轉動板沖壓工藝制訂與級進模設計

■蕪湖盛力科技股份有限公司技術開發部 王 華

轉動板沖壓工藝制訂與級進模設計

■蕪湖盛力科技股份有限公司技術開發部 王 華

油門操縱閥是車用發動機控制供油的裝置，是燃料供給系統的一部分。主要作用是控制發動機節氣門的開度，從而控制車速。其由加速踏板總成、轉動桿、轉動板、支架總成等組成，如圖1所示。工作原理為：踩下加速踏板時，轉動桿帶動轉動板總成向前轉動，拉動軟軸總成向前運動，實現加速，松開加速踏板時，軟軸總成回位減速。轉動板是油門操縱閥中一個關鍵零件，其幾何形狀及尺寸如圖2、圖3所示，材料為熱軋碳素鋼板B-4-GB/T709/Q235A – GB/ T700。年產10萬只。該零件幾何形狀較復雜，不對稱，平面沖裁成形。

1. 零件工藝性分析

（1）沖裁件結構工藝性 由圖2可知，該零件最小圓角半徑R＝2mm＞0.25t＝1mm；孔尺寸φ6.5mm＞1t＝4mm；最小孔距＝12mm－6.5mm＝5.5 m m＜2t＝8m m。最小孔邊距＝8mm－4.5mm＝3.5mm＜2t＝8mm。不能滿足復合沖裁工藝性要求。右邊懸臂寬=17mm≥2t＝8mm，右邊懸臂長＝27mm≤5b＝85mm。左邊凹槽寬=11.5mm≥2t＝8mm，左邊凹槽長＝43mm≤5b＝57.5mm。滿足沖裁工藝性要求，均適宜于沖裁加工。

（2）精度和斷面表面粗糙度 孔φ17+0.1+0mm、φ9+0.1+0mm、孔中心距(33±0.1)mm、寬度精度為IT11級 ，寬度mm 、孔中心距12-0-0.2mm精度 為IT12級，其余尺寸精度為IT14級，該沖裁件精度不高于IT11級為經濟精度，利用普通沖裁方式可達到零件圖樣要求。沖裁件斷面表面粗糙度Ra=12.5～50μm。

(3)材料 普通碳素結構鋼Q235A，熱軋鋼板，抗剪強度τb=339MPa，伸長率A＝23%，沖裁加工性較好。

2. 確定工藝方案

方案一：單工序模，先落料外形，后沖孔成形。結構簡單、制造周期短、價格低，適合于中小批量生產。

方案二：復合模，落料、沖孔一次復合成形。最小孔距為5.5mm，最小孔邊距為3.5mm，都小于2t＝8mm，不能滿足復合沖裁工藝性要求。不能采用復合模。

圖1 油門操縱閥總成裝配

圖2 轉動板零件

圖3 轉動板實物照片

方案三：級進模，沖孔、落料級進成形。模具制造的復雜性和價格低于復合模。適合于中小零件大批量生產。

綜上所述，采用級進模生產最經濟合理。

3. 排樣設計與計算

根據零件形狀特征、質量要求、模具類型與結構方案、材料利用率等因素進行沖壓件的排樣設計。設計排樣時，在保證沖件質量和模具壽命的前提下，主要考慮材料的充分利用，選擇最佳排樣方案（見圖4）。

沖壓方向的確定，因零件毛邊方向無要求，所以沖裁方向無要求。排樣形式的確定，采用直排，材料利用率高。工序順序制訂，第1工位沖φ17+0.1+0m m、φ9+0.1+0mm、φ6.5mm孔，第2工位沖凹槽異型孔、φ6.5mm孔，第3工位空步，第4工位落料。考慮凹模刃口強度，設計第2工位沖2孔，第3工位空步。

條料寬度為

式中 a —— 側搭邊值，取4 mm；

b1—— 側刃沖切的料邊寬度，

取4mm；

L—— 零件長度，為113.5 mm。步距為

s=l+a1=61+4=65（mm）

式中 a11——零件間搭邊，取4 mm；

l1——零件寬度，為61mm。

4. 確定模具總體結構方案

（1）模具類型 如圖5所示，根據零件沖裁工藝方案，采用沖孔、落料級進沖裁模。

（2）操作與定位方式 雖然零件生產批量較大，但合理安排生產可用手工送料方式能夠達到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考慮零件尺寸和厚度，為便于操作和保證零件精度，宜采用導料板導向，側刃定距的定位方式。為減少料頭和料尾材料消耗和提高定距可靠性，采用雙側刃前后對角布置粗定位，兩導正銷精確定位。

（3）卸料與出件方式 沖孔、落料級進模采用典型正裝彈性卸料裝置沖模，卸料板帶有4個導柱導向，并有4個等長限位套定位，保證卸料板平行，可防止卸料板產生水平擺動，從而保護小凸模不被折斷。為便于操作，提高生產率，沖件和廢料采用由凸模直接從凹模洞口推下的出件方式。

（4）模架類型及精度 由于是級進模，因此采用導向平穩的對角式導柱模架。考慮零件精度要求不是很高，因此采用Ⅰ級模架精度。

圖4 排樣圖

圖5 沖孔、落料級進模具結構

5. 沖孔、落料級進模工作原理

如圖5所示，將條料毛坯129.5mm×1250mm×4mm板料沿凹模11及導料板7送至側刃擋塊4處定位。啟動按鈕，踩下腳踏開關，上模隨壓力機滑塊向下運動，帶動上模板17下行，首先卸料板13壓住板料，然后具有鋒利刃口的沖頭Ⅰ、沖頭Ⅱ、沖頭Ⅲ、側刃18、凹模11一起穿過條料使沖孔廢料和沖件與條料分離而完成沖裁工作，結束后滑塊帶動上模板回升時，卸料板、固定卸料塊6將箍在沖頭上的條料卸下，完成第1工位沖3孔。

板料向前進65m m一個步距，踩下腳踏開關，壓力機上滑塊帶動上模板17下行，導正銷Ⅰ、導正銷Ⅱ進入φ9mm、φ6.5mm孔精定位，進行沖凹槽異型孔、φ6.5mm孔，完成第2工位沖2孔。板料向前進65mm一個步距，踩下腳踏開關，壓力機上滑塊帶動上模板下行，完成第3工位空步。板料向前進65mm一個步距，踩下腳踏開關，壓力機上滑塊帶動上模板下行，完成第4工位落料。卡在凹模內沖孔廢料和沖件在一次次沖裁過程中由沖孔、落料沖頭逐次向下推出的。4個工位完成后，以后每一次沖壓循環沖出1件零件。

6. 有關工藝計算

沖裁力計算

卸料力

推件力

采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖模時，沖裁總沖壓力

壓力機標稱壓力的計算如下，初步確定選擇JA21－160型壓力機。

壓力機的主要技術參數如附表所示。

模具閉合高度Hm應滿足

Hmin–H+10≤Hm≤Hmax–H–5

式中 Hmax——壓力機最大閉合高度；

Hmin——壓力機最小閉合高度；

H ——墊板厚度。

根據擬選壓力機J A 2 1-160，查開式壓力機參數表得Hmax=450mm，Hmin=320mm，H＝1 3 0 m m。將以上數據帶入公式得，200≤H≤315。而模具閉合高度Hm＝28+16+93+30+58+80＝305（mm）。經計算該模具閉合高度Hm=305mm，在200～315mm內，且開式壓力機JA21-160最大裝模高度450–130=320（mm）,大于模具閉合高度305mm，可使用該設備進行沖裁。

計算凸凹模刃口尺寸及公差。因為零件形狀較復雜，凸凹模采用配作加工，沖孔時以凸模為基準件，落料時以凹模為基準件，然后根據基準件實際尺寸按雙面間隙0.32～0.40mm配作加工另一件。凸凹模制造公差采用IT8級。

壓力機的主要技術參數

7. 結語

對這種零件幾何形狀較復雜的沖裁件，要通過對零件工藝分析與計算，確定零件沖裁加工方案，用這種方法保證零件尺寸要求。經生產驗證，該模具結構設計合理，產品質量好，對于類似零件模具設計有一定的參考價值。

[1] 王孝培.沖壓設計資料[M].北京：機械工業出版社,1990，第2版.

[2] 徐政坤.沖壓模具及設備[M].北京：機械工業出版社, 2007.

[3] 歐陽波儀. 多工位級進模設計標準教程[M]. 北京：化學工業出版社，2009.

20150708