1、冷冲模基础知识讲义模具是工业生产的基础工艺装配，广泛应用于机械、汽车、电子通讯、家电等行业，其中有 80%以上的产品零件均通过模具生产而成。在国际上，模具又有“工业之母”之称。模具分为冷冲压模具、热锻模具、塑料模具、铸造模具、橡校模具和玻璃模具等。其中冷冲压模具在各种模具中所占比重最多，占整个模具市场的 60%以上，以下仅对冷冲压模具进行详细探讨。一、概述1、冷冲压模具的概念：冷冲压模具是在室温下，借助于设备提供的压力，利用模具使板料发生分离成塑性变形的一种加工方法。加工对象主要是金属或非金属的板料。2、冷冲压模具的加工特点：冷冲模的加工生产效率高，加工成本低，材料利用率高，产品的一致性好，且
2、操作简单。3、冷冲模的结构分类：（1） 按其工序性质分为落料模，冲孔模，切边模，弯曲模，拉深模，成形模和翻边模等；（2） 按其工序组合方式分为单工序模，复合模和连续模；（3） 根据结构形式，按上、下模导向方式，分为无导向模和导柱模，导板模等；按卸料装置分为固定卸料冲模和弹性卸料冲模；按挡料形式，分为固定挡料钉冲模，活动挡料销冲模，导正销冲模和侧刃定距冲模等；（4） 按采用凸、凹模的材料，分为硬质合金模，钢质硬质合金模，钢皮冲模，橡皮冲模和聚酯冲模等。二、冲压模具主要零部件的结构构成冲模的零部件可分为工艺构件和辅助构件两部分。冲模零件的分类如下：占模工作零件 凹模占凹模定位板、定位销挡料销工艺构
3、件 定位零件 导正销导尺侧刃卸料板推件装置压料、卸料及出件零部件 顶件装置压边圈弹簧、橡胶垫冲模零、部件导柱导套导向零件 导板导筒上、下模座模柄辅助构件 固定零件 占、凹模固定板垫板限位柱螺钉销钉紧固及其它零件 键其它三、冷冲模具的结构分类a） 单工序模具（单冲模）在压力机的一次冲程中，于模具的同一位置上只完成一个冲压工序，称之为单冲模具。 （图一）单冲模结构简单加工精度相对较低，维修方便，加工成本低。b) 复合模具（复合模）在压力机的一次冲程中，于模具的同一位置上完成。两个或两个以上的冲压工序，冲出一个完整制件的模具称之为复合模。图 18.1-25 冲模结构示意图图 20.3-2 倒装式复合
4、模图 20.3-1 正装式复合模复合模由于不受送料误差的影响，因而具有许多优点：制件的尺寸一致性好，制件精度高，模具具紧凑，但给刃磨及维修带来不便。复合模分正装与倒装两种。落料凹模装在下模板上的叫正装式复合模。正装式复合模由于模具工作区域内有制件和冲孔废料同时存在，要确认排除后才可进行第二次冲压，故生产效率低，但制件精度高，能达到平整要求。落料凹模布置在上模的，称为倒装式复合模。倒装式复合模占凹模内的废料通过工作台孔落下，工作效率高，但制件平整度不如正装式复合模。c) 级进模具（顺送模、跳步模具，连续模）（1）结构组成右图为一简单的冲孔、落料、连续模。共有 3 个工位，分别为：冲侧刃边距；冲两
5、个 1.8 孔与长方孔；落料（图 20.4-1）落料、冲孔连续模（2）结构特点：与单工序模和复合模相比，连续模的结构有以下特点：1） 构成连续模的零件数量多，结构复杂；2） 模具制造与装配难度大，精度要求较高，步距控制精确，且要求刃磨，维修方便。如有些电机定转子连续模，其主要零件制造精度达 0.001mm，步距精度 0.002mm0.003mm，总寿命达 2 亿次以上；3） 刚性大；4） 对有关模具零件及热处理要求高；5） 一般应采用导向机械，有时还采用辅助导向机构；6） 自动化程度高，有自动送料、安全检测的机构；7） 生产效率高，每分钟冲床的冲次可达 300400 次/ 分，可以在模具内实现
6、自动叠铆，自动分台。实现高效率自动化生产。表 1-1 分离工序工序名称简 图 特 点 及 应 用 范 围落 料用冲模沿封闭轮廊曲线冲切，冲下部分是零件，用于制造各种形状的平板零件冲 孔用冲模按封闭轮廊曲线冲切，冲下部分是废料切 断用剪刀或冲模沿不封闭曲线切断，多用于加工形状简单的平板零件切 边将成形零件的边缘修切整齐或切成一定形状剖 把冲压加工成的半成品切切 开成为两个或数个零件，多用于不对称零件的成双或成组冲压成形之后表 1-2 成形工序工序名称简 图 特 点 及 应 用 范 围弯 曲把板料沿直线弯成各种形状，可以加工形状极为复杂的零件卷 圆把板料端部卷成接近封闭的圆头，用以加工类似铰链的零
7、件扭 曲把冲裁后的半成品扭转成一定角度拉 深把板料毛坯成形为各种空心的零件变薄拉深把拉深加工后的空心半成品进一步加工成为底部厚度大于侧壁厚度的零件翻 孔将预先冲孔的板料半成品或未经冲孔的板料冲制成竖立的边缘翻 边把板料半成品的边缘按曲线或圆弧成形为竖立的边缘拉 弯在拉力与弯矩共同作用下实现弯曲变形，可得精度较好的零件胀 形在双向拉应力作用下实现变形，成形各种空间曲面形状的零件起 伏在板料毛坯或零件的表面上用局部成形的方法制成各种形状的突起与凹陷扩 口在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其径向尺寸扩大缩 在空心毛坯或管状毛坯口 的某个部位上使其径向尺寸减小模具间隙：模具问题系指凸、凹模刃口间缝隙的
8、距离，并用 C 表示，则是单面间隙。而双面间隙则用 Z 表示。间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。间隙对冲裁件质量的影响：冲裁件质量是指断面质量、尺寸精度及形状误差。切断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺的缺陷。零件表面应尽可能平整，即穹弯小。尺寸应保证不超出图样规定的公差范围。影响冲裁件质量的因素有：凸凹模间隙大小及分布的均解剖学性、模具刃口状态、模具结构与制造精度、材料性质等，其中间隙值大小与均匀程度是主要因素。间隙对冲裁件切断面质量的影响：冲裁时，裂纹不一定从两刃口同时发生，上下裂纹是否重合与凸、凹模间隙值的大小有关。当把凸、凹
9、模间隙控制在一定的合理值范围内时，由凸、凹模刃口沿最大刀应力方向产生的裂纹将互相重合。此时冲出的制件断面虽有一定的斜度，但比较平直、光洁、毛凸膜继续下压力时，在上、下裂纹中间将产生二次剪切，制件断面的中部留下撕裂面，而两端光亮带，在端面出现挤长的毛刺。毛刺虽有所增长，但易去除，且制件穹弯小，断面垂直，故只要中间刺很小。且间隙过小时，由凹模刃口处产生的裂纹进入凸膜下面的压应力区后停止发展。当撕裂不是很深，仍可使用。间隙过大时，材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，材料易被撕裂，且裂纹在离开刃口稍远的侧面上产生，致使制件光亮带减少，塌角与断裂斜度都增大，毛刺大而厚，难以去除。所以，随着间隙的增大，制件
10、断裂面的倾斜库与塌角增大。毛刺增高。凸模 凸模 凸模间隙对尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指仲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，一是模具本身的制造偏差。冲裁件相对于凸、凹模尺寸的偏差，主要是工件脱离模具时，材料在冲裁所受的挤压变形，纤维伸长，穹弯都要产生弹性恢复造成的。差值可能为正，也可能为负值。当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完后因材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大小于凸模尺寸。在间隙较小时，由于材料离凸、凹模挤压力大，故仲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸增大，冲孔孔径变小。此外，尺寸变化量
11、的大小还与材料性质、厚度、轧制方向等因素有关。软钢的弹性变形量小，冲裁的弹性恢复也很小，硬钢的弹性恢复量较大。表 2-25 冲裁模刃口双面间隙表 2-26 冲裁模间隙表 2-23 冲裁模初始双面间隙表 2-24 冲裁模初始双面间隙九、凸模设计（一）凸模型式1、圆形凸模圆形凸模的结构，有以下几种型式：（1） 冲小圆孔凸模：为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应做成逐渐增大的多级型式（图 2-30）图 2-30 标准圆凸模（之一） 图 2-31 标准圆凸模（之二）图 2-30 a)所示适用于 d=18mm,图 2-30b)所示适用于d=115mm。（2）冲中型圆孔的凸模：如图 2-31 所
12、示，适用于d=830mm。以上三种凸模都有标准尺寸，设计时可供参考。（3）冲大圆孔或落料用的凸模，如图 2-32 所示，一般用窝座定位，然后用 34 个螺钉紧固，为减少磨削加工面积，凸模外圆直径要车小，端面要加工成凹坑型式。如采用图 2-33 所示的镶块式凸模，其工作部分用工具钢制造并进行热处理，非工作部分采用一般的结构钢，为减少凸模的磨削面积，故将中部挖成空心。图 2-32 圆凸模 图 2-33 镶块式凸模（4）在厚板料上冲小孔时，常将凸模装在护套里，然后再将护套固定在凸模固定板上，如图 2-34 所示。图 2-34 护套式凸模2、非圆形凸模（1）剪裁模的凸模可设计成图 2-35a）所示形状
13、。对剪裁较硬材料的凸模可做成镶配式结构。如图 2-35b）所示。（2）对于具有复杂外形的凸模，其固定部分应做成圆柱形（图 2-36）或长方形（图 2-37） 。如采用成形磨削加工凸模时，工作部分和固定部分的尺寸应该一致。如图 2-38 所示。图 2-35 剪裁用凸模 图 2-36 复杂外形凸模（之一）图 2-37 复杂外形凸模（之二） 图 2-38 复杂外形凸模（之三）82 凹模821 凹模形式1、凹模的刃口形式常见的凹模刃口形式如图 8-7 所示。图 8-7 （a）为锥形刃口凹模，a 一般取 1530。其优点是冲裁件不会留在凹模内，凹模磨损后的修磨量较小，凹模加工容易；缺点是每次刃磨后凹模尺
14、寸增大，刃口强度较低。这种刃口的凹模适用于形状简单、精度要求不高的冲裁件。图 8-7（b）,(c)为直筒形刃口，其中h 取 5mm10mm,a 取 35。其优点是刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变；缺点是孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。这种刃口的凹模适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。（a） (b) (c)图 8-7 凹模刃口形式2、凹模外形尺寸凹模的外形尺寸如图 8-8 所示，常用下列经验公式确定：凹模厚度 H=Kb (8-8)凹模壁厚 c=(1.52)H (8-9)式中：H凹模厚度，mm，其值不应于 15mm；K系数，见表 8-1b凹模孔的最大宽度，mm；c凹模壁厚，mm；图
15、8-8 凹模外形尺寸表 8-1 系数 K 的数值料厚 t/mmb/mm0.5 1 2 3 350100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42100200 0.15 0.18 0.20 0.24 0.30200 0.10 0.12 0.15 0.18 0.22按以上公式计算的凹模外形尺寸，可以保证凹模有足够的强度和刚度，一般可不再进行强度校核。822 凸凹模复合模的结构特点是一定有一个凸凹模。凸凹模式的内、外缘均为刃口或圆角，内、外缘之间的壁厚取决于工件的尺寸。为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的壁厚。凸凹模的最小壁厚值 m 可按板材厚度 t 确定，一般 m1.5t。图 8-9 为硅钢
16、片的落料冲孔复合模，其中 1 为凸凹模。823 凸模与凹模的镶拼结构凸模与凹模的镶拼结构常用于大型冲模和刃口形状复杂、局部容易损坏的整体凸模或凹模。采用镶拼结构可以使加工制造方便，更换易损件容易，还可以节省模具钢。但模具装配比较困难。凸模与凹模的镶拼结构常见的有拼接式、嵌入式和压入式三种方式。图 8-10（a）为拼接式组合结构，凸模或凹模由多块镶块拼接组成，各镶块用螺钉和销钉固定在平面固定板上。该结构主要用于大型冲压模具加工。图 8-10（b）为嵌入式结构，将凸模或凹模按一定形状分成若干块，然后将其嵌入固定板内。该结构适用于冲制长槽或压筋工作。图 8-10（c ）为压入式结构，将凸模或凹模难于
17、加工的窄槽或悬臂等部位与其他部位分开制造，然后再压配在一起组成组合凸模或组合凹模。适用于冲制形状不规则的零件。图 8-10 凸模与凹模的镶拼方式824 凸模与凹模的固定1、机械固定机械固定凸模和凹模，最常用的方法是采用固定板固定，如图8-12 所示。凸模和凹模与固定板采用 配合，上面留有台阶。对于形状简单的大、中型凸模和凹模可以采用直接固定在模座上，如图 8-13 所示。图 8-12 固定在固定板中的凸模与凹模图 8-13 直接固定在模座上的凸模与凹模小凸模可以采用铆接的方法固定，如图 8-14 所示。对于经常更换的凸模可以采用快速更换凸模结构，如图 8-4 所示。2、物理固定法常用的物理固定
18、方法有低熔点合金浇注固定法，利用低熔点合金冷却膨胀的原理，使凸模或凹模与固定板之间获得有一定强度的连接。图 8-15（a）为凸模固定方式；图 8-15（b）为凹模固定方式。采用热压装配也是一种物理固定方法。加热固定套使其受热膨胀，再压入凹模，冷却后使之固定。3、化学固定法常用的化学固定方法有无机黏结剂固定法和环氧树脂黏结剂固定法。黏结表面要求粗糙，并留有一定的间隙，使黏结剂容易进入。H7m6图 8-15 低熔点合金浇注固定83 卸料板卸料板一般分为刚性卸料板和弹性卸料板两种形式。831 刚性卸料板刚性卸料板如图 8-16 所示。其中图 8-16（a）为固定式刚性卸料板，适用于冲压厚度在 0.5
19、mm 以上的条料；图 8-16（b）为悬臂式刚性卸料板，适用于窄而长的冲压件卸料；图 8-16（c ）为钩形刚性卸料板，适用于在底部冲孔时卸空心工件，还可用于简单的弯曲模和拉深模。图 8-16 刚性卸料板刚性卸料板用螺钉和销钉固定在下模上，能承受的卸料力较大，常用于较厚板材冲压件的卸料。其卸料可靠、安全；但操作不便，生产效率不高。刚性卸料板和凸模的单边间隙一般取0.1mm0.5mm。刚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 5mm15mm。832 弹性卸料板弹性卸料板如图 8-17 所示。其中图 8-17（a）为正装式模具的弹性卸料板；图 8-17（b）为倒装式模具的弹性卸料板；
20、图 8-17（c）为采用橡胶等弹性元件的卸料板。图 8-17 弹性卸料板采用弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高。弹性卸料板在冲压前对毛坯有预压作用，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，卸料力较小，并且结构复杂，可靠性与安全笥不如刚性卸料板，常用于较薄板材的卸料。弹性卸料板与凸模的单边间隙一般取 0.2mm0.5mm，对于中小件卸料，弹性卸料板的厚度取 5mm15mm。833 卸料板常用零件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、推件和压力等工作。（1）圆钢丝、螺旋压缩弹簧模具设计时，弹簧一般是按照国家标准选用的，表 8-2 为冲
21、模中常用的圆柱螺旋压缩弹簧国家标准。弹簧的选用包括以下内容：表 8-2 圆柱螺旋压缩弹簧国家标准 GB/T2089-94标记示例：d=1.6 D2=22 ho=72的圆柱螺旋压缩弹簧记为弹簧 1.62272 GB/T2089-94D2弹簧中径，mm； h0自由高度，mm；d材料直径，mm； n有效圈数；t节距，mm； L展开长度，mm；Fj工作极限负荷，N；hj工作极限负荷下的变形量；d D2 t Fj h0 n hj L14 2.5 8.79 14122 4 14.1 18910 4.94 35.23.5 6.5 22.9 26725 2.5 17.9 19832 3.5 25.1 2421
22、14 9.02 26.142 4.5 32.2 28622 2.5 12.3 25438 4.5 22.2 368218 7.52 13560 7.5 37.0 53738 2.5 24.8 35358 4 39.6 47125 13.1 10190 6.5 64.4 66850 3.5 29.7 51865 4.5 38.2 61330 12.5 25590 6.5 55.2 80155 3 35.3 55070 4 47.1 660335 16.2 22395 5.5 64.8 82545 3 23.2 55058 4 30.9 66035 12.3 46190 6.5 58.0 1054
23、65 3 39.7 70795 4.5 59.5 919445 18.8 371130 6.5 85.9 1202d D2 t Fj h0 n hj L52 3.5 23.3 65780 5.5 36.6 89538 12.4 757120 8.5 56.5 125475 3 44.1 864110 4.5 66.2 1123555 21.5 552170 7.5 110 164260 3 28.2 78585 4.5 42.3 102150 16.5 974140 7.5 70.4 149285 3 49.4 1021120 4.5 74.1 1327665 24.5 777200 7.5
24、124 1940 选择弹簧压力，即F 预 式中：F 预 弹簧的预压力， N；F 预 卸料力， N；n弹簧根数。 选择弹簧压缩量，即hjh 总 =h 预 +h 工作 +h 修磨式中：h j 弹簧允许的最大压缩量，mm；h 总 弹簧需要的总压缩量，mm ；h 预 弹簧的预压缩量，mm ；h 工作 卸料板的工作行程，mm ，对于冲裁模取（板料厚度+1）mm ；F 卸nh 修磨 模具的修磨量或调整量，mm，一般取4mm6mm。压缩弹簧的选择要符合模具结构空间的要求。因为模具闭合高度的大小限定了弹簧在预压状态下的长度；上、下模座的尺寸限定了卸料板的面积，也就限定了允许弹簧占用的面积，所以选取弹簧的根数、
25、直径和长度，必须符合模具结构空间的要求。（2）选择弹簧的步骤根据模具结构初步确定弹簧根数 n，并计算出每根弹簧分别承担的卸料力 F 卸 /n。根据预压力 F 预 和模具结构尺寸，由弹簧标准中选出若干个弹簧，这些弹簧均需足最大工作负荷 FjF 预 的条件。h1 模板厚度，mm ；h2 凸模高度，mm ；h3 刃口修磨量，mm ；h4 卸料板厚度，mm ；L 卸料螺钉长度，mm。图 8-20 卸料螺钉结构形式 图 8-21 卸料螺钉沉孔深度84 导板导板对凸模起导向作用，并能够完成卸料工作。所以导板是一种对凸模导向的卸料板。841 导板结构形式导板导向可以用于结构较简单的模具，如图 8-22 所示的落料模具。图 8-22 导板导向的落料模具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。在多工位连续模具中，采用导板可以提高模具的导向精度，并且导板能确定各工位的相对位置。图 8-23 为用于边疆模具中的导板，该导板还起到弹性卸料的作用。图 8-23 连续模具的导板842 凸模与导板的配合形式
