沖裁模典型設計問題的分析

張慧菊

（廈門工學院機械與材料學院機械系，福建 廈門 361000）

沖裁模典型設計問題的分析

張慧菊

（廈門工學院機械與材料學院機械系，福建 廈門 361000）

沖壓模具是將板料加工成零件的專用工具。按照工藝性質沖壓模具可分為沖裁模（沖孔模、落料模）、成形模（拉深模、彎曲模、翻邊模等），按照工序組合方式沖壓模具分為簡單模、復合模、連續模。其中沖裁模具應用廣泛，設計具有典型代表性，因此本文以沖裁模為例對其典型設計問題進行簡要介紹與分析。

沖壓；模具；沖裁模；典型設計問題

1 沖裁間隙及凸、凹模刃口尺寸的計算要點

沖裁間隙一般是指凸模和凹模刃口橫向尺寸差值的一半，也就是沖裁單面間隙，常用c表示。沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面特征、沖裁件的尺寸精度以及模具壽命影響都很大，因此設計沖壓模具時必須采用合理的沖裁間隙。合理間隙值一般是個范圍，這個范圍的最大值稱為最大合理間隙cmax，最小值稱為最小合理間隙cmin，考慮到沖壓模具在使用過程中的磨損會導致沖裁間隙值變大，因此設計沖裁模具時應采用最小合理間隙值cmin，生產上確定合理間隙值的方法一般有理論法和經驗法。

凸模和凹模刃口尺寸的計算隨著模具加工方法的不同而不同，本文以凸模和凹模分別加工為例進行介紹其計算要點。首先明確其計算原則：落料件尺寸由凹模尺寸決定，間隙取在凸模上，沖孔時的孔尺寸由凸模尺寸決定，間隙取在凹模上；考慮到磨損，凸凹模間隙取最小合理間隙，落料凹模的基本尺寸取工件尺寸公差范圍內的較小尺寸，沖孔凸模的基本尺寸取工件尺寸公差范圍內的較大尺寸。沖裁件的尺寸公差應按“入體原則”標注，落料件上偏差為零，下偏差為負，沖孔件下偏差為零，上偏差為負。

無論是沖孔工序還是落料工序，采用凸模、凹模分別加工來計算模具的刃口尺寸時，凸模、凹模是分別按照圖紙標注的尺寸和公差進行加工制造的，沖裁間隙是由凸模、凹模刃口尺寸和公差來保證，因此必須要求滿足如下公式，否則會超出間隙范圍，影響模具壽命。

設落料工件的尺寸為D ，根據計算原則落料時以凹模為設計基準，首先確定落料凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸，然后將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到落料凸模尺寸；設沖孔尺寸為d ，根據計算原則沖孔時以凸模為設計基準，首先確定沖孔凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸，將凸模尺寸加上最小合理間隙值即得到沖孔凸模尺寸。計算過程及公式如下：

式中：

DT——落料凸模基本尺寸，mm；

DA——落料凹模基本尺寸，mm；

dT——沖孔凸模基本尺寸，mm；

dA——沖孔凹模基本尺寸，mm；

Dmax——落料件孔的最大極限尺寸，mm；

dmin——沖孔件孔的最小極限尺寸，mm；

Δ——制件公差，mm；

cmin——凸模、凹模最小初始雙面間隙，mm；

δT——凸模下偏差，可按IT6選用，mm；

δA——凹模上偏差，可按IT7選用，mm；

X——磨損系數。其值在0.5～1之間，根據工件制造精度進行選取。

2 沖裁工藝方案的確定

沖裁工藝方案可分為單工序沖裁、復合沖裁和連續沖裁，單工序沖裁是壓力機一次沖程中，在模具的一個工位上完成一個工序的工藝方案，復合沖裁是壓力機一次沖程中，在模具的同一個工位上完成兩道或者兩道以上的工藝方案，連續沖裁也叫級進沖裁，是指壓力機一次沖程中，將沖裁件的沖壓工序排列成一定的順序，在不同的工位上分別完成工件所要求的工序的工藝方案。

沖裁工序的確定及組合設計主要受到生產批量、工件尺寸精度等級、工件尺寸、形狀復雜程度、成本和安全性等方面的影響，不同的要求將采取不同的工序組合與工藝方案，單工序沖裁、復合沖裁和連續裁續模的特點比較如下表1。其次，沖裁順序也有一定的安排原則，比如連續沖裁一般是先沖孔再落料，沖出的孔可以為后續工作起到定位的作用，而復合沖裁一般是先落料再沖孔，有多個孔時，先沖大孔再沖小孔。

表1　單工序沖裁、復合沖裁和連續裁續模的特點比較

3 沖裁模的結構設計

沖裁凸模有整體式和鑲拼式兩大類。凸模設計時注意凸模尺寸確定、凸模材料選擇、凸模承載能力和失穩彎曲校核等方面的設計。除此之外，凸模的固定方式也是重中之重，對于比較大的凸模可以用銷釘和螺釘固定，中小型的凸模多用臺肩、吊裝的方式固定，當然也可以用澆注粘結的方法固定特別小的凸模，用快換凸模的方式固定沖小孔導致易損的大型凸模。

沖裁凹模分為直筒式和錐筒式兩大類。直筒式凹模制造方便，刃口強度高，刃口尺寸磨損后工作部分尺寸不變，因此適合尺寸精度要求高的或者形狀特別復雜的精密沖裁件。錐筒式凹模內部不會聚集材料，側壁磨損小，但是刃口強度小，刃口磨損后刃口徑向尺寸略有增大，會影響沖裁件的尺寸精度，因此沖裁凹模類型的選擇視情況而定。

凹模的外形一般有圓形和矩形兩大類，無論什么形狀凹模的外形尺寸應該有足夠的強度、剛度和修磨量。其大小一般由坯料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸決定。

凹模厚度 H=Kb

其中，b為沖裁件的最大外形尺寸，K為板料厚度的影響因素）。

凹模壁厚=（1.5～2）H

凹模的固定一般也是采用螺釘或銷釘，螺釘、銷釘的數量、規格及位置很據凹模的大小在標準的典型組合中查出。

在卸料的零件設計中，卸料零件的目的是將沖裁后卡在凸模或者凸凹模上的沖裁件或廢料卸掉，保證沖裁的持續進行，常用的卸料方式有剛性卸料和彈性卸料。剛性卸料采用的是固定卸料板結構，常用于材料硬度較高，尺寸較厚且尺寸精度要求不是很高的沖裁件的卸料，而彈性卸料板有卸料和壓料的雙重作用，主要用于沖裁料厚1.5 mm以下的板料，沖裁件的表面平整度較高。

除此之外，模架、導向零件、擋料零件的設計也非常重要，模架是一套模具中的骨架，一般由上下模座和導向零件組成，其設計也是非常重要的，導向零件有滑動式和滾動式導柱導套之分，一般而言模架的選用可以根據凹模周界尺寸從標準手冊中選取。

4 小結

沖裁是利用沖裁模使板料沿著一定的輪廓線產生分離的一種沖壓工序，可分為普通沖裁和精密沖裁，通常所說的沖裁也就是本文中指的沖裁是普通沖裁，主要包括落料、沖孔、切口、修編、剖切等基本工序，對應的模具是沖裁模，沖裁模的設計在板料沖壓模具的設計中具有典型的代表性，對其進行分析與研究有著非常重要的實踐意義。

（P-01）

Analysis of typical blanking die design issue

TG385.2

1009-797X（2016）10-0060-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.023

張慧菊（1987-），女，碩士研究生，畢業于東北大學，研究方向為材料加工工程、模具設計、車輛工程。

2016-04-05