定子片多工位级进模
1—下模座；2—凹模基体；3—导 座；4—导 ；5—卸料板；6， 7—切废料凸模；8—滚动 导柱导套；9—碟形卸料弹簧；10—切断凸模；11—凸模固定板；12—垫板；13—上模座； 14—销钉；15—卡圈；16—凸模座；17—冲槽凸模；18—冲孔凸模；19—落料凸模； 20—冲异形孔凸模；21—凹模镶块；22—冲槽凹模；23—弹性校平组件； 24， 28—局部导料板；25—承料板；26—弹性防粘推杆；27—槽式浮顶销
用带辅助导向机构 （即小导柱和小导套） 的弹性卸料装置，使卸料板对小凸模 进行导向保护。小导柱、导套的配合间隙一般为凸模与卸料板之间配合间隙的 1 /2，本模具由于间隙值都很小，因此模具中的辅助导向机构是共用的模架滚珠 导向机构。 144
图 5-21
槽式浮顶销
图 5-22
冲槽凸模的固定
1—带料；2—浮顶销；3—凹模； 4—下模座；5—弹簧；6—螺堵
为了保证卸料板具有良好的刚性和耐 ，并便于加工，卸料板共分为 4 块，每块板厚为 12mm，材料为 Cr12，并热处理淬硬 55 ～ 58HRC。各块卸料板均 装在卸料板基体上，卸料板基体用 45 钢制作，板厚为 20mm。因该模具所有的 工序都是冲裁，卸料板的工作行程小，为了保证足够的卸料力，采用了 6 组相同 的碟形弹簧作弹性元件。 c. 定位装置。模具的步距精度为 ± 0. 05mm，采用的自动送料装置精度为 ± 0. 05mm，为此，分别在模具的工位 1、3、4、8 上设置了 4 组共 8 个呈对称布 置的导正销，以实现对带料的精 位。导 与固定板和卸料板的配合选用 H7 / h6。在工 位 8，带 料 上 的 导 正 销 孔 已 被 切 除，此 时 可 借 用 定 子 片 两 端 向 ��6mm 孔作导正销孔，以保证最后切除时的定位精度。在工位 3 切除转子片外圆 时，用装在凸模上的导 ，借用中心孔 ��10mm 导正。 d. 防粘装置。防粘装置是指弹性防粘推杆 26 及弹簧等，其作用是防止冲裁 时分离的材料粘在凸模上，影响模具的正常工作，甚至损坏模具。工位 3 的落料 凸模上均布了 3 个弹性防粘推杆，目的是使凸模上的导正销与落料的转子片分 离，阻止转子片随凸模上升。
5. 4. 3
落料、冲孔级进模
图 5-23 所示为落料冲孔级进模，两侧压块 12 在弹簧片 11 作用下把条料压 向一边，挡料杆 1 挡料，使送料更为准 开始进行第一工位冲孔、第二工位落料时，用第一、第二始用挡料销 9 挡 料，以后即由挡料杆 1 挡料。挡料杆装在冲搭边的凸模 3 下面且较长，当上模在 上死点时，挡料杆仍不离开凹模刃面，故条料往左送进即被挡料杆挡住。在冲裁 的同时，凸模 3 将搭边冲开一个缺 条料可顺利 （不用抬料） 继续向左送料， 实现连续冲裁在第二工位落料时，由导正销 5 精 位，这样可保证垫圈孔与外 145
图 5-23
落料冲孔级进模
1—挡料杆；2， 8—凹模；3， 7—凸模；5—导 ； 4， 6， 9—始用挡料销；10—螺钉；11—弹簧片；12—侧压块
圆同心。此结构适于用在行程不大的压力机上，否则挡料杆过长。结构的缺点是 多一副冲切废料缺 凸模 3 和凹模 2。
5. 4. 4
冲孔、切断、压弯级进模
图 5-24 为一套采用无废料排样的冲孔、切断、压弯级进模。侧压板 16 将条 料压靠到后托架 9 上。第二工位是由导 3 定位。 自动退料装置的结构与动作大致如下。 ① 上模装有一凸轮轴 10，插在下模支座 15 内。支座内有一退件器 11，其 146
图 5-24
冲孔、切断、弯曲级进模
1， 6—凸模；2， 7—凹模；3—导 ；4， 5—切断器；8—卸料板；9—后托器； 10—凸轮轴；11—退件器；12—弹簧；13—销轴；14—滑板；15—支座；16—侧压板
上有一圆孔，套在凸轮轴上。孔缘做成斜面。退件器上装有弹簧 12，且以销轴 铰接滑板 14，滑板的作用为与凸轮轴配合以控制退件器弹簧动作。 ② 冲压时，凸轮轴 10 下行，其下端推下滑板 14 必沿销轴 13 转动一个小的 角度。凸轮轴中部凸轮槽使退件器 11 右移，此时滑板 14 在弹簧作用下马上复 位。冲压完毕，凸轮轴随上模上行，当凸轮轴的凸轮槽行至退件器 11 的位置， 而且滑板 14 也到了凸轮轴 10 下端端部位置时，退件器 11 在弹簧 12 作用下，瞬 时向左弹出，将弯件排出。
5. 4. 5
冲裁、弯曲、胀形多工位级进模
图 5-25 所示为录音机机芯自停连杆的工件图，材料为 10 钢，料厚 0. 8mm， 147
图 5-25
机芯自停连杆
属于大批量生产。图 5-26 所示为该工件 的立体图。该工件形状较复杂，要求精 度较高，有 a、b、c 三处弯曲，还有 4 个小凸包。主 要 工 序 有 冲 孔、冲 外 形、 弯曲、胀形等，适宜采用多工位级进模 进行冲压加工。 （1） 排样图设计
图 5-26 机芯自停连杆立体图
冲压材料采用厚
0. 8mm 的钢带卷料，用自动送料装置送 料。排 样 图 如 图 5-27 所 示，共 有 6 个 工位。 工位 1：冲导正销孔；冲 ��2. 8mm 圆孔；冲 K 区的窄长孔，并冲 T 区的 T 形 孔。 工位 2：冲工件右侧 M 区外形和连同下一工位的 E 区外形。 工位 3：冲工件左侧 N 区的外形。 工位 4：工件 a 部位的向上 5mm 弯曲，冲 4 个小凸包。 工位 5：工件 b 部位的向下 4. 8mm 弯曲。 工位 6：工件 c 部位的向下 7. 7mm 弯曲；F 区连体冲裁，废料从孔中漏出， 工件脱离载体，从模具左侧滑出。 工件的外形是分 5 次冲裁完成的，如图 5-27 所示。若把工件分为头部、尾 148
图 5-27
机芯自停连杆排样图
部和中部，尾部的冲裁是分左右两次进行的，如果一次冲出尾部外形，则凹模中 间部位将处于悬臂状态，容易损坏。工件头部的冲裁也是分两次完成，第一次是 冲头部的 T 形槽，第二次是 E 区的连体冲裁，采用交接的方式以消除交接处的 缺陷。如果两次冲裁合并，则凹 强度不够。工件中部的冲裁兼有零件切断分 离的作用。 （2） 模具结构 模具的基本结构如图 5-28 所示，带料采用自动送料装置送 进，用导 进行精 位。在工位 1 冲出导正销孔后，在工位 2 和工位 5 上均 设置导正销导正，从而保证零件冲压加工的精度。 模具的上模部分由卸料板、凸模固定板、垫板和各个凸模组成；下模部分由 凹模、垫板、导料板和弹顶器等组成。模具采用滑动对角导柱模架。 ① 导向装置带料依靠模具两端设置的导料板导向，中间部位采用槽式浮顶 销导向。由于工件有弯曲工序，每次冲压后需将带料顶起，以便于带料的运送， 槽式浮顶销具有导向和顶料的双重作用。从图 5-28 俯视图可以看出，在送料方 向右侧装有 5 个槽式浮顶销，因在工位 3 左侧 E 区材料已被切除，边缘无材料， 因此在送料方向左侧只能装 3 个槽式浮顶销。在工位 4、工位 5 的左侧是具有弯 曲工序的部位，为了使带料在冲压过程中能可靠地顶起，在图示部位设置了弹性 149
图 5-28
机芯自停连杆多工位级进模
1—下模座；2， 11—弹簧；3—顶料销；4—卸料板；5—F 区冲裁凸模；6—弯曲凸模； 7—凸模固定板；8—垫板；9—上模座；10—卸料螺钉；12—冲孔凸模；13—T 区冲裁凸模； 14—固定凸 压板；15—导 ；16—小导柱；17—槽式浮顶销；18—压凸包凸模
顶料销 3。为了防止顶料销钩住已冲出的缺口，造成送料不畅，靠内侧带料仍保 持连续的部分下方设置了 3 个弹性顶料销。这样，就由 8 个槽式浮顶销和 3 个弹 150
性顶料销协调工作顶起带料，顶料的弹力大小由装在下模座内的螺堵调节。 带料共有三个部位的弯曲，a 部位的弯曲是向上的弯曲，弯曲后并不影响带 料在凹模上的运动，但是弯曲的凹模镶块却高出凹模板 3mm，如果带料不处于 顶起状态，将影响送进；b 部位的向下弯曲高度为 4. 8mm，弯曲后凹模上开有的 槽可作为它的送进通道，对带料顶起没有要求；c 部位弯曲后已脱离载体。考虑 以上各因素后，只有 a 部位的弯曲凹模影响带料的送进，因而将带料顶起高度定 为 3. 5mm。弹性顶料销在自由状态下高出凹模板 3. 5mm，槽式浮顶销在自由状 态下其槽的下平面高出凹模板 3. 5mm，这样使两种顶料销的顶料位置处于同一 平面上。 ② 凸模除圆形凸模外，各异形凸模均设计成直通形式，以便采用线切割机 床加工。由于部分凸模强度和刚度比较差，为了保护细小凸模，在凸模固定板上 装有 4 个 ��16mm 的小导柱，使之与卸料板和凹模形成间隙配合，其双面配合间 隙不大于 0. 025mm，这样可以提高模具的精度和凸模刚度。 ③ 冲裁凹模为整体式结构，所有冲裁凹模型孔均采用线切割机床在凹模板 上切出。压凸包凸模 18 作为镶件固定在凹模板上，其工作高度在试模时还可调 整，在卸料板上装有凹模镶块。工件 a 部位的向上弯曲属于单边弯曲，为克服回 弹的影响，采用校 曲。弯曲凹模采用 T 形槽， 镶在凹模板上，顶件块与它相邻，由弹簧将它向上 顶起，其结构如图 5-29 所示。冲压时，顶件块与凸 模形成夹持力，随凸模下行，完成弯曲，顶件块具 有向上顶料的作用。因此顶件块兼起校正镶块的作 用，应有足够的强度。工件 b、c 部位的向下弯曲在 工位 5、工位 6 进行，由于相距较近，采用同一凹模 镶块，用螺钉、销钉固定在凹模板上。b 部位向下 弯曲 的 高 度 为 4. 8mm， 顶 料 销 只 能 将 带 料 托 起 3. 5mm，所以在凹模板上沿其送料方向还需加工出 宽约 2mm、深约 3mm 的槽，供其送进时通过。 工件在最后一个工位从载体上分离后处于自由 状态，容易粘在凸模或凹模上，故在凸模和凹模镶块上各装一个弹性防粘推杆。 凹模板侧面加工出斜面，使零件从侧面滑出。也可以在合适部位安装气管喷嘴， 利用压缩空气将工件吹离凹模面。
图 5-29 上弯曲凹模部分
5. 4. 6
冲裁、拉深、翻孔多工位级进模
图 5-30 所 示 为 带 凸 缘 的 无 底 筒 形 件，该 工 件 尺 寸 不 大，厚 度 较 小 （t = 0. 5mm） ，材料为黄铜 H62，属大批量生产。经工艺 ，该工件需采用两次拉 151
深、冲底孔、翻孔等工序获得，因此宜采 用 带料多工位级进模冲压成形。 （1） 排样图设计 冲压材料采用厚 0. 5mm 的铜带卷料，采用自动送料装置送料。由于 该工件是在带料上多次连续拉深，为了避免 拉深时相邻工序件之间因材料相互牵连的影
图 5-30 带凸缘的无底筒形件
响，需在首次拉深前冲出工艺切口。排样图 如图 5-31 所示，共 6 个工位。
图 5-31
排样图
工位 1：冲工艺切口。 工位 2：第一次拉深。 工位 3：第二次拉深。 工位 4：冲 ��12. 4mm 底孔。 工位 5：翻孔。 工位 6：落料。 （2） 模具结构 图 5-32 所示为根据上述排样图 的模具结构，带料由自 动送料装置送进，分别在工位 5 （翻孔） 和工位 6 （落料） 的凸模上设置定位销 进行精 位，以保证工件精度和定距精度。由于第一次拉深压料力较大，故采 用碟形弹簧 6 压料以防起皱。卸料采用装在下 弹压卸料装置 （其中冲切口 的卸料在上模单独设置） ，卸料板除了卸料外还能顶起带料，以便于带料送进。 为避免带料上的工序件卡在凹模内，除冲孔和落料外，上模的凹模内均设置了弹 性推件装置。定位销 7 除了在底孔翻孔工位上导正定位以外，同时还能防止推件 板的压料作用而妨碍翻孔变形。该模具的冲孔废料和落料下来的工件均经上模内 的孔道逐个地顶出。 152
图 5-32
带凸缘筒形件多工位级进模
1—拉深凹模；2—冲切口凸模；3—冲切口凹模；4—碟形弹簧；5—压料圈；6—外套；7—定位销
5. 5
多工位级进模的设计要点
多工位级进模的结构特点是零件数量多，结构复杂，凸、凹 位置精度要 求高，模具的整体刚性要好，应有一定的导向机构等。模具结构设计就是依据排 样设计，确定组成模具结构的零件及零件间的连接关系， 模具的总体尺寸和 模具零件的结构形式。
5. 5. 1
级进模总体设计
总体设计是以排样设计为基础，根据冲件成形要求，确定级进 基本结构 框架。 （1） 模具基本结构设计 系、导向方式和卸料方式。 153 级进模基本框架主要由三要素构成，即正倒装关
① 装关系。正装与倒装是模具的两种基本结构形式，由于正装的模具 容易出件和排除废料，级进模中多采用正装结构。 ② 导向方式。级进模的导向可分为两部分，即外导向和内导向。外导向主 要是指模架中上、下模座的导向；内导向是指利用小导柱和小导套对卸料板的导 向，卸料板进而又对凸模进行导向和保护，也称为辅助导向。 内导向在级进模中是常用的结构，尤其适用于薄料、凸 径小、冲件精度 要求高的场合。图 5-33 所示是小导柱、导套的内导向典型结构形式。
图 5-33
内导向的典型结构形式
③ 卸料方式。在多工位级进模中，多采用弹性卸料装置。若工位数少、料 厚大于 1. 5mm，也可采用固定卸料方式。 154
（2） 凸模高度的
在同一副模具中，由于各凸模的性质不同，各凸模
的绝对高度也不一样，应先确定某一基准凸模的高度，其它凸模按基准高度 差值。凸 基准高度是根据冲件料厚和模具大小等因素决定的，一般取 35 ～ 65mm。在满足各种凸模结构的前提下，基准高度应力求最小。 （3） 模板厚度 级进模模板一般包括凹模板、凸模固定板、垫板、卸料板和导 料板等。这些模板的厚度决定了模具总体高度。各模板的厚度值可参考表 5-5 确定。
表 5 -5
模 名 称 t ～ 0. 6 凹模板 0. 6 ～ 1. 2 1. 2 ～ 2. 0 刚性卸料板 ～ 1. 2 1. 2 ～ 2. 0 ～ 0. 6 弹性卸料板 0. 6 ～ 1. 2 1. 2 ～ 2. 0 垫板 凸模固定板 L A ～ 125 13 ～ 16 16 ～ 20 20 ～ 25 13 ～ 16 16 ～ 20 13 ～ 16 16 ～ 20 20 ～ 25 5 ～ 13 40 13 ～ 16 t X 导料板 固定卸料 弹压卸料 4 ～6 3 ～4 6 ～ 14 4 ～ 10 50 16 ～ 20 <1 板
级进模模板的厚度值
厚 度 160 ～ 300 20 ～ 25 25 ～ 30 30 ～ 40 16 ～ 20 20 ～ 25 20 ～ 25 25 ～ 30 25 ～ 30 8 ～ 16 60 20 ～ 25 70 22 ～ 28 1 ～6 — X——卸料方式 — t——料厚 — L——凸模长度 — A——模板长度 备 注
/ mm
125 ～ 160 16 ～ 20 20 ～ 25 25 ～ 30 16 ～ 20 20 ～ 25 16 ～ 20 20 ～ 25
t——条料或带料厚度 —
（4） 模架
多工位级进模要求模架刚度好、精度高，因而除小型模具采用
双导柱模架外，多采用四导柱模架。精密级进模一般采用滚珠导向模架或弹压导 板模架。上、下模座的材料除小型模具采用 HT200 外，多采用铸钢或钢板。高 速级进模也可采用硬铝合金等轻型材料制造，这样可减轻模具的重量，有利于提 高冲压速度。
5. 5. 2
凹模设计
多工位级进模的凹 构比较复杂，凹模中的型孔和型孔间的位置精度比较 高。生产中除工位数不多、型孔比较规则的级进模采用整体凹模外，一般都采用 155
镶拼式结构，这样便于加工、装配、调整和维修，易保证凹模的几何精度和步距 精度。凹模镶拼原则与普通冲 凹模基本相同。 多工位级进模的镶拼式凹模有分段拼合式、镶入式以及分段拼合与镶入综合 等结构形式，其中分段拼合凹模是最常用的一种结构。如图 5-34 （a）所示的凹模 是由三段凹模拼块拼合而成，用模套框紧，并分别用螺钉和销钉紧固在垫板上； （b）所示的凹模是由五段拼合而成，并分别由螺钉、销钉直接固定在模 图 5-34 座上。
图 5-34
多工位级进模的分段拼合凹 构
在分段拼合凹模时必须注意以下几点。 ① 分段时最好以直线分割 ，必要时也可用折线或弧线分割。 ② 同一工位型孔原则上分在同一拼块，一段凹模拼块可包含两个以上工位， 但不宜太多。 ③ 对于较薄弱、易损坏的型孔宜单独分段，以便损坏时维修或更换。冲裁 与成形工位宜分开，以便刃磨。 ④ 凹模拼合面到型孔间应有一定距离，型孔原则上应为封闭型孔。 ⑤ 分段拼合凹模组合后底部应加一整体垫板。 156
5. 5. 3
凸模设计
在多工位级进模中，凸 类较多，按截面有圆形和异形凸模，按功用有冲
图 5-35
多工位级进模凸模及固定方法
157
裁和成形凸模。凸 大小和长短也各异，有不少是细长凸模。又由于工位数 多，凸模的安装空间受到一定的限制，所以多工位级进模凸 固定方法也很 多，图 5-35 所示是一些常用的凸模结