異形墊片復(fù)合模工藝分析與計算

徐文慶

摘 要：復(fù)合模是指在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一位置同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。本文詳細(xì)介紹了沖裁復(fù)合模異形墊片的工藝分析、沖壓工藝方案的確定及沖裁工藝計算，具有很好的代表性。

關(guān)鍵詞：異形墊片；沖裁復(fù)合模；沖裁工藝

一、原始資料

圖1所示異形墊片的材料為Q235鋼，料厚t=2.0mm，大批量生產(chǎn)。試設(shè)計成形所需的模具。

二、沖壓件的工藝分析

圖1所示的墊片結(jié)構(gòu)簡單、對稱，轉(zhuǎn)角處有R1的圓弧過渡，整個零件最窄處的寬度為15mm，而當(dāng)材料厚度為2mm時，復(fù)合模凸凹模允許的最小壁厚為4.9mm；圖中所注尺寸全為未注公差尺寸，按IT14級選取，精度要求不高；材料為Q235，料厚t=2mm，沖裁工藝性較好。經(jīng)分析該零件具有良好的沖裁工藝性。

三、沖壓工藝方案的確定

由于該零件包括落料、沖孔兩個基本工序，因此有以下三種工藝方案：方案一：先落料、后沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料、沖孔同時進(jìn)行，因沖裁件平整度要求不高，為簡化模具結(jié)構(gòu)，采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：先沖孔、再落料，采用連續(xù)模生產(chǎn)。方案一的模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序和兩副模具，生產(chǎn)效率不高，同時落料后再沖孔會產(chǎn)生定位誤差，導(dǎo)致沖裁件的尺寸精度低。方案二只需一副模具，生產(chǎn)效率高，因沖裁件的尺寸精度全由模具保證，因而沖裁件的尺寸精度高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，沖裁件尺寸精度比方案二的差，且模具結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，制造和維修成本都比較高。通過對以上三種方案的比較和生產(chǎn)批量的具體情況，決定采用方案二進(jìn)行生產(chǎn)。

四、選擇模具的結(jié)構(gòu)形式

第一，模具類型的選擇。由沖壓工藝分析可知，采用倒裝復(fù)合模。第二，定位方式的選擇。因該模具采用的毛坯是條料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，無側(cè)壓裝置；控制條料的進(jìn)給步距采用擋料銷。第三，卸料、出件方式的選擇。沖裁件材料為2.0mm的Q235，材料相對較軟，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料；制件由推件機(jī)構(gòu)直接從凹模內(nèi)推出，沖孔廢料則直接由沖孔凸模將其從凸凹?？字型瞥?。第四，導(dǎo)向方式的選擇。為了提高模具壽命和沖裁件質(zhì)量，方便操作及模具安裝和調(diào)整，該模具采用后側(cè)滑動導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向方式。第五，模架的選擇。根據(jù)工件的要求和模架的特點(diǎn)，選用后側(cè)導(dǎo)柱模架。第六，工作零件的結(jié)構(gòu)與固定。包括三個部分：一是沖孔凸模，沖孔凸模設(shè)計為階梯式，與固定板的安裝孔采用H7/m6的配合形式。二是凸凹模，凸凹模采用直通式結(jié)構(gòu)，線切割加工，由固定板固定，采用螺釘拉緊以免被卸料力拔出。三是凹模，凹模采用整體式結(jié)構(gòu)，與上模直接用螺釘和銷釘聯(lián)接和固定。

五、工藝計算

1.排樣設(shè)計

（1）排樣方式。根據(jù)沖裁件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，為提高材料的利用率，采用有廢料斜排的排樣方式。

（2）搭邊值的確定。工件間搭邊a1=2.2mm，側(cè)搭邊a=2.5mm。

（3）送料步距和條料寬度的計算。送料步距S的計算

S=D+a1=40+2.2=42.2mm條料寬度B的計算B0-Δ=（Dmax+2a）0-Δ=（47.8+2×2.5）0-0.6=52.80-0.6mm（工件在垂直于送料方向的最大值為47.8mm，條料采用剪板方式獲得：Δ=0.6mm。）

（4）材料利用率的計算。一個步距內(nèi)的材料利用率：

η=■×100%=■=60.7%

（5）排樣圖。排樣圖如圖2所示。

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2.沖壓力的計算

該模具采用彈性卸料，沖孔廢料下推的結(jié)構(gòu)，沖壓力的相關(guān)計算如下：

（1）沖裁力。沖裁力由兩部分組成，即落料力和沖孔力。落料力：F落=KLtτ=1.3×150.7×2×350=137137N（L=150.7mm，得τ=350MPa）沖孔力：F孔=KLtτ=1.3×31.4×2×350=28574N（L=31.4mm，得τ=350MPa）沖裁力：F沖=F落+F孔=137137+ 28574=165711N

（2）卸料力。由公式2-1-16可知：F卸=K卸F落0.05×

137137=6856.8N（K卸=0.05）

（3）推件力。F推=nK推F孔=3×0.05×28574=4286.1N（取凹模直壁高度h=6mm，n=■=■=3，得K推=0.05）

（4）沖壓力。F總=F沖+F卸+F推=165711+6856.8+4286.1=

176853.9N=177KN

（5）壓力中心的確定。選擇如圖3所示的直角坐標(biāo)系xOy，并將圖形分成l1、l2、l3、l4、l5五段，因沖壓件對稱于x軸，所以y0=0。計算各段的壓力中心x1、x2、x3、x4、x5如下：

l1=（■×π×40）=111.64mm

x1=20×■

=2.45mm

l2=l4=30-20=10mm

x2=x4=（■）cos20°=-23.49mm

l3=■×π×60=20.94mm，

x3=-30×■=-29.41mm

l5=π×10=31.4mm，x5=0

x0=■=-5.32mm其壓力中心為（-5.32，0）。

（6）初選壓力機(jī)。根據(jù)計算結(jié)果，初選壓力機(jī)的型號為J23-25。

3.工作零件刃口尺寸計算

該沖壓件外形為落料，以凹模為基準(zhǔn)，內(nèi)孔為沖孔，以凸模為基準(zhǔn)；由于外形輪廓形狀比較復(fù)雜，采用配作加工，落料凹模、凸凹模、凸凹模固定板、卸料板均由線切割加工，因此只需計算凹模刃口尺寸，其它零件的尺寸只要正確確定其間隙或配合關(guān)系后，調(diào)整鉬絲的偏移量即可；￠10孔的形狀簡單，其凹模和凸模采用分開加工，圓形凸模采用車→磨加工，設(shè)計為階梯式，與固定板采用H7/m6的配合，凹模與凸凹模一起采用線切割加工，加工時通過調(diào)節(jié)鉬絲的偏移量保證其加工尺寸。

零件圖中所注尺寸均為未注公差尺寸，按IT14級查取，查公差表可知各尺寸對應(yīng)的公差為：￠40→0.62，R30→0.52，￠10→0.36，40°→2°。

（1）落料凹模。該模具的落料凹模與凸凹模采用配作加工，因落料凹模刃口磨損后尺寸都增大，所以可計算凹模刃口尺寸，具體見表1。

表1 落料凹模刃口尺寸計算 單位：mm

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沖裁雙面間隙Zmax=0.36mm，Zmin=0.246mm。凸凹模外形刃口尺寸按凹模實際的刃口尺寸配作，保證兩者的雙邊間隙值為0.246mm～0.36mm。

（2）沖孔凸模、凹模。沖孔凸模與凹模采用分開加工可知：δT=0.02，δA=0.02；因Zmax-Zmin=0.36-0.246=0.114mm，|δT|+|δA|=0.04mm，滿足|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin的條件；將￠10轉(zhuǎn)化為φ100+0.36工藝尺寸為，根據(jù)工件的精度取x=0.5。

沖孔凸模的尺寸：dT=（dmin+xΔ）0-δt=10.180-0.02mm

沖孔凹模的尺寸：dA=（dT+Zmin）0+δA=（dmin+xΔ+Zmin）0+δA=

10.430+0.02mm

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳黎明，李淑寶.沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.