落料沖孔復合模設計

韓方恒 李 娜

（徐州機電工程高等職業學校，江蘇 徐州 221000）

0 引言

復合模是指沖床在一次行程中，完成落料、沖孔等多個工序的一種模具結構。相對其他冷沖壓模具結構而言，它具有以下一些優點：①工件同軸度較好，表面平直，尺寸精度較高；②生產效率高，且不受條料外形尺寸的精度限制，有時廢角料也可用以再生產。由于復合模本身所具有的一些優點較明顯，故模具企業在條件允許的情況下，一般傾向于選擇復合模結構。

1 零件工藝性分析

工件為圖1所示的落料沖孔件，材料為Q235鋼，材料厚度2mm，生產批量為大批量。工藝性分析內容如圖1：

圖1 工件圖

1）材料分析

Q235為普通碳素結構鋼，具有較好的沖裁成形性能。

2）結構分析

零件結構簡單對稱，無尖角，對沖裁加工較為有利。零件中部有一異形孔，孔的最小尺寸為6mm。另外，經計算異形孔距零件外形之間的最小孔邊距為5.5mm。所以，該零件的結構滿足沖裁的要求。

3）精度分析

零件上有4個尺寸標注了公差要求，由公差表查得其公差要求都屬IT13，所以普通沖裁可以達到零件的精度要求。對于未注公差尺寸按IT14精度等級查補。

由以上分析可知，該零件可以用普通沖裁的加工方法制得。

2 沖裁工藝方案的確定

零件為一落料沖孔件，可提出的加工方案如下：

方案一：先落料，后沖孔。采用兩套單工序模生產。

方案二：落料—沖孔復合沖壓，采用復合模生產。

方案三：沖孔—落料連續沖壓，采用級進模生產。

方案一模具結構簡單，但需兩道工序、兩副模具，生產效率低，零件精度較差，在生產批量較大的情況下不適用。方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證，且生產效率高。盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀較簡單，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產效率也很高，但與方案二比生產的零件精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需在模具上設置導正銷導正，模具制造、裝配較復合模略復雜。

所以，比較三個方案欲采用方案二生產。現對復合模中凸凹模壁厚進行校核，當材料厚度為2mm時，可查得凸凹模最小壁厚為4.9mm，現零件上的最小孔邊距為5.5mm，所以可以采用復合模生產，即采用方案二。

3 零件工藝計算

1）刃口尺寸計算

根據零件形狀特點，刃口尺寸計算采用分開制造法。

（1）落料件尺寸的基本計算公式為：

（3）中心距：

尺寸 57±0.2mm

L＝（57±0.2/4）mm＝57±0.05mm

尺寸 7.5±0.12mm

L＝（7.5±0.12/4）mm＝7.5±0.03mm

尺寸 4.5±0.12mm

L＝（4.5±0.12/4）mm＝4.5±0.03mm

2）排樣計算

分析零件形狀，應采用單直排的排樣方式，零件可能的排樣方式有圖2所示兩種。

圖2 零件可能的排樣方式

比較方案a和方案b，方案b所裁條料寬度過窄，剪板時容易造成條料的變形和卷曲，所以應采用方案a。現選用4000mm×1000 mm的鋼板，則需計算采用不同的裁剪方式時，每張板料能出的零件總個數。

比較以上兩種裁剪方法，應采用第1種裁剪方式，即裁為寬81.4mm、長1000mm的條料。其具體排樣圖如圖3所示。

3）沖壓力計算

可知沖裁力基本計算公式為：

F=KLTτ

此例中零件的周長為216mm，材料厚度2mm，Q235鋼的抗剪強度取350MPa，則沖裁該零件所需沖裁力為：

F=1.3×216×2×350N=196560N≈197kN

模具采用彈性卸料裝置和推件結構，所以所需卸料力FX和推件力FT為：

FX=KXF=0.05×197kN=9.85kN

FT=NKTF=3×0.055×197kN≈32.5kN

則零件所需得沖壓力為：

F總=F+FX+FT=（197+9.85+32.5）kN=239.35kN

初選設備為開式壓力機J23—35。

4）壓力中心計算

零件外形為對稱件，中間的異形孔雖然左右不對稱，但孔的尺寸很小，左右兩邊圓弧各自的壓力中心距零件中心線的距離差距很小，所以該零件的壓力中心可近似認為就是零件外形中心線的交點。

4 沖壓設備的選用

根據沖壓力的大小，選取開式雙柱可傾壓力機JH23—35。

5 模具零部件結構的確定

1）標準模架的選用

標準模架的選用依據為凹模的外形尺寸，所以應首先計算凹模周界的大小。

模具采用后置導柱模架，根據以上計算結果，可查得模架規格為上模座160mm×125mm×35mm，下模座 160mm×125mm×40mm，導柱 25mm×150mm，導套 25mm×85mm×33mm。

2）卸料裝置中彈性元件的計算

模具采用彈性卸料裝置，彈性元件選用橡膠，其尺寸計算如下：

（1）確定橡膠的自由高度H0

H0=（3.5～4）H工

H工=h工作+h修磨=t+1+（5～10）=（2+1+7）mm=10mm

由以上兩個公式，取H0=40mm。

（2）確定橡膠的橫截面積A

查得矩形橡膠在預壓量為10%～15%時的單位壓力為0.6MPa，所以：

（3）確定橡膠的平面尺寸

根據零件的形狀特點，橡膠墊的外形應為矩形，中間開有矩形孔以避讓凸模。結合零件的具體尺寸，橡膠墊中間的避讓孔尺寸為82 mm×25mm，外形暫定一邊長為160mm，則另一邊長b為115mm。

圖3 裝配圖

（4）校核橡膠的自由高度H0

為滿足橡膠墊的高徑比要求，將橡膠墊分割成四塊裝入模具中，其最大外形尺寸為80mm，所以：

橡膠墊的高徑比在0.5～1.5之間，所以選用的橡膠墊規格合理。橡膠的裝模高度約為0.85×40mm=34mm。

3）其他零部件結構

凸模由凸模固定板固定，兩者采用過渡配合關系。模柄采用凸緣式模柄，根據設備上模柄孔尺寸，選用規格A50×100的模柄。

6 模具裝配圖

模具裝配圖如圖3所示。

7 結束語

該模具經試模一次成功，沖出的工件毛刺小，表面平整，達到了企業的技術和批量生產的要求。

[1]王孝培.沖壓手冊[M].機械工業出版社,2012-11.

[2]姜銀方,袁國定.沖壓模具工程師手冊[S].機械工業出版社,2011-05.

[3]柳文清.基于CAD的墊片復合模具設計[J].煤礦機械,2012(10).

[4]姜奎華.沖壓工藝與模具設計[M].機械工業出版社,2002.