輸送機簡易沖壓模具的設計制作

楊自成

通常一提到沖壓模具，我們往往就會想到壓力機（沖床）、模柄、上下模固定板、導柱、導套、卸料板、彈簧、橡膠等結構部件，還會想到沖裁間隙、開模行程等參數。本文將拓寬思路，因地制宜，將復雜模具在制作和裝配上簡單化，快捷有效地解決了具體問題，供車間管理人員及班組操作人員參考。

1 大圓角沖裁

以沖裁R125mm圓角的模具為例。零件具體形狀如圖1所示，樣件為某提升機料斗邊板，工件板厚4mm，材質為Q235B，沖裁數量為10 000件。

1.1 刀具材料

選擇40Cr或42CrMo，淬透性好。從強度和淬透性綜合考慮，上下刀的厚度控制在40mm左右。

1.2 刀具加工工藝

圖1 工件及下模

用直徑為320mm左右的圓鋼類料頭制作刀具。以刀具厚40mm為例，先車端面、外圓，再加工裝配沉頭孔（和上下刀固定板配作），也可將其直接點焊在上下模固定板上。整體淬火，硬度45～50HRC，低溫回火處理，平面磨床磨端面（即上下刀面）。磨削完成后用線切割一分為二，上下刀即制作完成。經實踐證明，即使經過了回火處理，為防止在線切割的過程中圓弧半徑發生改變，在設計尺寸時，應保證上刀圓弧位置最薄弱處厚度≮30mm。

1.3 模具組裝

為保證模具使用性能，對于上模的緊固，模柄和壓板螺栓缺一不可。有廢舊模具的車間，可以找一副舊模具，對固定板上裝配孔和刀具進行配做，裝配好即可。如果沖裁量不大，可以采取兩種更加簡單的形式：一是直接將上下刀分段焊接在舊模具固定板上；二是制作簡單的模柄和上下模固定板。焊接或者裝配過程中，上下刀間隙理論上為線切割鉬絲直徑，約0.4mm，對于一分為二的工件沖裁，無需卸料方式，落料為自然落料。對于沖裁板厚在4～6mm的鉚焊件，該精度完全可以達到要求。為方便安裝及找正，同時保證上下刀的設計間隙，該上下刀未做裝配孔，直接合模調整間隙后焊牢在固定板上，上刀如圖2所示。

2 等間距長圓孔沖裁

中板長圓孔的加工有很多方式，例如激光切割、等離子切割、銑削（在銑之前要鉆底孔）、沖孔等。由于受到加工成本和設備限制，通常采用銑和沖，銑長圓孔有效率低和加工長圓孔不美觀的缺陷（主要受銑刀尺寸影響，例如鉆底孔用φ18.5mm鉆頭，銑刀只有φ18mm），容易出現花生型孔或者偏孔。現以某盤運機防塵罩側板長圓孔加工為例，模具各部件見圖3，該模具設計結構可以作為簡易沖裁模具的代表。

圖2 上刀

2.1 刀具材料

沖頭及沖刀單位面積受力大，宜采用淬透性及沖擊性能較好的42CrMo或者Cr12、Cr12MoV材料，也可根據實際現有材料及加工能力選擇。

2.2 刀具加工

上下沖頭要求硬度在HRC55～HRC58，在設計沖頭時，設計成最便于裝夾的鑲嵌結構，凸凹模單邊間隙按照手冊要求為0.1t（t為工件板材厚度，沒有導柱導套取上限），加工在線切割和加工中心上即可完成。

2.3 模具組裝

首先設計為剛性卸料的，考慮到一個零件上多次沖孔，涉及定位，可加工一件槽鋼，鉆孔間距為長圓孔間距，插銷定位。對于＜10 000件的沖孔，模具無需導柱導套，只需在模具裝配時目測周邊間隙，或者試沖后根據成形效果（毛刺、飛邊）等具體情況適當調整。沖裁量大時應設計導柱導套。模具整體組裝見圖4。由于對卸料方式、進料方式進行了充分的簡化，該模具最大優勢為加工簡單，基本加工上下刀頭即可。尤其現在模具采購基本按照噸位定價，所以不具備加工刀頭能力的企業外協制作刀頭即可。按照上述設計，沖裁效果見圖5。

圖3 沖長圓孔模具裝配示意圖

圖4 模具工況圖

3 大件薄板和大件網狀物的壓筋

受壓力機工作臺面的限制，大件薄板和大件網狀物的壓筋通常不能在油壓機上完成，即使具備大型油壓機，從模具制作成本和油壓機使用成本考慮，也是很不劃算的。而采用折彎機壓筋，可以很好地解決上述問題。以某盤運機安全網壓三角筋為例，可選擇在普通折彎機上成型。本例選用的成型設備為WC67Y-110/4000型折彎機。根據實際工況，對上下模進行簡易設計。

3.1 刀具材料

工件為30mm×30mm×3mm的鍍鋅網，所需成型壓力不大，上模選擇規格為70mm×70mm×7mm的角鋼一根，長度為2m（至少為工件壓筋長度尺寸），上模固定板選擇100mm×10mm長2m扁鋼一根。下模選擇45鋼，進行調質熱處理即可。由于本工件壓筋尺寸和折彎機標準下模的V形槽口尺寸相同，故免除了下刀的制作。

3.2 上模加工

工廠折彎機換下來的刀片不要輕易丟棄，折彎機刀片是較好的材料，可以直接線切割成刀具或者作為上模裝配固定工具。對于此模具上模，根據壓筋尺寸將70mm×70mm×7mm角鋼銑至50mm×50mm×7mm。將折彎機廢舊上刀3片刀口銑平（具體視壓筋長度和壓力而定），模具就此完成加工。

3.3 模具裝配

圖5 沖裁效果

將折彎機上刀全部拆除，取一件要壓筋的鍍鋅網，先將銑平刀口的廢舊上刀分段安裝，扁鋼點焊在三塊上刀上，下模選擇合適V槽，將工件擺放在托料架上并定位，然后將加工過的角鋼就位，試壓到位后，將角鋼與扁鋼、扁鋼與上刀之間分段焊牢即可。對于壓薄板或者其他尺寸的筋，都可以采取此種方法。該模具制作和裝配只需1個工（1人1天）即可完成，方便快捷。模具工況見圖6，壓筋效果見圖7。

圖6 鍍鋅網壓三角形筋工況

圖7 壓筋效果

4 簡單沖壓模具設計意義

前文介紹的幾種模具簡單實用，可操作性強，在短時間內即可見成效，具體表現如下：

（1）結構簡單，可操作性強

技術含量不高，容易理解，一般規模的機械制造企業可自主加工，加工周期短，省略和簡化了很多模具的部件，如導向裝置、卸料裝置等，對于應對比較緊急的任務能立見成效。

（2）節約成本，成效明顯

目前普通的沖壓模具價格在30 000元/噸，很簡單的沖孔模動輒過萬，對于批量較小的工件，這些簡易模具可以有效縮短制造周期，降低生產成本，創造很好的經濟效益。

（3）突破常規，重新認識模具

不論怎么設計模具，歸根結底是要解決現實問題。此類簡易模具的設計，能用較低成本解決生產中的實際問題，顛覆我們對傳統的設計模具理念，使我們對模具設計有了全新的認識。