沖模結構設計 第 2章 沖 模 結 構 本章介紹冷沖壓工藝和冷沖模具的結構與設計。重點講述沖裁模的結構與設計方法。對彎曲模與拉深模，僅介紹其典型結構與特點。 本章要點： 沖裁工藝、沖裁模的結構與設計、彎曲模的結構、拉深模的結構。 本章難點： 沖裁工藝 第 2章 沖 模 結 構 沖 裁 工 藝 典型沖裁模結構 沖裁模主要零部件的結構分析與標準的選用 彎 曲 模 具 拉 深 模 具 沖 裁 工 藝 沖裁基本知識 沖裁過程分析 沖裁件的質量分析 沖裁間隙 凸模和凹模工作部分尺寸的計算 沖裁力 沖裁工件的排樣 沖 裁 工 藝 使板料分離的沖壓工藝稱為沖裁。沖裁工藝的種類很多，常用的有切斷、落料、沖孔、切邊、切口、剖切等。 沖裁基本知識 沖裁過程分析 沖裁過程如圖 模 1與凹模 2具有與工件輪廓一樣的刃口。凸、凹模之間存在一定的間隙。當壓力機滑塊把凸模推下時，便將放在凸、凹模中間的板料沖裁成所需的工件。 沖裁過程是在瞬間完成的。為了控制沖裁件的質量，研究沖裁的變形機理，就需要分析沖裁時板料分離的實際過程。如圖 模具間隙正常時這個過程大致可分為 3個變形階段。 (1) 彈性變形階段 當凸模開始接觸板料并下壓時，凸模與凹模刃口周圍的板料產生應力集中現(xiàn)象，使材料產生彈性壓縮、彎曲、拉伸等復雜的變形。板料略有擠入凹模洞口的現(xiàn)象。此時，凸模下的材料略有彎曲，凹模上的材料則向上翹。間隙愈大，彎曲和上翹愈嚴重。隨著凸模繼續(xù)壓入，直到材料內的應力達到彈性極限。如圖 2.3(a)所示。 (2) 塑性變形階段 當凸模繼續(xù)壓入，板料內的應力達到屈服點，板料與凸模和凹模的接觸處產生塑性剪切變形，如圖 2.3(b)所示。凸模切入板料，板料擠入凹模洞口。在板料剪切面的邊緣由于彎曲、拉伸等作用形成塌角，同時由于塑性剪切變形，在切斷面上形成一小段光亮且與板面垂直的斷面。纖維組織產生更大的彎曲和拉伸變形。隨著凸模的下壓，應力不斷加大，直到分離變形區(qū)的應力達到抗剪強度，塑性變形階段結束。 (3) 剪裂階段 當板料的應力達到抗剪強度后，凸模再向下壓，則在板料與凸模和凹模的刃口接觸處分別產生裂紋，如圖 著凸模下壓，裂紋逐漸擴大并向材料內延伸。當上、下裂紋重合時，板料便被分離。凸模再下壓，將已分離的材料克服摩擦阻力從板料中推出，完成沖裁過程。 由上述沖裁變形過程的分析可知，沖裁過程的變形是很復雜的。沖裁變形區(qū)為凸、凹模刃口連線的周圍材料部分，其變形性質是以塑性剪切變形為主，還伴隨有拉伸、彎曲與橫向擠壓等變形。所以沖裁件及廢料的平面常有翹曲現(xiàn)象。 在正常的沖裁工作條件下，由凸模刃口開始的剪裂縫與由凹模刃口開始的剪裂縫是重合的 (圖 這時可以得到如圖 具有明顯的 4個特征區(qū)。 沖裁過程分析 圓角帶 1又稱塌角，產生在板料不與凸?；虬寄Ｏ嘟佑|的一面，是由于板料受彎曲、拉伸作用而形成的。材料塑性愈好，凸、凹模之間間隙愈大，形成的塌角也就愈大。 光亮帶 2緊挨著塌角，是由于凸模切入板料，板料被擠入凹模而產生塑性剪切變形所形成的。光亮帶高度約占整個斷面的 1 3 1 2左右。光亮帶垂直于底面。材料塑性愈好，凸模和凹模之間的間隙 (圖中 Z 2為單邊間隙 )愈小，光亮帶的高度愈高。 斷裂帶 3緊挨著光亮帶，是由沖裁時所產生的裂紋擴張而形成。斷裂帶表面粗糙，并帶有 4 6 (圖中的 角 )的斜度。凸模和凹模的間隙愈大，則斷裂帶高度愈大且斜度也增大。 毛刺 4緊挨著剪裂帶的邊緣，是由于裂紋的產生不是正對著凸模和凹模的刃口而是在靠近刃口的側面。 由此可見，沖裁件的斷面不很整齊，僅短短的一段光亮帶是柱體。若不計彈性變形的影響，則板料孔的光亮柱體部分尺寸，近似等于凸模尺寸；落料的光亮柱體部分，近似等于凹模尺寸。對于板料孔，決定與軸類零件配合性質的是它的最小尺寸，即其光亮柱體部分尺寸；對于落料件，決定與孔類零件配合性質的是它的最大尺寸，也是它的光亮柱體部分尺寸。于是，可以得出如下重要的關系式： 落料尺寸 =凹模尺寸 (2 沖孔尺寸凸模尺寸 (2 這是計算凸模和凹模尺寸的主要依據(jù)。 沖裁過程分析 沖裁過程分析 沖裁過程分析 圖 沖裁件剪切斷面特征 1 圓角帶 2 光亮帶 3 斷裂帶 4 毛刺 沖裁件的質量分析 沖裁件的質量分析 (2) 材料性質 由于沖裁過程中材料產生一定的彈性變形，沖裁件產生“回彈”現(xiàn)象，使沖裁件的尺寸與凸模和凹模尺寸不符，從而影響其精度。 材料的性質對該材料在沖裁過程中的彈性變形量有很大的影響。對于比較軟的材料，彈性變形量較小，沖裁后的回彈值也少，因而零件精度較高。而硬的材料，情況正好與此相反。 (3) 沖裁間隙 沖裁間隙對于沖裁件精度也有很大的影響。當間隙適當時，在沖裁過程中，板料的變形區(qū)在比較純的剪切作用下被分離，沖裁后的回彈較小，沖裁件相對凸模和凹模尺寸的偏差也較小。 如間隙過大，板料在沖裁過程中除受剪切外還產生較大的拉伸與彎曲變形。沖裁后由于回彈的作用，將使沖裁件的尺寸向實體方向收縮。對于落料件，其尺寸將會小于凹模尺寸，對于沖孔件，其尺寸將會大于凸模尺寸。 如間隙過小，則板料的沖裁過程中除剪切外會受到較大的擠壓作用。在沖裁后同樣由于回彈作用，將使沖裁件的尺寸向實體的反方向脹大。對于落料件，其尺寸將會大于凹模尺寸，對于沖孔件，其尺寸將會小于凸模尺寸。 (4) 沖裁件的形狀 沖裁件的形狀越簡單其精度越高。 沖裁件的質量分析 2. 斷面質量 對于斷面質量，起決定作用的是沖裁間隙。 由沖裁過程的分析可知，在具有合理間隙的沖裁條件下裂紋重合。所得沖裁件斷面有一個微小的塌角，并有正常的既光亮又與板平面垂直的光亮帶，其斷裂帶雖然粗糙但比較平坦，雖有斜度但并不大，所產生的毛刺也是不明顯的。雖然，這樣的斷面質量也不盡如意，但從沖裁的變形機理分析，這樣的斷面質量已是正常的了。 當間隙過大或過小時，就會使上、下裂紋不能重合。 如間隙過大，如圖 2.5(a)所示，使凸模產生的裂紋相對于凹模產生的裂紋向里移動一個距離。板料受拉伸、彎曲的作用加大，使剪切斷面塌角加大，光亮帶的高度縮短，斷裂帶的高度增加，錐度也加大，有明顯的拉斷毛刺，沖裁件平面可能產生穹彎現(xiàn)象。 如間隙過小，如圖 2.5(b)所示，會使凸模產生的裂紋向外移動一個距離。上、下裂紋不重合，產生第二次剪切，由凸模和凹模刃口所產生的裂紋在剪切面上形成了略帶倒錐的第二個光亮帶。在第二個光亮帶下面存在著潛伏的裂紋。由于間隙過小，板料與模具的擠壓作用加大，在最后被分離時，沖裁件上有較尖銳的擠出毛刺。 由上可知，觀察與分析斷面質量是判斷沖裁過程是否合理、沖模的工作情況是否正常的主要手段。 沖裁件的質量分析 沖裁件的質量分析 沖裁間隙 沖裁間隙 在沖裁過程中，由于材料的彎曲變形，使凸模和凹模端面與板料的接觸寬度僅限制在刃口附近，所以垂直的壓力 隙小時，沖裁過程的擠壓作用加劇，沖裁力 增大，使刃口所受壓應力增大，造成刃口變形與端面磨損加劇，嚴重時甚至崩刃。而側向壓力 以及在沖裁后由卸料與推件所產生的滑動摩擦都隨間隙的減小而增大，使凸模和凹模的側面磨損加大，加之過小間隙的二次剪切所產生的金屬碎屑因摩擦發(fā)熱粘附在凸模和凹模上又加劇了刃口的磨損。所以，過小間隙會使模具壽命降低。此外，小間隙還使模具制造的難度增加。綜上所述，沖裁間隙是保證合理沖裁過程的最主要的工藝參數(shù)。 由沖裁變形過程的分析可知，決定合理間隙值的理論依據(jù)是應保證在塑性剪切變形結束后，由凸模和凹模刃口處所產生的上、下剪切裂紋重合。如圖 沖裁間隙 圖 合理間隙的理論值 沖裁間隙 沖裁間隙 在實際生產中，合理間隙的數(shù)值是由實驗方法所制定的表格來確定的。由于沖裁間隙對斷面質量、工件的尺寸精度、模具壽命、沖裁力等的影響規(guī)律并非一致，所以，并不存在一個絕對的合理間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質量最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。所以，國內、外各廠所用的間隙值不太一致，有的出入很大。在確定間隙值大小的具體數(shù)值時，應結合沖裁件的具體要求和實際的生產條件來考慮。其總的原則應該是在保證滿足沖裁件剪切斷面質量和尺寸精度的前提下，使模具壽命最長。表 從這兩個表格中可以看出，合理間隙值有一個相當大的變動范圍，約為 (5% 25%)較小的間隙有利于提高沖件的質量，取較大的間隙則有利于提高模具的壽命。因此，在保證沖件質量的前提下，應采用較大間隙。 表中所列 非磨損極限。 對于薄料，間隙很小。如板料厚度 3 取 H 層凸模的布置要盡量對稱，使模具受力平衡。 階梯沖裁的優(yōu)點是不但可降低沖裁力，而且還能適當減少振動，工件精度不受影響，可避免與大凸模相距甚近的小凸模的傾斜或折斷 (當所有凸模等高時，與大凸模接近的小凸模在沖孔時受大凸模沖裁所引起的材料流動的影響，很易使小凸模傾斜或折斷 )。缺點是修磨刃口比較麻煩。主要用于有多個凸模而其位置又較對稱的模具。 3. 卸料力、推件力和頂件力 沖裁時材料在分離前存在著彈性變形，在一般沖裁條件下，沖裁后材料的彈性恢復，使落件或沖孔廢料堵塞在凹模內，而板料則緊箍在凸模上，為了使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的板料卸下，將堵塞在凹模內的工件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上卸下板料所需的力稱為卸料力 凹模內向下推出工件或廢料所需的力稱為推件力 凹模內向上頂出工件或廢料所需的力稱為頂件力 圖 沖裁力 沖裁力 沖裁力 沖裁力 沖裁工件的排樣 沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。 1. 排樣原則 如圖 可以有許多排樣方法。圖中列出了 5種排樣方案。 方案一：直排。從 1420 710 裁 42次，剪成寬為 33 3條，每條沖 64件，共可沖 2752件。 方案二：斜對排。剪裁 46次 (說明：剪裁后有料頭，所以裁剪次數(shù)與條數(shù)相同 )，剪成寬為 30.5 6條，每條沖 62件，共可沖 2852件。沖裁時要翻轉條料或要用雙落料凸模的沖模。 方案三：直對排。剪裁 72次 (說明：剪裁后有料頭，所以裁剪次數(shù)與條數(shù)相同 )，剪成寬為 19.5 2條，每條沖 44件，共可沖 3168件，也要翻轉條料或用雙凸模沖模。 方案四：另一種直對排。剪裁 91次 (說明：剪裁后有料頭，所以裁剪次數(shù)與條數(shù)相同 )，剪成寬為 15.5 1條，每條沖 35件，由于廢料部分被擠得更少了，共可沖 3185件。 方案五：在保證沖件使用性能的前提下，適當改變其形狀后，仍采用直排。剪裁 42次，剪成寬為 33 3條，每條沖 85件，共可沖 3655件。 從這個例子中可以看出，排樣工作雖然比較簡單，但很有講究，而且非常重要。 排樣原則如下： (1) 提高材料利用率 。 對沖裁件來說，由于產量大、沖壓的生產率高，所以材料費用常會占沖件總成本的 60%以上。材料利用率是一項很重要的經濟指標。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積。沖裁過程中所產生的廢料可分為結構廢料與工藝廢料兩種。結構廢料是由工件的形狀決定的，而工藝廢料則是由沖壓方式與排樣方式所決定的。如圖 孔所產生的廢料即為結構廢料，而條料上的料頭、料尾及邊緣部分均為工藝廢料。因此，要提高材料利用率主要應從減少工藝廢料著手，設計出合理的排樣方案。有時，在不影響沖件使用性能的前提下，也可適當改變沖裁件的形狀。 (2) 使工人操作方便、安全，減輕工人的勞動強度。 條料在沖裁過程中翻動要少，在材料利用率相同或相近時，應盡可能選條料寬、進距小的排樣方法。它還可減少板料裁切次數(shù)，節(jié)省剪裁備料時間。 (3) 使模具結構簡單、模具壽命較高。 (4) 排樣應保證沖裁件的質量。對于彎曲件的落料，在排樣時還應考慮板料的纖維方向。 排樣設計的工作內容包括選擇排樣方法；確定搭邊的數(shù)值；計算條料寬度及送料步距；畫出排樣圖。有必要時還應核算材料的利用率。 沖裁工件的排樣 圖 沖件的多種排樣法 沖裁工件的排樣 2. 排樣方法 根據(jù)材料經濟利用的程度，排樣方法可以分為： (1) 有廢料排樣法 (圖 a) 有廢料排樣是在沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間，都有工藝余料 (稱搭邊 )存在，沖裁是沿著沖裁件的封閉輪廓進行，所以沖裁件質量較好，模具壽命較長，但材料利用率較低。 (2) 少廢料排樣法 (圖 b) 少廢料排樣法是只有在沖裁件與沖裁件之間或只有在沖裁件與條料側邊之間留有搭邊，而在沖裁件與條料側邊或在沖裁件與沖裁件之間無搭邊存在，這種排樣方法的沖裁只沿著沖裁件的部分外輪廓進行，材料利用率可達 70% 90%。 (3) 無廢料排樣法 (圖 c) 無廢料排樣法是在沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間均無搭邊存在。這種排樣方法的沖裁件實際上是直接由切斷條料獲得，所以材料利用率可達 85% 95%。圖 c)是步距為兩倍工件寬度的一模兩件的無廢料排樣。 采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一模獲得多個沖裁件，而且可以簡化模具結構、降低沖裁力。但是少、無廢料排樣的應用范圍有一定的局限性，受到工件形狀、結構的限制，且由于條料本身的寬度公差以及條料導向與定位所產生的誤差會直接影響沖裁件尺寸而使沖裁件的精度降低。同時，往往因模具單面受力而加快磨損，降低模具壽命，也會直接影響沖裁件的斷面質量。為此，排樣時必須全面權衡利弊。 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 無論是采用有廢料或少、無廢料的排樣，根據(jù)沖裁件在條料上的不同布置方法，排樣方法又有直排、斜排、對排 (直對排、斜對排 )、混合排、多排和裁搭邊等多種形式的排列方式，如表 以根據(jù)不同的沖裁件形狀加以選用。對于形狀較復雜的沖裁件，要用計算方法選擇一個合理的排樣方式是比較困難的。通常是用厚紙片剪 3 5個樣件，在擺出各種可能的排樣方案后，再從中選擇一個比較合理的方案作為排樣圖。 3. 搭邊 排樣時沖裁件與沖裁件之間 (a)以及沖裁件與條料側邊之間 (下的工藝余料稱為搭邊 (如圖 。 (1) 搭邊的作用 起補償條料的剪裁誤差、送料步距誤差及補償由于條料與導料板之間有間隙所造成的送料歪斜誤差的作用。若沒有搭邊則可能發(fā)生工件缺角、缺邊或尺寸超差等廢品。 使凸、凹模刃口雙邊受力。由于搭邊的存在，使凸、凹模刃口沿整個封閉輪廓線沖裁，受力平衡，合理間隙不易破壞，模具壽命與工作斷面質量都能提高。 對于利用搭邊拉條料的，自動送料模具，搭邊使條料有一定的剛度，以保證條料的連續(xù)送進。 沖裁工件的排樣 (2) 搭邊的數(shù)值 搭邊過大，浪費材料。搭邊太小，起不到上述應有的作用。過小的搭邊還可能被拉入凸模和凹模的間隙，使模具容易磨損，甚至損壞模具刃口。 搭邊的合理數(shù)值就是保證沖裁件質量、保證模具較長壽命、保證自動送料時不被拉彎拉斷條件下允許的最小值。 搭邊的合理數(shù)值主要決定于材料厚度、材料種類、沖裁件的大小以及沖裁件的輪廓形狀等。一般說來，板料愈厚，材料愈軟以及沖裁件尺寸愈大，形狀愈復雜，則搭邊值 a與 搭邊值通常是由經驗確定的。表 對低碳鋼 )即為經驗數(shù)據(jù)之一。 對于其他材料，應將表中數(shù)值乘以下列系數(shù)： 中碳鋼 高碳鋼 硬黃銅 1 硬鋁 1 軟黃銅、紫銅 鋁 非金屬 (皮革、紙、纖維板等 ) 2 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 沖裁工件的排樣 典型沖裁模結構 沖裁模的組成 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 級進模 復合模 典型沖裁模結構 冷沖模是沖壓加工中的主要工藝裝備，研究與提高模具技術對發(fā)展冷沖壓生產具有十分重要的意義。 沖裁模的組成 盡管有的沖裁模很復雜，但總是分為上模和下模，上模一般固定在壓力機的滑塊上，并隨滑塊一起運動，下模固定在壓力機的工作臺上。沖裁模的組成零件分類及作用如下： (1) 工作零件 它是直接進行沖裁工作的零件，是沖模中最重要的零件。 (2) 定位零件 它是確定材料或工序件在沖模中正確位置的零件。 (3) 壓料、卸料和出件零件 這類零件起壓料作用，并保證把卡在凸模上和凹?？變鹊膹U料或沖件卸掉或推 (頂 )出，以保證沖壓工作能夠繼續(xù)進行。 (4) 導向零件 它能保證在沖裁過程中凸模與凹模之間間隙均勻；保證模具各部分保持良好的運動狀態(tài)。 (5) 支承零件 它將上述各類零件固定于一定的部位上或將沖模與壓力機連接，它是沖模的基礎零件。 (6) 緊固零件 (7) 其他零件 彈性件和自動模傳動零件等。 上述各類零件在沖裁過程中相互配合，保證沖裁工作的正常進行，從而沖出合格的沖裁件。 應該指出，不是所有的沖裁模都具備上述 7類零件，尤其是簡單的沖裁模。但是工作零件和必要的支承件總是不可缺少的。 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 1. 無導向單工序沖裁模 圖 模的組成零件如下：工作零件為凸模 2和凹模 5，定位零件為兩個導料板 4和定位板 7，導料板對條料送進起導向作用，定位板是限制條料的送進距離；卸料零件為兩個固定卸料板 3；支承零件為上模座 (帶模柄 )1和下模座 6；此外還有緊固螺釘?shù)?。上、下模之間沒有直接導向關系。 該模具的沖裁過程如下：條料沿導料板送至定位板后進行沖裁，分離后的沖件靠凸模直接從凹模洞口依次推出。箍在凸模上的廢料由固定卸料板卸下來。照此循環(huán)，完成沖裁工作。 該模具具有一定的通用性，通過更換凸模和凹模，調整導料板、定位板、卸料板位置，可以沖裁不同沖件。另外，改變定位零件和卸料零件的結構，還可用于沖孔，即成為沖孔模。 無導向沖裁模的特點是結構簡單、質量輕、尺寸小，制造簡單、成本低，但使用時安裝調整凸、凹之間間隙較麻煩，沖裁件質量差，模具壽命低，操作不夠安全。因而，無導向簡單沖裁模適用于沖裁精度要求不高、形狀簡單、批量小的沖裁件。 2. 導板式單工序沖裁模 圖 上、下模的導向是依靠導板 9與凸模 5的間隙配合 (一般為 行的，故稱導板模。 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 圖 無導向簡單落料模 1 上模座 2 凸模 3 卸料板 4 導料板 5 凹模 6 下模座 7 定位板 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 圖 導板式簡單落料模 1 模柄 2 止動銷 3 上模座 4、 8 內六角螺釘 5 凸模 6 墊板 7 凸模固定板 9 導板 10 導料板 11 承料板 12 螺釘 13 凹模 14 圓柱銷 15 下模座 16 固定擋料銷 17 止動銷 18 限位銷 19 彈簧 20 始用擋料銷 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 沖模的工作零件為凸模 5和凹模 13；定位零件為導料板 10和固定擋料銷 16、始用擋料銷 20；導向零件是導板 9(兼起固定卸料板作用 )；支承零件是凸模固定板 7、墊板 6、上模座 3、模柄 1、下模座 15；此外還有緊固件螺釘、銷釘?shù)取?根據(jù)排樣的需要，這副沖模的固定擋料銷所設置的位置對首次沖裁起不到定位作用，為此采用了始用擋料銷 20。在首件沖裁之前，用手將始用擋料銷壓入以限定條料的位置，在以后各次沖裁中，松開始用擋料銷，始用擋料銷被彈簧彈出，不再起擋料作用，而靠固定擋料銷繼續(xù)對料邊或搭邊進行擋料定位。 這副沖模的沖裁過程如下：當條料沿導料板 10送到始用擋料銷 20時，凸模 5由導板 9導向而進入凹模，完成了首次沖裁，沖下一個零件。條料繼續(xù)送至固定擋料銷 16時，進行第二次沖裁，第二次沖裁時落下兩個零件。此后，條料繼續(xù)送進，其送進距離就由固定擋料銷 16來控制了，而且每一次都是同時落下兩個零件，分離后的零件靠凸模從凹模洞口中依次推出。 這種沖模的主要特征是凸、凹模的正確配合要依靠導板導向。為了保證導向精度和導板的使用壽命，工作過程不允許凸模離開導板，為此，要求壓力機行程較小。根據(jù)這個要求，選用行程較小且可調節(jié)的偏心式沖床較合適。在結構上，為了拆裝和調整間隙的方便，固定導板的兩排螺釘和銷釘內緣之間距離 (見俯視圖 )應大于上模相應的輪廓寬度。另外，為使送料平穩(wěn)，導料板 10伸出一定長度，下面裝一塊承料板 11。該模具所用的固定擋料銷是鉤形的，鉤形擋料銷的安裝孔離凹模刃口較遠，因而凹模強度較高。 導板模比無導向簡單模的精度高，壽命也較長，使用時安裝較容易，卸料可靠，操作較安全，輪廓尺寸也不大。導板模一般用于沖裁形狀比較簡單、尺寸不大、厚度大于 0.3 圖 具的最大特征是凹模 6嵌在懸壁式的凹模體 7上，凸模 5靠導板 11導向，以保證與凹模的正確配合。懸臂固定在支架 8上，并以銷釘 12固定防止轉動。支架與底座 9以 以螺釘 10緊固。凸模與上模座 3用螺釘 4固定，更換較方便。 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 工件的定位方法是：徑向和軸向以懸臂凹模體和支架定位；孔距定位由定位銷 2、搖臂 1和壓縮彈簧 13組成的定位器來完成，保證沖出的 6個孔沿圓周均勻分布。 沖壓開始前，撥開定位器搖臂，將工序件套在凹模體上，然后放開搖臂，凸模下沖，即沖出第一個孔。隨后轉動工件，使定位銷落入已沖好的第一個孔內，接著沖第二個孔。用同樣的方法沖出其他孔。 這種模具結構緊湊，重量輕，但在壓力機一次行程內只沖一個孔，生產率低，如果孔較多，孔距積累誤差較大。因此，這種沖孔模主要用于生產批量不大、孔距要求不高的小型空心件的側面沖孔或沖槽。 圖 模具的最大特征是依靠斜楔 的水平運動，從而帶動凸模 5在水平方向上進行沖孔。凸模 5與凹模 6的對準依靠滑塊在導滑槽內滑動來保證。斜楔的工作角度 以40 50 為宜，一般取 40 ；需要較大沖裁力時， 角也可以用 30 ，以增大水平推力。如果為了獲得較大的工作行程， 角可加大到 60 。為了排除沖孔廢料，應該注意開設漏料孔并與下模座漏料孔相通?；瑝K的復位依靠橡膠來完成，也可以靠彈簧或斜楔本身的另一工作角度來完成。 工件以內形定位，為了保證沖孔位置的準確，彈壓板 3在沖孔之前就把工序件壓緊。 該模具在壓力機一次行程中沖一個孔。類似這種模，如果安裝多個斜楔滑塊機構，可以同時沖多個孔，孔的相對位置由模具精度來保證。其生產率高，但模具結構較復雜，輪廓尺寸較大。這種沖模主要用于沖空心件或彎曲件等成形零件的側孔、側槽、側切口等。 3. 導柱式單工序沖裁模 圖 種沖模的上、下模正確位置利用導柱 14和導套 13的導向來保證。凸、凹模在進行沖裁之前，導柱已經進入導套，從而保證了在沖裁過程中凸模 12和凹模 16之間間隙的均勻。 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 圖 側面沖孔模 1 搖臂 2 定位銷 3 上模座 4 螺釘 5 凸模 6 凹模 7 凹模體 8 支架 9 底座 10 螺釘 11 導板 12 銷釘 13 壓縮彈簧 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 圖 斜楔式水平沖孔模 1 斜楔 2 座板 3 彈壓板 4 滑塊 5 凸模 6 凹模 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 圖 導柱式落料模 1 螺母 2 導料螺栓 3 擋料銷 4 彈簧 5 凸模固定板 6 銷釘 7 模柄 8 墊板 9 止動銷 10 卸料螺釘 11 上模座 12 凸模 13 導套 14 導柱 15 卸料板 16 凹模 17 內六角螺釘 18 下模座 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 上、下模座和導套、導柱裝配組成的部件稱為模架。凹模 16用內六角螺釘和銷釘與下模座 18緊固并定位。凸模 12用凸模固定板 5、螺釘、銷釘與上模座緊固并定位，凸模背面墊上墊板 8。壓入式模柄7裝入上模座并以止動銷 9防止其轉動。 條料的送進定位靠兩個導料螺栓 2和擋料銷 3，當條料沿導料螺栓送至擋料銷后進行落料。箍在凸模上的邊料靠彈壓卸料裝置進行卸料，彈壓卸料裝置由卸料板 15、卸料螺釘 10和彈簧 4組成。在凸、凹模進行沖裁工作之前，由于彈簧力的作用，卸料板先壓住板料，上模繼續(xù)下壓時進行沖裁分離，此時彈簧被壓縮 (如圖左半邊所示 )。上?；爻虝r，由于彈簧恢復，推動卸料板把箍在凸模上的邊料卸下來。 導柱式沖裁模的導向比導板?？煽?，精度高，壽命長，使用安裝方便，但輪廓尺寸較大，模具較重，制造工藝復雜，成本較高。它廣泛用于生產批量大、精度要求高的沖裁件。 圖 件上的所有孔一次全部沖出，是多凸模的單工序沖裁模。 由于工件是經過拉深的空心件，而且孔邊與側壁距離較近，因此采用工件開口部朝上，用定位圈 5實行外形定位，以保證凹模有足夠強度。由于凸模長度較長，設計時必須注意凸模的強度和穩(wěn)定性問題。如果孔邊與側壁距離大，則可采用工件開口部朝下，利用凹模實行內形定位。該模具采用彈性卸料裝置。沖孔模常采用彈壓卸料裝置是為了保證沖孔零件的平整，提高零件的質量。如果卸料力較大或為了便于自動出件，也可以采用剛性卸料結構。 單工序沖裁模 (簡單沖裁模 ) 圖 導柱式沖孔模 1 下模座 2、 18 圓柱銷 3 導柱 4 凹模 5 定位圏 6、 7、 8、 15 凸模 9 導套 10 彈簧 11 上模座 12 卸料螺釘 13 凸模固定板 14 墊板 16 模柄 17 止動銷 19、 20 內六角螺釘 21 卸料板 級進模 級進模是一種工位多、效率高的沖模。在一副級進模上，根據(jù)沖壓件的實際需要，按一定順序安排了多個沖壓工序 (在級進模中稱為工位 )進行連續(xù)沖壓。它不但可以完成沖裁工序，還可以完成成形工序，甚至裝配工序，許多需要多工序沖壓的復雜沖壓件可以在一副模具上完全成形，為高速自動沖壓提供了有利條件。 由于級進模工位數(shù)較多，因而用級進模沖制零件，必須解決條料或帶料的準確定位問題，才有可能保證沖壓件的質量。根據(jù)級進模定位零件的特征，級進模有以下幾種典型結構： 1. 固定擋料銷和導正銷定位的級進模 圖 料級進模。沖模的工作零件包括沖孔凸模 3、落料凸模 4、凹模 7，定位零件包括導料板 5(與導板為一整體 )、始用擋料銷 10、固定擋料銷 8、導正銷 6，工作時，以始用擋料銷限定條料的初始位置，進行沖孔。始用擋料銷在彈簧作用下復位后，條料再送進一個步距，以固定擋料銷粗定位，落料時以裝在落料凸模端面上的導正銷進行精定位，保證零件上的孔與外圓的相對位置精度。在落料的同時，在沖孔工位上又沖出孔，這樣連續(xù)進行沖裁直至條料或帶料沖完為止。采用這種級進模，當沖壓件的形狀不適合用導正銷定位時 (如孔徑太小或孔距太小等 )可在條料上的廢料部分沖出工藝孔，利用裝在凸模固定板上的導正銷進行導正。 級進模一般都有導向裝置，該模具是以導板 5與凸模間隙配合導向，并以導板進行卸料。 為了便于操作，進一步提高生產率，可采用自動擋料定位或自動送料裝置加定位零件定位。圖 動擋料裝置由擋料桿 3、沖搭邊的凸模 1和凹模 2組成。沖孔和落料的兩次送進，由兩個始用擋料銷分別定位，第三次及其以后送進，由自動擋料裝置定位。由于擋料桿始終不離開凹模的上平面，所以送料時，擋料桿擋住搭邊，在沖孔、落料的同時，凸模 把搭邊沖出一個缺口，使條料可以繼續(xù)送進一個步距，從而起到自動擋料的作用。在實際生產中，還有其他結構形式的自動擋料裝置。另外，該模具設有側壓裝置，通過側壓簧片 5和側壓板 4的作用，把條料壓向對邊，使條料送進方向更為準確。 級進模 級進模 級進模 2. 側刃定距的級進模 圖 以側刃 16代替了始用擋料銷、擋料銷和導正銷控制條料送進距離 (進距或俗稱步距 )。側刃是特殊功能的凸模，其作用是在壓力機每次沖壓行程中，沿條料邊緣切下一塊長度等于步距的料邊。由于沿送料方向上，在側刃前后，兩導料板間距不同，前寬后窄形成一個凸肩，所以條料上只有切去料邊的部分方能通過，通過的距離即等于步距。為了減少料尾損耗，尤其工位較多的級進模，可采用兩個側刃前后對角排列，該模具就是這樣。此外，由于該模具沖裁的板料較薄 (又是側刃定距，所以需要采用彈壓卸料代替剛性卸料。 圖 模具除了具有上述側刃定距級進模的特點外，還具有如下特點： (1) 凸模以裝在彈壓卸料板 2中的導板鑲塊 4導向，彈壓卸料板以導柱 1、 10導向，導向準確，保證凸模與凹模的正確配合，并且加強了凸?？v向穩(wěn)定性，避免小凸模產生縱彎曲。 (2) 凸模與固定板為間隙配合，凸模裝配調整和更換較方便。 (3) 彈壓導板用卸料螺釘與上模連接，加上凸模與固定板是間隙配合，因此能消除壓力機導向誤差對模具的影響，對延長模具壽命有利。 (4) 沖裁排樣采用直對排，一次沖裁獲得兩個零件，但兩件的落料工位離開一定距離，以增強凹模強度，也便于加工和裝配。 這種模具用于沖壓零件尺寸小而復雜、需要保護凸模的場合。比較上述兩種定位方法的級進模不難看出，如果板料厚度較小，用導正銷定位時孔的邊緣可能被導正銷摩擦壓彎，因而不起正確導正和定位作用；窄長形的沖件，步距小的不宜安裝始用擋料銷和擋料銷；落料凸模尺寸不大的，如在凸模上安裝導正銷將影響凸模強度。因此，采用檔料銷的級進模如需在落料凸模上安裝導正銷定位時，一般僅適用于沖制板料厚度大于 0.3 料較硬的沖壓件和步距與落料凸模稍大的場合；否則，宜用側刃定位。側刃定距的級進模不存在上述問題，生產率比較高，定位準確，但材料消耗較多，沖裁力增大，模具比較復雜。 在實際生產中，對于精度要求高的沖壓件和多工位的級進沖裁，采用了既有側刃又有導正銷定位的級進模。 總之，級進模比單工序模生產率高，減少了模具和設備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實現(xiàn)生產自動化。對于特別復雜或孔邊距較小的沖壓件，用簡單?；驈秃夏_制有困難時，可用級進模逐步沖出。但級進模輪廓尺寸較大，制造較復雜，成本較高，一般適用于大批量生產小型沖壓件。 級進模 級進模 復合模 復合模是一種多工序的沖模。它在結構上的主要特征是有一個既是落料凸模又是沖孔凹模的凸凹模。按照復合模工作零件的安裝位置不同，分為正裝式復合模和倒裝式復合模兩種。 1. 正裝式復合模 (又稱順裝式復合模 ) 圖 凹模 6在上模，落料凹模 8和沖孔凸模 1作時，板料以導料銷 13和擋料銷 12定位。上模下壓，凸凹模外形和凹模 8進行落料，落下料卡在凹模中，同時沖孔凸模與凸凹模內孔進行沖孔，沖孔廢料卡在凸凹?？變??？ㄔ诎寄Ｖ械臎_件由頂件裝置頂出。頂件裝置由帶肩頂桿 10和頂件塊 9及裝在下模座底下的彈頂器組成，當上模上行時，原來在沖裁時被壓縮的彈性元件恢復，把卡在凹模中的沖件頂出凹模面。該模具采用裝在下模座底下的彈頂器推動頂桿和頂件塊，彈性元件高度不受模具有關空間的限制，頂件力大小容易調節(jié)，可獲得較大的頂件力?？ㄔ谕拱寄鹊臎_孔廢料由推件裝置推出。推件裝置由打桿 1、推板 3和推桿 4組成。當上模上行至上止點時，把廢料推出。每沖裁一次，沖孔廢料被推下一次，凸凹?？變炔环e存廢料，脹力小，不易破裂。但沖孔廢料落在下模工作面上，清除廢料麻煩，尤其孔較多時。邊料由彈壓卸料裝置卸下。由于采用固定擋料銷和導料銷，在卸料板上需鉆出讓位孔，或采用活動導料銷或擋料銷。 從上述工作過程可以看出，正裝式復合模工作時，板料是在壓緊的狀態(tài)下分離，沖出的沖件平直度較高。但由于彈頂器和彈壓卸料裝置的作用，分離后的沖件容易被嵌入邊料中影響操作，從而影響了生產率。 復合模 2. 倒裝式復合模 如圖 凹模 18裝在下模，落料凹模 17和沖孔凸模 14和 16裝在上模。 倒裝式復合模通常采用剛性推件裝置把卡在凹模中的沖件推下，剛性推件裝置由打桿 12、推板 11、連接推桿 10和推件塊 9組成。沖孔廢料直接由沖孔凸模從凸凹模內孔推下，無頂件裝置，結構簡單，操作方便，但如果采用直刃壁凹模洞口，凸凹模內有積存廢料，脹力較大，當凸凹模壁厚較小時，可能導致凸凹模破裂。 板料的定位靠導料銷 22和彈簧彈頂?shù)幕顒訐趿箱N 5來完成。非工作行程時，活動擋料銷 5由彈簧 3頂起，可供定位；工作時，擋料銷被壓下，上端面與板料平。由于采用彈簧彈頂擋料裝置，所以在凹模上不必鉆相應的讓位孔。但實踐證明，這種擋料裝置的工作可靠性較差。 采用剛性推件的倒裝式復合模，板料不是處在被壓緊的狀態(tài)下沖裁，因而平直度不高。這種結構適用于沖裁較硬的或厚度大于 果在上模內設置彈性元件，即采用彈性推件裝置，就可以用于沖制材質較軟的或板料厚度小于 0.3 平直度要求較高的沖裁件。 從正裝式和倒裝式復合模結構分析中可以看出，兩者各有優(yōu)缺點。正裝式較適用于沖制材質較軟的或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。而倒裝式不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式復合模結構簡單，又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應用十分廣泛。 總之，復合模生產率較高，沖裁件的內孔與外緣的相對位置精度高，板料的定位精度要求比級進模低，沖模的輪廓尺寸較小。但復合模結構復雜，制造精度要求高，成本高。復合模主要用于生產批量大、精度要求高的沖裁件。 復合模 復合模 沖裁模主要零部件的結構分析與標準的選用 工作零件 定位零件 卸料與推件零件 模架 沖裁模主要零部件的結構分析與標準的選用 沖裁模的主要零部件均已標準化，通過對主要零部件的結構分析可從標準中直接選用。 工作零件 1. 凸模組件及其結構設計 (1) 凸模 一般的凸模組件結構如圖 中包括凸模 3和 4、凸模固定板 2、墊板 1和防轉銷 5等，并用螺釘銷釘固定在上模座 6上。 凸模形式 凸模有兩種基本類型。一種是直通式凸模，其工作部分和固定部分的形狀與尺寸做成一樣，如圖 。 這類凸?？梢圆捎贸尚湍ハ?、線切割等方法進行加工，加工容易，但固定板型孔的加工較復雜。這種凸模的工作端應進行淬火，淬火長度約為全長的 1/3。另一端處于軟狀態(tài)，便于與固定板鉚接。為了鉚接，其總長度應增加 l 通式凸模常用于非圓形斷面的凸模。另一種是臺階式凸模，如圖 。工作部分和固定部分的形狀與尺寸不同。固定部分多做成圓形或矩形 (圖 這時凸模固定板的型孔為標準尺寸孔，加工容易。工作部分可采用車削、磨削 (對于圓形 )或采用仿形刨加工，最后用鉗工進行精修 (對于非圓形 )，加工較難。對于圓形凸模，廣泛采用這種臺階式結構，冷沖模標準中制訂了這類凸模的標準結構形式與尺寸規(guī)格。對于非圓形凸模，若其固定部分采用了圓形結構 (見圖 a)，則其與固定板配合時必須采用防轉的結構，使其在圓周方向有可靠定位。 凸模長度 凸模長度一般是根據(jù)結構上的需要確定的。如圖 用固定卸料板時的凸模長度，可用下式計算： L Y (3 式中： 凸模固定板的厚度； 卸料板的厚度； 導料板的厚度； Y 附加的長度，包括凸模刃口的修磨量，凸模進入凹模的深度 (0.5 1 凸模固定板與卸料板的安全距離 中 5 20 工作零件 工作零件 圖 凸模長度的確定 工作零件 凸模材料 模具刃口要有高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力。因此應有高的硬度與適當?shù)捻g性。形狀簡單的凸模常選用 狀復雜、淬火變形大，特別是用線切割方法加工時，應選用合金工具鋼，如 9熱處理硬度取 (58 62) 其他要求 凸模工作部分的表面粗糙度 ( m，固定部分為 ( m。 (2) 凸模固定板 凸模固定板 (簡稱固定板 )，用于固定凸模。固定板的外形尺寸一般與凹模大小一樣，可由標準中查得。固定凸模用的型孔與凸模固定部分相適應。型孔位置應與凹模型孔位置協(xié)調一致。 凸模固定板內凸模的固定方法通常是將凸模壓入固定板內，其配合用 H7/通式凸模用 于大尺寸的凸模，也可直接用螺釘、銷釘固定到模座上而不用固定板，如圖 于小凸模還可以采用粘結固定，如圖 粘結固定時，固定板上的型孔要留出間隙，以減少配合加工面，簡化孔的加工。粘結固定的方法常采用有機粘結劑 (環(huán)氧樹脂 )(圖 a)、無機粘結劑 (氧化銅粉末 + 磷酸溶液 )(圖 c)。也可采用由 圖 b)。這種合金不但熔點低(120 左右 )，而且具有冷脹熱縮的特性。 對于大型沖模中沖小孔的易損凸模還可采用快換凸模的固定方法，以便于修理與更換。如圖 (3) 墊板 墊板裝在固定板與上模座或下模座之間，如圖 l。它的作用是防止沖裁時凸模壓壞上模座。墊板的尺寸可在標準中查得。墊板材料一般可選用 45鋼，熱處理硬度取 (43 48)單位壓力特大的則選用 處理硬度取 (52 55)于大型凸模則可省略墊板。 2. 凹模設計 (1)