第二节 冲裁模零部件的设计与选用
一、模具零件的分类
按模具零件的不同作用，可将其分为工艺零件和结构零件两大类。
提问：什么是工艺？工艺是一种过程，它能够改变生产对象的形状，能够改变生产对象的尺寸，能够改变生产对象的相对位置，还能够改变生产对象的性质等，最终使其成为成品或者半成品 。
工艺零件是在冲压工序完成时，会与材料直接发生接触的零件，也是在冲压工序完成时，会与制件直接发生接触的零件；
结构零件是在模具制造中起装配作用的零件，是在模具使用中起装配作用的零件，是在模具制造中起安装作用的零件，是在模具使用中起安装作用的零件，是在模具制造中起定位作用的零件，是在模具使用中起定位作用的零件，还是在模具制造和使用中起导向作用的零件。
在使用模具生产时，实际上我们仅需工艺零件，工艺零件是最终达成生产任务的零件。然而，要是没有结构零件起到装配、导向以及定位的作用，那就无法确保工艺零件精确地对材料实施冲压加工。
冷冲压模具零件的详细分类如下表。
二、模具标准化的意义
在《公差配合》这门课程中曾有讲解，零件需要具备何种性质，若要使零件拥有这种性质，零件必须满足什么样的条件？
模具是否需要标准化？答案是肯定的！
模具标准化，就是把模具的许多零件的形状和尺寸进行统一，这些零件主要是结构零件，像导柱、导套、弹簧等，还有一些简单的工艺零件，比如一些圆形、方形的凸模等。同时，将各种典型组合和典型结构按统一结构形式及尺寸实行标准系列。并且组织专业化生产，从而充分满足用户选用。使其能像普通工具一样在市场上销售和选购 。几乎所有模具（除无导向模具和导板式模具）都会使用类似导柱、导套等模具中的导向零件，其结构形状以及制作材料固定，唯一不同的是规格尺寸，所以易于实现标准化，能够进行专业化生产。如此一来，模具厂家可以直接从市场上购买标准件进行装配，自己只需进行如凸、凹模等关键零件的生产。它缩短了模具的制造周期，还降低了成本。专业化的批量生产带来制造工艺成熟的好处，即天天进行加工，也带来成本降低的好处。所以生产出的标准件在市场上售价相对低廉。比如海尔公司在市场上出售的冰箱有不同型号，且每种型号都是大批量且标准化生产 。该公司专门针对客户实施个性化产品订购，比如有人向海尔订购一台冰箱，这台冰箱性能与市场上普通冰箱差别不大，然而外观要求制作成企鹅外形，海尔为客户提供了此项服务，不过价格是普通冰箱的好几倍。
另外标准化生产能给模具消费客户带来便利，比如重庆公司向成都某公司订购了一副模具，在使用时，因操作不慎等致使导柱损坏，由于导柱已标准化，所以只需在重庆当地生资市场购买后直接更换 。要是导柱并非标准化零件，那就得把模具运回成都，由成都的模具公司直接开展加工工作，还要进行修配，这无疑是很麻烦的，并且还增加了成本。
模具标准化能够推动模具工业发展，利于促进技术交流，可简化模具设计，能缩短生产周期。国家标准总局制定了～2875～90冷冲模国家标准。该标准依据模具类型、导向方式、送料方向、凹模形状等方面的差异，规定了十四种典型组合形式。在每一种典型组合里，规定了多种凹模周界尺寸 (长×宽)，规定了相配合的凹模厚度龙记钢材价格表，规定了凸模高度，规定了模架类型和尺寸，规定了固定板、卸料板、垫板、导料板等具体尺寸，还规定了选用标准件的种类、规格、数量、位置及有关的尺寸。如此一来，在进行模具设计时，只需设计直接与冲压件有关的部分，其余部分都能够从标准中选取。简化了模具设计，缩短了设计周期，这为模具的计算机辅助设计奠定了基础。
我国是世界第三大模具生产国，然而当下我国标准化发展缓慢。国家虽已制定标准，可日本众多专业模具标准件企业大量进驻，致使我国模具企业纷纷自行执行日本企业的标准。又因各公司所选日本模具标准件企业不同，标准存在差异，最终导致中国模具企业的标准化处于混乱状态 。这是目前急待解决的一个模具配套问题。
模具世界有一些比较知名的模具企业，其中香港的龙记集团很有名，我们学校不少学生在那里工作，以后你们也可能会去龙记，还有一家企业中国总公司在大连，其在中国的年销售额达到3.7个亿 。
三、凸模与凹模的结构设计
提问：1.凸、凹模属于什么零件？
2.冲裁件的质量衡定指标是哪三方面？
凸模和凹模很重要，它们直接影响冲裁件的尺寸，它们直接影响冲裁件的形状，它们直接影响冲裁件的精度，其重要性不言而喻。
（一）、结构设计
1.凸、凹模的分类
凸模的定义是，在冲压过程中，存在一种工作零件，它是冲裁模具中的零件，并且被冲件或废料所包容 。
提问：凹模的定义？
凹模的定义是，在冲压过程中，它是与凸模配合的工作零件，能直接对材料进行分离或成形。在冲压过程中，它也是冲裁模具中包容冲件或废料的工作零件。
由于冲件的形状不一样，尺寸也不同，冲模的加工情况有差异，装配工艺等实际条件也不相同，所以在实际生产里使用的凸模结构形式多样，其截面形状包含圆形与非圆形，刃口形状有（）以及 （）等
④、常用的凸模有以下三种：
轴台式凸模，也叫台阶式凸模（见图3-7），它强度刚性良好，装配修磨便利，其工作部分尺寸通过计算得出，与凸模固定板配合部分按照过渡配合（H7/m6或H7/n6）制造（提问：为什么？）首先，绝对不能采用过盈配合；其次，要是采用间隙配合，那么在冲裁过程中，因为凸模与固定板之间存在间隙，又因材料的变形抗力、模具导向精度不够等各类因素，凸模会在水平方向来回晃动，这会影响冲裁间隙的均匀性，进而影响冲件的断面质量；最大直径的作用是形成台肩，以此来固定，确保工作时凸模不会被拉出，同时增强凸模的强度。
提问：图3-7a图，为什么直径为d的圆柱与凸模最后部分接触垫板的圆柱之间，会有一个小圆柱过渡呢 ？
目的是为了加工出退刀槽，防止装配时出现干涉。
轴台式凸模的固定部分端面形状是怎样的，工作部分端面形状又是怎样的，二者是否相同，若不相同时，必须考虑哪些问题，又要采取什么样的措施？
⑵、同端面凸模（直通式凸模）。
提问：什么是端面？见DWG文档
同端面凸模通常用于复杂形状，因其形状复杂且加工困难，所以上下做成相同的断面，比如我在宏明公司时，几乎所有精密级进模具上的凸模因形状复杂都采用慢走丝线切割加工，又因为线切割只能加工直通式零件，所以凸模无法采用台阶式。采用的是快换结构，所以固定方式仍采用台阶式固定，台阶是在凸模成型部分完成加工之后，再利用磨削等其他加工手段进行加工 。
⑶、护套式凸模
适用于冲孔直径较小的场合，即D≈t 。采用在凸模外加套的方法作为补偿，目的是加强凸模的强度与刚度 。
当冲裁D≈t的孔时，凸模属于细长型凸模，细而长的凸模刚度和强度相对较低，比如旗杆，为提高其强度和刚度，可将凸模做成台阶过渡，不过这样制造复杂且浪费贵重材料，所以一般在外部增加一个护套把整体式凸模改装成镶拼式，外套和凸模采用不同材料制造，能一举两得。
常用凹模结构形式有，圆柱形孔口凹模，锥形孔口凹模，过渡圆柱形孔口凹模。
具体分析见：dwg文档
提问：为什么要刃磨？什么是模具的刃磨寿命？什么是总寿命？
刃磨寿命是指，两次相邻刃磨之间的时间段。在这个时间段内，冲模能够冲制出合格冲件。而冲模能冲制合格冲件的总数，就是刃磨寿命。
模具总寿命：模具失效时，冲出的总的合格冲件数。
2.凸、凹模的固定方法
（1）、凸模的固定方法
凸模的固定方法可分为三类：
第一类属普通固定法。
如图3-9a展示的是，凸模压入凸模固定板后，其与凸模固定板的结合面需要进行同磨处理，之后校正凸模的位置，借助一面双销来使固定板实现定位，接着用螺钉将其紧固在模座上。这种方法是轴台式凸模常用的固定方式。（提问：对于“凸模压入凸模固定板后同磨结合面。”这句话的含义能否理解？还有为何要采用这样的配合加工？在借助双销对固定板定位时，双销应如何布置？）采用对角方式布置,为什么要这样布置?）
图3-9b所示凸模尾部有导向功能，能节省销钉。若采用b图的固定方式龙记钢材价格表，加工凸模采用外圆磨削时，必须靠磨凸模台阶端面。（提问：为何如此？）此外，在台阶和安装部分结合的尖角处，一般要用曲线磨床清角（尤其是精密级进模具），或者在凸模上加工出退刀槽。提问：为什么要这样做？我们厂有一台光学曲线磨床，这台磨床在西南地区属于比较好的，甚至广东的企业都来找我们，让我们为他们做外加工！
安装固定凸模采用上述方式时，若工作部分截面为非圆形，且固定部分是圆形，那么在固定端接缝处都要加防转销。
图3-9c所示的凸模，是用压紧调节块来进行固定的。对于这种方法，提问是它的特点是什么？
凸模与固定板应采取怎样的配合方式，是H7/m6或H7/n6，并且应采取基轴制还是基孔制？
第二类属于快换固定法。
见教材！
提问：f图凸模与固定板的连接方式是什么？
除了教材介绍的几种快换方式，目前在精密级进模具上，经常使用一种快换结构，这种快换结构是台阶和压板配合使用。
制造固定板时，要把固定板的凸模安装孔铣成通孔，与凸模的配合间隙取一丝，这在级进模中是很大的间隙，这是宏明公司级进模具凸模具体装配方法的一部分。接着在非圆形凸模上加工出凹槽，之后通过压板和螺钉把凸模固定在固定板上。凸模与固定板的配合间隙达到了一丝，这肯定会影响凸模的导向精度，那么应该采用什么方法来解决呢 ？
对于圆形凸模，仍会采用这种大间隙的固定方式，但是压板要如何对圆形凸模进行固定呢？首先要提示的是，不会采用磨出凹槽的方式来固定。因为圆柱体磨削的难度较大，所以一般不会采用磨出凹槽来进行固定 。
第三类其它固定法
提问：图j、k和图i、l相比，凸模的定位精度谁高？
图n共有几个零件？（不包括垫板和上模座。）
（2）、凹模的固定方法
凹模的固定法常用的有两种。
第一种：普通固定法。如图（3-10a）
靠哪些零件进行定位，靠哪些零件实现紧固，凹模固定在什么零件之上 ？
第二种：凹模压入固定法
凹模首先与固定板采用H7/m6的过渡配合进行初步定位，图3-10a展示了这一情况，然后采用低熔点合金、螺钉、键等来进一步限制凹模的自由度，图3-10b展示了这一情况，图3-10c也展示了这一情况。
提问：需要限制凹模的哪些自由度？
此方法更换凹模快捷方便!
知识补充：什么是低熔点合金？
低熔点合金，即易熔合金，其用于各个领域。
通常情况下，熔点处于四百度以下的合金被称作低熔点合金。各种金属的熔点存在差异。
比如有低熔点合金，其合金产品的熔点能达到250°C以下，多数在温度为150°C时可完全熔化，许多在低于100°C甚至在30°C以下就能熔化，提问是焊接该用哪种熔点的合金？
图3-10e展示的是下压入式凹模固定法，也就是说，是从固定板的下端来安装凹模镶件，凹模压入之后会和凹模固定板一起进行磨削，凹模与固定板依旧采用过渡配合，并且通过台阶来加强固定，这种方法应用广泛，然而更换凹模不太便利，同时不能进行刃磨，凹模寿命较短（提问：为什么？），讲解图f 。
其余见教材。
解释图3-10i
讲解宏明公司凹模固定方式。
（二）、凸、凹模使用的材料
使用材料种类：
① 钢材：
提问：我们生活中常说钢铁，那么钢和铁是不是同一种物质？
铁是一种矿物质，在自然界中蕴藏量极为丰富，占地壳元素含量的5％，居地球物质中的第四位，铁元素很活泼，容易与其它物质结合，钢和铁不是同一种物质，习惯上常说的钢铁是对钢和铁的总称。
铁指的是单纯由铁原子构成的纯铁，呈现银白色。属于黑色金属。
提问：为什么铁是银白色，而人们却把它归结到黑色金属的范畴？
铁的化学性质活泼，在潮湿环境下，因自由基作用易与空气中氧气结合发生反应，即生活中常说的“生锈”，会在铁外层形成由黑色的Fe3O4和棕红色的Fe2O3组成的氧化物，所以看起来黑乎乎的，故而人们将铁归为黑色金属范畴内。
钢是铁碳合金，其含碳量小于2％（0.03%～2%），还含有某些其他元素（铬、锰）。钢具有诸多优点，比如强度高，韧性好，易于加工成形，原材料资源丰富，冶炼容易，价格便宜。它是应用最广泛的一种金属材料 。
低碳钢--含碳量一般小于0.25%，如10、20钢等；
中碳钢的含碳量一般在0.25%至0.60%之间，比如35钢、45钢等；
高碳钢--含碳量一般大于0.60%。
含碳量越高，硬度越高，但脆性越大。
含碳量越低，韧性越好，但材质也相应越软。
生铁是铁碳合金，其含碳量大于2％，工业生铁的含碳量一般在2.5%--4%，还含有C、SI、Mn、S、P等元素，它是用铁矿石经高炉冶炼而成的产品，根据生铁里碳存在形态的不同，又能分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种 。
生铁性能：生铁坚硬、耐磨、铸造性好，但生铁脆，不能锻压。
所以，请注意，在锻造工艺中，使用的只能是钢材，生铁是不可能被使用的（球墨铸铁除外）。
