2.7 冲裁模典型结构

2.7.1 落料、切边模典型结构

1.后道工序为车边的切边模

在不锈钢餐厨具制作中，有不少产品是采用氩弧焊对接而成的。而这些对接件又是经过拉深→切边→车加工得到的。时下有较多的不锈钢制品企业为了节约成本，采用无导柱导套模具来冲剪旋转体的拉深凸缘，如图2-25所示。

在设计这类模具时，剪切线不能太逼近工件外径，而是加大一些。这是因为，在逼近工件外径的位置，材料厚度几乎等于凹模R值。将此处作为剪切线，将直接导致冲裁力增大。而由于加工过程中的诸多因素，拉深件存在着失圆的现象，造成周边剪切力不平衡。这种不平衡力会在剪切的一瞬间，将凸模压向一边，极易造成模具损坏（俗称嗑模）。

在旋转体拉深件凸缘剪边模中，通常按下式计算凹模直径：

D＝d_凹＋2×0.6R式中　D——切边凹模直径（mm）；

d_凹——拉深模直径（mm）；

R——凹模圆角半径（mm）。

也可将剪切线与凹模圆角的关系换算成角度，则角的值应小于50°。

图2-25 旋转体的拉深件剪边

在设计与安装此类模具时，要注意：安装模具前，要认真检查压力机的运动精度，滑枕与导轨的运动间隙不能大于凸凹模单边间隙的1／2，且要求上下一致。

2.卷边前道工序的切边模

为了保证卷边作业顺利，需要在卷边前对工件作预处理，即将接近工件边缘3倍料厚的距离做成等于或略小于卷边半径的预弯。在设计此类工件的切边模时，是可以合并考虑，为卷边工序提供这一有利条件的，如图2-26所示。

图2-26 后续卷边工序的切边模

1—橡胶 2—退料板 3—凹模 4—凸模 5—废料切刀 6—凹模保护套

所以，此类模具的凸模不是90°刃角，而是根据上述要求作10°～15°的斜角处理。在退料机构的共同作用下，这类模具能很好地完成剪边作业。

这类模具的工作原理还可扩展应用于铰链卷圆模的落料工序。

3.球形曲面剪边模

球形曲面（碗形件）剪切模，其剪切线的球心角一般都超过80°，在这种情况下，如果工件稍有偏心，或上下模运动间隙超过模具凸、凹模间隙，极易造成凸模偏边，啃坏凹模。

因此，碗形件（球面）剪切模应优选有导柱导套方式；导柱截面积较平常加大30％。优选导柱直接与凸模固定板导向的模具结构，如图2-27所示。

图2-27 碗形件剪切模

1—弹性元件（高弹橡胶） 2—隔板 3—导柱 4—导套凹模座 5—仿形压料块 6—凸模 7—凹模 8—退料块 9—传力销 10—下模座

在确认压力机运动精度、刚度和功率有裕度的前提下，也可选择无导柱导套方式；如果选择无导柱导套冲裁，则要求压力机的滑枕与导轨间隙应调整控制在0.005～0.02mm，并须经同等出力情况下多次试冲，予以确认。

这一款式模具的设计特点如下：

1）两导柱之间的连线通过工件中心点。

2）导套优选与凸模固定板直接导向。

3）退料块兼有定位作用，要有足够的预紧力，宜用强力弹簧或碟形弹簧作为预紧装置；或采用吊装式橡胶叠层可调装置。

4）定位件仿形制作，与凸模分立，以方便凸模刃口修复。

5）上、下模安装牢固可靠。

4.圆锥体、截顶圆锥体展开料落料模

锥形件和深锥形件在拉深时，由于悬空面积大，工件腹部容易起皱，所以在设计这类产品时，尤其是尺寸较大的情况下，通常采用展开料焊接的方法替代。在生产中应注意以下两点：

1）锥形件的展开料为扇形。

2）氩弧焊有起弧和收弧段焊接不良的特点。

综合上述两条，可以在片料的两边线上各加一小段材料，一般长度取6～8mm，宽度取4～5mm，待锥筒焊接好后切除。

扇形料面积较大时，可以将凸模沿边线留（20～30）t宽度，（绝对值≥8mm）在热处理前将中间部分挖低，方便日后模具磨损后的修整。如图2-28所示。

扇形料边线过长，导致剪切力太大时，可将凸模仍保持平面，而将凹模平面磨成斜面；其高度差控制在（0.5～2）t，视边线长度和压力机出力所留裕量大小决定，沿中线两侧对称。

5.大直径圆形坯片开料模

大型面盆、浴缸之类工件的圆形坯片开料模，其剪切线长有时达到数千毫米。在使用平刃口模具时，冲裁终了的一瞬间，压力突然解除，俗称“撑腰”，此时产生的振动对压力机危害极大。此时可作以下处置：

1）过中心点将刃口圆周分成6～8等份，如图2-29所示。

图2-28 截顶圆锥体展开料落料凸模

图2-29 凹模刃口分瓣磨低

2）每间隔一等份磨低0.5t～1.5t。

磨削工具首选平面磨床，如果条件不具备，也可以采用手提砂轮机，对于拉深用坯片之类的落料件来说，对后续工序并无不良影响。

2.7.2 冲孔模典型结构

1.小孔冲模

这里定义的小直径孔，是指直径等于或小于料厚2倍的冲制孔。

在普通冲裁中，各种材料在冲孔时，最小孔径对于材料厚度都有一最小极限值。当冲孔直径小于最小极限值时，通常都采用钻、铰方法加工，但这些方法加工零件与冲压方法相比较效率是很低的。近年来，这些微小型孔的加工方法正逐渐被冲压加工方法所代替，只是要设法使凸模牢固稳定，提高凸模强度，防止凸模断裂及改变坯料在冲孔时的受力状态等。

现在这种技术发展很快，冲孔直径与材料厚度的比值d／t可达到如下数值：硬钢为0.4，软钢与黄铜为0.35，铝为0.3。

在板材上冲小孔时，当材料厚度大于凸模直径时，其冲孔的过程并不是剪切过程，而是通过凸模将材料挤入到凹模内的过程。在挤压开始时，冲出的废料其中一部分被压缩而挤向孔的周围区域中，故冲下的废料的厚度一般小于原材料的厚度。

在进行小孔冲裁时，由于冲孔凸模直径很小，若利用普通方法冲裁，细小的凸模容易折断，因此必须设法提高凸模强度防止其折断定弯曲。其方法和要注意的地方有：

1）脱料板兼作导向板。

2）导向板与固工板间采用小导柱导套，或直接与大导柱导套相连接，如图2-30所示。

图2-30 小孔冲模

1—凹模 2—脱料板 3—脱料板导套 4—主导套 5—凸模固定板 6—活动模柄 7—上模座 8—垫板 9—凸模 10—凸模导套 11—弹簧 12—下模座

3）凸模缩入导向板，导向板与凸模固定板间的距离也不宜过大。

4）凸模与导向板双边间隙小于凸凹模单边间隙。

5）压料力与单纯脱料相比要增大1.5～2倍。

6）导向板采用或镶嵌高硬度材料，与通常情况相比取厚20％～30％。

7）两导柱之间的连线通过工件压力中心。

8）多孔冲裁时，直径较小的凸模较直径较大的凸模低一个料厚。

2.壶壁冲孔模

图2-31 壶壁冲孔

壶壁冲孔（见图2-31）模是安装在悬臂式工作台上的正装下出料模，是比较特殊的一种冲裁形式。设计此类模具时，应注意以下几点：

1）模具下座加上凹模的最大径向尺寸，不能大于壶口的尺寸，而是应留出3～5mm的活动间隙。

2）凹模不要太厚。尽可能保证模座的强度。

3）压料板的仿形弧线R要比壶体半径大2mm左右为宜，弧形线两侧应有一小段直线B以保证凸模强度，新开模具B＝4t。

4）因为凹模的刃口是开在仿形曲面上，不能用平面磨的方法来修复，只能用手提砂轮机进行有限次数的修复工作。曲面上的刃口不方便用斜角方式来减低废料排除力，故凹模退空位宜采用化学腐蚀的方法来加工，刃口直壁高度取3～4.5mm，太高则退料阻力大，增加爆模的危险；退空蚀除量单边0.1～0.15mm，如图2-32所示。

图2-32 壶壁冲孔模

1—工件 2—脱料板 3—压料弹簧 4—上模座 5—模柄 6—凸模 7—凹模 8—悬臂式工作台

3.茶叶滤孔冲模

茶叶滤孔（见图2-33）冲制后要求披锋向外。

加工该件的冲模通常安装在具有悬臂工作台的压力机上，属于倒装模。

图2-33 茶叶滤孔

冲孔模工作时，除中心孔以外的其他孔的材料面均不与凸模中心线垂直，因而会产生较大的水平分力，将凸模推向外侧，令模具间隙发生不良变化；朝向中心孔一侧披锋加高。这一弊端，早在产品设计阶段就应给予充分考虑，小孔应尽量沿轴向排列在较窄的范围内。在模具设计时再采取针对性措施，才能保证模具有较长的寿命，具体的方法如下：

1）滤孔冲孔模的冲针直径应大于3mm，孔位排列后的最大中心距，与工件的弧心角应小于35°。超出此范围，可另作滤片贴焊，效果更好。

2）脱料板应兼有凸模导向功能，其配合间隙应不大于凸、凹模间隙的一半，并采用中碳钢正火或冷作模具钢材料制作。

3）凹模刃口直壁段不能太高，以不大于6t为宜。刃口直壁段太高，则废料顶出的力量太大，极有可能超出凸模的抗弯强度，造成凸模跑偏，损坏凹模。

4）弹性元件尽可能采用强力弹簧，其次为聚氨酯橡胶，不用黑橡胶，避免橡胶碎屑阻滞脱料板运动。用橡胶作弹性元件时，应用氯酊胶黏剂与凸模固定板连接固定。试冲时橡胶外径涂红，观察在压缩状态下有无挤压冲针。

5）模具安装前应检查压力机滑块运动间隙与垂直度，两项偏差均应控制在0.02mm／300mm范围之内。

6）压料板圆弧半径大于工件半径，即R＞r，以免破坏工件外观，如图2-34所示。

图2-34 茶叶滤孔冲模

1—橡胶 2—脱料板 3—工件 4—悬臂工作台 5—凸模 6—模柄兼上模座 7—凹模垫板 8—凹模 9—凸模固定板 10—导销

4.短圆柱定长连续切断模

该模具主要用于直径在2～10mm、长度在15～35mm的短圆柱的线材切断，如图2-35所示。

该模具主要由圆形孔凹模5、椭圆形孔凸模4和挡料板2组成。凸模4的行程较短并且不可调节，其上、下死点均应包容凹模孔并留有裕量。因此，它不是装在压力机滑块上而是以燕尾槽滑块的形式依附在凹模本体上。

挡料板的高度方向是可调节的，其下沿不高于线材中心线。凸模刃口加后壁长度不能超过制件长度的2／5，如果不能满足上述要求，则须在热处理之前将刃口厚度以外的部分加工成斜坡，以方便出料；这是本模的关键所在。

图2-35 短圆柱线材连续切断模

1—弹簧 2—挡料板 3—橡胶 4—凸模 5—凹模

取消了模柄，在凸模上方挖一凹坑，填入橡胶，可减少与压力机滑枕撞击发出的噪声。

该模具的优点在于，送料时只要给线材尾端持续加力就可以连续工作。

这里的上模行程受到限制是为了凸模运动不超过2倍的材料直径，在有些场合则是由于凸模的运动空间有限，这种方式通称为无模柄冲模。

2.7.3 其他冲裁模

1.少废料冲模

采用合适的排样方法，可以获得少废料或无废料的效果。图2-36所示为连接片简式级进模，板料按冲件长度分条，只有冲孔部分属于废料，冲件材料利用率高。

图2-36 少废料冲模凹模（简式级进模）

1—条料 2—导料销 3—凹模 4—前挡料销 5—导柱孔

少废料冲模的最后落料是剪切完成的，凸模单边受力，所以凸模固定板的厚度较常规情况下要取得大一些。

凸模还依靠脱料板对其产生护持作用，所以这两者之间的间隙应小于凸、凹模间隙。脱料板采用可淬火材料，热处理至硬度为40HRC左右。

导柱无论是安置在上模还是下模，均由脱料板和凸模固定板直接导向。两导柱之间连线的中点与压力中心重合。

挡料销决定工件的宽度，上端面高出凹模平面，故采用线切割榫卯的方法固定。挡料销高出凹模的部分倒有小圆角。对凸模有导向与管制的作用，抵御剪切产生的水平分力，保证凸凹模正常间隙。

冲孔凸模应比切断模刃口低1～2个料厚，待切断完成后开始冲孔工作。

2.圆形顶盖冲孔

铁制帐篷圆顶冲孔模如图2-37所示。

图2-37 铁制帐篷圆顶冲孔模

1—模座 2—凹模 3—凹模镶套 4—压料板 5—凸模固定板 6—模柄 7—上模座 8—凸模 9—弹性元件

在斜面的圆周上冲孔，在模具设计中须作如下处理：

1）凸模固定板厚度要保证达到凸模全长的40％。

2）卸料板与凸模的间隙小于冲裁间隙。

3）凸模刃口斜度大于工件斜度2°～3°。

3.方管切榫模

在金属家具业中，用矩形管材来围成各种规格的方框是常见的，切榫模保留了看面的直壁，减少了焊接和打磨工作量，美化了产品外观，如图2-38所示。

图2-38 方管切榫模

1—下模座 2—导柱 3—挡料板 4—导套 5—固定板6—凸模 7—工件 8—后侧刃 9—凹模

方管切榫模是遵从尖点突破的原则来设计的。主要由带导柱导套的模座、凸模、挡料块和凹模组成。凹模分为上下两层，上层有侧刃，负责管材侧壁材料分离；下层负责管材底平面材料的分离。

凸模的斜刃角度可视材料的抗剪强度来决定。当材料为铝方管时，为了照顾到尖点的突入能力，斜刃角取40°～45°。当材料为不锈钢或Q235材质的方管时，改为以照顾强度为主，斜刃角度取45°～50°。

管材的前直壁一般无须切断，以达到成品美观的目的。管材的上平面，实际上是在凸模的尖点突入工件后由后面的一部分斜面来剪切的。后直壁由凸模斜面和一级凹模后侧刃形成斜刃剪切。管材的底平面则由凸模与二级凹模的平面刃口完成分离。

设计本款模具时，要注意后侧刃的凹槽深度要留大一些，作为废料的容纳空间。

选用压力机时，滑枕行程要求大于管材高度的2.5倍。

4.圆管长距离有凹模冲孔

在管材上距离管端较远的位置冲孔时，凹模悬臂距离太长，当凸模接触工件时，冲裁力使凹模向下弯曲，破坏了凸、凹模间隙，使冲裁无法进行。同时，又由于凹模在向下弯曲与弹性恢复的过程中承受反复的弯曲应力，时间稍长，凹模即会因疲劳而发生断裂。图2-39所示为采用了燕尾槽和角形槽铁的管材冲矩形孔模，它成功地解除了上述问题的困扰。

管材4与伸入管材内的凹模留有滑动间隙，凹模安装在垂直的燕尾槽内的滑块中。装料时，滑块受到弹簧10向上的推力，使凹模与角形槽铁产生必要的间隙B，以方便管材入料。

上模下行时，催动橡胶先行将滑块压下，橡胶弹性体12与工件接触，将工件压在角形槽3上。上模继续下行，此时，来自凸模的剪切力已经由角形槽、支承板传递给底座，不再对凹模产生弯曲力矩。上模回程时，冲压力解除，滑块在弹簧10的作用下上行，间隙B恢复，工件抽出。

采用这种方式冲孔时：

1）调整螺钉14，将滑块6与燕尾槽13的滑动间隙控制在0.015～0.03mm。

2）凸凹模间隙适当放大，可按常规经济级间隙值加上2倍的滑块间隙计算。

3）凸模纵向可加工成5°～8°的斜角，可减少冲裁力。

4）矩形管冲孔凹模漏料孔采用小距离直壁加斜壁方式，既保证强度，又要有利于废料排除，存料不要超过3层以上。

图2-39 圆管有凹模冲孔

1—下模座 2—支承板 3—角形槽铁 4—管材 5—凹模 6—滑块 7—催动橡胶 8—垫圈 9—螺母 10—弹簧 11—凸模 12—橡胶弹性体 13—燕尾槽 14—燕尾槽间隙调整螺钉

5.货架立柱方管有凹模冲孔

图2-40所示为某款货架立柱方管冲孔模。

方管断面边长为25mm×25mm，壁厚为1.8mm，长度为1200mm，共冲孔33个，每次冲3孔。考虑到凹模内所积存的废料厚度有限，同时也为了照顾到模具整体强度，该工件分两次装夹。因此，模具的整体长度应能满足首次装夹6个冲次的需要。

图2-40 方管有芯冲孔模（独立导向）

1—底座 2—芯杆固定座 3—长度定位圈 4—芯杆 5—凹模 6—凸模 7—凸模固定板 8—导向模固定板 9—导向模 10—定位销 11—弹簧 12—管材 13—复位弹簧 14—固定脱料板

该款模具的特点是导向部分与冲裁模分立。复位弹簧13只对导向部分起复位作用，包括弹簧在内的导向部分是搁置在固定脱料板14上的，无螺栓固定，工作时并不随上模上升。除了首次冲孔无导向而外，其余冲次都是在自身导向的条件下完成的，防止了啃模现象发生，延长了模具寿命。

首次冲孔时，将导向部分从固定脱料板14上取下，待第一组孔冲出后再复位，依次可进行后面几个冲次的操作。每完成一个冲次，将管材12向外拉出一定距离，然后再向前推，使已冲孔的边缘与弹簧定位销10靠紧。

入料时，将管材12略为抬起，向下压迫定位销10。当定位销的顶端与凹模5平齐时，管料即可顺利推进至长度定位圈3。为了方便废料退出，凹模孔壁部宜采用较平常大一些的斜度。凸凹模间隙也应适当取大一些，放宽至2C＝（0.12～0.15）t。

设计管内凹模时，应注意凹模与管材的间隙应小于凸凹模单边间隙；当管壁厚度≥1.5mm时，凸凹模单边间隙已足够大，完全能够满足管材在模具内移动的需要。

2.7.4 无凹模冲裁

作为一种特殊形式，无凹模冲裁在线材制品中应用最为广泛。

无凹模冲裁实际上是利用上模快速运动的能量和上模刃口，由焊接在线材下的横档作为反作用力的支点对工件进行剪切的。

为了适应工件的特殊性，上模下平面刃口有3°的后角。刃口靠前，与滑枕直面平齐或有超出。此种工艺作业时，多数情况下并无良好的工件夹持或压料，因此操作者须注意安全。工件在握持方向上的长度应大于200mm，否则就应考虑运用辅助工具来握持工件，以保证操作安全。无凹模冲裁如图2-41所示。

图2-41 无凹模冲裁

2.7.5 剪切模典型结构

1.环剪机构

环剪机构用于与多工位圆盘机配套，可用作大直径的旋转体拉深件的剪边工序，取代冲裁剪边模，如图2-42所示。该机构通用性强，投资少，工作省力，具有较高的经济效益。

图2-42 环剪机构

1—底座 2—挡头 3—橡胶块 4—燕尾槽 5—滑动座 6—螺纹座 7—下滚轮轴 8—下滚轮 9—上滚轮轴 10—上滚轮 11—垂直燕尾 12—盖板 13—手柄 14—键 15—滚珠轴承 16—偏心轴 17—联动板 18—肘节 19—转轴 20—手柄

上、下滚剪轮10、8分别固定在其轴9和7上，下轴可以通过螺钉4来调整刃口间隙。垂直燕尾槽11可保证上滚剪轮10的运动精度。动作机构全部装在燕尾槽4的滑动座5上，在肘节18的作用下，滑动座可沿水平方向前后运动。

工作时，施加在操作手柄13上的力通过偏心轴16和滚珠轴承15向下推动上滚剪轮对工件进行剪切。

不工作时，扳动手柄20向下，环剪轮整体向后退，不影响工件的下一步操作。

在燕尾槽4的另一端装有固定挡头2和橡胶块3，肘节机构在动作时滑动座整体被“挣紧”，以保证剪切线的准确性。

2.旋转体拉深件摇剪

图2-43 碗形件摇剪

1—下模座 2—低碳钢套 3—螺旋槽 4—滑块 5—凹模 6—压料芯 7—模柄 8—上模座 9—凸模压盖 10—凸模 11—制件 12—凹模连接螺栓 13—顶料板 14—顶圈 15—弹簧座套 16—弹簧 17—垫圈 18—螺母 19—弹簧下座20—钢球 21—调节螺钉 22—传力杆 23—弹顶装置

图2-43所示为双层碗外壳摇剪模。压料芯6可取出，工作时工件11套在压料芯6上，放入凹模5内。当压力机滑枕下行时，凸模10先压下压料芯6，此时工件11在弹簧16的作用下已被完全固定在凹模5中。压力机滑枕继续下降，来自凸模10的压力迫使凹模5和滑块4下行并在螺旋槽内做旋转运动。凸模10外缘与凹模5内缘做相对运动，对工件11进行切边。压力机滑枕上升时，顶圈14在弹顶装置23的作用下将滑块4沿螺旋方向顶至原位。弹簧16、顶料板13将制件11和压料芯6顶出，取出压料芯和工件。

模具初装时，增加或减少凹模与滑块之间的垫片厚度，可以调整凹模刃口平面的高度；增加或减少顶料板与弹簧座套之间的垫片，可以调整压料芯的上平面高度，借以达到调整凸、凹模间隙的目的。