不規(guī)則沖件凹模設(shè)計(jì)

孫海鋒

摘 要：通過對不規(guī)則沖裁件沖裁工藝的分析，提出了采用整體式凹模成型時(shí)存在的問題。闡述了采用鑲拼式組合凹摸的沖裁結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，著重分析了鑲拼式組合凹模的設(shè)計(jì)要求，從而保證了精度、降低了成本、提高了效率。

關(guān)鍵詞：不規(guī)則沖件；凹模結(jié)構(gòu)；鑲拼式；使用性能

0 引言

模具廣泛用于汽車工業(yè)、工礦機(jī)械、電器儀表、日用五金、航空航天等制造中，其產(chǎn)品遍及生產(chǎn)、生活各個(gè)領(lǐng)域。因此，模具制造能力的強(qiáng)弱以及模具質(zhì)量的優(yōu)劣，都直接影響著各種產(chǎn)品的質(zhì)量，以及經(jīng)濟(jì)效益的增長。而模具后天性的磨損，或磨損后不及時(shí)維修，必將影響到制件的表面質(zhì)量、尺寸精度和模具材料的浪費(fèi)。隨著成型制件的質(zhì)量要求越來越高，數(shù)量越來越多，形狀也各異。要想獲得高質(zhì)量的制件，這就對模具設(shè)計(jì)的要求大幅提高。下面結(jié)合多方面的資料，對不規(guī)則零件的沖裁所采用的凹模設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了分析，并對其解決方法進(jìn)行探討。

1 零件工藝性分析

某產(chǎn)品中有一種不規(guī)則的零件如圖1所示，材料為50鋼，厚度為2mm。因零件生產(chǎn)批量大，幾何形狀較為復(fù)雜，要求使用沖裁加工。

從上圖可以看出，該沖裁件形狀較為復(fù)雜，且局部結(jié)構(gòu)比較薄弱，要對該零件進(jìn)行沖裁加工，對凸、凹模的形狀設(shè)計(jì)要求精度高，尤其是該零件尖角處較多，若凹模受力狀況不好，沖裁時(shí)，在凹模的尖角處易形成應(yīng)力集中，則凹模易在尖角處產(chǎn)生裂紋、或脹裂。無法滿足沖裁件的正常生產(chǎn)。所以要沖出合格的沖裁件，凹模的選擇非常重要，即凹模設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要合理、性能要可靠，且具有一定的使用壽命，同時(shí)也要考慮到凹模制造的經(jīng)濟(jì)性。

2 凹模的設(shè)計(jì)

2.1 凹模的選擇

圖1所示的零件由于形狀復(fù)雜，對凹模的選擇非常重要，若采用的凹模設(shè)計(jì)為整體式，因其制造簡單，但在使用時(shí)，若局部出現(xiàn)損壞或磨損時(shí)，可能造成整個(gè)凹摸報(bào)廢，就得更換。當(dāng)更換一次，其定位基準(zhǔn)及間隙就變動(dòng)一次，使所得的沖裁件質(zhì)量變壞，同時(shí)，工作部分與非工作部分全部由較優(yōu)質(zhì)的鋼材制造，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)考慮是比較浪費(fèi)的。由于沖裁凹模在熱處理過程中，會(huì)引起變形失去尺寸精度和形狀精度。特別是尖角部分在熱處理時(shí)產(chǎn)生了變形，沖裁時(shí)就會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中而易于開裂。所以在沖裁第一個(gè)零件凹模就可能會(huì)產(chǎn)生裂紋，根本無法滿足沖裁出合格的零件和對模具使用壽命的要求。

此時(shí)因采用鑲拼式結(jié)構(gòu)的組合凹模，這時(shí)可將凹模由幾個(gè)鑲塊接合而成，這樣不僅可以節(jié)省模具材料，而且容易加工制造。所得的凹模結(jié)構(gòu)緊湊合理，剛性好、精度高、操作安全可靠、材料消耗低、使用壽命長，能適應(yīng)大批量生產(chǎn)。同時(shí)能很好的解決模具使用壽命的問題。采用鑲拼組合凹模有以下特點(diǎn)：

（1）凹模分塊加工各鑲塊，簡化了毛坯的鍛造，使加工工藝性變好，減小了加工難度。

（2）凹模分塊加工各鑲塊，可以使內(nèi)形加工變?yōu)橥庑渭庸?，使加工工藝性變好，保證了凹模的加工質(zhì)量，提高了沖模精度。

（3）凹模分塊加工各鑲塊，降低了對設(shè)備加工能力的要求，使適合的加工環(huán)境增多。

（4）鑲塊在進(jìn)行熱處理時(shí)，不易產(chǎn)生變形和開裂。

（5）分塊凹模便于維修與更換易損部位，提高了整副模具的使用壽命。

（6）節(jié)省了貴重的模具材料，在加工過程中當(dāng)某一部位損壞時(shí)，可以將該部位單獨(dú)更換，不至于整個(gè)模塊全部報(bào)廢，從而降低了模具的生產(chǎn)成本。

（7）分塊凹模便于調(diào)整間隙，降低了模具制造的廢品率。

2.2 凹模鑲塊

凹模鑲塊的組合形式如圖2所示，鑲拼塊之間的結(jié)構(gòu)可靠，不應(yīng)有任何滑動(dòng)，且這種鑲塊有效的避免了尖角處的應(yīng)力集中，整塊模塊傳到凹模套上的力不作用在轉(zhuǎn)角處，在凹模套上不會(huì)形成應(yīng)力集中。

上圖2所示的凹模鑲塊在分段時(shí)應(yīng)注意：

（1）模塊應(yīng)取矩形、圓形或接近直線的形狀。

（2）要確切的決定凹模各拼合部的位置，并能加以固定。

（3）拼塊部分應(yīng)考慮機(jī)械加工和熱處理的工藝要求，由于尖角處加工困難，而且在淬火時(shí)易于開裂，因此經(jīng)常在刃口的夾角處拼接鑲塊。

（4）拼塊部分應(yīng)牢靠的鑲?cè)胝w的凹模套內(nèi)，并保證有一定的配合精度和強(qiáng)度，為了防止模具在沖壓過程中可能產(chǎn)生的相對位移，各拼塊應(yīng)做成能相互鎖住。

（5）在分塊時(shí)，還必須考慮便于布置緊固螺釘孔及銷釘孔的位置。

（6）沿轉(zhuǎn)角、尖角、分割拼塊角度應(yīng)不小于90度。

（7）圓弧應(yīng)單獨(dú)制成一塊，拼接線應(yīng)在離切點(diǎn)（4～7）mm處的直線外。大圓弧線或長直線也應(yīng)分成幾塊，拼接線應(yīng)與刃口垂直，拼合面的接觸面不宜加長，一般為12～15mm。

（8）凹圓弧與直線相連處的拼合面不應(yīng)取在圓弧與直線的接點(diǎn)上，而應(yīng)盡可能選取不在接點(diǎn)處，并移向直線處一定距離，一般為S=3～15mm。

2.3 凹模鑲塊結(jié)構(gòu)

凹模鑲塊結(jié)構(gòu)根據(jù)本沖裁件的形狀，厚度和精度來確定，采用直筒式凹模刃口。是因?yàn)榇巳锌趶?qiáng)度較好并且刃口的尺寸和間隙不因修磨刃口而隨之增大，故所沖壓工件的質(zhì)量一直是比較平穩(wěn)的。設(shè)計(jì)時(shí)直筒刃口部分高度h可根據(jù)沖壓材料厚度來確定。

現(xiàn)以圖2中的凹模鑲塊2為例，如圖3所示，鑲塊刃口高度取為10mm，該高度是材料厚度的5倍。為提高刃口再磨性，鑲塊與凹摸套結(jié)合處為1°30′的斜面，以便模具裝配時(shí)壓緊鑲塊，保證凸凹模間的間隙，確保沖裁質(zhì)量。

分解后的凹模鑲塊可直接采用數(shù)控線切割加工或磨削加工，以平面磨床或萬能磨床輔以相應(yīng)的夾具加工。斜面磨削可采用正弦夾具輔以加工。使所得的鑲塊結(jié)構(gòu)可靠，精度高，能夠滿足凹模沖裁加工的要求。

2.4 凹模結(jié)構(gòu)

凹模的結(jié)構(gòu)如圖4所示：

凹模由凹模鑲塊與凹模套組成。因?yàn)榘寄Ｊ菦_壓模中的主要工作零件，在沖壓過程中，它不但承受沖擊載荷，而且在工作刃口以及工作表面，由于沖擊會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的應(yīng)力集中。因此對材料的要求具有較高的硬度和耐磨性，并且還要有足夠的韌性。因此根據(jù)制件材料性能的不同，取鑲塊的材料為Cr12MoV，它具有硬度高耐磨性能好的特點(diǎn)，并采用全拼塊組合結(jié)構(gòu)，且互換性能強(qiáng)，維修方便。熱處理淬火硬度為60～62HRC。凹模套作為一個(gè)單獨(dú)的模具零件，才用這種固定方法的圈框與鑲拼凹模之間的配合應(yīng)給予一定的過盈量以保證拼合質(zhì)量。確保拼塊間的緊固可靠，凹模套與凹模板的套合面斜度一般取30′，凹模套的材料為45鋼，熱處理調(diào)質(zhì)硬度為180～220HB。

凹模的固定方法采用平面固定法，即采用將凹模鑲塊拼合在固定的墊板面上，并且用螺釘，銷釘緊固，使鑲塊緊貼墊板。模具工作時(shí)，沖裁產(chǎn)生的垂直力由組塊傳到墊板作用到下模座上，橫向力通過組塊傳遞到凹模鑲塊上，這樣可把整體凹模工作時(shí)凹模的三向力狀態(tài)，通過分塊凹模分解，凹模鑲塊只承受單向應(yīng)力，有效地改善了凹模的受力狀況，極大地提高了凹模的使用壽命。

3 結(jié)束語

鑲拼式凹模的使用，可以有效的提高不規(guī)則沖裁件的質(zhì)量和沖裁效率，尤其是提高了存在尖角較多的沖裁件凹模的使用壽命。在不規(guī)則零件沖裁中鑲拼式凹模的使用壽命是整體式凹模的使用壽命的數(shù)十倍，尤其當(dāng)整體式凹模熱處理不當(dāng)，在尖角處存在殘余應(yīng)力時(shí)，組合式凹模的使用壽命是整體式凹模使用壽命的百倍。如果鑲拼式凹模結(jié)合面加工精度較高，凹模套經(jīng)過鍛造熱處理得當(dāng)?shù)脑?，凹模的使用壽命可達(dá)百萬件以上，可大幅度降低沖裁加工成本，提高產(chǎn)品競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1]楊玉英、崔令江 《實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社 2004

[2]鄭家賢 《沖壓模具設(shè)計(jì)使用手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社 2007

[3]蔣啟翔 《沖壓模具設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)與竅門》 機(jī)械工業(yè)出版社 2003