支架零件多工位級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)

張社就，楊曉紅

0 引言

圖1（a）所示為某常見(jiàn)的支架零件，其材質(zhì)為08F。原采用沖孔落料和彎曲兩副模具來(lái)做，由于制件小，制件在工序轉(zhuǎn)換過(guò)程中操作不方便，生產(chǎn)效率低。隨著產(chǎn)品批量增加，原有的工藝方法難以滿足生產(chǎn)要求，在原有模具的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一副沖孔落料彎曲連續(xù)模，以滿足批量生產(chǎn)要求。在日常生產(chǎn)中類(lèi)似的零件結(jié)構(gòu)比較多，這樣改進(jìn)對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益很有意義。

1 零件工藝分析

本沖件形狀對(duì)稱(chēng)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，生產(chǎn)量大，包含沖孔、落料和彎曲等工序，從零件結(jié)構(gòu)來(lái)看，可以采用沖裁彎曲多工位級(jí)進(jìn)模方案，這樣既保證較高的零件精度，又能提高生產(chǎn)效率，下面根據(jù)該模具方案進(jìn)行相應(yīng)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 級(jí)進(jìn)模工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

（1） 排樣設(shè)計(jì)

圖1 支架零件及毛坯圖

設(shè)計(jì)多工位級(jí)進(jìn)模，首先要設(shè)計(jì)條料排樣，因?yàn)闂l料排樣圖是設(shè)計(jì)多工位級(jí)進(jìn)模的重要依據(jù)，因此在設(shè)計(jì)排樣圖時(shí)要設(shè)計(jì)多個(gè)方案進(jìn)行比較，歸納、綜合得出最佳方案。支架零件展開(kāi)毛坯圖如圖1（b）所示，排樣方案采用雙側(cè)載體，單邊側(cè)刃加導(dǎo)正銷(xiāo)定距，利用中間長(zhǎng)方孔位置先沖導(dǎo)正銷(xiāo)孔作精定距，兩小孔在第2步?jīng)_出，沖件外形采用沖切余料的方式，兩側(cè)彎曲邊展開(kāi)部位先沖出，折彎曲兩邊，再將導(dǎo)正孔沖裁成長(zhǎng)方孔達(dá)到要求，最后將沖件兩端連接載體沖切掉而得到支架零件，條料寬度為38.5 mm，步距為15 mm，沖件的整個(gè)沖壓過(guò)程的排樣設(shè)計(jì)如圖2所示。由于有彎曲成形，故采用彈頂銷(xiāo)浮料，導(dǎo)料板導(dǎo)向、側(cè)刃加導(dǎo)正銷(xiāo)定距送料，彎曲采用正裝向上的形式。根據(jù)制件尺寸和形狀，側(cè)刃、沖孔和余料切口設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2 條料排樣設(shè)計(jì)圖

圖3 側(cè)刃、沖孔和余料切口設(shè)計(jì)圖

（2）沖壓力計(jì)算

①?zèng)_導(dǎo)正銷(xiāo)孔φ2.8的沖裁力

P1=KL1tτ=1.3×3.14×2.93×0.5×300=1 794(N)

②沖側(cè)刃

P2=KL2tτ=1.3×34.24×0.5×300=6 676.8(N)

③沖2×φ1.8圓孔的沖裁力

P3=KL3tτ=2×1.3×3.14×1.93×0.5×300=2 363(N)④沖切余料力

P4=KL4tτ=2×1.3×32.46×0.5×300=12 659(N)

⑤沖切搭接余料力

P5=KL5tτ=1.3×62.98×0.5×300=12 281(N)

⑥彎曲力

P6=Ap=23×10×35=8 050(N)

⑦沖裁力

P7=KL7tτ=1.3×2×(12+3)×0.5×300=5 850(N)

⑧沖切余料力

P8=KL8tτ=1.3×2×35.43×0.5×300=13 817(N)

⑨卸料力

⑩推件力

沖壓力總和

以上計(jì)算公式中，K——系數(shù)，一般取k=1.3；

L1、L2、L3、L4、L5、L7、L8——分別為各道工序的沖裁周邊長(zhǎng)度(mm)；

τ——制件材料的抗剪強(qiáng)度，單位(MPa)，查表τ=300 MPa；

t——制件材料厚度(mm)；

A——工件被校正部分的投影面積(mm2)；

p——單位校正力(MPa)，取p=35 MPa；

KX——卸料系數(shù)，查表KX=0.05；

KT——推件系數(shù)，查表KX=0.065；

n——凹模口切口廢料層數(shù)，根據(jù)沖件料厚取n=5；

P∑——沖裁力、彎曲力及其他工藝力之總和(N)。根據(jù)沖壓力計(jì)算的結(jié)果，可初選J23-16型開(kāi)式雙柱可傾式曲柄壓力機(jī)。

（3）模具壓力中心的設(shè)計(jì)

在確定模具壓力中心時(shí)，選取第4工步為坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖4所示，根據(jù)力矩平衡原理計(jì)算得，壓力中心為X0=-13 mm，Y0=10.5 mm，(具體計(jì)算過(guò)程省略，讀者可嘗試計(jì)算驗(yàn)證)，所以將模板中心設(shè)在模具壓力中心上。

圖4 壓力中心計(jì)算圖

（4）選擇沖裁間隙和彎曲間隙，計(jì)算刃口尺寸

根據(jù)支架零件的精度要求，取雙面間隙Z=0.04 mm～0.06 mm，余料切口形狀尺寸設(shè)計(jì)如圖5所示。

U形彎曲尺寸的單面間隙按公式Z/2＝(1.05～1.15)t計(jì)算，取Z/2=1.05 t，U形彎曲件內(nèi)形尺寸為L(zhǎng)=9 mm，凸模尺寸經(jīng)計(jì)算為L(zhǎng)p=9.20-0.02mm。

圖5 余料切口形狀尺寸設(shè)計(jì)圖

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）模具總體結(jié)構(gòu)。模具采用對(duì)角導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架，模具上模部分主要由上模座、墊板、凸模固定板及卸料板組成。卸料方式采用彈性卸料，以彈簧為彈性元件。下模部分由下模座、凹模、導(dǎo)料板、彈頂銷(xiāo)等組成，由多組彈頂銷(xiāo)和頂件塊組成條料浮頂裝置，采用雙側(cè)載體，單邊側(cè)刃加導(dǎo)正銷(xiāo)定距，沖孔及沖切口廢料從漏料孔排出，成品從凹模端頭斜面滑出，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示。

圖6 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

（2）模具工作過(guò)程。上下模定位靠模具架導(dǎo)柱導(dǎo)套和附加小導(dǎo)柱，工作時(shí)，滑塊下行，卸料板先把條料連同彈頂銷(xiāo)壓住，送料采用導(dǎo)料板導(dǎo)向、側(cè)刃加導(dǎo)正銷(xiāo)定距，第1工步，沖導(dǎo)正銷(xiāo)孔φ2.8和側(cè)定距缺口；第2工步，導(dǎo)正銷(xiāo)進(jìn)入導(dǎo)向孔里導(dǎo)向，同時(shí)沖2×φ1.8孔；第3工步，沖余料切口；第4工步，沖余料搭接切口；第5工步，空工位；第6工步，彎曲成形；第7工步，在原φ2.8空位沖長(zhǎng)方孔12×3；第8工步，沖余料切口，分離沖件。

（3）模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)。由于同時(shí)有沖裁和彎曲工序，因此要控制好彎曲凸模與沖裁凸模的高度差；為保證彎曲件的精度，彎曲凸模使用已有的導(dǎo)正銷(xiāo)孔導(dǎo)正，用于導(dǎo)正彎曲位置；由于沖孔直徑較小，凸模容易折斷，除模架導(dǎo)柱導(dǎo)套外，在凸模固定板、卸料板和凹模之間需增加四個(gè)小導(dǎo)柱導(dǎo)向，以保證模具工作平穩(wěn)；浮頂裝置的高度應(yīng)略高于彎曲工位的凹模鑲件，以保證條料送料順暢。

4 結(jié)束語(yǔ)

多工位級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是排樣設(shè)計(jì)和余料切口的設(shè)計(jì)，這關(guān)系到?jīng)_件的質(zhì)量和模具工作的穩(wěn)定性，以及模具的制造成本和生產(chǎn)效率[1-7]。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮各種影響因素，比較多個(gè)設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)設(shè)計(jì)、制造、裝配和模具使用等各個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)人員的溝通和審核，這樣才能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、工藝穩(wěn)定和操作安全的模具。

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