2.2　項目——連接板中心圓孔沖裁模具設計

2.2.1　項目目標

（1）項目引入

如圖2-1所示為連接板沖裁件，材料為20鋼，該沖壓件材料厚度為t=0.5mm，屬薄板沖裁，橢圓外形，制件中間有2個?11mm的圓形孔。生產批量為80000件/年。

本部分案例在已經沖裁出橢圓形外形的情況下，進行連接板中心圓孔沖裁工藝分析，設計連接板中心圓孔沖裁模具。

（2）項目內容

該沖壓件材料厚度為t=0.5mm，屬薄板沖裁，需要在現有橢圓形板料中間沖裁出?11mm的2個圓形孔，屬于小型沖壓件。年產量80000件，屬于大批量生產，采用沖裁模加工既能保證產品質量，又能滿足生產效率的要求，還能降低成本。由于產品批量大，且導柱導向的單工序沖裁模沖裁精度高，使用壽命長，因此采用導柱導向的單工序沖裁模。

2.2.2　沖裁工藝方案

對沖壓件進行沖裁工藝方案分析，主要包括三個方面：沖裁過程分析、沖裁斷面質量分析以及沖裁工藝性分析。

（1）沖裁過程分析

沖裁是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產生分離的一種沖壓工序。根據變形機理的差異，沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁。通常我們說的沖裁是指普通沖裁，它包括落料、沖孔、切口、剖切和修邊等。

圖2-2所示為連接板中心孔簡單沖裁模的沖裁過程示意圖。圖中所示件1為凸模，件2為凹模，凸模端部及凹模洞口邊緣的輪廓形狀與工件形狀對應，并有鋒利的刃口。凸模刃口輪廓尺寸略小于凹模，其差值稱為沖裁間隙。

沖裁金屬板料的變形過程如圖2-3所示。當沖裁模間隙合理時沖裁變形過程可分為以下三個階段，分別為彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂分離階段。具體可以細分為：彈性變形—塑性剪切滑移—產生細微裂紋—裂紋生長與板料斷裂。

（2）沖裁斷面質量分析

當沖裁模凸、凹模之間的間隙合理、模具刃口狀況良好時，沖裁件斷面的特征，如圖2-4所示。從圖中可以看出，沖裁斷面明顯分為四個特征區，即圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺四個部分。

由圖可知，沖裁件的斷面并不整齊，僅較短一段的光亮帶是柱體。若不計彈性變形的影響，沖孔件的光亮柱體部分尺寸近似等于凸模尺寸；而落料件的光亮柱體部分尺寸，近似等于凹模尺寸。

（3）沖裁工藝性分析

1）什么是沖裁件的工藝性

沖裁件的工藝性，是指沖裁件在沖壓加工過程中的難易程度，即沖裁件的結構、形狀、尺寸及公差等技術要求是否符合沖壓加工的工藝要求。

2）沖裁件工藝性分析

沖裁件工藝性是否合理，對零件的質量、模具壽命和生產率有很大的影響。沖裁工藝性好是指能用普通的沖裁方法，在模具壽命和生產效率較高、成本較低的情況下得到質量合格的沖壓件。因此一般從以下幾個方面進行分析：

①沖裁件的形狀與尺寸要求　沖裁件形狀應盡可能簡單、對稱、排樣廢料少。在滿足質量要求的條件下，把沖裁件設計成少、無廢料的排樣形狀，如圖2-5所示。

a.除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，允許工件有尖銳的尖角外，沖裁件的外形或內孔交角處應采用圓角過渡，避免尖角，R>0.25t。常用的最小沖裁圓角可以通過查表得到。

b.盡量避免沖裁件上過長的懸臂與狹槽，如圖2-6所示，應使它們的最小寬度b≥1.5t。沖裁件孔與孔之間、孔與零件邊緣之間的壁厚，因受模具強度和零件質量的限制，其值不能太小。一般要求c≥1.5t，c'≥t。

c.若在彎曲或拉深件上沖孔，沖孔位置與件壁間距應滿足圖示尺寸。其要求見圖2-7。

d.沖裁件的孔徑因受沖孔凸模強度和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷和壓彎。沖孔最小尺寸取決于孔的形狀、材料的厚度、材料的機械性能、凸模強度和模具結構。用自由凸模和帶護套的凸模所能沖制的最小孔徑分別見表2-1和表2-2。

②沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度

沖裁件的精度要求，應在經濟精度范圍以內，對于普通沖裁件，其經濟精度不高于IT12級。在IT12～IT14之間，沖孔件比落料件高一級，一般要求落料件公差等級最好低于IT10級，沖孔件精度最好低于IT9級。如果工件精度高于上述要求，則需在沖裁后整修或采用精密沖裁沖工件。兩孔的孔心距所能達到的公差可通過查表獲得。沖裁件斷面的表面粗糙度和允許的毛刺高度也應符合一定要求。

（4）沖裁排樣的設計

1）什么是排樣

沖裁件在板料、條料、帶料等毛坯上的布置方式稱為排樣。

2）排樣的原則和方法

①排樣的原則　排樣合理與否不僅影響材料的經濟利用，還影響到制件的質量、模具的結構與壽命、制件的生產率和模具的成本等技術、經濟指標。因此，排樣時應考慮如下原則：

a.提高材料利用率（不影響制件使用性能前提下，還可適當改變制件形狀）。材料的利用率為制件面積與毛坯面積的比率。材料利用率按式（2-1）計算。

　　        （2-1）

式中　η——材料利用率；

A₀——工件的實際面積；

A——沖裁此工件所用材料面積，包括工件面積與廢料面積。

b.排樣方法應使操作方便，勞動強度小且安全。

c.盡量保證模具結構簡單、壽命高。

d.保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。

②排樣的方法

a.有廢料排樣法：沿制件的全部外形輪廓沖裁，制件與制件之間、制件與條料之間都留有工藝余料（稱為搭邊），沖裁后成為廢料。因留有搭邊，所以制件質量和模具壽命較高，但材料利用率降低；

b.少廢料排樣：沿制件的部分外形輪廓沖裁，只在制件與制件之間或制件與條料之間留有搭邊，材料利用率有所提高；

c.無廢料排樣：沿制件的全部外形輪廓沖裁，在制件與制件之間或制件與條料之間都不留有搭邊。無廢料排樣的材料利用率較高，材料只有料頭和料尾損失，材料利用率可高達85%～95%。排樣的幾種方式具體，如圖2-8所示。

③搭邊和料寬

搭邊為工件與工件之間、工件與條料側邊之間留有的一定距離（工藝廢料）。

料寬：排樣方案和搭邊值確定后，即可確定條料或帶料的寬度及進距。

條料寬度的確定原則：a.最小條料寬度應保證沖裁時輪廓周邊有足夠的搭邊值；

b.最大條料寬度應保證條料能在導料板內順利的進給，條料與導料板之間有一定的間隙；

c.在確定條料寬度時，必須考慮模具結構中是否采用側壓裝置或側刃定距裝置。

（5）連接板中心圓孔沖裁件工藝性分析

如圖2-9所示為連接板沖裁件，橢圓外形，制件中間有2個?11mm的圓形孔。此沖裁件的工藝性如下：

①沖裁件形狀簡單、對稱、排樣廢料少。

②沖裁件的外形或內孔交角處為圓角過渡，沒有尖角。

③沖裁件上沒有過長的懸臂與狹槽。

④沖裁件公差IT13，在IT12～IT14之間，屬于普通沖裁件。

因此，此連接板中心圓孔沖裁件的結構、形狀、尺寸及公差等技術要求符合沖壓加工的工藝要求，可以采用沖壓加工方法進行生產。

（6）連接板中心圓孔沖裁件的排樣

對于本實例中的沖裁件，采用落料和沖孔兩道沖裁工序完成，第二道工序即本實例中的沖孔是在第一道工序沖裁完得到的橢圓形落料件的基礎上進行，故不涉及排樣。若對此沖裁件采用沖孔、落料復合沖裁模完成時，考慮的排樣方式如下：

采用單排排樣設計，查《中國模具設計大典：第3卷　沖壓模具設計》表19.1-17，如圖2-9所示，得搭邊值：工件間a₁=1.8mm，側邊a=1.5mm。

則條料寬B=43+2a=46（mm）
條料的進距h=20+a₁=21.8（mm）

由式（2-1）計算沖裁單件材料的利用率為：

　　        

2.2.3　沖裁工藝計算

（1）沖裁壓力計算

①沖裁力　沖裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。沖裁力是選擇壓力機的主要依據，也是設計模具所必須的數據。

F₀=Ltτ　　        （2-2）

式中　t——材料厚度，mm；

L——沖裁輪廓周長，mm；

τ——材料抗剪強度，MPa；

F₀——沖裁變形力，N。

在實際的沖裁過程中，還有多種因素可以對沖裁力產生影響，例如刃口磨損、間隙部大小、間隙分布的不均勻、材料力學性能的波動及材料厚度的波動等。因此，實際的沖裁力應增加30%。實際的沖裁力按式（2-3）計算：

F₀=1.3Ltτ　　        （2-3）

②卸料力、推件力及頂件力

什么是卸料力、推件力及頂件力？

在分析沖裁的變形過程時，當沖裁件從板料切下以后，沖裁件要沿徑向發生彈性變形而擴張，而板料上的孔則沿著徑向發生彈性收縮。同時，沖下的零件與余料還要力圖恢復彈性。這兩種彈性恢復的結果，使得落料件梗塞在凹模內，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將零件或廢料取下來所需的力稱卸料力，從凹模內順著沖裁方向將零件或廢料推出的力稱為推件力，逆著沖裁方向把零件或廢料從凹模洞內頂出的力稱為頂件力（圖2-10）。

如何計算卸料力、推件力及頂件力？

卸料力、推件力及頂件力將直接由壓力機和卸料機構來負擔，所以在選用沖壓設備和設計模具的卸料機構時，必須考慮卸料力、推件力與頂件力。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能、材料厚度、模具間隙、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。因此要準確地計算這些力是困難的，一般用下列經驗公式計算。

推件力：

F_推=nK_推F₀　　        （2-4）

頂件力：

F_頂=nK_頂F₀　　        （2-5）

卸料力：

F_卸=nK_卸F₀　　        （2-6）

式中　　　F₀——沖裁力；

n——同時梗塞在凹模內的零件（或廢料），n=h/t；

h——凹模孔口的直刃壁高度；

t——材料厚度；

K_推，K_頂，K_卸——推件力、頂件力及卸料力系數，其值見表2-3。

③沖裁時的總壓力　沖裁力、推件力、頂件力及卸料力在選擇壓床時是否要考慮進去，是根據不同的模具結構區別對待的。

采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模：

F_總=F₀+F_推+F_卸　　        （2-7）

采用彈性卸料裝置和上出料方式沖裁模：

F_總=F₀+F_頂+F_卸　　        （2-8）

采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模：

F_總=F₀+F_推+F_卸　　        （2-9）

（2）沖裁間隙的確定

如何確定沖裁間隙？

沖裁間隙是指凸模與凹模刃口縫隙之間的距離，沖裁間隙對沖裁件斷面質量、沖裁件尺寸精度、沖裁力及模具壽命有影響。沖裁間隙可根據理論確定法和經驗確定法來確定。

①沖裁間隙理論確定法　理論確定法的主要依據是要保證裂紋重合，以便獲得良好的斷面。圖2-11所示為沖裁過程產生裂紋的瞬時狀態。從圖中的三角形ABC可求得間隙Z：

　　        （2-10）

式中　h₀——凸模模壓入深度；

β——最大剪應力與垂線間夾角。

由于各種材料的h₀和β值目前還沒有準確的測定數值，而且生產中使用這種計算法也不方便，因此目前廣泛采用經驗公式與圖表法。

②沖裁間隙經驗確定法　經驗確定法可以按厚度確定間隙值及直接查表確定間隙值。

按厚度確定的間隙值：經驗確定法也是根據材料的性質與厚度來確定，按下式確定凸凹模的最小（雙向）間隙值。

Z_min=Kt　　        （2-11）

式中　K——材料性質有關的系數；

t——材料厚度。

軟材料：如08、10、黃銅、紫銅等，Z_min=（0.08～0.1）t；

中性材料：如Q235、Q255、20、25等，Z_min=（0.1～0.12）t；

硬材料；如Q295、50等，Z_min=（0.012～0.14）t。

其中薄料取下限。

（3）沖裁模刃口尺寸的計算

①尺寸計算原則　模具刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸與公差來保證。但正確地確定刃口部分尺寸及其公差的依據是什么呢？

我們從生產中發現以下幾點：

a.由于凸、凹模之間存在間隙，因此落下的料或沖出孔都是帶有錐度的（圖2-12），且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，而沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。

b.用游標卡尺測量落料件尺寸時，測得的是大端尺寸；測量孔徑時，測得的是小端尺寸（圖2-13）。

c.在裝配時，落料件相當于軸，以其大端尺寸與TL相配與軸配合。

d.在生產中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，使間隙愈用愈大。

所以，在確定模具刃口尺寸及其制造公差時，必須考慮下述原則：

a.確定基準件。落料件尺寸由凹模決定，沖孔件的尺寸由凸模尺寸決定。在設計落模時，以凹模為基準，間隙留在凸模上；在設計沖孔模時，以凸模為基準，間隙留在凹模上。

b.確定模具最大實體尺寸。考慮到模具使用中的磨損，設計落料模時，凹模的基本尺寸應取接近或等于制件的最小極限尺寸；設計沖孔模時，凸模的基本尺寸應取接近或等于制件的最大極限尺寸。凸、凹模間隙則取最小合理間隙。以保證凸、凹模磨損到一定的值后，仍能沖出合格的零件。

c.確定模具制造公差。一般模具精度高于制件精度2～3級。若制件未標注尺寸公差，按IT14級處理，模具精度取IT11級，對于制件，模具精度可取IT6～IT7級。

②刃口尺寸的計算方法

如何計算刃口尺寸？

由于模具加工和測量方法的不同，凹模與凸模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差的標注也不同，基本上可分為兩種：一種是凸模與凹模分開加工；另一種是凸模與凹模配合加工。與其相應的尺寸計算方法也各有不同。

方法一：凸模與凹模分開加工。凸模與凹模分開加工時，要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差，這種方法適用于圓形或簡單形狀的工件，只符合下列條件：

δ_凸+δ_凹≤Z_max-Z_min　　        （2-12）

δ_凸=0.4（Z_max-Z_min）　　        （2-13）

或取

δ_凹=0.6（Z_max-Z_min）　　        （2-14）

現對沖孔和落料兩種情況分別討論如下：

a.沖孔設工件孔的尺寸為d+Δ。根據以上原則，沖孔時首先確定凸模刃口尺寸，使凸模公稱尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸，再增加凹模尺寸以保證最小合理間隙偏Z_min。凸模制造偏差為負偏差，凹模制造偏差為正偏差，其計算公式如下：

　　        （2-15）

　　        （2-16）

各部分分配位置見圖2-14。

b.落料設工件孔的尺寸為D-Δ。根據上述原則，落料時首先確定凹模尺寸。凹模公稱尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸。再減小凸模尺寸以保證最小合理間隙Z_min。各部分分配位置見圖2-15。其計算公式如下：

　　        （2-17）

　　        （2-18）

式中　d_凸，d_凹——沖孔凸模和凹模直徑，mm；

D_凸，D_凹——落料凸模和凹模直徑，mm；

d，D——沖孔零件孔徑和落料工件外徑的公稱尺寸；

Z_min——最小合理間隙（雙間），mm；

δ_凸，δ_凹——凸模、凹模的制造公差，其值可查表2-4，xΔ代表磨損量。

其中系數X是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的小間尺寸。X值在0.5～1之間，與制造精度等級有關。可查表2-5或者按下列關系選取：

工件精度IT10級以下：X=1；

工件精度1T10～IT9級以下：X=0.75；

工件精度IT7以上：X=0.5。

方法二：凸模與凹模配合加工。此方法是先做好其中的一件（凸模或凹模）作為基準件，然后以此基準件為標準來加工另一件，使它們之間保持一定的間隙。此時只在基準件上標注尺寸和制造公差，另一件配做模只標注公稱尺寸并注明配做間隙值。這樣δ_凸、δ_凹不再受間隙限制，根據經驗一般可取δ=Δ/4。這種方法不僅容易保證凸、凹模很小的間隙，而且還可放大基準件的制造公差，使零件制造容易。故目前一般工廠都采用此種方法。

（4）連接板中心圓孔沖裁件沖裁壓力計算

①連接板中心圓孔沖裁件沖裁力

對于本實例中的沖裁件，連接板中心圓孔的周長：

L₁=2πD=22π=69.08（mm）

所以，由式（2-3）可得沖孔力為：

F₀=1.3Ltτ=1.3×69.08×0.5×80=3582.16（N）

②連接板中心圓孔沖裁件卸料力及推件力

對于本實例中的沖裁件，采用如圖2-10所示中的卸料及推件方式，推件力及卸料力分別按式（2-4）和式（2-6）計算，具體如下：

查表2-3，取K_推和K_卸分別取0.063和0.05，同時梗塞在凹模內的廢料：

n=h/t=3/0.5=6　　        （2-19）

F_推=nK_推F₀=6×0.063×3592.16=1357.84（N）

F_卸=nK_卸F₀=6×0.05×3592.16=1077.65（N）

③連接板中心圓孔沖裁件沖裁時的總壓力

對于本實例中的沖裁件總沖裁力，由式（2-7）得：

F_總=F₀+F_推+F_卸=6027.65（N）

（5）連接板中心圓孔沖裁間隙的確定

對于本實例中的沖裁件，根據經驗確定法，可以按照式（2-12）確定其間隙值：Z_min=（0.1～0.12）t=0.05～0.06mm，取間隙值為Z_min=0.05mm，Z_max=0.1mm。

（6）連接板中心圓孔的沖裁模刃口尺寸的計算

在連接板沖中心圓孔的沖壓中，由于為圓形沖孔工件，因此采用凸凹模分開進行加工的方法進行刃口尺寸的計算。由表2-4查出δ_凸=0.02和δ_凹=0.02，Z_min=0.05mm和Z_max=0.1mm，滿足公式（2-13）的要求，因此可以利用公式（2-16）和公式（2-17）分別計算出沖孔凸模和凹模的刃口尺寸。其中x由表2-5查出為0.5，制件公差Δ=0.36，最后求出和。

2.2.4　沖裁模具結構

（1）沖裁模具分類

沖裁模具按工序性質分類，主要形式有：落料模、沖孔模、切斷模及切口模等。

按工序的組合程度可分為：①簡單模：在一副模具中只完成一個工序的沖模。②連續模（又稱級進模或跳步模）：在一副模具中，在不同位置上完成兩個或多個工序而最后將工件與條料分離的沖模。③復合模：在同一副模具中在同一位置上完成幾個不同工序的沖模。如落料、沖孔復合模。

（2）沖裁模總體設計

沖裁模總體設計包括：壓床選擇、壓力中心計算、沖模結構的選擇。

①壓力機選擇　壓床選擇一般包括壓床類型與壓床規格兩方面。出于沖裁工作行程與壓床行程相比很小（小于5%），故除導板模要求使用行程可調節的偏心壓床外，一般對壓床類型沒有特殊要求。所以著重討論壓床規格的選擇。

壓床規格的主要技術參數有：噸位、閉合高度、行程和臺面尺寸等。

壓床噸位：對于沖裁工序，可按沖就所需的壓力來選擇壓床。

F_公≥∑F　　        （2-20）

式中　F_公——壓床的公稱壓力；

∑F——完成沖裁工序所需的總壓力，包括沖裁變形力，彈性卸料力和推件力等。

沖裁如果和拉深或彎曲工序復合，沖模工作行程就要按拉深或彎曲行程計算。當工作行程與壓床行程相比較大（超過5%）時，所選壓床的許用壓力曲線在曲軸全部轉角內應高于沖壓變形力曲線。

壓床的閉合高度：沖模的閉合高度應和壓床的閉合高度相適應。

沖模閉合高度即沖模在最低工作位置時，上、下模板之間的距離（H_模）。壓床閉合高度即滑塊在下死點位置時，滑塊下端面至壓床墊板間的距離（H）。當連桿調至最短時為壓床的最大閉合高度（H）最大，連桿調至最長時為壓床的最小閉合高度H最小。如圖2-16所示，沖模的閉合高度與壓床的閉合高度關系見式（2-21）。

H_最大-5mm≥H_模≥H_最小+10mm　　        （2-21）

壓床行程：壓床的曲鈾旋轉一周時滑塊上下移動的距離稱為壓床的行程。壓床的行程必須滿足工藝要求。沖床的工作行程小，壓床行程一般能滿足使用要求。導板模要求壓床的行程小且可調節。對于落料拉深復合模，壓床行程必須大于拉深高度兩倍以上，以便放入毛坯和取出工件。

壓床臺面尺寸：壓床臺面尺寸應大于沖模下模板的外形尺寸，并要留有固定沖模的位置。

②壓力中心　模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應通過模柄的軸心線。否則會使沖模和壓力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，減少模具和壓力機的使用壽命。

對于多凸模沖孔的復合模具，首先選擇基準坐標，確定各孔中心的坐標位置，如圖2-17所示。然后按公式進行計算。

　　        （2-22）

　　        （2-23）

式中　X₀——壓力中心至y軸的距離；

Y₀——壓力中心至x軸的距離。

③沖裁模結構的確定　選擇沖裁模結構，是將沖裁模各部分結構初步確定下來，以便繪制工序草圖和進行零部件設計。

a.正裝、倒裝結構的選擇：落料凹模裝在下模的正裝復合模，其結構特點是：采用彈性頂件器將工件從凹模向上頂出，故沖出的工件較平直；沖孔廢料從上模中的凸凹模內推出，不積存在凸凹模內，故凸凹模不易脹裂，容許壁厚小一些。但沖孔廢料掉在下模面上，清除困難且不安全，給操作帶來不便，如來不及清除就進行下一次沖裁時，容易損壞刃口。因此，正裝復合模一般在工件要求較平整、沖裁薄板料、孔公差較小、孔邊距小以及落料沖孔兼成形工序時、或是只有一個孔的薄工件、孔的廢料不難清除等情況下才使用。

倒裝復合模特點是：孔的廢料經壓力機臺孔下落，不需清除廢料，操作較方便；在下模能安裝力量可調節的卸料裝置，卸料可靠，是工廠常用的一種結構。對較小的工件，一般少采用壓料，由于工件在沒有壓緊下沖裁，平直度較差，同時凸凹模內要積存廢料，使脹力增大。

b.卸料裝置的選擇：選擇沖模結構時，需考慮和工作部分配合使用的其他結構。例如卸料裝置就是用來卸除卡在凸模上的廢料。不同形式的卸料裝置，應用于不同的場合。

固定卸料板：一般安裝于下模。它結構簡單，卸料力大，卸料可靠，操作安全，多用于簡單和連續模，尤其適用于沖裁較厚的材料。但沖裁工件的精度與平直度較低。固定卸料板若和凸模滑配制出時，還可兼作導板。

彈性卸料板：除卸料外，在沖裁時兼起壓料作用，故沖出的工件彎曲程度小，尺寸精度較高。裝于上模的彈性卸料板，其卸料力較小，且不能調節。裝于下模的彈性卸料板有兩種：一種將彈性元件置于卸料板與凸模固定板之間；另一種在下模下面安裝緩沖器。前者卸料力較小，后者卸料力較大并可調節。

c.推件裝置的選擇：從凹模孔內推出工件的裝置有兩種形式：一種裝于上模的稱推件器，是剛性推件，比較可靠；另一種裝于下模的是頂件器，彈性反向頂出工件，并對工件有壓平作用。推件裝置的正確選擇要和工作部分結合起來考慮。

此外，上、下模是否采用導向裝置。采用導板還是導桿、導套結構等這些問題，都要在沖模總體設計時考慮。

（3）沖裁模主要零部件設計

工作部分零件設計

①沖裁凸模的設計。凸模的形式：凸模常用的形式有三種，如圖2-18所示。其工作部分尺寸根據工件尺寸通過計算決定，斷面形狀和工件一致。為了增加凸模的強度和剛度，可做成多級臺階。臺階之間要圓滑過渡，以免應力集中。凸模用固定板固定，如果凸模是壓入固定板則采用過渡配合；如果是采用粘接力法，則固定板要留出間隙，而凸模不做出肩臺。凸模和固定板裝配后要求垂直，斷面需一起磨平。對于采用線切剖和成形磨削的非圓形凸模，要制成沒有臺階的等斷面。

凸模（以及凹模、導套等）的黏結劑，常用的有環氧樹脂、低熔點合金和無機粘結劑三種。

凸模的長度：根據沖模結構的要求來定，還要考慮留有修磨余量，如圖2-18所示，長度L為：

L=h₁+h₂+h₃+（10～20）mm　　        （2-24）

式中　h₁——凸模固定板厚度；

h₂——卸料板厚度；

h₃——導尺厚度。

凸模強度計算：在一般情況下，凸模強度不需計算，只是在凸模斷面較小而沖裁力較大或凸模較長時，才對凸模強度進行驗算。凸模強度校核時對于特別細長的凸模，應進行壓應力和彎曲力校核，檢查其危險斷面尺寸和自由長度是否滿足強度要求。

沖孔凸模加墊板的校核：

圓形沖孔凸模承受的壓應力［σ_壓］，按下式計算：

σ_壓=P/F=P/0.758D²　　        （2-25）

式中　P——沖孔力，kN；

F——沖孔凸模承受面積，mm²；

D——沖孔凸模承受面的直徑，mm。

②沖裁凹模的設計。凹模形式按刃口孔形區分，有以下幾種，如圖2-19所示。

凹模的孔形參數按工件材料厚度選取，可查表。凹模外形尺寸和最小壁厚如圖2-20所示，可按經驗公式（2-26）計算。

H=Kb　　        （2-26）

凹模工作時，在沖裁力作用下主要是受彎曲，一般情況下不進行強度校核，只有當凹模尺寸過小、過薄時才有必要。

③定位零件設計。沖模定位裝置用以保證材料的正確送進及在沖模中的準確位置。使用條料時，保證條料送進導向的零件有導料銷、導尺等，保證條料進距的零件有擋料銷、定距側刃等；在連續模中保證工件孔與外形相對位置是用導正銷，單個毛坯采用定位銷或定位板，如圖2-21所示。

④卸料與推件零件設計。卸料裝置有剛性與彈性卸料板和廢料切刀等形式。彈性卸料板，對于正裝模則安裝于上模，卸料力較小，如圖2-22（a）所示。裝于下模的彈性卸料板有兩種：一種是將彈簧或橡皮放置在下模板上，其卸料力較小，如圖2-22（b）所示；另一種是在下模板或壓床工作臺下面安裝彈性緩沖器，其卸料力較大，并可調節，如圖2-22（c）所示。

⑤導向零件設計。對生產批量大，要求模具壽命長、工件精度高的沖裁模，都需采用導向裝置，以保證下模的精確導向，常用的導向零件有導板和導柱兩種。導柱模使用廣泛，導向零件已經標準化，導柱、導套和上、下模板組成的模架也都已標準化，導柱常用兩個。根據導柱在模板上的安裝位置分為后側導柱、中間和對角導柱三種。普通沖裁模常用后側導柱模架，可以從三面送料，操作方便。對角導柱和中間導柱的模架，其導向更為精確。

⑥連接零件設計。沖模連接零件主要包括模柄，上、下模板，凸模固定板以及螺釘、銷釘等。除凸模固定板、墊板外，其余零件都已標準化，可以按需選用或參照標準另行設計。

（4）連接板中心圓孔的沖裁模沖壓壓力機的選擇

本實例中的沖裁件沖壓壓力機的選擇，由式（2-7）計算得：

F_總=F₀+F_推+F_卸=6027.65N

公稱壓力約為6kN，故選取公稱壓力為3.15t（31.5kN）的壓力機。由《中國模具設計大典》查得壓力機為J23-10，其各項指標如表2-6所示：

（5）連接板中心圓孔的沖裁模壓力中心的確定

對于本實例中的沖裁件，沖模的壓力中心與制件外形的幾何中心重合。

（6）連接板中心圓孔的沖裁模模具結構

對于本實例中的沖裁件，選用凸模在上，凹模在下的模具結構，模具中采用彈性卸料板卸料，孔中的廢料由下模排料口排出。

（7）連接板中心圓孔的沖裁模凸模的設計

連接板中心圓孔的沖裁模，凸模斷面為簡單圓形，故采用如圖臺階形式。其工作部分尺寸根據工件尺寸通過計算決定，斷面形狀和工件一致。由式（2-24）可得凸模長度L為：

L=h₁+h₂+h_彈+（10～20）=16+10+20=56（mm）

（8）連接板中心圓孔的沖裁模凹模的設計

連接板中心圓孔的沖裁模，凹模形式選擇圖2-19的Ⅱ形，凹模尺寸按公式（2-26）計算，結合H必須大于15mm及模具結構的要求，取凹模板的厚度H=15mm。

（9）連接板中心圓孔的沖裁模定位零件的設計

連接板中心圓孔的沖裁模，因為單個毛坯，采用定位銷定位，如圖2-23所示。

（10）連接板中心圓孔的沖裁模卸料與推件零件的設計

連接板中心圓孔的沖裁模，采用如圖2-22（a）所示的安裝于上模彈性卸料裝置。

（11）連接板中心圓孔的沖裁模導向零件的設計

連接板中心圓孔的沖裁模，采用后側導柱模架。

（12）連接板中心圓孔的沖裁模連接零件的設計

連接板中心圓孔的沖裁模采用標準連接零件：螺釘和銷釘。

（13）連接板中心圓孔的沖裁模裝配圖和主要零件圖

結合以上分析及計算，連接板中心圓孔的沖裁模裝配圖，如圖2-24所示，條料從左側進料后，上模座在壓力機的帶動下下壓，凸模下壓沖孔成形，廢料從凹模下方脫出，完成沖裁動作后，上模座在壓力機的作用下上移，制件在卸料板的作用下與凸模脫離，完成卸料，接著按步距送料，完成下一次沖裁過程。凸模、凹模、卸料板、凸模固定板零件圖如圖2-25～圖2-28所示。