2.2　项目——连接板中心圆孔冲裁模具设计

2.2.1　项目目标

（1）项目引入

如图2-1所示为连接板冲裁件，材料为20钢，该冲压件材料厚度为t=0.5mm，属薄板冲裁，椭圆外形，制件中间有2个ϕ11mm的圆形孔。生产批量为80000件/年。

本部分案例在已经冲裁出椭圆形外形的情况下，进行连接板中心圆孔冲裁工艺分析，设计连接板中心圆孔冲裁模具。

（2）项目内容

该冲压件材料厚度为t=0.5mm，属薄板冲裁，需要在现有椭圆形板料中间冲裁出ϕ11mm的2个圆形孔，属于小型冲压件。年产量80000件，属于大批量生产，采用冲裁模加工既能保证产品质量，又能满足生产效率的要求，还能降低成本。由于产品批量大，且导柱导向的单工序冲裁模冲裁精度高，使用寿命长，因此采用导柱导向的单工序冲裁模。

2.2.2　冲裁工艺方案

对冲压件进行冲裁工艺方案分析，主要包括三个方面：冲裁过程分析、冲裁断面质量分析以及冲裁工艺性分析。

（1）冲裁过程分析

冲裁是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。根据变形机理的差异，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。通常我们说的冲裁是指普通冲裁，它包括落料、冲孔、切口、剖切和修边等。

图2-2所示为连接板中心孔简单冲裁模的冲裁过程示意图。图中所示件1为凸模，件2为凹模，凸模端部及凹模洞口边缘的轮廓形状与工件形状对应，并有锋利的刃口。凸模刃口轮廓尺寸略小于凹模，其差值称为冲裁间隙。

冲裁金属板料的变形过程如图2-3所示。当冲裁模间隙合理时冲裁变形过程可分为以下三个阶段，分别为弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂分离阶段。具体可以细分为：弹性变形—塑性剪切滑移—产生细微裂纹—裂纹生长与板料断裂。

（2）冲裁断面质量分析

当冲裁模凸、凹模之间的间隙合理、模具刃口状况良好时，冲裁件断面的特征，如图2-4所示。从图中可以看出，冲裁断面明显分为四个特征区，即圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个部分。

由图可知，冲裁件的断面并不整齐，仅较短一段的光亮带是柱体。若不计弹性变形的影响，冲孔件的光亮柱体部分尺寸近似等于凸模尺寸；而落料件的光亮柱体部分尺寸，近似等于凹模尺寸。

（3）冲裁工艺性分析

1）什么是冲裁件的工艺性

冲裁件的工艺性，是指冲裁件在冲压加工过程中的难易程度，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否符合冲压加工的工艺要求。

2）冲裁件工艺性分析

冲裁件工艺性是否合理，对零件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响。冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法，在模具寿命和生产效率较高、成本较低的情况下得到质量合格的冲压件。因此一般从以下几个方面进行分析：

①冲裁件的形状与尺寸要求　冲裁件形状应尽可能简单、对称、排样废料少。在满足质量要求的条件下，把冲裁件设计成少、无废料的排样形状，如图2-5所示。

a.除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允许工件有尖锐的尖角外，冲裁件的外形或内孔交角处应采用圆角过渡，避免尖角，R>0.25t。常用的最小冲裁圆角可以通过查表得到。

b.尽量避免冲裁件上过长的悬臂与狭槽，如图2-6所示，应使它们的最小宽度b≥1.5t。冲裁件孔与孔之间、孔与零件边缘之间的壁厚，因受模具强度和零件质量的限制，其值不能太小。一般要求c≥1.5t，c'≥t。

c.若在弯曲或拉深件上冲孔，冲孔位置与件壁间距应满足图示尺寸。其要求见图2-7。

d.冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制，不宜太小，否则容易折断和压弯。冲孔最小尺寸取决于孔的形状、材料的厚度、材料的机械性能、凸模强度和模具结构。用自由凸模和带护套的凸模所能冲制的最小孔径分别见表2-1和表2-2。

②冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度

冲裁件的精度要求，应在经济精度范围以内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT12级。在IT12～IT14之间，冲孔件比落料件高一级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件精度最好低于IT9级。如果工件精度高于上述要求，则需在冲裁后整修或采用精密冲裁冲工件。两孔的孔心距所能达到的公差可通过查表获得。冲裁件断面的表面粗糙度和允许的毛刺高度也应符合一定要求。

（4）冲裁排样的设计

1）什么是排样

冲裁件在板料、条料、带料等毛坯上的布置方式称为排样。

2）排样的原则和方法

①排样的原则　排样合理与否不仅影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，排样时应考虑如下原则：

a.提高材料利用率（不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状）。材料的利用率为制件面积与毛坯面积的比率。材料利用率按式（2-1）计算。

　　        （2-1）

式中　η——材料利用率；

A₀——工件的实际面积；

A——冲裁此工件所用材料面积，包括工件面积与废料面积。

b.排样方法应使操作方便，劳动强度小且安全。

c.尽量保证模具结构简单、寿命高。

d.保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。

②排样的方法

a.有废料排样法：沿制件的全部外形轮廓冲裁，制件与制件之间、制件与条料之间都留有工艺余料（称为搭边），冲裁后成为废料。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低；

b.少废料排样：沿制件的部分外形轮廓冲裁，只在制件与制件之间或制件与条料之间留有搭边，材料利用率有所提高；

c.无废料排样：沿制件的全部外形轮廓冲裁，在制件与制件之间或制件与条料之间都不留有搭边。无废料排样的材料利用率较高，材料只有料头和料尾损失，材料利用率可高达85%～95%。排样的几种方式具体，如图2-8所示。

③搭边和料宽

搭边为工件与工件之间、工件与条料侧边之间留有的一定距离（工艺废料）。

料宽：排样方案和搭边值确定后，即可确定条料或带料的宽度及进距。

条料宽度的确定原则：a.最小条料宽度应保证冲裁时轮廓周边有足够的搭边值；

b.最大条料宽度应保证条料能在导料板内顺利的进给，条料与导料板之间有一定的间隙；

c.在确定条料宽度时，必须考虑模具结构中是否采用侧压装置或侧刃定距装置。

（5）连接板中心圆孔冲裁件工艺性分析

如图2-9所示为连接板冲裁件，椭圆外形，制件中间有2个ϕ11mm的圆形孔。此冲裁件的工艺性如下：

①冲裁件形状简单、对称、排样废料少。

②冲裁件的外形或内孔交角处为圆角过渡，没有尖角。

③冲裁件上没有过长的悬臂与狭槽。

④冲裁件公差IT13，在IT12～IT14之间，属于普通冲裁件。

因此，此连接板中心圆孔冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求符合冲压加工的工艺要求，可以采用冲压加工方法进行生产。

（6）连接板中心圆孔冲裁件的排样

对于本实例中的冲裁件，采用落料和冲孔两道冲裁工序完成，第二道工序即本实例中的冲孔是在第一道工序冲裁完得到的椭圆形落料件的基础上进行，故不涉及排样。若对此冲裁件采用冲孔、落料复合冲裁模完成时，考虑的排样方式如下：

采用单排排样设计，查《中国模具设计大典：第3卷　冲压模具设计》表19.1-17，如图2-9所示，得搭边值：工件间a₁=1.8mm，侧边a=1.5mm。

则条料宽B=43+2a=46（mm）
条料的进距h=20+a₁=21.8（mm）

由式（2-1）计算冲裁单件材料的利用率为：

　　        

2.2.3　冲裁工艺计算

（1）冲裁压力计算

①冲裁力　冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据。

F₀=Ltτ　　        （2-2）

式中　t——材料厚度，mm；

L——冲裁轮廓周长，mm；

τ——材料抗剪强度，MPa；

F₀——冲裁变形力，N。

在实际的冲裁过程中，还有多种因素可以对冲裁力产生影响，例如刃口磨损、间隙部大小、间隙分布的不均匀、材料力学性能的波动及材料厚度的波动等。因此，实际的冲裁力应增加30%。实际的冲裁力按式（2-3）计算：

F₀=1.3Ltτ　　        （2-3）

②卸料力、推件力及顶件力

什么是卸料力、推件力及顶件力？

在分析冲裁的变形过程时，当冲裁件从板料切下以后，冲裁件要沿径向发生弹性变形而扩张，而板料上的孔则沿着径向发生弹性收缩。同时，冲下的零件与余料还要力图恢复弹性。这两种弹性恢复的结果，使得落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将零件或废料取下来所需的力称卸料力，从凹模内顺着冲裁方向将零件或废料推出的力称为推件力，逆着冲裁方向把零件或废料从凹模洞内顶出的力称为顶件力（图2-10）。

如何计算卸料力、推件力及顶件力？

卸料力、推件力及顶件力将直接由压力机和卸料机构来负担，所以在选用冲压设备和设计模具的卸料机构时，必须考虑卸料力、推件力与顶件力。影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、零件形状尺寸以及润滑情况等。因此要准确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算。

推件力：

F_推=nK_推F₀　　        （2-4）

顶件力：

F_顶=nK_顶F₀　　        （2-5）

卸料力：

F_卸=nK_卸F₀　　        （2-6）

式中　　　F₀——冲裁力；

n——同时梗塞在凹模内的零件（或废料），n=h/t；

h——凹模孔口的直刃壁高度；

t——材料厚度；

K_推，K_顶，K_卸——推件力、顶件力及卸料力系数，其值见表2-3。

③冲裁时的总压力　冲裁力、推件力、顶件力及卸料力在选择压床时是否要考虑进去，是根据不同的模具结构区别对待的。

采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模：

F_总=F₀+F_推+F_卸　　        （2-7）

采用弹性卸料装置和上出料方式冲裁模：

F_总=F₀+F_顶+F_卸　　        （2-8）

采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模：

F_总=F₀+F_推+F_卸　　        （2-9）

（2）冲裁间隙的确定

如何确定冲裁间隙？

冲裁间隙是指凸模与凹模刃口缝隙之间的距离，冲裁间隙对冲裁件断面质量、冲裁件尺寸精度、冲裁力及模具寿命有影响。冲裁间隙可根据理论确定法和经验确定法来确定。

①冲裁间隙理论确定法　理论确定法的主要依据是要保证裂纹重合，以便获得良好的断面。图2-11所示为冲裁过程产生裂纹的瞬时状态。从图中的三角形ABC可求得间隙Z：

　　        （2-10）

式中　h₀——凸模模压入深度；

β——最大剪应力与垂线间夹角。

由于各种材料的h₀和β值目前还没有准确的测定数值，而且生产中使用这种计算法也不方便，因此目前广泛采用经验公式与图表法。

②冲裁间隙经验确定法　经验确定法可以按厚度确定间隙值及直接查表确定间隙值。

按厚度确定的间隙值：经验确定法也是根据材料的性质与厚度来确定，按下式确定凸凹模的最小（双向）间隙值。

Z_min=Kt　　        （2-11）

式中　K——材料性质有关的系数；

t——材料厚度。

软材料：如08、10、黄铜、紫铜等，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）冲裁模刃口尺寸的计算

①尺寸计算原则　模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸与公差来保证。但正确地确定刃口部分尺寸及其公差的依据是什么呢？

我们从生产中发现以下几点：

a.由于凸、凹模之间存在间隙，因此落下的料或冲出孔都是带有锥度的（图2-12），且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，而冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。

b.用游标卡尺测量落料件尺寸时，测得的是大端尺寸；测量孔径时，测得的是小端尺寸（图2-13）。

c.在装配时，落料件相当于轴，以其大端尺寸与TL相配与轴配合。

d.在生产中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，使间隙愈用愈大。

所以，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，必须考虑下述原则：

a.确定基准件。落料件尺寸由凹模决定，冲孔件的尺寸由凸模尺寸决定。在设计落模时，以凹模为基准，间隙留在凸模上；在设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙留在凹模上。

b.确定模具最大实体尺寸。考虑到模具使用中的磨损，设计落料模时，凹模的基本尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模的基本尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸。凸、凹模间隙则取最小合理间隙。以保证凸、凹模磨损到一定的值后，仍能冲出合格的零件。

c.确定模具制造公差。一般模具精度高于制件精度2～3级。若制件未标注尺寸公差，按IT14级处理，模具精度取IT11级，对于制件，模具精度可取IT6～IT7级。

②刃口尺寸的计算方法

如何计算刃口尺寸？

由于模具加工和测量方法的不同，凹模与凸模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，基本上可分为两种：一种是凸模与凹模分开加工；另一种是凸模与凹模配合加工。与其相应的尺寸计算方法也各有不同。

方法一：凸模与凹模分开加工。凸模与凹模分开加工时，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，这种方法适用于圆形或简单形状的工件，只符合下列条件：

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）

现对冲孔和落料两种情况分别讨论如下：

a.冲孔设工件孔的尺寸为d+Δ。根据以上原则，冲孔时首先确定凸模刃口尺寸，使凸模公称尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增加凹模尺寸以保证最小合理间隙偏Z_min。凸模制造偏差为负偏差，凹模制造偏差为正偏差，其计算公式如下：

　　        （2-15）

　　        （2-16）

各部分分配位置见图2-14。

b.落料设工件孔的尺寸为D-Δ。根据上述原则，落料时首先确定凹模尺寸。凹模公称尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸。再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙Z_min。各部分分配位置见图2-15。其计算公式如下：

　　        （2-17）

　　        （2-18）

式中　d_凸，d_凹——冲孔凸模和凹模直径，mm；

D_凸，D_凹——落料凸模和凹模直径，mm；

d，D——冲孔零件孔径和落料工件外径的公称尺寸；

Z_min——最小合理间隙（双间），mm；

δ_凸，δ_凹——凸模、凹模的制造公差，其值可查表2-4，xΔ代表磨损量。

其中系数X是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的小间尺寸。X值在0.5～1之间，与制造精度等级有关。可查表2-5或者按下列关系选取：

工件精度IT10级以下：X=1；

工件精度1T10～IT9级以下：X=0.75；

工件精度IT7以上：X=0.5。

方法二：凸模与凹模配合加工。此方法是先做好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。此时只在基准件上标注尺寸和制造公差，另一件配做模只标注公称尺寸并注明配做间隙值。这样δ_凸、δ_凹不再受间隙限制，根据经验一般可取δ=Δ/4。这种方法不仅容易保证凸、凹模很小的间隙，而且还可放大基准件的制造公差，使零件制造容易。故目前一般工厂都采用此种方法。

（4）连接板中心圆孔冲裁件冲裁压力计算

①连接板中心圆孔冲裁件冲裁力

对于本实例中的冲裁件，连接板中心圆孔的周长：

L₁=2πD=22π=69.08（mm）

所以，由式（2-3）可得冲孔力为：

F₀=1.3Ltτ=1.3×69.08×0.5×80=3582.16（N）

②连接板中心圆孔冲裁件卸料力及推件力

对于本实例中的冲裁件，采用如图2-10所示中的卸料及推件方式，推件力及卸料力分别按式（2-4）和式（2-6）计算，具体如下：

查表2-3，取K_推和K_卸分别取0.063和0.05，同时梗塞在凹模内的废料：

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连接板中心圆孔冲裁件冲裁时的总压力

对于本实例中的冲裁件总冲裁力，由式（2-7）得：

F_总=F₀+F_推+F_卸=6027.65（N）

（5）连接板中心圆孔冲裁间隙的确定

对于本实例中的冲裁件，根据经验确定法，可以按照式（2-12）确定其间隙值：Z_min=（0.1～0.12）t=0.05～0.06mm，取间隙值为Z_min=0.05mm，Z_max=0.1mm。

（6）连接板中心圆孔的冲裁模刃口尺寸的计算

在连接板冲中心圆孔的冲压中，由于为圆形冲孔工件，因此采用凸凹模分开进行加工的方法进行刃口尺寸的计算。由表2-4查出δ_凸=0.02和δ_凹=0.02，Z_min=0.05mm和Z_max=0.1mm，满足公式（2-13）的要求，因此可以利用公式（2-16）和公式（2-17）分别计算出冲孔凸模和凹模的刃口尺寸。其中x由表2-5查出为0.5，制件公差Δ=0.36，最后求出和。

2.2.4　冲裁模具结构

（1）冲裁模具分类

冲裁模具按工序性质分类，主要形式有：落料模、冲孔模、切断模及切口模等。

按工序的组合程度可分为：①简单模：在一副模具中只完成一个工序的冲模。②连续模（又称级进模或跳步模）：在一副模具中，在不同位置上完成两个或多个工序而最后将工件与条料分离的冲模。③复合模：在同一副模具中在同一位置上完成几个不同工序的冲模。如落料、冲孔复合模。

（2）冲裁模总体设计

冲裁模总体设计包括：压床选择、压力中心计算、冲模结构的选择。

①压力机选择　压床选择一般包括压床类型与压床规格两方面。出于冲裁工作行程与压床行程相比很小（小于5%），故除导板模要求使用行程可调节的偏心压床外，一般对压床类型没有特殊要求。所以着重讨论压床规格的选择。

压床规格的主要技术参数有：吨位、闭合高度、行程和台面尺寸等。

压床吨位：对于冲裁工序，可按冲就所需的压力来选择压床。

F_公≥∑F　　        （2-20）

式中　F_公——压床的公称压力；

∑F——完成冲裁工序所需的总压力，包括冲裁变形力，弹性卸料力和推件力等。

冲裁如果和拉深或弯曲工序复合，冲模工作行程就要按拉深或弯曲行程计算。当工作行程与压床行程相比较大（超过5%）时，所选压床的许用压力曲线在曲轴全部转角内应高于冲压变形力曲线。

压床的闭合高度：冲模的闭合高度应和压床的闭合高度相适应。

冲模闭合高度即冲模在最低工作位置时，上、下模板之间的距离（H_模）。压床闭合高度即滑块在下死点位置时，滑块下端面至压床垫板间的距离（H）。当连杆调至最短时为压床的最大闭合高度（H）最大，连杆调至最长时为压床的最小闭合高度H最小。如图2-16所示，冲模的闭合高度与压床的闭合高度关系见式（2-21）。

H_最大-5mm≥H_模≥H_最小+10mm　　        （2-21）

压床行程：压床的曲铀旋转一周时滑块上下移动的距离称为压床的行程。压床的行程必须满足工艺要求。冲床的工作行程小，压床行程一般能满足使用要求。导板模要求压床的行程小且可调节。对于落料拉深复合模，压床行程必须大于拉深高度两倍以上，以便放入毛坯和取出工件。

压床台面尺寸：压床台面尺寸应大于冲模下模板的外形尺寸，并要留有固定冲模的位置。

②压力中心　模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，减少模具和压力机的使用寿命。

对于多凸模冲孔的复合模具，首先选择基准坐标，确定各孔中心的坐标位置，如图2-17所示。然后按公式进行计算。

　　        （2-22）

　　        （2-23）

式中　X₀——压力中心至y轴的距离；

Y₀——压力中心至x轴的距离。

③冲裁模结构的确定　选择冲裁模结构，是将冲裁模各部分结构初步确定下来，以便绘制工序草图和进行零部件设计。

a.正装、倒装结构的选择：落料凹模装在下模的正装复合模，其结构特点是：采用弹性顶件器将工件从凹模向上顶出，故冲出的工件较平直；冲孔废料从上模中的凸凹模内推出，不积存在凸凹模内，故凸凹模不易胀裂，容许壁厚小一些。但冲孔废料掉在下模面上，清除困难且不安全，给操作带来不便，如来不及清除就进行下一次冲裁时，容易损坏刃口。因此，正装复合模一般在工件要求较平整、冲裁薄板料、孔公差较小、孔边距小以及落料冲孔兼成形工序时、或是只有一个孔的薄工件、孔的废料不难清除等情况下才使用。

倒装复合模特点是：孔的废料经压力机台孔下落，不需清除废料，操作较方便；在下模能安装力量可调节的卸料装置，卸料可靠，是工厂常用的一种结构。对较小的工件，一般少采用压料，由于工件在没有压紧下冲裁，平直度较差，同时凸凹模内要积存废料，使胀力增大。

b.卸料装置的选择：选择冲模结构时，需考虑和工作部分配合使用的其他结构。例如卸料装置就是用来卸除卡在凸模上的废料。不同形式的卸料装置，应用于不同的场合。

固定卸料板：一般安装于下模。它结构简单，卸料力大，卸料可靠，操作安全，多用于简单和连续模，尤其适用于冲裁较厚的材料。但冲裁工件的精度与平直度较低。固定卸料板若和凸模滑配制出时，还可兼作导板。

弹性卸料板：除卸料外，在冲裁时兼起压料作用，故冲出的工件弯曲程度小，尺寸精度较高。装于上模的弹性卸料板，其卸料力较小，且不能调节。装于下模的弹性卸料板有两种：一种将弹性元件置于卸料板与凸模固定板之间；另一种在下模下面安装缓冲器。前者卸料力较小，后者卸料力较大并可调节。

c.推件装置的选择：从凹模孔内推出工件的装置有两种形式：一种装于上模的称推件器，是刚性推件，比较可靠；另一种装于下模的是顶件器，弹性反向顶出工件，并对工件有压平作用。推件装置的正确选择要和工作部分结合起来考虑。

此外，上、下模是否采用导向装置。采用导板还是导杆、导套结构等这些问题，都要在冲模总体设计时考虑。

（3）冲裁模主要零部件设计

工作部分零件设计

①冲裁凸模的设计。凸模的形式：凸模常用的形式有三种，如图2-18所示。其工作部分尺寸根据工件尺寸通过计算决定，断面形状和工件一致。为了增加凸模的强度和刚度，可做成多级台阶。台阶之间要圆滑过渡，以免应力集中。凸模用固定板固定，如果凸模是压入固定板则采用过渡配合；如果是采用粘接力法，则固定板要留出间隙，而凸模不做出肩台。凸模和固定板装配后要求垂直，断面需一起磨平。对于采用线切剖和成形磨削的非圆形凸模，要制成没有台阶的等断面。

凸模（以及凹模、导套等）的黏结剂，常用的有环氧树脂、低熔点合金和无机粘结剂三种。

凸模的长度：根据冲模结构的要求来定，还要考虑留有修磨余量，如图2-18所示，长度L为：

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——导尺厚度。

凸模强度计算：在一般情况下，凸模强度不需计算，只是在凸模断面较小而冲裁力较大或凸模较长时，才对凸模强度进行验算。凸模强度校核时对于特别细长的凸模，应进行压应力和弯曲力校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。

冲孔凸模加垫板的校核：

圆形冲孔凸模承受的压应力［σ_压］，按下式计算：

σ_压=P/F=P/0.758D²　　        （2-25）

式中　P——冲孔力，kN；

F——冲孔凸模承受面积，mm²；

D——冲孔凸模承受面的直径，mm。

②冲裁凹模的设计。凹模形式按刃口孔形区分，有以下几种，如图2-19所示。

凹模的孔形参数按工件材料厚度选取，可查表。凹模外形尺寸和最小壁厚如图2-20所示，可按经验公式（2-26）计算。

H=Kb　　        （2-26）

凹模工作时，在冲裁力作用下主要是受弯曲，一般情况下不进行强度校核，只有当凹模尺寸过小、过薄时才有必要。

③定位零件设计。冲模定位装置用以保证材料的正确送进及在冲模中的准确位置。使用条料时，保证条料送进导向的零件有导料销、导尺等，保证条料进距的零件有挡料销、定距侧刃等；在连续模中保证工件孔与外形相对位置是用导正销，单个毛坯采用定位销或定位板，如图2-21所示。

④卸料与推件零件设计。卸料装置有刚性与弹性卸料板和废料切刀等形式。弹性卸料板，对于正装模则安装于上模，卸料力较小，如图2-22（a）所示。装于下模的弹性卸料板有两种：一种是将弹簧或橡皮放置在下模板上，其卸料力较小，如图2-22（b）所示；另一种是在下模板或压床工作台下面安装弹性缓冲器，其卸料力较大，并可调节，如图2-22（c）所示。

⑤导向零件设计。对生产批量大，要求模具寿命长、工件精度高的冲裁模，都需采用导向装置，以保证下模的精确导向，常用的导向零件有导板和导柱两种。导柱模使用广泛，导向零件已经标准化，导柱、导套和上、下模板组成的模架也都已标准化，导柱常用两个。根据导柱在模板上的安装位置分为后侧导柱、中间和对角导柱三种。普通冲裁模常用后侧导柱模架，可以从三面送料，操作方便。对角导柱和中间导柱的模架，其导向更为精确。

⑥连接零件设计。冲模连接零件主要包括模柄，上、下模板，凸模固定板以及螺钉、销钉等。除凸模固定板、垫板外，其余零件都已标准化，可以按需选用或参照标准另行设计。

（4）连接板中心圆孔的冲裁模冲压压力机的选择

本实例中的冲裁件冲压压力机的选择，由式（2-7）计算得：

F_总=F₀+F_推+F_卸=6027.65N

公称压力约为6kN，故选取公称压力为3.15t（31.5kN）的压力机。由《中国模具设计大典》查得压力机为J23-10，其各项指标如表2-6所示：

（5）连接板中心圆孔的冲裁模压力中心的确定

对于本实例中的冲裁件，冲模的压力中心与制件外形的几何中心重合。

（6）连接板中心圆孔的冲裁模模具结构

对于本实例中的冲裁件，选用凸模在上，凹模在下的模具结构，模具中采用弹性卸料板卸料，孔中的废料由下模排料口排出。

（7）连接板中心圆孔的冲裁模凸模的设计

连接板中心圆孔的冲裁模，凸模断面为简单圆形，故采用如图台阶形式。其工作部分尺寸根据工件尺寸通过计算决定，断面形状和工件一致。由式（2-24）可得凸模长度L为：

L=h₁+h₂+h_弹+（10～20）=16+10+20=56（mm）

（8）连接板中心圆孔的冲裁模凹模的设计

连接板中心圆孔的冲裁模，凹模形式选择图2-19的Ⅱ形，凹模尺寸按公式（2-26）计算，结合H必须大于15mm及模具结构的要求，取凹模板的厚度H=15mm。

（9）连接板中心圆孔的冲裁模定位零件的设计

连接板中心圆孔的冲裁模，因为单个毛坯，采用定位销定位，如图2-23所示。

（10）连接板中心圆孔的冲裁模卸料与推件零件的设计

连接板中心圆孔的冲裁模，采用如图2-22（a）所示的安装于上模弹性卸料装置。

（11）连接板中心圆孔的冲裁模导向零件的设计

连接板中心圆孔的冲裁模，采用后侧导柱模架。

（12）连接板中心圆孔的冲裁模连接零件的设计

连接板中心圆孔的冲裁模采用标准连接零件：螺钉和销钉。

（13）连接板中心圆孔的冲裁模装配图和主要零件图

结合以上分析及计算，连接板中心圆孔的冲裁模装配图，如图2-24所示，条料从左侧进料后，上模座在压力机的带动下下压，凸模下压冲孔成形，废料从凹模下方脱出，完成冲裁动作后，上模座在压力机的作用下上移，制件在卸料板的作用下与凸模脱离，完成卸料，接着按步距送料，完成下一次冲裁过程。凸模、凹模、卸料板、凸模固定板零件图如图2-25～图2-28所示。