多工位級進沖壓工藝及模具設計

摘要：本文主要闡述墊片級進沖壓的模具結構設計。對墊片的基本結構工藝，精度要求進行分析。闡述多工位級進?？傮w結構設計和排樣方案，敘述了關鍵部件的設計計算方法和校核，并利用AutoCAD軟件對零件排樣進行設計繪圖。

關鍵詞：墊片級進沖壓模具設計

0 引言

級進模是在連續(xù)?；A上發(fā)展起來的一種更多工藝加工、更多工序組合的沖壓模具，是一種先進的、有更多發(fā)展空間和使用價值的工藝設備。

本文結合現有的生產水平，采用多工位級進模生產墊片，以實現自動化生產，提高沖壓生產效率。

1 設計任務與分析

1.1 設計任務

1.2 零件工藝性分析

墊片零件圖如圖1所示，材料選用10號鋼，厚度為2mm。10號鋼為優(yōu)質碳素結構鋼，具有良好的塑性性以及壓力加工性，適合沖裁加工。該零件形狀簡單，精度要求不高。僅為簡單沖孔落料件，根據零件結構，選取單工序簡單模能完成零件的加工，但因零件外形尺寸不大，不利手工操作且不安全，若選用沖孔、落料復合模加工，因零件最小壁厚處僅為3mm，小于文獻表[2]表1-9凹凸模的壁厚中同料厚復合模沖裁時要求凹凸模最小壁厚4.9cm，因此，不利于模具壽命的保證。綜合上述分析，從其操作性及加工的經濟性考慮，擬采用多工位級進模對零件進行加工。

2 零件工藝計算

2.1 排樣計算

2.1.1 排樣方式的選擇

綜合考慮模具壽命和沖件質量，采用有廢料排樣，沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高。

2.1.2 計算條料寬度

根據零件形狀，查表文獻[3]表2-10最小工藝搭邊值得， a=1.2mm，a1=1.5mm，條料是有板料裁剪下料而得，查文獻[3]表2-12剪板機下料公差△得，△=0.6mm，查文獻[3]表2-14側刃余量及出端導料間隙C2得，b1=2.0。由文獻[3]得條料寬度：

B=(D+2a1+nb1)n-△

=（50＋2×1.5＋2×2）■■

=57■■mm

2.1.3 確定步距與定距定位方式

由文獻[4]得，級進模送料步距

S＝D+a

＝50＋1.2

＝51.2mm

本模具采用側刃定距。在條料送進過程中，切下的缺口向前送進被側刃擋塊擋住，送進的距離即等于步距。

結合以上分析，本零件成形的排樣圖如圖2所示。

2.1.4 計算材料利用率

沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標。

一個步距內沖裁件的實際面積

A=π×252-π×72-3×π×22-3(π×222×34/360-π×182×34/360)=1628.7mm2

所以，一個步距內的材料利用率

η=■×100%=1628.7／51.2×57×100%=55.8%

查板材標準，宜選用650mm×1300mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為11張條料（57mm×1300mm），每張條料可以沖25個工件，由文獻[4]得，每張鋼板的材料利用率

η總=■×100%

=25×1628.7/57×1300×100%

=54.9%

根據計算結果知道選用直排材料利用率可達54.9%，滿足要求。

2.2 沖壓力計算

2.2.1 沖裁力的計算

查文獻[5]表3-12常用材料的力學性能，得τ0=380 MPa，由文獻[1]得，沖裁力為：

F=KtLτ0=1.3×2×500.2×380=494197.6N

2.2.2 卸料力、推件力的計算

查文獻[1]表2-10卸料力、頂件力和推件力系數，得K卸=0.04，K推=0.055

卸料力F卸=K卸F=0.04×494197.6N=19767.9N

推件力F推=K推F=0.055×494197.6N=27180.868N

所以，由參考文獻[1]得，總沖壓力：

F總=F+F推+F卸

=494197.6N+19767.9N+27180.868N

=541146.368N

壓力機公稱壓力應大于或等于沖壓力，據沖壓力計算結果擬選壓力機為J23—63。

2.3 壓力中心的計算

對于復雜制件或多凸模沖裁件的壓力中心，可根據力矩平衡原理進行計算。由文獻[4]可得，

X中心＝■

＝■

＝35.95

Y中心＝■

＝■

＝0

所以模具的壓力中心為（35.95，0）

2.4 凸凹模刃口尺寸的計算

2.4.1 間隙分析

查文獻[4]表3－4沖裁模初始雙面間隙值Z（二）和表3－6規(guī)則形狀（圓形、方形）沖裁凸、凹模的制造偏差，得

Zmin＝0.246mmZmax=0.360mm

δT=0.020mm δA=0.030mm

|δT|＋|δA|=0.020+0.030=0.050mm

Zmax－Zmin=0.360－0.246＝0.114mm

滿足|δT|＋|δA|≤Zmax－Zmin，所以可用凸模與凹模分別加工法。

2.4.2 落料尺寸

Φ50■■落料件精度為IT14，查文獻[4]表3－5系數X，X＝0.5，得：

DA＝（Dmax－xΔ）■■=（50-0.62×0.5）■■=49.69■■

DT=（DA－Zmin）-δT＝（49.69-0.24）■■=4.37■■

3.4.3 沖孔尺寸

沖裁件精度為IT14，查文獻[4]表3－5系數X， X＝0. 5，得：沖孔Φ14■■mm

dT＝（dmin＋xΔ）■■=（14＋0.5×0.43）■■＝14.22■■ mm

dA= （dT＋Zmin）■■=（14.22＋0.24）■■＝14.46■■mm

沖孔R2■■mm

dT＝（dmin＋xΔ）■■=（4＋0.5×0.25）■■＝4.13■■ mm

dA= （dT＋Zmin）■■=（4.13＋0.24）■■＝4.37■■mm

3 模具結構設計

3.1 凹模設計

因制件形狀簡單，總體尺寸并不大，故選用整體式矩形凹模較為合理。因生產批量較大，查文獻[5]表3－16 沖模工作零件常用材料及熱處理要求，選用Cr12MoV為凹模材料。

3.1.1 確定凹模厚度H值：查文獻[1]表2-12凹模厚度系數K得，K=0.35，由文獻[1]凹模厚度的計算公式得，凹模厚度為：

H=Kb

=0.35×50

≈18

3.1.2 確定凹模壁厚c：由文獻[1]凹模壁厚的計算公式得：

c=（1.5～3）H

所以，凹模壁厚取c=30mm

3.2 凸模設計

為滿足凹模強度和剛性，將凸模設計成臺階式，使裝配修模方便。采用成形銑、成形磨加工。查文獻[5]表3－16 沖模工作零件常用材料及熱處理要求，選用Cr12MoV為凸模材料。由文獻[1]得，采用彈性卸料時，落料凸?？傞L為：

L=18+16+20

=54mm

3.3 模柄設計

綜合考慮到導向精度、制造成本，安裝難易程度等因素，現采用壓入式模柄，通過過渡配合■，將模柄壓入上模座，并用止轉銷防止轉動。查文獻[5]表10-47壓入式模柄得，模柄A50×100GB2862.1-81.A3。

3.4 卸料裝置設計

3.4.1 卸料板的設計

工件平直度較高，料厚為2mm相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故采用彈性卸料。

卸料板采用45鋼制造，厚度根據JB/T 8066.2-1995規(guī)定，選用160mm×125mm×140-170組模具參考，其厚度為16mm。

3.4.2 卸料螺釘的選用

卸料板上設置2個卸料螺釘，公稱直徑為10mm，螺紋部分為M8×6mm，卸料螺釘尾部應留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運動。

3.5 模架及零部件的選用

該模具采用對角導柱模架。上模座按GB2856.1-81規(guī)定，厚度取40mm，墊板厚度取8mm，固定板厚度取18mm，卸料板厚度取16mm，下模座按GB2856.2-81規(guī)定，厚度取45mm。導柱分別為Φ28h5mm×160mm，Φ25h5mm×160mm；導套分別為Φ28H6mm×105 mm×28mm，Φ25H6mm×105mm×28mm。

3.6 校核模具閉合高度

模具閉合高度H

H＝H上模座＋H墊片＋H固定板＋H卸料板＋H下模座＋H橡膠＋H凹模座+H導料板＝40mm＋8mm＋18mm＋16mm＋45mm＋20mm＋18mm+5mm=170mm

由文獻[5]得：Hmin－H1＋10≤H≤Hmax－H1－5，根據擬選壓力機J23—63，查開式壓力機參數表得：

Hmax＝460mm，Hmin＝210mm，H1＝80mm

所以，140＜H＜365，且開式壓力機J23—63最大裝模高度250mm，大于模具閉合高度170mm，可以使用。

3.7 沖壓設備的選定

通過較核，選擇開式雙柱可傾式壓力機J23—63能滿足使用要求。其主要技術參數如下：

公稱壓力：630KN

滑塊行程：120mm

最大閉合高度：460mm

最大裝模高度：250mm

工作臺尺寸（前后×左右）：710mm×480mm

最大傾斜角度：300°

3.8 裝配圖和零件圖

按已確定的模具形式及參數，從沖模標準中選取標準件。繪制模具裝配圖，如圖。

4 結論

本文簡略概述了墊片級進沖壓模具的設計過程，采用了沖孔落料多工位級進沖壓工藝，大大提高沖件的尺寸精度和生產效率，降低了沖壓生產成本和模具制造成本。模具經試模和調整后，達到了設計要求，能沖出完全合格的零件。

參考文獻：

[1]陳永主編.沖壓工藝與模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2009：30-187.

[2]鐘毓敏主編. 沖壓工藝與模具設計.北京：機械工業(yè)出版社，2000：30-101.

[3]魏春雷主編.沖壓工藝與模具設計.北京：北京理工大學出版社，2007：50-87.

[4]付宏生主編.模具制圖與CAD.北京：化學工業(yè)出版社，2007:47-255.

[5]王孝培主編.沖壓手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2000:287-398.