扣片零件沖模設(shè)計

文／王曉梅，程曉宇·陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

扣片零件沖模設(shè)計

文／王曉梅，程曉宇·陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

通過分析扣片零件的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計扣片零件的沖孔、落料、翻邊、彎曲模具。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，動作穩(wěn)定可靠，零件可完全達(dá)到設(shè)計技術(shù)要求，可為同類型模具設(shè)計提供參考。

產(chǎn)品情況

運(yùn)用三維軟件Pro/E和DynaformCAE分析軟件得出的某扣片零件的展開圖及尺寸圖如圖1所示，該產(chǎn)品為校企合作產(chǎn)品，材料為08F，厚度為1.5mm，結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度中等，未注尺寸公差為IT14，且需批量生產(chǎn)。

零件的工藝性分析

材料分析

08F屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其強(qiáng)度、硬度較低，而塑性、韌性極高，具有良好的冷變形性和焊接性，由于08F鋼的塑性很好，所以具有良好的沖壓成形性能，故主要用來制造冷沖壓件。

圖1扣片零件的展開圖及尺寸圖

結(jié)構(gòu)分析

由圖1可以看出，該零件形狀比較簡單，上下對稱，對沖裁較為有利，外形沒有尖角，對模具的制造和使用壽命有利，零件右邊有彎曲部分，查得零件的最小彎曲半徑為：rmin＝0.1t＝0.15mm＜2mm，零件的彎曲半徑大于最小彎曲半徑，故不會彎裂。當(dāng)彎曲角為90°時，為了保證彎曲件直邊的質(zhì)量，直邊高度應(yīng)大于2t，零件圖中直邊高度為8.5mm＞2t＝3mm，滿足要求。另外彎曲角兩邊有孔，從孔邊到彎曲半徑中心的距離為2.5mm，查表可知零件上的孔位于彎曲變形區(qū)之外，所以彎曲時孔不會變形，可以先沖孔再彎曲，但是從零件圖上看，彎曲件底部的兩個孔是以彎曲邊為工藝基準(zhǔn)，采用先沖孔再彎曲的方法，會造成基準(zhǔn)不重合，但是零件圖上所給尺寸公差比較大，屬于自由公差，通過換算尺寸，可以滿足其尺寸要求，所以底部兩孔采用先沖孔再彎曲的方法。彎曲側(cè)邊上的孔雖然在彎曲變形范圍之外，但是其尺寸要求比較高，如果先沖孔再彎曲就會造成基準(zhǔn)不重合，不能滿足其尺寸的要求，所以彎曲件側(cè)孔采用先彎曲再沖孔的方法。

精度分析

本零件需要成形的尺寸比較多，但精度要求不是很高，零件中未注公差等級的尺寸按IT14級進(jìn)行計算，所以普通沖裁就可以滿足要求。

確定工藝方案

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、尺寸、公差以及技術(shù)要求，有如下幾種沖壓成形工藝方案。

方案一：采用落料、沖底孔復(fù)合→翻邊→彎曲→沖側(cè)孔。（一次沖一個零件）

方案二：采用落料、沖底孔復(fù)合→翻邊、彎曲復(fù)合→沖側(cè)孔→切斷。（一次沖兩個零件）

方案三：采用落料、沖底孔復(fù)合→翻邊、彎曲復(fù)合→沖側(cè)孔。（一次沖一個零件）

方案四：采用落料、沖底孔、翻邊、彎曲級進(jìn)→沖側(cè)孔→切斷。（一次沖兩個零件）

4種方案的比較結(jié)果如下。

方案一：模具結(jié)構(gòu)簡單，加工維修比較方便，但需要4副模具，模具數(shù)量較多，產(chǎn)品加工周期長，經(jīng)濟(jì)效益差，生產(chǎn)效率較低。

方案二：采用4副模具，但此副模具一次沖兩件，保證彎曲時兩邊對稱，不易產(chǎn)生偏移，這樣零件就成為左右對稱的零件，成形工藝較好，最后采用切斷工序把零件分開，此方案比較適合大批量生產(chǎn)，但裝配精度難保證。

方案三：采用3副模具，首先落料、沖底孔進(jìn)行復(fù)合，然后以孔定位進(jìn)行翻邊、彎曲，最后再沖側(cè)孔，這樣彎曲尺寸精度容易保證，此方案比較適合批量生產(chǎn)。

方案四：采用3副模具，此副模具也是一次可以沖兩個零件，但是采用級進(jìn)模具設(shè)計，由于模具較大，所用設(shè)備工作臺面相應(yīng)要求也大，若采用側(cè)刃定距則浪費(fèi)材料，增加成本，若采用其他定位方式，則模具定位元件在長期生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致不同步，影響產(chǎn)品質(zhì)量，考慮到零件精度要求不是很高，而此方案模具維修及制造成本又相對較高，故此方案不宜采用。

通過比較，結(jié)合零件的工藝性分析可以知道，零件上的孔應(yīng)該分開沖，在彎曲之前沖底孔，彎曲之后沖側(cè)孔，保證其尺寸要求，該零件的生產(chǎn)為量產(chǎn)，需要成形的尺寸比較多，但零件的精度要求不是很高，故采用方案三。

圖2零件排樣圖

圖3落料、沖底孔復(fù)合模

圖4翻邊、彎曲復(fù)合模

下料排樣

根據(jù)工件的形狀特點(diǎn)，從材料利用率（經(jīng)過計算為88.8％，比其他排樣方式的材料利用率高）、操作的方便性及工作效率考慮，采用縱剪進(jìn)行剪料，如圖2所示。

模具工作原理

落料、沖底孔復(fù)合模

落料、沖底孔復(fù)合模工作原理：工作時，條料由導(dǎo)料銷22和固定擋料銷21定位，上模下壓，凸凹模16外刃口與落料凹模13進(jìn)行落料，同時沖孔凸模與凸凹模的內(nèi)刃口進(jìn)行沖孔。上?；爻虝r，原來在沖裁時被壓縮的彈性元件恢復(fù)，通過頂出機(jī)構(gòu)將卡在落料凹模的零件頂出凹模面，如圖3所示。

翻邊、彎曲復(fù)合模

翻邊、彎曲復(fù)合模工作原理：當(dāng)上模在上極限位置時，模具處于待工作狀態(tài)，模具工作時，上模隨著沖床滑塊下行，首先翻邊凸模7即可完成毛坯的翻邊成形，同時彎曲凸模14完成毛坯的彎曲，頂桿18完成頂件，如圖4所示。此復(fù)合模需要注意的是：⑴刃口配合間隙要均勻，Zmin＝0.10mm，Zmax＝0.14mm（雙向）；⑵工件毛刺高度不得大于0.05mm。

王曉梅，高級工程師，主要從事模具設(shè)計與制造等方面的研究。