某支架沖壓成形多工位級進模設計

孟玉喜，王玉忠，張建雷

（1.南通市廣播電視大學 機械工程學院，江蘇 南通 226006；2.南通蘇禾車燈配件有限公司，江蘇 南通 226000）

1 產品工藝性分析

燈泡固定支架是車燈配件的重要組成部分，對各成形部位的尺寸相對性要求較高，同時因其使用功能的特殊，精度比一般的普通沖壓件要高。圖1所示為某新款汽車燈泡固定支架產品圖，其沖壓工序有5個三種尺寸的沖圓孔、落料、打筋打倒角、2個打凸臺、3處切槽、切方孔、兩處對稱切口、三處折邊、翻邊、斜45°豎邊、成形等，產品折邊后的最高尺寸為34.5mm，接近零件的寬度，結構比較復雜，精度要求較高；材料為鍍鋅Q235-A、厚度0.7mm的帶料，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。

2 排樣設計

產品展開圖如圖2所示。

產品展開外形尺寸為77.95mm×73.2mm，在多工位級進模的設計里尺寸偏大，要想在一副模具里成形出產品，就必須最大限度壓減步距，才能確保產品的實現。因此，經綜合考慮，在模具排樣設計時，重點考慮以下幾方面：一是以77.95mm的尺寸標注方向為步距的送進方向，采用雙面載體的形式，雙側導正，保證帶料送進的穩定性，其中一側的載體和導正釘孔直接借用產品的形狀和產品上現有的孔。這也就是不采用小尺寸（73.2mm）作為步距送進方向的原因；二是為防止兩處凸臺上3個槽孔的變形，在工序安排時，先打凸臺后切槽；三是在保證模具強度和產品質量的基礎上盡量采取工序集中，以減少工位數，盡可能減小模具外形尺寸，具體排樣如圖3所示。

圖1 燈泡固定支架產品圖

圖2 產品展開圖

圖3 排樣設計圖

工位①：沖圓孔 1-?5、2-?4.6、2-?3.6；四處打字；兩處切邊；一只異形方孔。

工位②：打筋打倒角；兩處切邊；兩處打凸臺。

工位③：折邊；切邊；沖三只槽孔。

工位④：修整折邊；打字；另一處折邊。

工位⑤：翻邊；兩處切口；打長短凸筋；一側載體切斷。

工位⑥：三處豎邊成形（即 90°、90°、105°）。

工位⑦：兩處切斷，一處將產品與搭邊分離，一處將廢料載體切斷，利于廢料收集。

3 模具設計

3.1 模具結構設計

級進模結構如圖4所示，模板外形尺寸440mm×160mm。

圖4 模具結構圖

模具結構特點如下：

（1）定距的設計：導正銷是級進模中應用最為普遍的定距方式，該模具采用雙側導正銷進行導正，導正銷設計時考慮如下因素：①?5.0與?3.6兩種導正銷與導正孔的關系。導正銷導入材料時，既要保證材料的定位精度，又要保證導正銷能順利插入導正孔。配合間隙大，定位精度低；配合間隙過小，導正銷磨損加劇并形成不規則形狀，從而又影響定位精度，設計時配合間隙為0.01mm～0.015mm。②導正銷的突出量。導正銷的前端導正部分應突出于卸料板的下平面，突出量一般取值范圍為0.6t～1.5t。薄料取較大值，厚料取較小值，該產品厚度0.7mm，屬中等料厚，突出量取為1t即0.7mm。③導正銷的固定方式。導正銷固定在卸料板上，兩排大小不一的導正銷在一副模具中多處使用時，其突出長度、直徑尺寸和頭部形狀必須保持一致，以使所有的導正銷承受基本相等的載荷，防止導正銷帶起條料，影響條料的正常送進，詳見圖5。

（2）模具導向與壓料設計。圖4中的12為彈壓式卸料板，為保證卸料板工作時運動平穩可靠以及其與凹模板11相對位置的一致性，設計時采用8根導柱32導向。卸料板上的工作型孔與凸模之間配雙面間隙0.02mm，對凸模尤其是細長凸模可以起到保護作用，防止折斷，同時使得卸料板在高速時的平穩運動得到保證。為使模具工作時壓料可靠，設計了10個矩形彈簧22以增加壓料力，防止成形時帶料竄動影響正常送進和產品精度，同時也具有很強的卸料力。

（3）導料釘的設計。導料釘主要對帶料起限位并浮起送進的作用。常用導料釘主要采用圓周凹槽形式（圖6a），但該結構存在一定的缺陷，凹槽太深會影響到導料釘頭部的強度，工作時長時間承受高頻沖擊力的作用，容易造成折斷，凹槽太淺則與帶料的接觸部分偏少不利于帶料的浮起送進，為此設計了一種單側開槽的導料釘（圖6b）。單側開槽設計極大提高了導料釘的工作強度和使用壽命，而且增加了與帶料的接觸面積。圖6c為常用圓周凹槽形式導料釘的放大示意，陰影部分為工作時與帶料的接觸部分，實際測量該面積為3.63mm2，圖6d為單側開槽形式導料釘的放大示意，實際測量該面積為6.52mm2，經比較，單側開槽形式比圓周凹槽形式的有效接觸面積提高了近80%。

（4）廢料切斷設計。廢料的切斷設計也是多工位級進模設計的重要一環，尤其是對于厚度大于0.4mm的帶料，更應引起注意。在圖3排樣設計中的工位7中，將產品切斷時因考慮到模板結構的緊湊和強度而設計了一斜刃（見圖7），在廢料上留下了一鋒利的尖角，如果不及時切除，會給連續生產帶來麻煩，甚至留下安全隱患。廢料切斷設計位置可見圖4模具結構圖的A部放大圖，將其設計在模板的最外側，通過固定在上下模的鑲塊形成剪刀似的剪切，從而切斷廢料，使得廢料自然而然地落在模外，方便收集。

圖5 導正銷導正形式

圖6 導料銷的設計

圖7 產品及廢料的切斷

3.2 模具主要零件設計

（1）凹模板與沖裁鑲塊的設計：因該模具的步距較大，在盡可能減少工位的前提下，設計排樣時，對工序進行了有效整合，這就給凹模板和沖裁鑲塊的設計帶來了困難，既要考慮模板的強度，又要兼顧鑲塊的壽命，還需考慮彈頂設計、固定螺釘的位置排布和加工的可行性。凹模板與沖裁鑲塊的具體設計見圖8。由圖8a可見在切邊一、二鑲塊的周圍有2個導料釘孔、2個固定螺釘孔、1個彈釘孔、3個工作型孔，設計時要統籌兼顧安排好形狀和位置的關系，不能顧此失彼。切邊一、二鑲塊的設計如圖8b所示，其外形由綜合考慮的11條直線封閉組合而成；四個圓孔和一個異孔設計在一個整體大鑲塊上，見圖8c，其外形上的45°斜邊是為了與切邊一、二鑲塊上的45°斜邊形成對應，以保證凹模板型孔間的最小間距，增加凹模板的強度。切邊三、四、五的外形輪廓設計分別見圖d、e、f，其上45°斜邊的設計意圖與8c一致。

（2）沖槽孔凹模鑲塊的設計。該產品上共有三個尺寸相同的1.1mm×5.1mm的狹長槽孔，一個在小凸臺上，兩個在大凸臺上，為防止沖出的槽孔變形，沖壓工藝順序是先打凸臺再沖切槽孔，其中?1.8mm的小圓孔同步沖出。值得注意的是，凹模的刃口部位是高出四周的，刃磨凹模刀口后，還應將四周的非刀口部分也磨去同樣的尺寸，保證凹模刃口部位高出四周的尺寸不變，這樣給后續的維修刃磨帶來了一定的困難，所以在選擇鑲塊材料時，宜選強度較高的材料，盡量減少刃磨次數，同時工作刃口的有效工作長度也不宜過長，槽孔凹模鑲塊的設計如圖9所示。

圖8 凹模板與沖裁鑲塊的設計

（3）打筋打倒角鑲塊的設計。在第二工位中，把打筋與打倒角的設計安排在一起進行，主要也是遵循本設計的“工序力求組合，工位盡量減少”的原則，鑲塊外形尺寸15.0mm×12.0mm，下模高25.32mm，上模高 53.3mm，在上模鑲塊上設計了4.0×1.2的通槽，用于鑲塊的固定。因固定板厚度尺寸為16.00mm，所以在加工4.0×1.2的通槽時，控制了鑲塊的固定部位尺寸為15.98mm，此尺寸不能超過模板的尺寸，否則會造成固定不可靠，影響產品的成形精度，打筋打倒角鑲塊的設計如圖10所示。

圖9 槽孔凹模鑲塊的設計

圖10 打筋打倒角鑲塊的設計

圖11 實際生產排樣帶料及產品使用狀況

4 結束語

汽車行業的發展極大地帶動了模具行業的發展，模具行業的發展促進了多工位級進模的應用，多工位級進模的生產效率高、產品質量穩定，可以沖壓成形精度要求高、形狀復雜的零件，與傳統的普通沖壓相比，有著廣泛的發展前景和發展空間。本文通過汽車燈泡固定支架的多工位級進模設計，遵循工序組合、減少工位的設計思路，使大尺寸復雜零件由一副模具完成成形成為可能。實踐證明，單槽式導料釘和模外切廢的設計理念，為實現生產過程的平穩、安全、可靠提供了強有力的保證。

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