凸凹模设计优化方案

1.凸、凹模设计原则

1）凸模和凹模要有足够的刚度和强度；

2）凸模和凹模安装稳定可靠，便于更换；

3）为减小多工位级进模各工位之间步距的累积误差以及确保凸、凹模间的间隙值，在标注凹模固定板、凸模固定板、卸料板等零件中与步距有关的孔位尺寸时，要以凹模第1工位定为坐标原点（尺寸基准）向后标注，公差均为步距公差，如图3-7-2所示。

图3-7-2 步距尺寸的标注

4）废料排除要方便及时，以防损坏模具，可在凸模上设置废料顶针、高压气孔，以便及时清除废料。

5）凸、凹模应具有良好的结构工艺性，以便于制造、热处理、检测及安装。

2.凸模

（1）凸模结构设计 凸模可分为直通式和加强式（台阶式）两种，如图3-7-3所示。直通式凸模加工容易，可采用线切割加工；而加强式凸模强度和稳定性较好，可采用成形磨削等方法加工。

图3-7-3 凸模形式

一般的粗短凸模可以按标准选用或按常规设计，而在多工位级进模中有许多冲小孔凸模、冲窄长槽凸模、分解冲裁凸模等。这些凸模应根据具体的冲裁要求、被冲材料的厚度、冲压的速度、冲裁间隙和凸模的加工方法等因素来考虑凸模的结构及凸模的固定方法。

对于冲小孔凸模，通常采用加大固定部分直径，缩小刃口部分长度的措施来保证小凸模的强度和刚度。

当工作部分和固定部分的直径差太大时，可设计多台阶结构。各台阶过渡部分必须用圆弧光滑连接，不允许有刀痕。特别小的凸模可以采用保护套结构。ϕ0.2mm左右的小凸模，其顶端露出保护套3.0～4.0mm。卸料板还应起到对凸模的导向作用，以消除侧压力对凸模的作用而影响其强度。

冲孔后的废料若贴在凸模端面上，会使模具损坏，故对ϕ2.0mm以上的凸模应采用能排除废料的凸模。图3-7-4所示为带顶出销的凸模结构，利用弹性顶销使废料脱离凸模端面。也可在凸模中心加通气孔，减小冲孔废料与冲孔凸模端面上的“真空区压力”，使废料易脱落。

图3-7-4 能排除废料的凸模

除了冲孔凸模外，级进模中有许多分解冲裁的冲裁凸模。这些凸模的形状比较复杂，为了加工出精密零件，大都采用线切割结合成形磨削的方法。完成磨削加工依靠专用的自动磨床和平面磨床，并通过金刚石对砂轮进行修正，达到磨削凸模所要求的形状和尺寸。表3-7-4为6种磨削凸模的形式。

表3-7-4 成形磨削凸模的典型结构

图3-7-5 受侧向力作用的凸模结构

1—凸模 2—凹模 3—侧向承载块

对于承受较大侧压力的凸模，可采用图3-7-5所示的侧弯保护机构。

（2）凸模的固定方法

1）圆凸模

①不常拆卸圆凸模。如图3-7-6所示，凸模与固定板采用过盈配合H7/n7或H7/n6。一般对于工作直径在ϕ6mm以上的冲裁凸模多采用过盈配合，主要用于级进冲裁模和筒形件级进拉深模；直径在ϕ5mm以下的凸模可采用便于更换的结构。

②常拆卸圆凸模 如图3-7-7所示，凸模与固定板一般采用过渡配合，或间隙配合。冲裁间隙小于0.1mm时，凸模与固定板取H6/m5配合；冲裁间隙小于0.1mm时，凸模与固定板取H6/m5配合；冲裁间隙大于0.1mm时，可选用H6/m6或K7/k6配合。

图3-7-6 常用固定配合圆凸模结构

图3-7-7 凸模快换结构

③ 细小圆凸模 图3-7-8为一般常见小凸模的装配形式。

图3-7-9是由垫柱和螺堵顶压固定的安装结构，拆卸方便，配合多采用H7/h6或H6/h5，但对凸模工作部分应采取导向保护。

图3-7-10为特细型凸模，俗称针状凸模的常用结构。图3-7-10a、b均为铅笔式结构，其冲孔直径一般在0.8～2.0mm以内，小凸模伸出保护套仅有2.0～3.5mm，且对保护套的内外圆同轴度要求严格。图3-7-10c、d均是在卸料板上装有保护套。这两种结构中圆凸模与固定板均有一定间隙，凸模的工作部分靠装在卸料板上的保护套进行导向，因此对于小孔冲制或小间隙冲裁，应采用小导柱对卸料板加以辅助导向。精度要求很高的精密模具应采用滚珠式小导柱、导套进行辅助导向。图3-7-11所示为有辅助导向的细小凸模保护结构示意图。细小圆凸模尺寸如图3-7-12所示。

图3-7-8 小凸模装配形式

1、6—垫板 2—凸模固定板 3—弹压卸料板 4、8—镶套 5—压柱 7—定位套 9—小凸模

图3-7-9 螺堵顶压细小圆凸模安装结构

图3-7-10 采用保护套的细小圆凸模结构

2）异形凸模

① 异形压入式凸模，如图3-7-13和图3-7-14所示。

② 异形带凸缘式凸模，如图3-7-15所示。

③ 异形直通式凸模。异形直通式凸模装卸方便，是多工位级进模中采用最多的结构之一（图3-7-16）。

凸模与固定板常采用H7/m6、H7/n6、H6/m5或

图3-7-11 以辅助导向保护细小凸模示意图

1—上模座 2—垫板 3—固定板 4—小导套 5—卸料板 6—小导柱 7—安装套 8—螺钉 9—保护板 10—小凸模 11—垫柱 12—螺堵

图3-7-12 细小圆凸模尺寸

图3-7-13 异形凸模用圆柱面做压入部分采用止转结构示意

图3-7-14 异形压入式装配采用大小固定板套装结构

H6/n5配合。图3-7-17、图3-7-18是凸模常用的固定方法，图3-7-18中固定部分应有能加工螺钉孔的位置。对于较薄的凸模，可以采用销钉吊装（图3-7-19）的固定方法，或图3-7-20所示侧面开槽的固定方法，用压板固定小凸模。

图3-7-15 异形带凸缘凸模

图3-7-16 异形直通式凸模及安装形式

图3-7-17 直通式异形凸模安装结构

④ 异形凸模的特殊安装方式

a.采用粘接方式进行安装，如图3-7-21所示，凸模可采用环氧树脂、低熔点合金或厌氧胶60g在固定板上固定。

b.采用楔块压紧方式安装凸模。利用楔块将凸模安装在固定板上，如图3-7-22所示。图中3-7-22a是在凸模、楔块的斜面处均加工半圆槽，楔块斜度在25°～30°范围。图3-7-22b是在楔块上加工长圆孔，凸模与楔块斜度在15°～20°范围。并且要保持凸模与楔块斜度一致。采用楔块安装方式安装凸模，多用于单侧或局部进行冲裁的冲裁凸模，或进行弯曲加工的压弯凸模。

图3-7-18 用螺钉销钉直接紧固大型异形凸模

图3-7-19 销钉吊装凸模

1—凸模 2—销钉 3—凸模固定板

图3-7-20 压板固定的小凸模

c.可以调整凸模工作高度的安装结构。如图3-7-23所示为可以调整凸模工作高度的安装结构。图3-7-23a属于普通冲极薄材料结构，图3-7-23b是在固定套上又加上一个锁紧螺母，以防卸料力引起凸模上下滑动。调节滑块与凸模接合面角度一般在7°～15°，两接合面角度应严格一致。图3-7-24为凸模垂直微调结构，图3-7-25为刃磨后不改变闭合高度的结构。

d.组合式安装。组合式安装方式主要有两种：

图3-7-21 多工位级进模采用粘接凸模特殊结构

图3-7-22 采用楔块安装凸模

图3-7-23 可调整凸模高度的安装结构

1—螺钉 2—调节滑块 3、4—螺母 5—凸模固定套 6—凸模 7—锁母

图3-7-24 凸模垂直微调结构

1—凸模 2—凸模固定板 3—垫板 4—上模座 5—斜楔 6—调节螺杆

图3-7-25 刃磨后不改变闭合高度的结构

1—更换的垫片 2—磨削的垫圈 3—凸模

一种是直接组合，即几个相邻的凸模直接进行组合；另一种是间接组合，即几个相邻的凸模通过必要的组合体组合在一起。各凸模间距离是靠组合体自身孔位精度保证的。组合式凸模在多工位级进模中是较常用的形式之一。

如图3-7-26所示为一组冲长方形孔凸模直接组合示意图。

图3-7-26 直接组合式凸模(www.xing528.com)

如图3-7-27所示为一间接组合示意图。

e.拼合凸模安装。对于多工位级进模中的一些形状复杂凸模，加工比较困难而其型孔形状又不便再进行分解时，或对于一些大型凸模，常采用拼合结构。拼合方式包括工作型面的拼合或工作高度的拼合，如图3-7-28、图3-7-29所示。

3）硬质合金凸模结构。硬质合金因其硬度高、耐磨性好而常用于级进模的凸、凹模，但它脆性大，抗弯强度低，因此必须注意。硬质合金凸模的固定方法有：

图3-7-27 间接组合式凸模

1—基体 2—固定板 3—键 4—压板 5、6—凸模

图3-7-28 拼合凸模结构示例与工艺示意图

图3-7-29 高度镶块拼合凸模示例

1）机械固定结构，如图3-7-30所示。硬质合金凸模与基体之间的结合面须经研磨或研合，接合面表面粗糙度值应小于Ra0.1～0.2μm。

图3-7-30 硬质合金凸模紧固结构

2）热套固定结构，如图3-7-31所示。热套结构是将模具基体部分用中碳钢做成套状。与硬质合金凸模的过盈量通常取其基本尺寸的0.1%～0.2%，装配时，将套加热到300～400℃，再将凸模套紧。

图3-7-31 硬质合金凸模热套结构

3）粘接固定结构。对于一些成形小凸模，其与基体可采用无机粘接或环氧树脂粘接的方法。粘接固定结构适宜于冲制薄料，料厚一般小于0.8mm。

4）焊接固定结构。硬质合金的焊接有铜焊和高频钎焊。其中铜焊操作简便，使用较广。图3-7-32所示为焊接固定结构示意图。

图3-7-32 硬质合金凸模焊接结构

（3）凸模高度 确定凸模高度尺寸时，应按以下几项原则考虑：

1）根据模具结构需要确定凸模的高度，对于特别细长凸模易出现受压失稳现象，要进行抗弯能力和抗压能力的校核。一般凸模长度需在刃口断面大小的10倍以内，对非圆形凸模，可用外接圆大小来判断。

2）在同一副模具中，各凸模绝对高度不一样，应确定某一基准凸模高度，其值一般取35～65mm（一般尽量取小值），其他凸模根据冲压要求按基准高度计算差值。

3）尽量选用标准凸模高度：35mm，40mm，45mm，…，65mm。

4）凸模应有一定的使用高度和足够的刃磨高度。

5）注意各种凸模加工的同步性，并要保证各凸模进入工作前，导正销对条料进行导正，卸料板将条料压紧。图3-7-33所示为简单的冲裁弯曲模不同性质凸模间的相互位置关系。

3.凹模

（1）凹模的结构形式 多工位级进模凹模的设计与制造较凸模更为复杂和困难。根据凹模刃口部分的结构形式，凹模可分为整体式、镶套式、镶拼式及分段拼合式等形式。级进模中，整体式凹模结构简单，制造方便，但可能会产生由于凹模局部的超差或损坏而造成整个凹模报废，且刃磨后，整个凹模厚度在刃口段减少，模具寿命低，刃磨困难，一些特殊机构（如凸轮机构、斜楔机构等）难以布置，模具维护费用高，因此，只是对于一些工位数不多或纯冲裁的级进模采用整体凹模。

图3-7-33 各种不同性质凸模相互高度关系

L——弯曲凸模工作长度（mm），一般大于弯曲区高度5mm；

t——加工材料厚度（mm）；

H——卸料板的活动量，H=L+t；

h₁——凸模修磨量，一般大于5mm；

M——导正销的直壁部分进入条料长度（mm），M=H+（0.5～1）t；

S——冲裁凸模进入凹模的深度，S=t+1～2。

多工位级进模中凹模常采用非整体式结构，其优点是制造简化，冲模精度高；节省贵重金属，热处理变形易于控制；装配、调整、刃磨、维护较方便。

1）镶套式凹模。对于级进模中某些小的工作型孔，可在整体凹模或其他形式模板的相应型孔位置镶一个套状凹模（圆套、方套或异形套）。各镶套型孔可用慢走丝线切割加工，以保证尺寸和位置精度。

利用镶套式凹模，可防止模具开裂，提高模具寿命，并且可节省昂贵的模具材料（如硬质合金等）。

图3-7-34所示是镶套式凹模。镶套式凹模的特点是：镶块套做成圆形，且可选用标准的零件。镶块套损坏后可迅速更换备件。模板安装孔的加工可使用坐标镗床和坐标磨床。镶块在设计排样图时，就应考虑布置的位置及镶块套的大小，如图3-7-35所示。

图3-7-34 镶套式凹模

图3-7-35 镶块在排样图中的布置

图3-7-36a为常用的凹模嵌套。图3-7-36b为有异形孔时因不能磨削型孔和漏料孔而将它分成两块（其分割方向取决于孔的形状），要考虑到其合缝要对冲裁有利和便于磨削加工，镶入固定板后用键使其定位。这种方法也适用于异形孔的导套。镶套式凹模与固定它的凹模一般采用过渡配合。

图3-7-36 凹模嵌套

2）镶拼式凹模。对于某些难加工的凹模型孔，常采用镶拼式凹模，如图3-7-37所示。

图3-7-37 镶拼式凹模示例

镶拼式凹模设计参见本篇第1章1.2.4镶拼式凸模与凹模。

镶拼凹模结构形式主要有凸边式、紧圈式、种植式、镶片式、镶块式等。

图3-7-38～图3-7-43给出了镶拼块设计的部分图例。

图3-7-38 沿直线分割

图3-7-39 尖角处分割

图3-7-40 圆弧窄槽的分割

图3-7-41 沿对称线分割

3）分段拼合凹模。分段拼合凹模是多工位级进模中最常用的一种结构。其优点是通过各小段凹模结合面的研合，来保证各孔之间的距离，从而保证步距精度要求，如图3-7-44所示。

分段拼合凹模可解决多型孔加工时各型孔坐标精度的问题，便于刃磨、维修，不会因个别型孔损坏而造成整个凹模报废，能解决热处理变形较大的问题，便于加工、安装和调整。在分段拼合时，要尽量以直线分割，同一工位的型孔，原则上不应分为两段，每段凹模不宜包含太多的型孔，比较薄弱易损坏的型孔，应独立分段，分割线不应将型孔分段，型孔原则上应为闭合型孔，不同冲压工艺的工位（如弯曲、拉深、成形等），应当与冲裁部分分开，以便于刃磨凹模刃口和成形凹模（或凸模）的安装基面。

为保证凹模各型孔部位的强度，凹模分段块的分割面到型孔边要有足够的距离，分段块凹模一般要用外套将它们组合紧固（一般取H7/h6配合），同时还要用螺钉、销钉加以紧固，为防止分段拼合凹模的任何一块在冲压过程中受力下移，在模块组合后需加整体垫板，使之与拼合凹模构成一体。

4）综合拼合凹模。综合拼合凹模的设计是将各种拼合形式综合考虑，利用各种拼合的特点，以适应凹模的特定要求。

综合拼合凹模适合于冲裁、弯曲、成形和异形拉深的多工位级进模使用。

现以图3-7-45所示工件为例说明综合拼合凹模的设计要领。工件上有两条细长的小肋，而且还要对两个方向进行弯曲，共分13个工位，有效工位7个。从排样图中可以看出，其分段切除的型孔都较简单、规则，所以为整个凹模拼合创造了有利条件。图3-7-46是该副模具拼合凹模装配图。

从凹模的装配图中可以看出由a～f的每个型孔均由拼块拼合而成，其拼合面多为直线接合。d是由于型孔形状而形成折线接合。虽然型孔较多，而每个拼块形状都很简单，便于加工，从而使整个凹模的制造精度得到保证。

拼合凹模的全部拼块组合后由前、后、左、右四条框板以止口咬合，并用螺钉紧固，且在下面用垫板结合为一凹模整体。

图3-7-42 可调拼合凹模

图3-7-44 分段拼合凹模示例

图3-7-43 轮廓变化的拼块

图3-7-45 冲压零件图及排样图

图3-7-46 综合型孔拼合凹模示例

a—冲加强肋的镶件插入部位 b—中间细长切口拼合部位

c—工件展开前端中间成形处余料切口拼合部位

d—工件展开前端两侧成形处余料切口拼合部位

e—工件前端四处20°弯曲镶块f—切断成形拼块的插入部位

g—切断成形加工的拼镶件h—ϕ3mm浮顶器装配孔（7个）

（2）凹模外形尺寸 凹模厚度可根据冲裁力和刃口轮廓长度参照图3-7-47确定。当凹模冲裁的轮廓超过50mm时，从曲线中查出的数值要乘以修正系数。凹模厚度的最小值为7.5mm。而当凹模表面积在55mm²以上时，凹模厚度的最小值为10.5mm。图3-7-47是针对合金工具钢，当凹模采用碳素工具钢时，应乘以系数1.3。

凹模厚度也可参考图3-7-47表中的数据确定。对含有弯曲等成形工序的级进模，其凹模厚度还要综合考虑成形工序的行程要求后再确定。

图3-7-47 凹模厚度值

凹模刃口到边缘距离的经验值如图3-7-48所示。

图3-7-48 凹模刃口到外边缘的距离