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摘要：討論了沖裁凹模工作部分的結構組成。列舉了各種沖裁凹模工作部分的結構形式，并從設計和制造的角度進行了分析。
關鍵詞：沖裁；凹模結構；沖模設計

一、引言

沖裁模是廣泛應用的沖模形式之一。圖1所示是一典型的沖裁凹模工作部分的截面形狀。從圖中可見，沖裁凹模工作部分的結構組成可分為三部分。

圖1
1.刃口2.刃壁3.漏料孔壁

刃口，是凹模上平面與刃壁的交線，它是直接參加板料沖裁分離的部分，直接影響到沖裁力的大小和沖裁件斷面質量等。

刃壁，是刃口與漏料孔之間的過渡部分，是刃磨后形成新刃口的儲備部分，它的形式對推料力、沖件的尺寸精度等有直接的影響。

漏料孔，是刃口的支持部分，δ值的存在主要是為了減小沖壓力，防止凹模橫向脹裂，保證沖壓過程的順利進行。

凹模工作部分的結構形式是沖裁模設計中不容回避的問題，值得探討。

二、工作部分結構形式分析

在實際應用中，沖裁凹模工作部分的結構隨沖件料厚、沖件精度、制模條件與水平、沖床噸位等因素的不同而有所變化。

1.常見的結構形式

圖2所示是沖裁凹模工作部分常見的結構形式。其中圖a～f為基本形式，圖g～l是為某一特定目的而設計的變型形式。

圖2中，α和β分別是刃壁和漏料孔壁的斜角，δ的定義同圖1，Δh為斜刃的高度差，R為刃口圓角。

刃口的形式一般為平面型，且刃口鋒利，也有非平面型的斜刃和小圓角或小倒棱的刃口。

刃壁和漏料壁有斜壁式(α＞0，β＞0)和直壁式(α＝β＝0)兩大類。它們可以按需要組合應用。考慮到落料件的回彈，故必須滿足β＞α或漏料孔輪廓對刃壁部分橫截面輪廓的偏移量δ＞0.1mm(沖件回彈量一般為0.02～0.05mm)［1］。

圖2

2.與沖模設計的關系

從沖模設計的角度看，圖2中的結構可以從以下幾方面進行考慮。

(1)斜刃壁與直刃壁

斜刃壁(α＞0)適用于下出件落料凹模，其推件力小，但刃磨后沖件尺寸會發生少量變化，沖件精度稍低，一般主要用于厚料沖裁，因為厚料的沖裁間隙z大，在α一定時，每次刃磨引起的間隙變化率Δz／z小，故斜刃壁厚料沖裁時能允許多次刃磨。刃壁斜角的選擇可根據制模水平確定，盡量小一點。

直刃壁(α＝0)主要用于薄料沖裁，刃磨后不影響沖件尺寸，沖件尺寸精度高，但推件力稍大。

(2)刃壁高度h

刃壁是形成刃口所必需的面，同時也是刃口的儲備補充部分。刃壁高度h太大，會使推件力增大較快，甚至脹裂凹模。

h值的選擇與材料厚度及刃磨次數等有關。一般保證刃壁部分存留3～6片沖件為妥，即h＝（3～6）t，若要多次刃磨則取大值，斜刃壁由于摩擦力較小也可取大值，厚料取小值，薄料取大值。

(3)β值與δ值

β值與δ值屬漏料孔的設計參數。斜漏料孔壁可有效的支持刃口強度，一般要求β＞α。直漏料孔壁的漏料效果較好，且加工方便，但δ值的加大及分布的不均勻性會削弱刃口部分的強度，對于一些特殊形狀的沖件尤應引起重視，如圖2b所示。

(4)全斜壁與全直壁(圖2c、f)

全斜壁一般用于厚料沖裁，當H較小時可采用，且α值不宜太大。全直壁可用于上出件落料模或沖孔落料復合模中的凹模等。

(5)凸臺式凹模(圖2g)

圖2g所示為凸臺式凹模，主要用于非金屬材料(如紙張、石棉等)。由于非金屬材料的沖裁間隙很小(約取08鋼的25%)，且硬度不高，故這種凹模淬火硬度取得稍低，一般為HRC40左右，在裝配過程中和磨損后，可用錘打擊凸臺斜面調整間隙。

(6)斜刃凹模

圖2h、i為斜刃凹模，當沖床噸位偏小時可降低沖裁力。一般取Δh＝t～2t，其沖裁力可降至平刃的(30～50)%。圖中所示僅適用于落料工序，沖孔工序可將凸模做成斜刃。

(7)斜面沖裁(圖2j)

斜面沖裁指沖壓方向與板料不垂直的情況，如圖2j所示，圖中γ角一般不超過40°。關于斜面沖裁的設計問題可參閱文獻［2］，這里不多談。

(8)小圓角刃口(圖2k)

刃口做出少量的圓角，可增加沖裁變形區的等靜壓效果，使斷面光整。主要用于精密沖裁、負間隙沖裁、光潔沖裁、沖件的外緣整修等［3］。

(9)倒棱刃口(圖2l)

刃口處倒小小的棱邊，可在高速沖裁時防止廢料回跳，因小倒棱的存在增大了材料的塑性變形，使材料被沖入凹模中變成楔形而留在模內［3］。

3.與制造工藝的關系

制造工藝是模具設計的結構形式具體實現的保證。沖裁模工作部分的加工方法通常有：線切割加工、電火花加工、銑(或車)加工配合鉗工修銼、成形磨削與光學曲線磨等，漏料孔的化學腐蝕和電解加工等。

(1)各種加工方法的特點

a．電火花加工與線切割加工

電火花加工需要制作電極，其放電間隙與電規準有關，精規準加工時放電間隙可達0.01mm，粗規準時可達0.5mm。另外，由于二次放電現象，使得電火花加工的型孔一般均存在斜度，斜度的大小與排屑條件和電規準有關，一般α＝4′～20′。近年來，由于線切割加工的成本不斷下降，用電火花機床加工沖裁模的情況已經不多見了。

線切割加工是電火花加工的特例，其電極是用電極絲代替，并采用CNC控制。由于其不需制作電極，僅靠編程即可完成復雜形狀的加工，且加工精度高(約0.01mm左右)，成本也較低，近年來已成為沖裁模加工的主要方式之一。線切割加工一般為直壁式型孔，但近年來帶錐度線割功能的線切割機床也被大量采用，且可加工的錐度較大(可達30°)，完全可以滿足沖裁凹模的斜刃壁加工要求。

電火花加工和線切割加工其加工面都存在一層變質層，要求高時，可由鉗工研磨去除。

b.銑(車)削加工和鉗工修銼

在條件稍差的情況下，凹模工作部分可考慮用銑削加工配以鉗工修銼加工，為保險起見，其側壁一般都加工出斜角(即α＞0，β＞0)。

銑削加工還廣泛用于加工直壁漏料孔，偏移量δ值可取1mm，但線切割加工后均勻性較難保證。銑削后再線切割加工可有效的減少線切割加工面積，降低加工成本，提高加工效率。

c.成形磨削與光學曲線磨等

成形磨削與光學曲線磨均屬精密加工范疇。采用這種加工方法，要求型腔為鑲拼結構，將內形變為外形加工。成形磨削與光學曲線磨一般以加工直線型側壁為主，也可加工折線型側壁。

另外，對于圓形型腔，也可采用坐標磨床加工出斜側壁型孔。

d.化學腐蝕和電解加工

化學腐蝕和電解加工主要用于漏料孔側壁的加工。一般是先由線切割加工出全直壁型孔，然后均勻擴大δ值獲得漏料型孔，由于其擴大值δ分布均勻，因此，δ值不需太大，一般δ取0.1mm。

電解加工漏料孔側壁一般采用線切割加工后的相應廢料做電極。電解加工需要有相應的加工設備。

化學腐蝕由于不需專用設備，操作簡單、方便，因而廣泛用于沖模加工中。

漏料孔的加工也可考慮用電火花加工，但需制作電極。

e.刃口圓角和倒棱的研磨加工

圓角和倒棱一般采用特制的研磨桿配以金剛石研磨膏研磨，也可采用油石條研磨，這需要由模具鉗工的技術水平和試模結果確定。

(2)工作部分加工方法分析

在了解了各種加工方法的特點后，對圖2所示各種結構的加工方法就不難確定，這里僅舉幾例說明。

圖2a的加工方法有：銑削粗加工型孔毛坯，然后配以鉗工修銼，為保險起見，一般都加工出必要的斜角α和β；也可銑削后用電火花加工，靠粗、精規準獲得不同的斜角α和β。

圖2e的加工方法是：先銑削出漏料孔后再線切割加工；或先線切割加工全直壁型孔，然后由化學腐蝕或電解加工等加工出漏料孔壁。

圖2k的圓角和圖2l的倒棱由研磨加工獲得。

三、應用情況

由以上所談可知，凹模工作部分的結構形式與制模手段和工藝有極大的關系。就當前沖模制造技術來說，首選的制模方法為線切割加工，對于精密模具才考慮用光學曲線磨床和坐標磨床加工。漏料孔的加工以銑削加工為主(圓型可用車削加工)，對特殊沖件則考慮用化學腐蝕加工，故漏孔壁一般為直壁。所以，圖2e所示結構是應用廣泛的結構形式之一。下面對這種形式的應用進行討論。

圖3所示為兩例沖裁凹模，型孔的差異僅是圖3b兩側多出兩個舌頭。舌頭的存在造成了制作工藝的不同。

圖3

以上兩例均考慮用線切割加工型孔，凹模工作部分選用圖2e所示結構。

圖3a，由于形狀簡單，漏料孔采用銑削加工，其制作過程大致為：毛坯六面加工→劃線，鉆穿絲孔→銑漏料孔→淬火→線切割。這里，銑漏料孔必須安排在淬火和線切割前，劃線時一般以型孔為基準均勻擴大δ(取δ＝1mm)劃漏料孔輪廓線，銑削時，轉角處可考慮采用φ5～φ8

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