3．8．1 凸模结构设计
（1）凸模的结构形式
凸模结构通常分为两大类：一类是整体结构；另一类是镶拼结构。一般整体式凸模为圆形，也有非圆形。镶拼式通常为非圆形。
1）圆形凸模
圆形凸模的结构如图3．41所示。其中图3．41（a）所示的凸模用于冲制直径为1～8mm的工件；图3．41（b）所示的凸模用于冲制直径为8～30mm的工件；图3．41（c）所示的凸模用于冲制直径较大的工件。
图3．41 圆形凸模结构
在厚料上冲小孔时，为避免凸模在冲裁时折断，可在凸模外加装保护套如图3．42所示。
2）非圆形凸模
冲制非圆形孔或非圆形落料时，凸模结构如图3．43所示。图3．43（a）为整体式，图3．43（b）为组合式，图3．43（c）为镶拼式。组合式和镶拼式的基体部分材料采用普通优质碳素结构钢，只在刃口部分采用模具钢或碳素工具钢制作，以节约成本。
图3．42 保护套凸模
1—凸模；2—保护套；
3—固定板
图3．43 非圆形凸模结构
（2）凸模的固定方法
凸模结构总的来说包含两部分，即凸模的工作部分和安装部分，如图3．44所示。凸模的工作部分是根据制件的形状、尺寸进行设计的，安装部分是通过与固定板结合后，安装于模座上的。凸模的安装方式主要有以下4种：
1）台阶式固定
台阶式凸模固定是应用较为普遍的一种，一般用于圆形及规则形状凸模的场合。如图3．45所示，凸模安装部分设有大于安装尺寸的台阶，以防止凸模从固定板中脱落。凸模与固定板间的配合采用H7／m6。
图3．44 凸模的构成
图3．45 台阶式固定
2）铆接式固定
如图3．46所示，将凸模装入固定板后，将凸模上端铆出（1．5～2．5）mm×45°。的斜面，以防止凸模脱落。铆接式多用于不规则形状断面的小凸模安装，凸模可做成直通式，便于加工。
3）螺钉及销钉固定
对于大型或中型凸模可用螺钉及销钉将凸模直接固定在凸模固定板上，如图3．47所示。
图3．46 铆接式固定
图3．47 螺钉及销钉固定
4）浇注粘接固定
对于冲裁件厚度小于2mm的冲裁模，可采用低熔点合金、环氧树脂、无机黏结剂浇注粘接固定。此法加工和装配简单，固定板只需粗加工，凸模的安装部位不需精加工，但凸模与固定板孔对中性差，容易偏心，如图3．48所示。
（3）凸模长度计算
凸模长度应根据模具的结构来确定，如图3．49所示为带固定卸料板模具结构，其长度通过下式计算：
L＝H1＋H2＋H3＋A′ （3．36）式中 L——凸模长度，mm；
H1——凸模固定板厚度，mm；
H2——卸料板厚度，mm；
H3——导料板厚度，mm；
A′——自由尺寸，mm。
图3．48 浇注固定
图3．49 凸模长度
3．8．2 凹模结构设计
（1）凹模结构形式
凹模结构有3种类型：
1）整体式
如图3．50（a）所示，特点是：结构简单，强度好，若局部磨损或局部损坏则需整体更换，另外，整体采用模具钢，材料成本高。因此，整体式适合于制造小型模具或尺寸精度要求较高的模具。
2）组合式
如图3．50（b）所示，组合式凹模的工作部分和非工作部分可以用不同的材料制作，工作部分用模具钢，非工作部分用优质碳素结构钢即可，维修方便。适合于制作大、中型精度要求不高的模具。
3）镶拼式
如图3．50（c）所示，通过镶拼获得凹模，因此，加工方便，使复杂凹模变得容易制造，易损部位更换方便。适于制作冲制窄槽、形状复杂的模具。
图3．50 凹模的结构形式
（2）凹模刃口类型
常用凹模刃口类型如图3．51所示。其中，图3．51（a）、（b）、（c）为直筒式，特点是制造方便，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲制公差要求小，形状复杂的精密制件。但废料的积聚增大了推件力和凹模的胀裂力。一般，复合模和上出件的模具采用如图3．51（a）、（c）所示的类型，下出件模具采用如图3．51（a）、（b）所示的类型。如图3．51（d）、（e）所示的类型是锥筒式，凹模内不积聚废料，侧壁磨损小，但刃口强度低，刃口磨损后径向尺寸略有增大。
图3．51 凹模刃口类型
凹模锥角γ、后角α和刃口高度h均随制件材料厚度增加而增大。一般取γ＝15′～30′， α＝2°～3°，h＝4～10mm。
（3）凹模的外形尺寸
凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度、刚度和修磨量，其大小应根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定，如图3．52所示。
凹模厚度：
H＝Kb （≥15mm）（3．37）
式中 b——冲裁件最大外形尺寸；K——系数，可查表3．25。
表3．25 系数K的值／mm
续表
凹模壁厚：
C＝（1．5～2）H（3．38）
凹模壁厚一般为30～40mm。
（4）凹模的固定方法
凹模一般用螺钉和销钉固定。螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘的尺寸，应满足有关技术要求。
凹模孔口轴线应与凹模顶面保持垂直，与上、下平面保持平行。型孔表面粗糙度Ra＝0．08～0．4μm，凹模材料与凸模一样，热处理后硬度应比凸模稍高。
3．8．3 定位零件设计
为保证冲裁出合格零件，毛坯在模具中应有正确位置。而毛坯的正确位置是通过定位元件来保证的。设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差、生产效率等进行选择。定位零件根据其工作方式和作用不同分为挡料销、定位板、导正销、定距侧刃等。
（1）挡料销
国家标准中常见的挡料销有3种形式：固定挡料销（有圆头和钩头，圆头结构简单且操作不便，钩头离凹模刃口较远，凹模强度较高），如图3．52所示；活动挡料销（使用中可以根据材料进距调整位置），常用于倒装复合模，如图3．53所示：始挡料销，常用于级进模开始的定位，如图3．54所示。
图3．52 固定挡料销
图3．53 活动挡料销
图3．54 始挡料销
（2）定位板与定位钉
如图3．55和图3．56所示为用定位板和定位钉进行定位的情形：如图3．55所示为外形定位，如图3．56所示为内孔定位。
如图3．56（a）为小型孔定位钉，D＜5；图3．56（b）为中型孔定位钉，5≤D≤30；图3．56（c）为大型孔定位板，D＞30；图3．56（d）为大型异型孔定位板。定位板与定位钉一般采用45钢制成，淬火硬度为43～48HRC。
（3）导正销
导正销通常与挡料销配合在级进模中使用，以减小定位误差，保证孔与外形的相对位置精度。在使用时，导正销先插入已冲好的孔（或工艺孔），将坯料进行精确定位。
图3．55 外形定位
图3．56 内孔定位
如图3．57所示为常用的几种固定导正销，其中图3．57（a）用于D＜10的孔，图3．57（b）用于D＞10的孔。
如图3．58所示为活动导正销，活动导正销既可装在落料凹模上，也可装在固定板上。但其定位精度比固定导正销差。
图3．57 固定导正销
图3．58 活动导正销
（4）定距侧刃
在级进模中常采用侧刃控制送料步距，从而达到准确定位的目的。如图3．59所示为国家标准（GB2865．1—81）推荐的几种侧刃结构。侧刃实质是裁切边料的凸模，有用的刃口为两侧，工作时在条料侧边冲出一个狭条，狭条长度等于步距，以此作为送料进距。带侧刃的冲模操作方便，易于实现自动化，但浪费材料。
如图3．60所示为常用侧刃，图3．60（a）为矩形侧刃，结构简单，制造方便，但侧刃变钝后，切后料边上产生毛刺，影响带料的送进和准确定位。常用于料厚在1．5mm以下且要求不高的一般制件冲裁。图3．60（b）为齿形侧刃，克服了矩形侧刃的缺点，定位准确可靠，但加工制造困难，常用于冲裁厚度在0．5mm以下或公差要求较严的制件。图3．60（c）为尖角形侧刃，利用挡销插入尖角形侧刃冲出缺口来控制步距，节约材料，但操作时要前后移动条料，多用于贵重金属冲裁。
图3．59 侧刃
图3．60 侧刃形式
齿形刃常做成外斜45°，所冲去条料边缘的废料容易跳回模面影响侧刃的正常工作，因此常在大量生产中将侧刃做成内斜60°以上的燕尾槽型，如图3．61所示。
图3．61 燕尾成形侧刃的应用
当冲压生产批量较大时，多采用双侧刃，如图3．62所示。双侧刃可以是对角布置，也可以是对称布置。
侧刃厚度一般为6～10mm，长度为条料送进步距长度，材料可用TIO、TIOA、Cr12制造，淬火硬度62～64HRC。
图3．62 双侧刃
3．8．4 卸料装置设计
冲裁模的卸料装置是用来对条料、坯料、工件、废料进行推、卸、顶出的机构，以便下次冲压正常进行。
卸料零件的作用是将冲裁后箍在凸模上或凸凹模上的制件成废料卸掉。常用的卸料方式有以下两种：
图3．63 刚性卸料装置
1—凸模；2—卸料板；3—凹模；4—模座
1）刚性卸料
刚性卸料采用固定卸料板结构，卸料力大，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件的冲裁后卸料。如图3．63所示，卸料板2固定在凹模3上，由于冲裁时的板料在无压料情况下工作，因此冲出的工件有明显的翘曲现象。
如图3．64所示为各种卸料装置。图3．64（a）是与导料板为一体的整体式卸料板；图3．64（b）是与导料板分开的组合式卸料板，应用最广；图3．64（c）是用于窄长零件的冲孔或切口的悬臂式卸料板；图3．64（d）是在冲底孔时，用来卸空心件或弯曲件的拱形卸料板。
图3．64 卸料装置
2）弹压卸料板图
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于冲裁料厚在1．5mm以下的板料，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件（弹簧或橡皮）、卸料螺钉组成弹压卸料装置，如图3．65所示。刚性卸料装置如图3．66所示。
图3．65 弹压卸料装置
图3．66 复合卸料装置
1—凸凹模；2—冲孔凸模；3—推件板；
4—凹模；5—卸料板
卸料板型孔形状基本上与凹模孔形状相同，加工时一般与凸模配合加工。设计时，当卸料板型孔对凸模兼起导向作用时，凸模与卸料板的配合精度为H7／f6；对于不兼起导向作用的弹性卸料板，一般卸料板型孔与凸模单面间隙为0．05～0．1mm，刚性卸料板凸模与卸料板单面间隙为0．2～0．5mm，并保证在卸料力的作用下，不使工件或废料拉进间隙内为准。卸料板选用45钢制造，不需热处理。
3．8．5 固定零件设计
模具的固定零件包括上、下模座，导向装置，垫板，固定板和模柄。
（1）上、下模座
GB／T2851．1—2009和GB／T2852．1—2009列出了各种不同结构和不同导向形式的标准模架。上、下模座有带导柱、导套和不带导柱、导套两种形式。带导柱、导套的形式与模柄一起构成模架。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它上面，并承受冲压过程中的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置由导柱、导套的导向来实现。
按导柱在模架上的固定位置不同，导柱模架的基本形式有4种，如图3．67所示。
图3．67 导柱模架
图3．67（a）为对角导柱模架。上模座在导柱上滑动平稳，常用于横向送料的级进模或纵向送料的落料模、复合模（X方向为横向，Y方向为纵向）。
图3．67（b）为后侧导柱模架。由于这种模架的前面、左右不受限制，送料和操作比较方便。但因导柱安装在后侧，工作时受力的偏心会造成导柱、导套单边磨损，并且不能使用浮动模柄。
图3．67（c）为中间导柱模架。导柱安装在模具的对称中心线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料，即前后送料。
图3．67（d）为四导柱模架。具有滑动平稳、导向准确、刚性好等优点。常用于冲压尺寸较大或精度要求较高的冲压件。
模架的规格可以根据凹模周界尺寸从标准中选取。
（2）导向装置
对生产批量较大，零件公差要求较高、寿命要求较长的模具一般都采用导向装置。常用的导向装置有导柱导套导向和导板导向两种。
如图3．68所示为国家标准导柱结构。
其中，A型、B型、C型导柱是常用的，尤其是A型，结构简单，制造方便，但与模座为过盈配合，装拆不便。
A型和B型可卸导柱与衬套为锥度配合，并用螺钉和垫圈紧固；衬套与模座为过渡配合，并用压板和螺钉紧固，结构复杂，制造麻烦，但可卸式的导柱或导套磨损后可及时更换，便于维修和刃磨。
图3．68 导柱形式
如图3．69所示为国家标准导套结构。
图3．69 导套形式
一般A型导柱与A型导套，B型导柱与B型导套配套使用。导柱与导套的配合按H7／h6或H6／h5，配合间隙一定要小于冲裁间隙。
图3．70 导向装置
导柱、导套与模座的装配方式及要求应满足国家标准规定。在选定导向装置及其零件之后，根据所设计模具的实际闭合高度，一般应符合如图3．70所示的要求，并保证有足够的导向长度。
如图3．71所示为滚珠导向，是一种无间隙导向，导向精度高、寿命长。
（3）垫板
为了防止较小的凸模压损模座平面，一般在凸模和模座间加设硬度较高的垫板，凸模较大时可以不加设垫板。垫板外形尺寸与凹模周界尺寸一致，垫板材料一般选T7、T8或45钢制成。T7、T8淬火硬度52～56HRC，45钢淬火硬度43～48HRC。
在设计复合模时，凸凹模与模座之间应加设垫板。
（4）固定板
在冲裁模具中，凸模、凹模、凸凹模、镶块凸模和凹模都是通过与固定板结合后安装在模座上的。固定板的周界尺寸与凹模相同，厚度为凹模厚度的0．8～0．9倍。固定板材料可选Q235或45钢，凸模固定板上的型孔位置与凹模孔相对应，形状与凸模尾部形状或安装固定方法对应，固定板与凸模为过渡配合H7／n6或H7／m6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。
图3．71 滚珠导向装置
（5）模柄
中小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。模柄的作用是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是：①与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；②与上模正确可靠连接。
标准模柄结构形式如图3．72所示。压入式模柄与上模座孔的配合为H7／h6并加销钉防转。
图3．72 冷冲模模柄形式
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