精沖工藝與模具設計

李雅倩 王斌修

（青島理工大學工程訓練中心，山東 青島266033）

1 沖壓件的工藝性分析

沖壓件形狀及尺寸如圖1所示，尺寸精度要求較高，且要求沖切面光潔。由工件圖可見φ4 mm的孔和圓角R2 mm等處的結構工藝性較差，故采用精沖模加工。查表可得10號鋼的抗拉強度σb=400 MPa，圓角R2 mm沖制難度等級在S1區，圓孔φ4 mm沖制難度等級在S2區，故零件的總的難度等級在S2區。S2區在精沖難度等級中屬中等，適于精沖材料的抗拉強度σb≤530 MPa［1］。由以上各項分析可知，該零件符合精沖件結構工藝性要求，可用精沖工藝進行加工。

2 精沖壓力計算

根據精密沖裁的變形機理，實現精密沖裁需提供3種力的作用，即：使材料分離的剪切力，實現壓料的壓邊力，反頂工件的反頂力。這三種力一般不是同時產生的，而是通過壓力機的協調動作，按先后動作順序交替產生的。

該零件厚度為4 mm，即精密沖壓凸模進入凹模的行程最大為4 mm，對于彈簧來講壓縮力變化比較大，卸料力和推件力根據模具結構由液壓元件控制產生，因此在模具設計中使用液壓元件代替精沖設備中的壓邊力和頂件力，實現無專用精密沖壓設備的精密沖壓。

精沖總壓力是完成制件精沖所需的總壓力，是選用壓力機的主要因素之一，也是考慮精沖模具強度的重要依據，根據文獻［1］所推導的公式，零件的精沖壓力計算如下：

沖裁力

齒圈壓邊力：

P壓=0.4P沖=175853 N

反向壓力：

P反=0.2P沖=87926 N

卸料力：

P卸= （0.1～0.15）P沖

推件力：

P推= （0.1～0.15）P沖

因卸料力和推件力根據模具結構由液壓系統控制產生，故必須由壓力機提供的力為：

由上述計算可以知道，所需設備的公稱壓力P公稱= （1.2～1.3）P≥843.6 k N。

3 模具結構設計

3.1 模具結構

這是一套精沖模（如圖2），它的特別之處在于可以在改裝了的普通壓力機上進行工作，而不影響其加工精度。

壓力機的工作臺下裝有液壓缸44，液壓缸內的下活塞41通過墊板40、三個托桿38對中模座35作用，又通過三個托桿37、托板2對頂件塊6、31作用，用來傳遞齒圈壓力和頂料壓力。這樣一來壓力的大小，壓力產生作用的時間都會很好地控制。

凸凹模4通過支座34緊固在下模座39上，下模座39上固定了4個小導柱1，中模座35通過4個小導套3沿小導柱1上下滑動。小導柱，導套可以保證中模座和下模座的相對位置，保證中模座在運動的時候，支座34和凸凹模4不會干涉。中模座35與支座34間裝有一個導向圈36，以保證齒圈32與凸凹模4的配合準確。為了固定齒圈32，在中模座35上緊固了一下定位圈33，由定位板5對其定位。中模座與上模座26的相對運動則通過滾珠導柱、導套導向，這種導向裝置屬于無間隙配合，確保中模座和上模座的相對位置，保證零件的加工精度。

凹模25緊固在上模座26上，以定位板8來定位，保證凹模的周向位置。沖孔凸模23和24由固定板10、墊板15通過螺釘與凹模形成一體，保證他們之間的相對位置，同時這種可拆卸的結構又有利于更換磨損件。另外在墊板上裝有一活塞芯子20，用來傳遞主要的沖孔力。

上模座內裝有一液壓缸22，高壓油通過軟管從上模圓孔處引入，上活塞21通過推桿11對推件塊9作用，用來傳遞推件力。

3.2 模具特點

（1）生產時不用專門購買精沖用的設備，直接在改裝過的普通壓力機上沖裁成型，減少生產開支。

（2）凹模和齒圈沒有直接固定在上下模座上，而是通過定位圈來定位，這樣方便凹模、齒圈等零件的拆卸更換。

（3）通過液壓系統來控制卸料，推件裝置，安全、可靠、易于控制。液壓系統很容易改變行程長度和加壓速度，在任何位置都能產生所需的公稱壓力，還可以保持一定的壓力，完全沒有錘擊作用，這些優點保證了沖壓件的精度。

（4）導向裝置采用滾珠導柱、導套結構，這種導向裝置無間隙、精度高、壽命較長，保證了該模具的沖裁質量。

（5）液壓系統使用Y型密封圈，使得液壓單方向處于工作狀態，摩擦阻力小，運動平穩。另外，為了防止密封圈翻轉采用了支撐環（見圖2），支撐環還能防止Y型密封圈在安裝槽內的各種錯位。

3.3 模具的工作過程

沖裁開始時，齒圈32與凹模25對板料施壓，固定板料的位置，使其不左右移動，同時上液壓缸通過活塞芯子20、沖孔凸模對板料施壓，推件塊9也把上液壓缸通過推桿11傳遞過來的力施加給板料，使板料變形區處于很大的三向壓應力狀態。上模繼續下行，在三項壓應力作用下，將板料整個料厚沖入凹模內，而把內形廢料沖入凸凹模內，沖裁過程結束。沖裁過程中，當上、下液壓缸內的油壓超過預定的壓力后，油各自從溢流閥流回油箱，以保證預定的壓料力和頂件力。沖裁完畢后，上模回升，齒圈32和頂件塊6、31把廢料從凸凹模上頂出，而推件塊9也把零件從凹模內推出。這個過程中為了不使推件塊與頂件塊同時作用，避免零件壓入廢料內，在上液壓缸的油路上安裝了一個單向節流閥（圖3），便于調節上液壓缸的流速，使得頂件力先于推件力，避免零件被壓入凹模，而劃傷已成型零件的切割面。

4 結語

該模具結構合理，動作準確可靠，操作方便安全，生產效率高；模具的新穎之處在于采用液壓系統來卸料，安全、可靠、易于控制，工作效率高，成型零件精度高。對此類平板類零件的精密沖裁模具設計有一定的參考價值。

［1］模具實用技術叢書編委會.沖模設計應用實例［M］.北京：機械工業出版社，2001.

［2］楊玉英.實用沖壓工藝及模具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2005.