低碳鋼多孔板沖壓模具的設(shè)計(jì)

中國電子科技集團(tuán)公司 第二十八研究所 南京 210007

1 設(shè)計(jì)背景

模具是制造業(yè)的重要工藝裝備,工業(yè)大批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)都離不開模具。現(xiàn)代模具業(yè)已成為技術(shù)與資金密集型產(chǎn)業(yè),與高新技術(shù)形成相互依托的關(guān)系。為了適應(yīng)用戶對(duì)模具制造高精度、低成本的需求,模具工業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來加速自身的發(fā)展。放眼未來,國內(nèi)外模具市場(chǎng)總體發(fā)展趨勢(shì)良好,我國模具業(yè)將在良好的市場(chǎng)環(huán)境中得到穩(wěn)健發(fā)展[1-4]。

沖壓模具是沖壓生產(chǎn)過程中必不可少的工藝裝備,是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓模具設(shè)計(jì)是否合理,將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益[5-13]。筆者設(shè)計(jì)了低碳鋼多孔板沖壓模具,并在分析零件特點(diǎn)的基礎(chǔ)上制訂了沖壓工藝。在設(shè)計(jì)中,應(yīng)用Pro/E Wildfire 5.0軟件,實(shí)現(xiàn)了落料和沖孔模具的總體設(shè)計(jì)和工程圖制作,大幅提高了模具的設(shè)計(jì)效率。通過生產(chǎn)試驗(yàn),確認(rèn)沖壓零件的尺寸精度和形狀精度符合設(shè)計(jì)要求,驗(yàn)證了模具結(jié)構(gòu)與沖壓工藝的合理性。

2 零件成形工藝分析

沖裁零件為低碳鋼多孔板,厚度為2.0 mm,尺寸如圖1所示。低碳鋼多孔板屬于小批量生產(chǎn)普通沖裁件,外形對(duì)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Q235鋼板,屈服強(qiáng)度為235 MPa,抗拉強(qiáng)度為450 MPa,塑性較好,適合沖裁加工。模具設(shè)計(jì)時(shí),按IT14級(jí)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(jié)構(gòu)有單工序模、連續(xù)模和復(fù)合模三種。考慮到生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)能要求,這一零件采用單工序沖裁模。

圖1 沖裁零件尺寸

3 沖裁力計(jì)算

沖裁力計(jì)算的目的是合理選擇沖壓設(shè)備和模具結(jié)構(gòu)。壓力機(jī)噸位必須大于計(jì)算得到的沖裁力,以適應(yīng)沖裁要求。沖裁力大小主要取決于材料力學(xué)性能、零件厚度、零件周邊長(zhǎng)度等[11]。采用平刃沖裁時(shí),沖裁力P計(jì)算式為:

P=fLtσb

(1)

式中:f為材料因子,取決于材料的力學(xué)性能,一般取f=0.7;L為零件周邊長(zhǎng)度;t為零件厚度;σb為材料抗拉強(qiáng)度。

落料沖裁力計(jì)算結(jié)果為:

P=0.7×425×2×450=267.8 kN

沖孔沖裁力計(jì)算結(jié)果為

P=0.7×650×2×450=409.5 kN

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

4 凸凹模設(shè)計(jì)

由于零件形狀不規(guī)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(zhǔn),只計(jì)算凹模刃口尺寸和公差;沖孔模具以凸模為基準(zhǔn),只計(jì)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(zhǔn)加工,沖孔模具凹模以沖孔模具凸模為基準(zhǔn)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0.06 mm,沖裁間隙最大值為0.14 mm。

考慮到零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及沖裁質(zhì)量和成形精度,落料凹模采用整體式直刃壁結(jié)構(gòu),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(biāo)準(zhǔn)沖針,材料為Cr12MoV,洛氏硬度(HRC)為58～60。低碳鋼多孔板落料凹模尺寸如圖2所示,三維模型如圖3所示。

圖2 落料凹模尺寸

圖3 落料凹模三維模型

5 模具結(jié)構(gòu)

落料模具和沖孔模具主要由模柄、上模板、凸模、凹模、卸料板、下模板、彈性元件、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等組成。落料模具外形尺寸為170 mm×340 mm×212 mm,沖孔模具外形尺寸為170 mm×340 mm×232 mm。兩副模具均采用滾珠式導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向,采用聚氨酯橡膠彈性卸料裝置,聚氨酯橡膠的數(shù)量由卸料力和橡膠參數(shù)決定。落料模具的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 落料模具結(jié)構(gòu)

上模板、下模板、凸模、凹模、卸料板等設(shè)計(jì)工藝基準(zhǔn)孔。設(shè)計(jì)工藝基準(zhǔn)孔時(shí),以導(dǎo)柱、導(dǎo)套安裝孔為基準(zhǔn)。裝配模具時(shí),采用φ8圓柱銷將各工藝基準(zhǔn)孔依次連接。其中,上模板、凸模以導(dǎo)套安裝孔為基準(zhǔn),凹模、下模板以導(dǎo)柱安裝孔為基準(zhǔn)。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(dòng)強(qiáng)度,提高模具的裝配效率。

6 試驗(yàn)

按照模具設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行零件生產(chǎn)、裝配,模具實(shí)物如圖5所示。在J23-63開式可傾壓力機(jī)上進(jìn)行沖裁試驗(yàn),沖裁件實(shí)物如圖6所示。經(jīng)試驗(yàn)分析,所設(shè)計(jì)的模具能夠很好地實(shí)現(xiàn)零件的精度及品質(zhì)要求,并且提高工作效率。

圖5 模具實(shí)物

7 結(jié)束語

筆者通過對(duì)低碳鋼多孔板的成形工藝進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)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(chǎn)質(zhì)量。經(jīng)試生產(chǎn)確認(rèn),應(yīng)用所設(shè)計(jì)的模具生產(chǎn)零件,能夠滿足圖紙要求,并且提高生產(chǎn)效率。

圖6 沖裁件實(shí)物