2.2　項目——連接板中心圓孔沖裁模具設(shè)計

2.2.1　項目目標(biāo)

（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(chǎn)批量為80000件/年。

本部分案例在已經(jīng)沖裁出橢圓形外形的情況下，進(jìn)行連接板中心圓孔沖裁工藝分析，設(shè)計連接板中心圓孔沖裁模具。

（2）項目內(nèi)容

該沖壓件材料厚度為t=0.5mm，屬薄板沖裁，需要在現(xiàn)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(chǎn)量80000件，屬于大批量生產(chǎn)，采用沖裁模加工既能保證產(chǎn)品質(zhì)量，又能滿足生產(chǎn)效率的要求，還能降低成本。由于產(chǎn)品批量大，且導(dǎo)柱導(dǎo)向的單工序沖裁模沖裁精度高，使用壽命長，因此采用導(dǎo)柱導(dǎo)向的單工序沖裁模。

2.2.2　沖裁工藝方案

對沖壓件進(jìn)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(zhì)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(chǎn)生分離的一種沖壓工序。根據(jù)變形機(jī)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(yīng)，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(dāng)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(xì)分為：彈性變形—塑性剪切滑移—產(chǎn)生細(xì)微裂紋—裂紋生長與板料斷裂。

（2）沖裁斷面質(zhì)量分析

當(dāng)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(qū)，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(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及公差等技術(shù)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(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)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(chǎn)效率較高、成本較低的情況下得到質(zhì)量合格的沖壓件。因此一般從以下幾個方面進(jìn)行分析：

①沖裁件的形狀與尺寸要求　沖裁件形狀應(yīng)盡可能簡單、對稱、排樣廢料少。在滿足質(zhì)量要求的條件下，把沖裁件設(shè)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(jié)構(gòu)時，允許工件有尖銳的尖角外，沖裁件的外形或內(nèi)孔交角處應(yīng)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(yīng)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(qiáng)度和零件質(zhì)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(yīng)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(qiáng)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(jī)械性能、凸模強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)。用自由凸模和帶護(hù)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(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍以內(nèi)，對于普通沖裁件，其經(jīng)濟(jì)精度不高于IT12級。在IT12～I(xiàn)T14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(dá)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(yīng)符合一定要求。

（4）沖裁排樣的設(shè)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(jīng)濟(jì)利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)與壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，排樣時應(yīng)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(dāng)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(yīng)使操作方便，勞動強(qiáng)度小且安全。

c.盡量保證模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高。

d.保證制件質(zhì)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(zhì)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(dá)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(cè)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(jìn)距。

條料寬度的確定原則：a.最小條料寬度應(yīng)保證沖裁時輪廓周邊有足夠的搭邊值；

b.最大條料寬度應(yīng)保證條料能在導(dǎo)料板內(nèi)順利的進(jìn)給，條料與導(dǎo)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(jié)構(gòu)中是否采用側(cè)壓裝置或側(cè)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(nèi)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I(lǐng)T13，在IT12～I(xiàn)T14之間，屬于普通沖裁件。

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

（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(chǔ)上進(jìn)行，故不涉及排樣。若對此沖裁件采用沖孔、落料復(fù)合沖裁模完成時，考慮的排樣方式如下：

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

則條料寬B=43+2a=46（mm）
條料的進(jìn)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(jī)的主要依據(jù)，也是設(shè)計模具所必須的數(shù)據(jù)。

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(qiáng)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(chǎn)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(xué)性能的波動及材料厚度的波動等。因此，實際的沖裁力應(yīng)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(dāng)沖裁件從板料切下以后，沖裁件要沿徑向發(fā)生彈性變形而擴(kuò)張，而板料上的孔則沿著徑向發(fā)生彈性收縮。同時，沖下的零件與余料還要力圖恢復(fù)彈性。這兩種彈性恢復(fù)的結(jié)果，使得落料件梗塞在凹模內(nèi)，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(nèi)順著沖裁方向?qū)⒘慵驈U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(nèi)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(jī)和卸料機(jī)構(gòu)來負(fù)擔(dān)，所以在選用沖壓設(shè)備和設(shè)計模具的卸料機(jī)構(gòu)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(xué)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(zhǔn)確地計算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)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(nèi)的零件（或廢料），n=h/t；

h——凹?？卓诘闹比斜诟叨?；

t——材料厚度；

K_推，K_頂，K_卸——推件力、頂件力及卸料力系數(shù)，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(jìn)去，是根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)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?jīng)_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(zhì)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(jù)理論確定法和經(jīng)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(jù)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(chǎn)生裂紋的瞬時狀態(tài)。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(yīng)力與垂線間夾角。

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

②沖裁間隙經(jīng)驗確定法　經(jīng)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(jīng)驗確定法也是根據(jù)材料的性質(zhì)與厚度來確定，按下式確定凸凹模的最?。p向）間隙值。

Z_min=Kt　　        （2-11）

式中　K——材料性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)；

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(jù)是什么呢？

我們從生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)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(biāo)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(dāng)于軸，以其大端尺寸與TL相配與軸配合。

d.在生產(chǎn)中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)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(zhǔn)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(shè)計落模時，以凹模為基準(zhǔn)，間隙留在凸模上；在設(shè)計沖孔模時，以凸模為基準(zhǔn)，間隙留在凹模上。

b.確定模具最大實體尺寸?？紤]到模具使用中的磨損，設(shè)計落料模時，凹模的基本尺寸應(yīng)取接近或等于制件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸模的基本尺寸應(yīng)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(biāo)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～I(xiàn)T7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(biāo)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(yīng)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(biāo)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(xiàn)對沖孔和落料兩種情況分別討論如下：

a.沖孔設(shè)工件孔的尺寸為d+Δ。根據(jù)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(fù)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(shè)工件孔的尺寸為D-Δ。根據(jù)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(shù)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(guān)?？刹楸?-5或者按下列關(guān)系選?。?/p>

工件精度IT10級以下：X=1；

工件精度1T10～I(xiàn)T9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?；虬寄＃┳鳛榛鶞?zhǔn)件，然后以此基準(zhǔn)件為標(biāo)準(zhǔn)來加工另一件，使它們之間保持一定的間隙。此時只在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和制造公差，另一件配做模只標(biāo)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(jù)經(jīng)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(zhǔn)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(nèi)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(jù)經(jīng)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(jìn)行加工的方法進(jìn)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(jié)構(gòu)

（1）沖裁模具分類

沖裁模具按工序性質(zhì)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(xù)模（又稱級進(jìn)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(fù)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(fù)合模。

（2）沖裁模總體設(shè)計

沖裁?？傮w設(shè)計包括：壓床選擇、壓力中心計算、沖模結(jié)構(gòu)的選擇。

①壓力機(jī)選擇　壓床選擇一般包括壓床類型與壓床規(guī)格兩方面。出于沖裁工作行程與壓床行程相比很?。ㄐ∮?%），故除導(dǎo)板模要求使用行程可調(diào)節(jié)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(guī)格的選擇。

壓床規(guī)格的主要技術(shù)參數(shù)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(fù)合，沖模工作行程就要按拉深或彎曲行程計算。當(dāng)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(zhuǎn)角內(nèi)應(yīng)高于沖壓變形力曲線。

壓床的閉合高度：沖模的閉合高度應(yīng)和壓床的閉合高度相適應(yīng)。

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(dāng)連桿調(diào)至最短時為壓床的最大閉合高度（H）最大，連桿調(diào)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(guān)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(zhuǎn)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(dǎo)板模要求壓床的行程小且可調(diào)節(jié)。對于落料拉深復(fù)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(yīng)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(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過模柄的軸心線。否則會使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，減少模具和壓力機(jī)的使用壽命。

對于多凸模沖孔的復(fù)合模具，首先選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)，確定各孔中心的坐標(biāo)位置，如圖2-17所示。然后按公式進(jìn)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(jié)構(gòu)的確定　選擇沖裁模結(jié)構(gòu)，是將沖裁模各部分結(jié)構(gòu)初步確定下來，以便繪制工序草圖和進(jìn)行零部件設(shè)計。

a.正裝、倒裝結(jié)構(gòu)的選擇：落料凹模裝在下模的正裝復(fù)合模，其結(jié)構(gòu)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(nèi)推出，不積存在凸凹模內(nèi)，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(jìn)行下一次沖裁時，容易損壞刃口。因此，正裝復(fù)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(fù)合模特點是：孔的廢料經(jīng)壓力機(jī)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(diào)節(jié)的卸料裝置，卸料可靠，是工廠常用的一種結(jié)構(gòu)。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(nèi)要積存廢料，使脹力增大。

b.卸料裝置的選擇：選擇沖模結(jié)構(gòu)時，需考慮和工作部分配合使用的其他結(jié)構(gòu)。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(yīng)用于不同的場合。

固定卸料板：一般安裝于下模。它結(jié)構(gòu)簡單，卸料力大，卸料可靠，操作安全，多用于簡單和連續(xù)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(dǎo)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(diào)節(jié)。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(diào)節(jié)。

c.推件裝置的選擇：從凹?？變?nèi)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(jié)合起來考慮。

此外，上、下模是否采用導(dǎo)向裝置。采用導(dǎo)板還是導(dǎo)桿、導(dǎo)套結(jié)構(gòu)等這些問題，都要在沖模總體設(shè)計時考慮。

（3）沖裁模主要零部件設(shè)計

工作部分零件設(shè)計

①沖裁凸模的設(shè)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(jù)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(qiáng)度和剛度，可做成多級臺階。臺階之間要圓滑過渡，以免應(yīng)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(dǎo)套等）的黏結(jié)劑，常用的有環(huán)氧樹脂、低熔點合金和無機(jī)粘結(jié)劑三種。

凸模的長度：根據(jù)沖模結(jié)構(gòu)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(dǎo)尺厚度。

凸模強(qiáng)度計算：在一般情況下，凸模強(qiáng)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(qiáng)度進(jìn)行驗算。凸模強(qiáng)度校核時對于特別細(xì)長的凸模，應(yīng)進(jìn)行壓應(yīng)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(qiáng)度要求。

沖孔凸模加墊板的校核：

圓形沖孔凸模承受的壓應(yīng)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(shè)計。凹模形式按刃口孔形區(qū)分，有以下幾種，如圖2-19所示。

凹模的孔形參數(shù)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(jīng)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(jìn)行強(qiáng)度校核，只有當(dāng)凹模尺寸過小、過薄時才有必要。

③定位零件設(shè)計。沖模定位裝置用以保證材料的正確送進(jìn)及在沖模中的準(zhǔn)確位置。使用條料時，保證條料送進(jìn)導(dǎo)向的零件有導(dǎo)料銷、導(dǎo)尺等，保證條料進(jìn)距的零件有擋料銷、定距側(cè)刃等；在連續(xù)模中保證工件孔與外形相對位置是用導(dǎo)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(shè)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(diào)節(jié)，如圖2-22（c）所示。

⑤導(dǎo)向零件設(shè)計。對生產(chǎn)批量大，要求模具壽命長、工件精度高的沖裁模，都需采用導(dǎo)向裝置，以保證下模的精確導(dǎo)向，常用的導(dǎo)向零件有導(dǎo)板和導(dǎo)柱兩種。導(dǎo)柱模使用廣泛，導(dǎo)向零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)柱、導(dǎo)套和上、下模板組成的模架也都已標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)柱常用兩個。根據(jù)導(dǎo)柱在模板上的安裝位置分為后側(cè)導(dǎo)柱、中間和對角導(dǎo)柱三種。普通沖裁模常用后側(cè)導(dǎo)柱模架，可以從三面送料，操作方便。對角導(dǎo)柱和中間導(dǎo)柱的模架，其導(dǎo)向更為精確。

⑥連接零件設(shè)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?shù)取３鼓９潭ò?、墊板外，其余零件都已標(biāo)準(zhǔn)化，可以按需選用或參照標(biāo)準(zhǔn)另行設(shè)計。

（4）連接板中心圓孔的沖裁模沖壓壓力機(jī)的選擇

本實例中的沖裁件沖壓壓力機(jī)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(jī)。由《中國模具設(shè)計大典》查得壓力機(jī)為J23-10，其各項指標(biāo)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(jié)構(gòu)

對于本實例中的沖裁件，選用凸模在上，凹模在下的模具結(jié)構(gòu)，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(shè)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(jù)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(shè)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(jié)合H必須大于15mm及模具結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(dǎo)向零件的設(shè)計

連接板中心圓孔的沖裁模，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。

（12）連接板中心圓孔的沖裁模連接零件的設(shè)計

連接板中心圓孔的沖裁模采用標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(cè)進(jìn)料后，上模座在壓力機(jī)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(jī)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。