2.2 沖模結構設計方法簡介

在現場從事沖模設計，通常采用的結構設計方法是多種多樣的。根據沖壓零件的形狀、尺寸與材料的不同，結合現場條件，因件而異，采用不同的設計方法，以達到如下目的：

1）盡量縮短設計周期?，F場設計任務往往很多，大多時間要求緊、任務重。設計要滿足新產品及早投產與模具制造的需要，一般都將設計周期壓縮得很短。

2）提高沖模的結構典型化、通用化程度，從而提高標準化程度和商品率，以利簡化制模，壓縮制模周期，降低制模成本。

3）宣貫和強化執行有關國家標準（GB）、行業標準（JB）及企業標準，以大幅度提高沖模的標準化水平、制模能力和提升技術水平。

4）壓縮和減少沖模設計工作量及制模所需加工零件的數量。

5）在沖模設計與制造中普及采用計算機輔助沖模設計，充分利用計算機的圖形處理功能，并實施CAD/CAE/CAM/PDM技術，優化結構設計，提高出圖效率并減少差錯。

2.2.1 套用仿照設計法

根據沖壓零件形狀與尺寸、沖壓工藝工序及其欲用沖模類型與結構，在已生產過的沖壓零件、已使用過的沖模及已設計過還未投產的沖模中，尋找相同的、類似的，以及形狀與尺寸雖有差異，但稍加改動即可套用的沖模，進行套用仿照設計。這種設計方法是現場和初涉沖模結構設計者，經常采用而又非?？煽?、極為迅速的一種設計方法。

2.2.2 選用典型組合標準設計法

沖模的常用普通結構類型，曾納入了機械行業標準，即原JB/T 8065.1～4—1995、原JB/T 8066.1、2～1995、原JB/T 8067.1～4—1995、原JB/T 8068.1～4—1995，共計四大類、14種沖模典型結構組合標準，并分規格成套配全了每個規格所用標準零部件，可供設計選用。

設計沖模時，只要按沖壓零件形狀、尺寸及其沖壓加工工序所需沖模，選定上述典型結構組合的任何一種結構形式中任何一個標準規格，便可按標準規格給定的成套標準零部件列出沖模的零部件明細表，完成模芯即模具工作部分設計后，補齊工作零件凸模、凹模、定位與推卸系統零件加工圖，以及相關半標準件?？准庸D等，即可輕松完成沖模的整體結構設計。

2.2.3 沖模的“三化”設計法

機電與家電制造業中，沖壓工作量大。使用沖模數量多的工廠和以制造中小型沖模為主的專業模具生產廠點，為縮短沖模的設計與制造周期，降低制模成本，通常都結合自己企業的生產特點和實際需要，有針對性地貫徹沖模相關國家標準和機械行業標準；為方便制造并滿足更多用戶的要求，編制自己的《沖模企業標準》、《沖模典型結構圖冊》、《沖模設計與制造守則》等技術文件，對沖模結構進行標準化、通用化、典型化“三化”規范工作。

工廠制定的《沖模企業標準》，一般僅選定工廠常用的幾種沖模結構形式，遠不及沖模相關國家標準和機械行業標準齊全。對定為企業標準的沖模結構形式，都設定多組成套規格并配齊所用不同尺寸標準的、半標準的沖模零部件，可供設計時選用。在這個基礎上，可以推廣通用結構與典型結構，按照工廠編制的《沖模典型結構圖冊》，根據設計需要隨時選用，并依照《沖模設計與制造守則》要求與規定進行設計與制造。制模生產準備中，可成批預制與購買標準和半標準零部件，從而縮短制模周期。

2.2.4 沖模的排樣化快速設計

在沖模結構標準化、通用化及典型化的基礎上，甚至按照原機械行業沖模典型結構組合標準，也可進行沖模的排樣化快速設計。設計時，只需按照沖壓零件加工圖樣、沖壓工藝排樣圖，就可按有關標準選定沖模結構、標準規格及給定模具零部件尺寸規格，進行制造。

排樣化快速設計要對設計、制造、試模、驗收等作出具體的說明與規定，一般編入《沖模設計與制造守則》中，并列舉設計、制造范例。

沖模的排樣化設計總圖，雖只畫出一個以排樣圖為基礎的沖模總裝圖，但要以下有較詳細的說明：

1）模具零部件明細表內，要寫明選用模具類型與規格標準號、配備模架標準及其精度等級、模具送料定位零部件，以及其他標準結構以外需增加的零件，并標注在圖上。

2）在模具圖中心顯要位置寫出沖模的主要技術規格與技術要求，包括的內容有：①沖模使用原材料種類與尺寸（沖壓原材料名稱、牌號、料厚t、搭邊a、沿邊a₁、料寬及極限偏差、進距及極限偏差等）；②沖模使用沖壓設備編號；③沖模閉合高度；④沖模選用壓力機滑塊行程；⑤凸、凹模配合間隙；⑥計算沖壓力、沖壓功；⑦選用設備公稱壓力；⑧其他技術要求；⑨打印標記。

3）在以排樣圖為基礎的沖模總裝圖上，要標出壓力中心、各凸模、側刃、擋銷等的相互位置，各主要零部件要用同一基準標注。

4）非標準凸、凹模及其鑲拼件等，還要繪制專用加工制造圖樣。

這種設計方法不僅可使設計周期壓縮一半以上，而且差錯更少，發展推廣潛力很大。

2.2.5 特殊沖模結構的常規設計方法

因為沖模的類型及其結構設計的主要依據，是沖壓零件加工圖樣及其沖壓工藝、現場沖壓設備及加工條件、原材料供應狀態，因此，隨著沖壓零件形狀和尺寸以及上述其他因素的變化，沖模結構與尺寸都會發生變化，而且形式多樣，結構千變萬化。沖模結構的常規基本設計方法，適用于任何沖壓零件用沖模的結構設計。正因為如此，對于特殊沖壓零件加工用沖模、模具結構沒有納入標準的沖模、需要模具零部件尺寸超越標準規定范圍或結構屬非標準的沖模、沖壓零件料厚特薄或特厚或精度要求特高的沖模、沖壓零件需要沖壓方向以外施加壓力沖壓的沖模、沖模本身需要設置非標準及無標準的推卸與送料機構的沖模等，其結構仍需由沖模設計人員策劃、構思、多方案比較選優，用常規的基本設計方法進行設計。這種設計方法程序、具體計算方法、沖模各種裝置與系統的基本結構，將在本書相應章節中均予以詳盡論述，該設計方法詳見有關章節設計實例。

2.2.6 嫁接設計法

把其他工種常用的加工方法或工序移植到沖模結構中，實現沖壓加工，已經嫁接成功的有攻螺紋、棒料切偏、鉚接、切管等。這種設計方法在沖模結構設計上雖有較大難度，但對擴大沖壓加工范圍有重大現實意義。

2.2.7 組合設計法

多數連續模是由若干單工序沖模按連續沖壓工藝的可行性組合在一起而構成的多工位連續模。當然，連續模不完全是幾套單工序沖模的簡單拼合，還要根據連續沖壓的工藝要求，考慮工位間的送進方式、各工位的送料定位方法，以及合理調整沖壓工步的順序等。具有拉深、彎曲、翻邊、打扁、壓凸、壓印、校形等成形工藝作業的沖壓零件，多數在分序多模沖壓時，往往采用單工序成形模。一旦改用連續沖壓的連續模加工時，成形工位的結構基本沒有變化。連續模只用相當的成形工位，將原本用單工序沖模加工的成形工序組合進去。

在所有沖模的結構設計中，多工位連續模，尤其是含成形工位，如拉深、彎曲、翻邊、沖擠等工藝作業工位的多工位連續式復合模，結構設計難度較大。多數成形工位的結構可以采用其單工序成形模結構。將多工位按要求沖壓順序排列后，便可套用相當單工序成形模結構進行設計。連續沖裁也有類似情況，但其結構設計難度不大。

2.2.8 比較選優設計法

這是一種普遍采用并早已滲透到各種產品及工程設計中去的一種沖模結構設計方法，甚至在每種零部件設計與選用過程中也都采用。就沖模結構設計而言，從結構選型、整體構思到結構各細部的設計，每一步、每一個零部件的類型選擇與具體設計與計算，都有意無意的使用著多方案比較、從中選優的過程。與其他機械與工程設計一樣，沖模的結構設計，包括零部件的設計，也必然是有比較才有選擇，有選擇才能擇優，力爭更好的設計結果。

沖模的結構類型很多，而且變化無窮，曾納入機械行業標準的沖模典型結構類型就多達四大類14種354個（套）規格。采用何種類型、何種典型結構、哪一組規格合適？就存在一個比較選優的過程。只有對沖壓零件的形狀、尺寸、沖壓精度、技術要求及其使用功能了解透徹，對沖壓現場加工條件了如指掌，才能從上述眾多類型中，選出更合適、更經濟的沖模類型與結構形式。

每種沖壓零件都會因沖壓設備不同、供應材料狀態變化，甚至現場生產與制模技術水平差異等因素，而有多種不同的沖壓工藝方案。因而需要不同結構的沖模，通過各種工藝方案的可行性研究，選出更好甚至最佳方案，選擇結構更合適的沖模，便是普遍采用的比較選優設計法。

在沖模的結構細部設計中，也要經常采用比較選優的設計法，從而使沖模結構更完善。

一種需要進行連續沖裁沖壓的零件，如墊圈、長圓鏈片等，就使用沖模類型上講，這些沖壓零件都可以有幾種選擇。墊圈、長圓鏈片形狀簡單，沖壓精度要求一般，可以采用無導柱固定卸料結構連續模、固定卸料導板式連續模、滑動導向導柱模架固定卸料連續模、滑動導向導柱模架彈壓卸料連續模等沖制。

通常多采用滑動導向導柱模架固定卸料結構連續沖裁模。除考慮在確保沖壓零件尺寸精度和較大產量與較高生產率而外，還要保持更高的沖模壽命，擬采用滑動導向導柱模架導向會更經濟實惠，這類模架有多種標準形式可在就近市場購得。但選用何種類型的導柱模架，是中間導柱還是后側導柱或對角導柱、四導柱的？采用中間導柱只能縱向送料，橫向被導柱占據。后側導柱模架中導柱占據沖模后側，使縱向送料、卸除廢料或模上出件有些不便。同時，在平衡沖壓力、承載彈性變形及平穩運作方面，都不如其他類型模架。但其模具工作面及允許模上沖壓加工空間較大、較寬敞。比較起來，采用對角導柱模架更好一些，送料方向不受制約，比中間導柱模架好；運作平衡比后側導柱模架好；體積比四導柱小，造價比四導柱低。有經驗的沖模設計人員，這種對比往往一看便知，這是長期實踐積累的結果。

2.2.9 填空設計法

曾納入機械行標準的沖模典型結構組合，合計四大類、14種冷沖模典型結構組合，總共354個規格，可供設計選用。每一種典型結構組合所設置多個規格，都按完整典型結構的需要，配齊構成的全部零部件。在模芯設計完成后，選擇匹配的典型結構的合適規格，就可以交付制模了。

將常用典型結構標準中的常用規格，按1∶1繪制沖模總裝配圖。其模芯部分，按假想尺寸以雙點畫線繪出，描圖后可復印一批備用。設計沖模時，只需按沖壓件圖樣和排樣圖設計出模芯，即閉模狀態的凸模和凹模，剪貼在上述沖?？傃b圖的合適位置即可。必要時還可依沖壓件平面圖和排樣圖，在沖?？傃b圖的俯視圖位置繪出沖模的下模平面圖。在未實施計算機繪圖、沒進行計算機輔助沖模設計（CAD）的場合，采用這種設計方法可有效壓縮設計周期。

2.2.10 計算機輔助沖模結構設計

上述種種沖模結構設計方法均可采用計算機輔助更快、更好的實施。

在沖模結構設計的準備階段，可充分利用計算機的網絡技術，收集有關設計信息，交流設計資料與信息，充分利用各方面的各種設計資源，促進和實現沖模結構設計的優化。

在沖模結構設計的策劃、構思與設想階段，可充分利用計算機存儲的沖模技術資料及各種結構設計的數據、設計知識等數據庫，以便隨時調出和查找相關技術數據與資料；利用計算機數值模擬技術，對所設計沖壓零件的沖壓工藝加工的全過程，進行仿真分析，確認沖壓工藝及其所用沖模結構的必要性與合理性，為沖模結構的設計，提供可靠的選型、結構細部設計與計算的依據。在沖模結構設計的集成與圖示、繪圖階段，可充分利用計算機的圖形處理功能，對套用仿照結構設計的原沖?？傃b配圖、選用標準典型結構總裝圖、執行“優化”設計的通用結構圖、進行“排樣化、快速設計”的沖壓工藝排樣圖、要進行組合設計及選優設計的模具總圖、相關工作零件及非標準與半標準零部件圖等，在計算機上進行修改加工，通過圖形輸入或從圖形庫與數據庫調出，在顯示屏上按結構設計需要修改、補充后打印、出圖。

在沖模結構細部設計中，可利用計算機物體質量特性計算功能，計算沖模質量、重心、壓力中心；計算沖壓工藝參數，沖模主要工作零件凸模、凹模、凸凹模的刃口、型腔尺寸，并校核其強度與剛度。對于復雜模腔可利用計算機三維實體造型與曲面造型功能，并靈活編輯、修改，完成設計。

在沖模設計的最后階段，可利用計算機的沖模虛擬裝配功能，以驗證所設計沖模結構與零部件的正確性與合理性。

上述各種沖模設計方法，并非其全部，而只是通常使用的一些基本方法。隨著生產的發展和工藝技術的創新，還會有更好更多新的沖模設計方法涌現出來。由于作者水平所限，加上長期在儀表行業工作，所介紹的沖模設計方法難免帶有行業局限性并可能掛一漏萬，多有遺漏，這里權當拋磚引玉，期待業內同仁有更好更多的沖模設計新方法展現推出。