夾頭墊片沖孔落料復合模設計研究

賴建諭

摘 要：本文主要結合實例，根據夾頭墊片的特征，初步分析了其在生產過程中存在的問題，經過系統性工藝分析明確了工藝方案，并對排樣、零件計算、模具結構等相關設計內容進行了初步闡述，同時提出了小孔沖裁的應對方案，經試模使用后對其中存在的問題進行了有效解決，產品初步滿足設計要求，可有效提高生產效率，旨在總結夾頭墊片沖孔落料設計方法，為復合模具設計提供參考。

關鍵詞：小孔沖裁；復合模具；倒裝式；夾頭墊片

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.019

0 前言

以某企業電器產品中的夾頭墊片為例，該產品生產需要相配套的10個夾頭墊片零件，材料選取08F鋼材，厚度1.50mm，年產量約11萬個。零件生產需經過如下三道工序，包括落料、沖中間孔與四個方孔、鉆模八個小孔，該方案在生產過程中需要數副模具，無法有效確保鉆孔精度，操作相對復雜，生產效率較低。為此筆者對該零件的生產模具進行了加工改進，針對產品特點采用復合模具加工方案，確保產品在生產過程中能夠一次性沖壓成形，且保證產品各零件尺寸均符合預設規定，模具使用時長要求>40萬沖次，單次刃磨使用期間>1萬次。為了提高生產和維修的便捷性，要求在保證生產效率的同時，簡化模具結構。

1 工藝簡析

零件外部呈方形結構，棱角以圓弧（R=3mm）過渡；內部為三種尺寸不同的圓孔，包括1個圓孔（φ11±0.10mm），4個方孔（6×4mm），8個小孔（φmm），內部結構相對復雜，各孔間距依此為25±0.10mm，40±0.15mm；材料厚度1.50mm，沖壓性優良，可經復合模具成型。初步分析后可知，復合模設計重難點在于8個小孔的精確沖裁，由于各孔徑尺寸相對較小，因此解決小孔沖裁是復合模具設計的關鍵問題。

2 工藝設計方案

為了提高零件生產效率，采用復合沖壓方案完成落料、沖孔操作，通常復合模具結構包括正裝式和倒裝式兩種結構類型[1]。結合沖壓件生產需求、質量要求、精度要求和操作簡單化等方面因素分析后發現，該零件尺寸較厚，精度要求一般，為了達到高產目標，可采用倒裝復合式結構進行方案設計。

3 預設排樣

（1）根據《沖壓模具設計手冊》[2]確認工件雙側搭邊尺寸，a1=1.80mm；模具邊緣搭邊a=2mm。（2）模具送料步距為51.80mm。（3）考慮到在模具設計中需采用無側壓裝置進行送料結構設計，因此在送料應用中極有可能出現條料擺動引發的側面搭邊減少現象，為了改善此現實問題，有效彌補側搭邊缺失量，可適當增加條料寬度，據《沖壓模具設計手冊》可知，=0.10mm，條料寬度為mm。（4）據GB70865中規定的板材標準可知，可采用尺寸1000×800×1.5mm的板材進行材料結構設計，單位步距尺寸中的材料利用率預設為=88.60%；單條鋼板條數為18條，剩余34.80mm；每條鋼板上的弓箭數為15個，鋼板寬度800mm；單條鋼板上的總工件數為270個，單張板材利用率=66.20%。

4 預設參數

（1）沖裁間隙是保證沖裁效果的關鍵參數，直接影響到工件沖裁的精度、橫斷面質量、沖裁力、推件力和生產模具的使用壽命，因此為了尋找到最佳預設間隙值，需要結合電器行業對零件尺寸精度的需求，采用較小間隙進行材料設計。據《沖壓模具設計手冊》可知，Z的取值范圍在0.15～0.19mm內，預設間隙值0.15mm。（2）結合《沖壓模具設計手冊》中的鋼材（08F）取值范圍，=300MPa；落料力1462.50kN；沖孔力105.80kN；推件力355.80kN；卸料力80.40kN，卸料力系數0.055；總沖裁力=落料力+沖孔力+推件力+卸料力=2000.40kN。（3）該工件結構呈完全對稱格狀態，因此壓力中心位于零件中心部位。（4）沖孔凸模人口尺寸分為為、、、mm；沖孔凹模尺寸分別為、、、mm；落料凹模尺寸分別為、、、mm；孔距尺寸分別為尺寸40±0.15、25±0.10、40±0.038、25±0.025mm。

5 設計模具結構

（1）模具為倒裝式復合結構，采用彈壓卸料裝置進行沖裁零件設計，這是因為該裝置既能發揮有效的卸料作用，還可有效提高沖裁零件質量，平直度相對較高，因此在薄板沖裁或質量要求高的沖裁零件中適用性良好[3]。（2）推件裝置通常采用彈性推件和剛性推件兩種類型，其中后者應用較為廣泛，它主要包含推件塊、推板連接推桿和打桿部分構成。本模具在設計中應用剛性推件結構裝置，在裝置作業時，模具可于沖壓完畢上模回程過程中，借助壓力機滑塊中的打料桿撞擊上模內部的推件板和打桿，推出凹模工件，具有工作可靠、推力大的特點，同時必須確保4支連接推桿長短一致、材料分布均勻。（3）結合模具沖裁應用要求和精度要求，采用對角滑動模架進行方案設計，精度Ⅰ級，提高模具使用壽命。

6 試模應用中存在的問題及改進方法

（1）存在問題：模具設計工作完成后實行試模時，發現存在小孔凸模損耗嚴重問題，經分析后認為導致此現象發生的主要原因包括：小凸模預設高度過高，盡管為臺階式結構，但在沖裁過程中比較容易損耗；小凸模預設應用Cr12型材料，硬度約為60HRC。由于該種材料在淬火處理等高溫條件下極易出現表面脫碳現象，且加工應對相對較高，脆性較大，因此容易發生折損情況。（2）改進方案：降低小凸模高度，改為54mm，為了提高凸模剛度和穩定性，可采用推件塊作為小凸模導向使用，令凸模和推薦塊呈H7：h6配比，增加小凸模剛度。同時將材料變更為Cr12MoV，并在熱處理條件下采取防氧化措施對材料加以保護，適當調整硬度，范圍58～59HRC，經改進后發現小凸模使用壽命得到顯著提高，滿足了單次刃磨1萬沖次的應用需求。

7 總結

綜上所述，筆者就夾頭墊片沖孔落料復合模進行了完整的設計研究，設計完成后在試模過程中對存在的小凸模損耗嚴重問題進行了相應的改進，投產6個月后，模具生產的零件質量、單次刃磨使用時間均符合預設要求，且模具結構相對簡單，操作簡便，因此該模具設計在小孔沖裁、結構選擇方面具有積極的參考作用。

參考文獻：

[1]羅珊：墊片沖孔落料復合模三維造型的二維工程圖實現[J].輕工科技，2015（09）：52-53.

[2]孫界，焦大勇，張道水等.酚醛層壓布板調整墊片落料沖孔復合模設計[J].模具制造，2015，15（07）：4-6.

[3]王敏.墊片的沖壓模具設計[J].科技與企業，2016，30（05）：252-253.