沖裁模具的結構設計

沖裁模是沖裁工序所用的模具。沖裁模的結構型式很多，為研究方便，對沖裁模可按不同的特徵進行分類。

1．按工序性質可分為落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等；

2．按工序組合方式可分為單工序模、複合模和級進模；

3．按上、下模的導向方式可分為無導向的開式模和有導向的導板模、導柱模、導筒模等。

4．按凸、凹模的材料可分為硬質合金沖模、鋼皮沖模、鋅基合金沖模、聚氨脂沖模等；

5．按凸、凹模的結構和布置方法可分為整體模和鑲拼模，正裝模和倒裝模。

6．按自動化程度可分為手工操作模、半自動模、自動模。

分類的方法還比較多，上述的各種分類方法從不同的角度反映了模具結構的不同特點。下面以工序組合方式，分別分析各類沖裁模的結構及其特點。

單工序沖裁模

單工序沖裁模指在壓力機一次行程內只完成一個衝壓工序的沖裁模，如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模等。

(一)落料模

落料模常見有三種形式：

1．無導向的敞開式落料模，其特點是上、下模無導向，結構簡單，製造容易，沖裁間隙由沖床滑塊的導向精度決定。可用邊角余料沖裁。常用於料厚而精度要求低的小批量沖件的生產。

2．導板式落料模，是將凸模與導板間(又是固定卸料板)選用H7／h6的間隙配合，且該間隙小於沖裁間隙。回程時不允許凸模離開導板，以保證對凸模的導向作用。它與敞開式模相比，精度較高，模具壽命長，但製造要複雜一些常用於料厚大於 0.3mm的簡單衝壓件(圖1)。

1—下模座;2—銷;3—導板;4—銷;5—檔料釘;6—凸模;7—螺釘

8—上模座；9—銷；10、墊板；11—凸模固定板；12—螺釘；13—導料板14—凹模；15—螺釘

圖 1 導板式落料模

3．圖2是帶導柱的彈頂落料模。上下模依靠導柱導套導向，間隙容易保證，並且該模具採用彈壓卸料和彈壓頂出的結構，衝壓時材料被上下壓緊完成分離。零件的變形小，平整度高。該種結構廣泛用於材料厚度較小，且有平面度要求的金屬件和易於分層的非金屬件。

1-上模座；2-卸料彈簧；3-卸料螺釘；4-螺釘；5-模柄；6-防轉銷；7-銷；8-墊板；9-凸模固定板；10-落料凸模；11-卸料板；12-落料凹模；

13-頂件板；14-下模座;15-頂桿；16-板；17-螺栓；18-固定擋料銷；19-導柱；20-導套；21-螺母；22-橡皮

圖 2 導柱式落料模 

(二)沖孔模

沖孔模的結構與一般落料模相似。但沖孔模有其自己的特點，特別是沖小孔模具，必須考慮凸模的強度和剛度，以及快速更換凸模的結構。在已成形零件側壁上沖孔時，要設計凸模水平運動方向的轉換機構。

１．沖側孔模

圖 3是在成形零件的側壁上沖孔。圖a)是採用的是懸臂式凹模結構，可用於圓筒形件的側壁沖孔、沖槽等。毛坯套入凹模體 3，由定位環7控制軸向位置。此種結構可在側壁上完成多個孔的沖制。在衝壓多個孔時，結構上要考慮分度定位機構。圖 b)是依靠固定在上模的斜楔1來推動滑塊4，使凸模5作水平方向移動，完成筒形件或U形件的側壁沖孔、沖槽、切口等工序。

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圖 3 側壁沖孔模

斜楔的返回行程運動是靠橡皮或彈簧完成。斜楔的工作角度α以 40°～４５°為宜。40°的斜楔滑塊機構的機械效率最高，45°時滑塊的移動距離與斜楔的行程相等。需較大沖裁力的沖孔件，α可採用 35°，以增大水平推力。此種結構凸模常對稱布置，最適宜壁部對稱孔的沖裁。

2．小孔沖模 (圖4)

這副模具沖制的工件如圖右上角所示。工件板厚 4mm，最小孔徑為05t。模具結構採用縮短凸模長度的方法來防止其在沖裁過程中產生彎曲變形而折斷。採用這種結構製造比較容，凸模使用壽命也較長。這副模具採用衝擊塊 5衝擊凸模進行沖裁工作。小凸模由小壓板7進行導向，而小壓板由兩個小導柱 6進行導向。當上模下行時，大壓板8與小壓板7先後壓緊工件，小凸模 2、3、4上端，露出小壓板7的上平面，上模壓縮彈簧繼續下行，衝擊塊5衝擊凸模 2、3、4對工件進行沖孔。卸件工作由大壓板8完成。厚料沖小孔模具的凹模洞口漏料必須通暢，防止廢料堵塞損壞凸模。沖裁件在凹模上由定位板 9與1定位，並由后側壓塊 10使沖裁件緊貼定位面。

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圖 4 超短凸模的小孔沖模

複合沖裁模

圖 5 複合模的基本結構

在壓力機的一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數道衝壓工序的模具，稱為複合沖裁模。複合模的設計難點是如何在同一工作位置上合理地布置好幾對凸、凹模。

圖 5是落料沖孔複合模的基本結構。在模具的一方是落料凹模，中間裝著沖孔凸模；而另一方是凸凹模，外形是落料的凸模，內孔是沖孔的凹模。若落料凹模裝在上模上，稱為倒裝複合模；反之，稱為順裝複合模。

複合模的特點是：結構緊湊，生產率高，製件精度高，特別是製件孔對外形的位置度容易保證。另一方面，複合模結構複雜，對模具零件精度要求較高，模具裝配精度也較高。

(一)倒裝複合模

1—凸模；2—凹模；3—上模固定板；4、16—墊板；5—上模板；6—模柄；7—推桿

8—推塊；9—推銷；10—件塊；11、18—活動檔料銷；12—固定擋料銷；13—卸料板；

14—凸凹模；15—下模固定板；17—下模板；19—彈簧；

圖 6 墊圈複合沖裁模

圖 6是沖制墊圈的倒裝複合模。落料凹模2在上模，件1是沖孔凸模，件14為凸凹模。倒裝複合模一般採用剛性推件裝置把卡在凹模中的製件推出。剛性推件裝置由推桿7、推塊8、推銷9推動推件塊，推出製件。廢料直接由凸模從凸凹模內孔推出。凸凹模洞口若採用直刃，則模內有積存廢料，脹力較大，當凸凹模壁厚較薄時，可能導致脹裂。倒裝複合模的凹模最小壁厚，可查閱有關設計資料。

採用剛性推件的倒裝複合模，條料不是處於被壓緊狀態下沖裁，因而製件的平直度不高。適宜厚度大於 0.3mm的板料。若在上模內設置彈性元件，採用彈性推件，則可沖較軟且料厚在 0.3mm以下，平直度較高的沖裁件。

(二)順裝複合模

圖 7 順裝複合沖模

圖 7是一順裝複合模結構。它的特點是沖孔廢料可從凸凹模中推出，使型孔內不積聚廢料，使凸凹模漲裂力小，故壁厚可比倒裝複合模最小壁厚小。

級進沖裁模

級進模 (又稱連續模、跳步模)，是指壓力機在一次行程中，依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道衝壓工序的沖模。整個製件的成形是在級進過程中逐步完成的。級進成形是屬工序集中的工藝方法，可使切邊、切口、切槽、沖孔、塑性成形、落料等多種工序在一副模具上完成。級進模可分為普通級進模和多工位精密級進模。多工位精密級進模我們將作為一專題在後續章節中討論。

由於用級進模衝壓時，沖裁件是依次在幾個不同位置上逐步成形的，因此要控制沖裁件的孔與外形的相對位置精度就必須嚴格控制送料步距。為此，級進模有兩種基本結構類型：用導正銷定距的級進模與用側刃定距的級進模。

(一)用導正銷定距的級進模

1—模柄；2—螺釘；3—沖孔凸模；4—落料凸模；5—導正銷6—固定檔料銷；7—始用檔料銷

圖 8 用導正銷定距的沖孔落料級進模

圖 8是用導正銷定距的沖孔落料級進模。上、下模用導板導向。沖孔凸模3與落料凸模4之間的距離就是送料步距 A。材料送進時由固定擋料銷6進行初定位，由兩個裝在落料凸模上的導正銷5進行精定位。導正銷與落料凸模的配合為H7／r6，其連接應保證在修磨凸模時的裝拆方便。導正銷頭部的形狀應有利於在導正時插入已沖的孔，它與孔的配合應略有間隙。為了保證首件的正確定距，在帶導正銷的級進模中，常採用始用擋料裝置。它安裝在導板下的導料板中間。在條料沖制首件時，用手推始用擋料銷 7，使它從導料板中伸出來抵住條料的前端即可沖第一件上的兩個孔。以後各次沖裁由固定擋料銷 6控制送料步距作初定位。

用導正銷定距結構簡單。當兩定位孔間距較大時，定位也較精確。但是它的使用受到一定的限制。當板料太薄 (一般為t＜0.3mm)或較軟的材料，導正時孔邊可能有變形，因而不宜採用。

(二)採用側刀定距的級進模

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圖 9 雙側刃沖孔落料級進模

圖 9為沖裁接觸環雙側刃定距的級進模。它與圖2—38相比，特點是：用側刃2代替了始用擋料銷、擋料釘和導正銷。用彈壓導卸板 7代替了固定卸料板。本模具採用前後雙側刃對角排列，可使料尾的全部零件衝下。彈壓卸料板 7裝於上模，用卸料螺釘6與上模座連接。它的作用是：當上模下降、凸模沖裁時，彈簧 11(可用橡皮代替)被壓縮而壓料；當凸模回程時，彈簧回復推動卸料板卸料。

圖 10為彈壓導板級進模。此類模具的特點是：各凸模(如件7)與固定板6成間隙配合(普通導柱模多為過渡配合 )，凸模的裝卸、更換方便；凸模以彈壓導板導向，導向精度高；彈壓導板 2由安裝下模座14上的導柱1和10導向，導板由六根卸料螺釘5與上模連接，因此能消除壓力機導向誤差對模具的影響，模具壽命長，零件質量好。

1—導柱；2—彈壓導板；3—導套；4—導板鑲塊；5—卸料螺釘；6—凸模固定

板； 7—凸模；8—上模座9—限制柱；10—導柱；11—導套；12—導料板；

13—凹模；14—下模座；15—側刃檔塊

圖 10 彈壓導板級進模

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