低碳鋼多孔板沖壓模具的設計

劉明躍 劉雪鋒 任文志

摘要：沖壓模具的設計在模具生產制造中占有重要地位，沖壓模具設計的創新可以有效降低生產成本，實現企業利潤最大化。本文對對低碳鋼多孔板成形工藝進行了分析，并對低碳鋼多孔板沖壓模具的設計進行了研究。

關鍵詞：低碳鋼多孔板;沖壓模具;設計

在我國大多數沖壓模具企業中均有企業的內部標準，但相比西方發達國家的標準算是中等，而且只限于模架部分，由此可見我國沖壓模具存在的差距。只有研發出沖壓模具的系統性設計，才能有效降低成本及縮短設計周期，從而提高經濟效益。

一、沖壓模具的基本概況

1.沖壓指的是借助外力的幫助，讓原始材料改變其原有外形的過程，經過對外形、尺寸和功能的加工，獲得企業所需要的各種零部件。沖壓的原始材料包括帶材和板材。在沖壓的工序之中有許多步驟是需要模具來完成的，包括沖切、沖孔和彎曲等。對于那些比較復雜難做的沖壓零部件來說，就需要增加模具的數量。如果想要大批量的生產，就不能使用那些只是簡單組合成的模具，這樣會降低生產率。

2.沖壓在其設計之后，所生產的零部件都具有剛度較好和質量較輕的特點，這些零部件在我國的汽車行業和摩托車行業具有較深的影響，并且正在向空調行業、冰箱行業和電梯行業邁進。在今后的經濟時代，沖壓行業將會快速的發展，沖壓模具的設計也會不斷的變革，達到高效率的效果。

二、沖壓模具的設計思路

沖壓模具的設計主要是以零部件沖壓精度及零部件可靠性為基礎的，沖壓模具的質量很大程度上影響了沖壓件的質量水平。因此，沖壓模具的設計需要相當高的要求。必須在設計沖壓模具過程中，對其進行嚴格要求，明確模具的設計思路及方案。具體來說，主要有三個設計思路。

1.沖壓件圖紙轉換設計。沖壓件的圖紙設計時保證沖壓件質量的基礎，因此在模具設計之初就需要將沖壓件的圖紙轉換為模具設計所需要的圖紙。在圖紙轉換過程中，工作人員務必要完成對零部件的實測及圖紙繪制工作，并詳細描述出圖紙的關鍵尺寸及公差要求，最終將其轉換成為企業所使用的標準型零件圖紙。

2.沖壓件零件圖繪制。沖壓件圖紙轉換后，設計人員應根據圖紙進行三維圖紙的繪制，在繪制三維圖紙的過程中，應注重部件的設計尺寸。在零件圖繪制完成之后，還需要應用計算機輔助軟件，將其轉換成為相應的工程圖。并且將其作為后續沖壓模具設計圖紙的參考圖紙。

3.零部件模具圖繪制。零部件模具圖紙設計是設計模具的關鍵布置，設計人員根據上述步驟生成的參考圖紙和工藝圖紙進行匯總整理，并將關鍵圖紙信息調用至CAD制圖軟件當中，進而完成對沖壓模具各硬件工藝模具圖的設計作業。

三、低碳鋼多孔板沖壓模具的設計

在設計中，應用Pro/E Wildfire 5 0軟件，實現了落料和沖孔模具的總體設計和工程圖制作，大幅提高了模具的設計效率。通過生產試驗，確認沖壓零件的尺寸精度和形狀精度符合設計要求，驗證了模具結構與沖壓工藝的合理性。

1.零件成形工藝分析。沖裁零件為低碳鋼多孔板，厚度為2.Omm，尺寸如圖1所示。低碳鋼多孔板屬于小批量生產普通沖裁件，外形對稱，無凹槽、尖角等特征，沖孔直徑、孔心距和孔邊距均滿足沖裁最小值要求，零件符合沖裁工藝性要求。低碳鋼多孔板的材料為0235鋼板，屈服強度為235MPa，抗拉強度為450MPa，塑性較好，適合沖裁加工。模具設計時，按IT14級選取公差值。低碳鋼多孔板沖裁包含落料、沖孔兩道工序，可采用的沖裁模具結構有單工序模、連續模和復合模三種。考慮到生產設備和產能要求，這一零件采用單工序沖裁模。

2.沖裁力計算。沖裁力計算的目的是合理選擇沖壓設備和模具結構。壓力機噸位必須大于計算得到的沖裁力，以適應沖裁要求。沖裁力大小主要取決于材料力學性能、零件厚度、零件周邊長度等。采用平刃沖裁時，沖裁力P計算式為：P=tLtab（l）式中：f為材料因子，取決于材料的力學性能，一般取f=0.7;L為零件周邊長度;t為零件厚度; a為材料抗拉強度。落料沖裁力計算結果為：

2.P=0.7×425×2×450=267.8kN

沖孔沖裁力計算結果為：

P=0.7×650×2×450=09.5kN

落料和沖孔均在J23-63開式可傾壓力機上完成，其公稱壓力為630kN。通過以上計算可知，現有設備能夠滿足低碳鋼多孔板落料、沖孔所需的沖裁力要求。

3.凸凹模設計。由于零件形狀不規則，因此采用凸凹模配合加工方法制造模具，即落料模具以凹模為基準，只計算凹模刃口尺寸和公差;沖孔模具以凸模為基準，只計算凸模刃口尺寸和公差。落料模具凸模以落料模具凹模為基準加工，沖孔模具凹模以沖孔模具凸模為基準加工，保持沖裁間隙。為確保零件平面度要求，低碳鋼多孔板沖壓模具選用II類沖裁間隙，沖裁間隙最小值為0 06mm，沖裁間隙最大值為0.14mm。考慮到零件結構特點及沖裁質量和成形精度，落料凹模采用整體式直刃壁結構，刃口高度為6 mm，材料選用Cr12MoV，熱處理洛氏硬度（HRC）為60-62。沖孔凸模采用米思米標準沖針，材料為Cr12MoV，洛氏硬度（HRC）為58-60。

4模具結構。落料模具和沖孔模具主要由模柄、上模板、凸模、凹模、卸板、下模板、彈性元件、導柱、導套等組成。落料模具外形尺寸為170mmX 340mmX 212mm，沖孔模具外形尺寸為170mm×340mm×232mm。兩副模具均采用滾珠式導柱、導套進行導向，采用聚氨酯橡膠彈性卸料裝置，聚氨酯橡膠的數量由卸料力和橡膠參數決定。

上模板、下模板、凸模、凹模、卸料板等設計工藝基準孔。設計工藝基準孔時，以導柱、導套安裝孔為基準。裝配模具時，采用φ8圓柱銷將各工藝基準孔依次連接。其中，上模板、凸模以導套安裝孔為基準，凹模、下模板以導柱安裝孔為基準。采用這樣的裝配工藝，不僅能夠保證模具精度，而且能夠減輕工人的勞動強度，提高模具的裝配效率。

通過對低碳鋼多孔板的成形工藝進行分析，設計了低碳鋼多孔板沖壓模具，制訂了落料、沖孔成形工藝，確保了零件的生產質量。經試生產確認，應用所設計的模具生產零件，能夠滿足圖紙要求，并且提高生產效率。

參考文獻：

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