2.2 冲模结构设计方法简介

在现场从事冲模设计，通常采用的结构设计方法是多种多样的。根据冲压零件的形状、尺寸与材料的不同，结合现场条件，因件而异，采用不同的设计方法，以达到如下目的：

1）尽量缩短设计周期。现场设计任务往往很多，大多时间要求紧、任务重。设计要满足新产品及早投产与模具制造的需要，一般都将设计周期压缩得很短。

2）提高冲模的结构典型化、通用化程度，从而提高标准化程度和商品率，以利简化制模，压缩制模周期，降低制模成本。

3）宣贯和强化执行有关国家标准（GB）、行业标准（JB）及企业标准，以大幅度提高冲模的标准化水平、制模能力和提升技术水平。

4）压缩和减少冲模设计工作量及制模所需加工零件的数量。

5）在冲模设计与制造中普及采用计算机辅助冲模设计，充分利用计算机的图形处理功能，并实施CAD/CAE/CAM/PDM技术，优化结构设计，提高出图效率并减少差错。

2.2.1 套用仿照设计法

根据冲压零件形状与尺寸、冲压工艺工序及其欲用冲模类型与结构，在已生产过的冲压零件、已使用过的冲模及已设计过还未投产的冲模中，寻找相同的、类似的，以及形状与尺寸虽有差异，但稍加改动即可套用的冲模，进行套用仿照设计。这种设计方法是现场和初涉冲模结构设计者，经常采用而又非常可靠、极为迅速的一种设计方法。

2.2.2 选用典型组合标准设计法

冲模的常用普通结构类型，曾纳入了机械行业标准，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，共计四大类、14种冲模典型结构组合标准，并分规格成套配全了每个规格所用标准零部件，可供设计选用。

设计冲模时，只要按冲压零件形状、尺寸及其冲压加工工序所需冲模，选定上述典型结构组合的任何一种结构形式中任何一个标准规格，便可按标准规格给定的成套标准零部件列出冲模的零部件明细表，完成模芯即模具工作部分设计后，补齐工作零件凸模、凹模、定位与推卸系统零件加工图，以及相关半标准件模孔加工图等，即可轻松完成冲模的整体结构设计。

2.2.3 冲模的“三化”设计法

机电与家电制造业中，冲压工作量大。使用冲模数量多的工厂和以制造中小型冲模为主的专业模具生产厂点，为缩短冲模的设计与制造周期，降低制模成本，通常都结合自己企业的生产特点和实际需要，有针对性地贯彻冲模相关国家标准和机械行业标准；为方便制造并满足更多用户的要求，编制自己的《冲模企业标准》、《冲模典型结构图册》、《冲模设计与制造守则》等技术文件，对冲模结构进行标准化、通用化、典型化“三化”规范工作。

工厂制定的《冲模企业标准》，一般仅选定工厂常用的几种冲模结构形式，远不及冲模相关国家标准和机械行业标准齐全。对定为企业标准的冲模结构形式，都设定多组成套规格并配齐所用不同尺寸标准的、半标准的冲模零部件，可供设计时选用。在这个基础上，可以推广通用结构与典型结构，按照工厂编制的《冲模典型结构图册》，根据设计需要随时选用，并依照《冲模设计与制造守则》要求与规定进行设计与制造。制模生产准备中，可成批预制与购买标准和半标准零部件，从而缩短制模周期。

2.2.4 冲模的排样化快速设计

在冲模结构标准化、通用化及典型化的基础上，甚至按照原机械行业冲模典型结构组合标准，也可进行冲模的排样化快速设计。设计时，只需按照冲压零件加工图样、冲压工艺排样图，就可按有关标准选定冲模结构、标准规格及给定模具零部件尺寸规格，进行制造。

排样化快速设计要对设计、制造、试模、验收等作出具体的说明与规定，一般编入《冲模设计与制造守则》中，并列举设计、制造范例。

冲模的排样化设计总图，虽只画出一个以排样图为基础的冲模总装图，但要以下有较详细的说明：

1）模具零部件明细表内，要写明选用模具类型与规格标准号、配备模架标准及其精度等级、模具送料定位零部件，以及其他标准结构以外需增加的零件，并标注在图上。

2）在模具图中心显要位置写出冲模的主要技术规格与技术要求，包括的内容有：①冲模使用原材料种类与尺寸（冲压原材料名称、牌号、料厚t、搭边a、沿边a₁、料宽及极限偏差、进距及极限偏差等）；②冲模使用冲压设备编号；③冲模闭合高度；④冲模选用压力机滑块行程；⑤凸、凹模配合间隙；⑥计算冲压力、冲压功；⑦选用设备公称压力；⑧其他技术要求；⑨打印标记。

3）在以排样图为基础的冲模总装图上，要标出压力中心、各凸模、侧刃、挡销等的相互位置，各主要零部件要用同一基准标注。

4）非标准凸、凹模及其镶拼件等，还要绘制专用加工制造图样。

这种设计方法不仅可使设计周期压缩一半以上，而且差错更少，发展推广潜力很大。

2.2.5 特殊冲模结构的常规设计方法

因为冲模的类型及其结构设计的主要依据，是冲压零件加工图样及其冲压工艺、现场冲压设备及加工条件、原材料供应状态，因此，随着冲压零件形状和尺寸以及上述其他因素的变化，冲模结构与尺寸都会发生变化，而且形式多样，结构千变万化。冲模结构的常规基本设计方法，适用于任何冲压零件用冲模的结构设计。正因为如此，对于特殊冲压零件加工用冲模、模具结构没有纳入标准的冲模、需要模具零部件尺寸超越标准规定范围或结构属非标准的冲模、冲压零件料厚特薄或特厚或精度要求特高的冲模、冲压零件需要冲压方向以外施加压力冲压的冲模、冲模本身需要设置非标准及无标准的推卸与送料机构的冲模等，其结构仍需由冲模设计人员策划、构思、多方案比较选优，用常规的基本设计方法进行设计。这种设计方法程序、具体计算方法、冲模各种装置与系统的基本结构，将在本书相应章节中均予以详尽论述，该设计方法详见有关章节设计实例。

2.2.6 嫁接设计法

把其他工种常用的加工方法或工序移植到冲模结构中，实现冲压加工，已经嫁接成功的有攻螺纹、棒料切偏、铆接、切管等。这种设计方法在冲模结构设计上虽有较大难度，但对扩大冲压加工范围有重大现实意义。

2.2.7 组合设计法

多数连续模是由若干单工序冲模按连续冲压工艺的可行性组合在一起而构成的多工位连续模。当然，连续模不完全是几套单工序冲模的简单拼合，还要根据连续冲压的工艺要求，考虑工位间的送进方式、各工位的送料定位方法，以及合理调整冲压工步的顺序等。具有拉深、弯曲、翻边、打扁、压凸、压印、校形等成形工艺作业的冲压零件，多数在分序多模冲压时，往往采用单工序成形模。一旦改用连续冲压的连续模加工时，成形工位的结构基本没有变化。连续模只用相当的成形工位，将原本用单工序冲模加工的成形工序组合进去。

在所有冲模的结构设计中，多工位连续模，尤其是含成形工位，如拉深、弯曲、翻边、冲挤等工艺作业工位的多工位连续式复合模，结构设计难度较大。多数成形工位的结构可以采用其单工序成形模结构。将多工位按要求冲压顺序排列后，便可套用相当单工序成形模结构进行设计。连续冲裁也有类似情况，但其结构设计难度不大。

2.2.8 比较选优设计法

这是一种普遍采用并早已渗透到各种产品及工程设计中去的一种冲模结构设计方法，甚至在每种零部件设计与选用过程中也都采用。就冲模结构设计而言，从结构选型、整体构思到结构各细部的设计，每一步、每一个零部件的类型选择与具体设计与计算，都有意无意的使用着多方案比较、从中选优的过程。与其他机械与工程设计一样，冲模的结构设计，包括零部件的设计，也必然是有比较才有选择，有选择才能择优，力争更好的设计结果。

冲模的结构类型很多，而且变化无穷，曾纳入机械行业标准的冲模典型结构类型就多达四大类14种354个（套）规格。采用何种类型、何种典型结构、哪一组规格合适？就存在一个比较选优的过程。只有对冲压零件的形状、尺寸、冲压精度、技术要求及其使用功能了解透彻，对冲压现场加工条件了如指掌，才能从上述众多类型中，选出更合适、更经济的冲模类型与结构形式。

每种冲压零件都会因冲压设备不同、供应材料状态变化，甚至现场生产与制模技术水平差异等因素，而有多种不同的冲压工艺方案。因而需要不同结构的冲模，通过各种工艺方案的可行性研究，选出更好甚至最佳方案，选择结构更合适的冲模，便是普遍采用的比较选优设计法。

在冲模的结构细部设计中，也要经常采用比较选优的设计法，从而使冲模结构更完善。

一种需要进行连续冲裁冲压的零件，如垫圈、长圆链片等，就使用冲模类型上讲，这些冲压零件都可以有几种选择。垫圈、长圆链片形状简单，冲压精度要求一般，可以采用无导柱固定卸料结构连续模、固定卸料导板式连续模、滑动导向导柱模架固定卸料连续模、滑动导向导柱模架弹压卸料连续模等冲制。

通常多采用滑动导向导柱模架固定卸料结构连续冲裁模。除考虑在确保冲压零件尺寸精度和较大产量与较高生产率而外，还要保持更高的冲模寿命，拟采用滑动导向导柱模架导向会更经济实惠，这类模架有多种标准形式可在就近市场购得。但选用何种类型的导柱模架，是中间导柱还是后侧导柱或对角导柱、四导柱的？采用中间导柱只能纵向送料，横向被导柱占据。后侧导柱模架中导柱占据冲模后侧，使纵向送料、卸除废料或模上出件有些不便。同时，在平衡冲压力、承载弹性变形及平稳运作方面，都不如其他类型模架。但其模具工作面及允许模上冲压加工空间较大、较宽敞。比较起来，采用对角导柱模架更好一些，送料方向不受制约，比中间导柱模架好；运作平衡比后侧导柱模架好；体积比四导柱小，造价比四导柱低。有经验的冲模设计人员，这种对比往往一看便知，这是长期实践积累的结果。

2.2.9 填空设计法

曾纳入机械行标准的冲模典型结构组合，合计四大类、14种冷冲模典型结构组合，总共354个规格，可供设计选用。每一种典型结构组合所设置多个规格，都按完整典型结构的需要，配齐构成的全部零部件。在模芯设计完成后，选择匹配的典型结构的合适规格，就可以交付制模了。

将常用典型结构标准中的常用规格，按1∶1绘制冲模总装配图。其模芯部分，按假想尺寸以双点画线绘出，描图后可复印一批备用。设计冲模时，只需按冲压件图样和排样图设计出模芯，即闭模状态的凸模和凹模，剪贴在上述冲模总装图的合适位置即可。必要时还可依冲压件平面图和排样图，在冲模总装图的俯视图位置绘出冲模的下模平面图。在未实施计算机绘图、没进行计算机辅助冲模设计（CAD）的场合，采用这种设计方法可有效压缩设计周期。

2.2.10 计算机辅助冲模结构设计

上述种种冲模结构设计方法均可采用计算机辅助更快、更好的实施。

在冲模结构设计的准备阶段，可充分利用计算机的网络技术，收集有关设计信息，交流设计资料与信息，充分利用各方面的各种设计资源，促进和实现冲模结构设计的优化。

在冲模结构设计的策划、构思与设想阶段，可充分利用计算机存储的冲模技术资料及各种结构设计的数据、设计知识等数据库，以便随时调出和查找相关技术数据与资料；利用计算机数值模拟技术，对所设计冲压零件的冲压工艺加工的全过程，进行仿真分析，确认冲压工艺及其所用冲模结构的必要性与合理性，为冲模结构的设计，提供可靠的选型、结构细部设计与计算的依据。在冲模结构设计的集成与图示、绘图阶段，可充分利用计算机的图形处理功能，对套用仿照结构设计的原冲模总装配图、选用标准典型结构总装图、执行“优化”设计的通用结构图、进行“排样化、快速设计”的冲压工艺排样图、要进行组合设计及选优设计的模具总图、相关工作零件及非标准与半标准零部件图等，在计算机上进行修改加工，通过图形输入或从图形库与数据库调出，在显示屏上按结构设计需要修改、补充后打印、出图。

在冲模结构细部设计中，可利用计算机物体质量特性计算功能，计算冲模质量、重心、压力中心；计算冲压工艺参数，冲模主要工作零件凸模、凹模、凸凹模的刃口、型腔尺寸，并校核其强度与刚度。对于复杂模腔可利用计算机三维实体造型与曲面造型功能，并灵活编辑、修改，完成设计。

在冲模设计的最后阶段，可利用计算机的冲模虚拟装配功能，以验证所设计冲模结构与零部件的正确性与合理性。

上述各种冲模设计方法，并非其全部，而只是通常使用的一些基本方法。随着生产的发展和工艺技术的创新，还会有更好更多新的冲模设计方法涌现出来。由于作者水平所限，加上长期在仪表行业工作，所介绍的冲模设计方法难免带有行业局限性并可能挂一漏万，多有遗漏，这里权当抛砖引玉，期待业内同仁有更好更多的冲模设计新方法展现推出。