多工位級(jí)進(jìn)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)

摘要：本文主要闡述墊片級(jí)進(jìn)沖壓的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)墊片的基本結(jié)構(gòu)工藝，精度要求進(jìn)行分析。闡述多工位級(jí)進(jìn)?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和排樣方案，敘述了關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和校核，并利用AutoCAD軟件對(duì)零件排樣進(jìn)行設(shè)計(jì)繪圖。

關(guān)鍵詞：墊片級(jí)進(jìn)沖壓模具設(shè)計(jì)

0 引言

級(jí)進(jìn)模是在連續(xù)?；A(chǔ)上發(fā)展起來的一種更多工藝加工、更多工序組合的沖壓模具，是一種先進(jìn)的、有更多發(fā)展空間和使用價(jià)值的工藝設(shè)備。

本文結(jié)合現(xiàn)有的生產(chǎn)水平，采用多工位級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)墊片，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高沖壓生產(chǎn)效率。

1 設(shè)計(jì)任務(wù)與分析

1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

1.2 零件工藝性分析

墊片零件圖如圖1所示，材料選用10號(hào)鋼，厚度為2mm。10號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性性以及壓力加工性，適合沖裁加工。該零件形狀簡(jiǎn)單，精度要求不高。僅為簡(jiǎn)單沖孔落料件，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，選取單工序簡(jiǎn)單模能完成零件的加工，但因零件外形尺寸不大，不利手工操作且不安全，若選用沖孔、落料復(fù)合模加工，因零件最小壁厚處僅為3mm，小于文獻(xiàn)表[2]表1-9凹凸模的壁厚中同料厚復(fù)合模沖裁時(shí)要求凹凸模最小壁厚4.9cm，因此，不利于模具壽命的保證。綜合上述分析，從其操作性及加工的經(jīng)濟(jì)性考慮，擬采用多工位級(jí)進(jìn)模對(duì)零件進(jìn)行加工。

2 零件工藝計(jì)算

2.1 排樣計(jì)算

2.1.1 排樣方式的選擇

綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，采用有廢料排樣，沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高。

2.1.2 計(jì)算條料寬度

根據(jù)零件形狀，查表文獻(xiàn)[3]表2-10最小工藝搭邊值得， a=1.2mm，a1=1.5mm，條料是有板料裁剪下料而得，查文獻(xiàn)[3]表2-12剪板機(jī)下料公差△得，△=0.6mm，查文獻(xiàn)[3]表2-14側(cè)刃余量及出端導(dǎo)料間隙C2得，b1=2.0。由文獻(xiàn)[3]得條料寬度：

B=(D+2a1+nb1)n-△

=（50＋2×1.5＋2×2）■■

=57■■mm

2.1.3 確定步距與定距定位方式

由文獻(xiàn)[4]得，級(jí)進(jìn)模送料步距

S＝D+a

＝50＋1.2

＝51.2mm

本模具采用側(cè)刃定距。在條料送進(jìn)過程中，切下的缺口向前送進(jìn)被側(cè)刃擋塊擋住，送進(jìn)的距離即等于步距。

結(jié)合以上分析，本零件成形的排樣圖如圖2所示。

2.1.4 計(jì)算材料利用率

沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標(biāo)。

一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積

A=π×252-π×72-3×π×22-3(π×222×34/360-π×182×34/360)=1628.7mm2

所以，一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率

η=■×100%=1628.7／51.2×57×100%=55.8%

查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選用650mm×1300mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為11張條料（57mm×1300mm），每張條料可以沖25個(gè)工件，由文獻(xiàn)[4]得，每張鋼板的材料利用率

η總=■×100%

=25×1628.7/57×1300×100%

=54.9%

根據(jù)計(jì)算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達(dá)54.9%，滿足要求。

2.2 沖壓力計(jì)算

2.2.1 沖裁力的計(jì)算

查文獻(xiàn)[5]表3-12常用材料的力學(xué)性能，得τ0=380 MPa，由文獻(xiàn)[1]得，沖裁力為：

F=KtLτ0=1.3×2×500.2×380=494197.6N

2.2.2 卸料力、推件力的計(jì)算

查文獻(xiàn)[1]表2-10卸料力、頂件力和推件力系數(shù)，得K卸=0.04，K推=0.055

卸料力F卸=K卸F=0.04×494197.6N=19767.9N

推件力F推=K推F=0.055×494197.6N=27180.868N

所以，由參考文獻(xiàn)[1]得，總沖壓力：

F總=F+F推+F卸

=494197.6N+19767.9N+27180.868N

=541146.368N

壓力機(jī)公稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓力，據(jù)沖壓力計(jì)算結(jié)果擬選壓力機(jī)為J23—63。

2.3 壓力中心的計(jì)算

對(duì)于復(fù)雜制件或多凸模沖裁件的壓力中心，可根據(jù)力矩平衡原理進(jìn)行計(jì)算。由文獻(xiàn)[4]可得，

X中心＝■

＝■

＝35.95

Y中心＝■

＝■

＝0

所以模具的壓力中心為（35.95，0）

2.4 凸凹模刃口尺寸的計(jì)算

2.4.1 間隙分析

查文獻(xiàn)[4]表3－4沖裁模初始雙面間隙值Z（二）和表3－6規(guī)則形狀（圓形、方形）沖裁凸、凹模的制造偏差，得

Zmin＝0.246mmZmax=0.360mm

δT=0.020mm δA=0.030mm

|δT|＋|δA|=0.020+0.030=0.050mm

Zmax－Zmin=0.360－0.246＝0.114mm

滿足|δT|＋|δA|≤Zmax－Zmin，所以可用凸模與凹模分別加工法。

2.4.2 落料尺寸

Φ50■■落料件精度為IT14，查文獻(xiàn)[4]表3－5系數(shù)X，X＝0.5，得：

DA＝（Dmax－xΔ）■■=（50-0.62×0.5）■■=49.69■■

DT=（DA－Zmin）-δT＝（49.69-0.24）■■=4.37■■

3.4.3 沖孔尺寸

沖裁件精度為IT14，查文獻(xiàn)[4]表3－5系數(shù)X， X＝0. 5，得：沖孔Φ14■■mm

dT＝（dmin＋xΔ）■■=（14＋0.5×0.43）■■＝14.22■■ mm

dA= （dT＋Zmin）■■=（14.22＋0.24）■■＝14.46■■mm

沖孔R(shí)2■■mm

dT＝（dmin＋xΔ）■■=（4＋0.5×0.25）■■＝4.13■■ mm

dA= （dT＋Zmin）■■=（4.13＋0.24）■■＝4.37■■mm

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 凹模設(shè)計(jì)

因制件形狀簡(jiǎn)單，總體尺寸并不大，故選用整體式矩形凹模較為合理。因生產(chǎn)批量較大，查文獻(xiàn)[5]表3－16 沖模工作零件常用材料及熱處理要求，選用Cr12MoV為凹模材料。

3.1.1 確定凹模厚度H值：查文獻(xiàn)[1]表2-12凹模厚度系數(shù)K得，K=0.35，由文獻(xiàn)[1]凹模厚度的計(jì)算公式得，凹模厚度為：

H=Kb

=0.35×50

≈18

3.1.2 確定凹模壁厚c：由文獻(xiàn)[1]凹模壁厚的計(jì)算公式得：

c=（1.5～3）H

所以，凹模壁厚取c=30mm

3.2 凸模設(shè)計(jì)

為滿足凹模強(qiáng)度和剛性，將凸模設(shè)計(jì)成臺(tái)階式，使裝配修模方便。采用成形銑、成形磨加工。查文獻(xiàn)[5]表3－16 沖模工作零件常用材料及熱處理要求，選用Cr12MoV為凸模材料。由文獻(xiàn)[1]得，采用彈性卸料時(shí)，落料凸?？傞L(zhǎng)為：

L=18+16+20

=54mm

3.3 模柄設(shè)計(jì)

綜合考慮到導(dǎo)向精度、制造成本，安裝難易程度等因素，現(xiàn)采用壓入式模柄，通過過渡配合■，將模柄壓入上模座，并用止轉(zhuǎn)銷防止轉(zhuǎn)動(dòng)。查文獻(xiàn)[5]表10-47壓入式模柄得，模柄A50×100GB2862.1-81.A3。

3.4 卸料裝置設(shè)計(jì)

3.4.1 卸料板的設(shè)計(jì)

工件平直度較高，料厚為2mm相對(duì)較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可看見條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對(duì)工件施加的是柔性力，不會(huì)損傷工件表面，故采用彈性卸料。

卸料板采用45鋼制造，厚度根據(jù)JB/T 8066.2-1995規(guī)定，選用160mm×125mm×140-170組模具參考，其厚度為16mm。

3.4.2 卸料螺釘?shù)倪x用

卸料板上設(shè)置2個(gè)卸料螺釘，公稱直徑為10mm，螺紋部分為M8×6mm，卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運(yùn)動(dòng)。

3.5 模架及零部件的選用

該模具采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。上模座按GB2856.1-81規(guī)定，厚度取40mm，墊板厚度取8mm，固定板厚度取18mm，卸料板厚度取16mm，下模座按GB2856.2-81規(guī)定，厚度取45mm。導(dǎo)柱分別為Φ28h5mm×160mm，Φ25h5mm×160mm；導(dǎo)套分別為Φ28H6mm×105 mm×28mm，Φ25H6mm×105mm×28mm。

3.6 校核模具閉合高度

模具閉合高度H

H＝H上模座＋H墊片＋H固定板＋H卸料板＋H下模座＋H橡膠＋H凹模座+H導(dǎo)料板＝40mm＋8mm＋18mm＋16mm＋45mm＋20mm＋18mm+5mm=170mm

由文獻(xiàn)[5]得：Hmin－H1＋10≤H≤Hmax－H1－5，根據(jù)擬選壓力機(jī)J23—63，查開式壓力機(jī)參數(shù)表得：

Hmax＝460mm，Hmin＝210mm，H1＝80mm

所以，140＜H＜365，且開式壓力機(jī)J23—63最大裝模高度250mm，大于模具閉合高度170mm，可以使用。

3.7 沖壓設(shè)備的選定

通過較核，選擇開式雙柱可傾式壓力機(jī)J23—63能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下：

公稱壓力：630KN

滑塊行程：120mm

最大閉合高度：460mm

最大裝模高度：250mm

工作臺(tái)尺寸（前后×左右）：710mm×480mm

最大傾斜角度：300°

3.8 裝配圖和零件圖

按已確定的模具形式及參數(shù)，從沖模標(biāo)準(zhǔn)中選取標(biāo)準(zhǔn)件。繪制模具裝配圖，如圖。

4 結(jié)論

本文簡(jiǎn)略概述了墊片級(jí)進(jìn)沖壓模具的設(shè)計(jì)過程，采用了沖孔落料多工位級(jí)進(jìn)沖壓工藝，大大提高沖件的尺寸精度和生產(chǎn)效率，降低了沖壓生產(chǎn)成本和模具制造成本。模具經(jīng)試模和調(diào)整后，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能沖出完全合格的零件。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳永主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：30-187.

[2]鐘毓敏主編. 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：30-101.

[3]魏春雷主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì).北京：北京理工大學(xué)出版社，2007：50-87.

[4]付宏生主編.模具制圖與CAD.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007:47-255.

[5]王孝培主編.沖壓手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000:287-398.