扣片跳步模設(shè)計(jì)要點(diǎn)

文/楊良文，高宏廷·陜西渭河工模具總廠（702廠）模架分廠

扣片跳步模設(shè)計(jì)要點(diǎn)

文/楊良文，高宏廷·陜西渭河工模具總廠（702廠）模架分廠

用戶要求生產(chǎn)的沖壓零件如圖1所示，該零件為大批量生產(chǎn)，材料為08F，厚度1.5mm，未注尺寸公差按IT14級(jí)。面對(duì)這樣的沖壓件，首先我們要做的是進(jìn)行沖件工藝性分析。從圖1的尺寸公差要求來(lái)看，大部分尺寸公差要求相對(duì)較為寬松，很容易保證，但是，沖壓件端頭兩個(gè)φ4mm孔到底面的距離為（6±0.05）mm，要求還是比較嚴(yán)格的，而且兩個(gè)φ4mm孔離打彎轉(zhuǎn)角很近，如果處理不當(dāng)就會(huì)引起孔變形。另外，由于該沖壓件屬于大批量生產(chǎn)，無(wú)論從人工成本、生產(chǎn)效率，還是沖件質(zhì)量穩(wěn)定性等方面，都不宜采用單步模沖壓生產(chǎn)，而采用跳步模更合適一些。

選用跳步模原因

成本低

由于沖壓件整體精度要求不高，對(duì)跳步模的加工精度、定位精度要求都不高（能達(dá)到±0.025mm以內(nèi)就可），所以加工設(shè)備只需要一般的線切割機(jī)床就可，無(wú)需慢走絲、坐標(biāo)磨等精密加工。因此，跳步模的制造成本要比幾副單步模的總成本要略微低些。若采用單步模沖壓，至少需要3套模具：沖孔落料復(fù)合模、打彎模和翻孔模，總成本約為1.1萬(wàn)元（前者價(jià)格在7000元左右，后兩者價(jià)格約為2000元），而跳步模成本在9000～10000元之間。

易修復(fù)

跳步模和單步模便于維修，而復(fù)合模的修復(fù)性能則較差。

生產(chǎn)效率高

跳步模操作為自動(dòng)送料、單人單機(jī)，班產(chǎn)量可達(dá)25000件以上，而單步模最少是3人3機(jī)流水線作業(yè)生產(chǎn)，班產(chǎn)量最多5000件。

穩(wěn)定性高

單步模在操作安全性、沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定性方面遠(yuǎn)不如跳步模。假如打彎后端頭兩個(gè)φ4mm孔變形超差或滿足不了(6±0.05）mm的位置尺寸，靠近右端的兩個(gè)φ4mm孔先不沖，最后增加一道沖孔工序也可完成沖制零件，但這將大大降低總體生產(chǎn)效率。

圖1 沖壓零件圖

模具設(shè)計(jì)

初始數(shù)據(jù)

⑴展開長(zhǎng)度尺寸：L＝l1+l2+1.57（r+xt）＝58.5+8.5+1.57×（2+0.66×1.5）≈71.70mm。其中，r/t=2/1.5=1.333，查設(shè)計(jì)手冊(cè)x值為0.66，加上搭邊步距取值75mm。⑵翻孔處寬度尺寸為8.336mm。⑶預(yù)孔中部寬度尺寸＝24-2×8.336≈7.328mm。⑷兩端圓弧翻邊按圓孔翻邊計(jì)算公式d=D-2（h-0.43r-0.72t）×10-2×(3-0.43×1-0.72×1.5）≈7.02mm。初始設(shè)計(jì)，直線和圓弧曲線以R16.75mm的相切過(guò)渡圓弧連接，如果翻邊高度超差再做局部調(diào)整。當(dāng)然，也可以通過(guò)翻邊試驗(yàn)來(lái)確定預(yù)孔形狀。⑸沖裁力：F＝1.3Ltτ＝1.3×162mm×1.5mm×25kg/mm2≈7900kg。⑹卸料力F0＝0.06F=0.06×7900kg≈480kg，因打彎時(shí)間超前，要確保沖件平直，卸料板初始?jí)毫狭σm當(dāng)再加大一些，所以將卸料力增加到750kg左右。忽略翻邊力和折彎力，最小可選用10t的機(jī)床進(jìn)行沖壓加工，最好采用15t沖床。

排樣方案

有了初始數(shù)據(jù)，就可繪制沖壓件展開外形和排樣方案。為了提高材料利用率，條料寬度就定為24mm，由滾剪刀保證沖件寬度尺寸，在不考慮毛刺方向的前提下，材料利用率可達(dá)到84.5%。至于定位問(wèn)題，可以利用φ4mm孔作為導(dǎo)正孔。排樣圖如圖2所示，排樣形式為：⑴第一工步：沖兩個(gè)φ4mm孔（對(duì)角分布）和翻邊預(yù)孔。⑵第二工步：導(dǎo)正，沖另外兩個(gè)φ4mm孔、翻邊、沖半圓缺口。⑶第三工步：檢測(cè)、導(dǎo)正、左端切斷、右端打彎，滑塊上行時(shí)向外頂、吹出成品，滑落到收集盒中。

模架的選用

雖然模具精度不高、較大的沖裁間隙（t×16%＝1.5mm×16%=0.24mm）對(duì)模架導(dǎo)向精度要求也不高，但由于是大批量生產(chǎn)，模具在高速?zèng)_床上的加工可能性比較大，此時(shí)模具沖壓速度可達(dá)到120次/min以上。因此，本廠廠標(biāo)的可脫開式滾動(dòng)鋼模架，可有效降低磨損，減少發(fā)熱，提高模具壽命和穩(wěn)定性。根據(jù)凹模周界（275mm×130mm）大小和最大閉合高度（245mm）要求可采用第10a號(hào)4導(dǎo)柱2級(jí)精度模架。

模具材料選用

在模具的耐用性和制造成本之間權(quán)衡后，設(shè)計(jì)方案確定凸、凹模固定板和凸、凹模鑲件采用優(yōu)質(zhì)模具鋼Cr12MoV，上下墊板和卸料板、限位塊(柱）等采用45#碳素結(jié)構(gòu)鋼，均淬火處理，達(dá)到要求的硬度。導(dǎo)料板及頂桿類輔助零件采用GCr15或CrWMn，熱處理硬度均達(dá)到58HRC度以上。其余零件盡量采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件，這樣既可保證模具使用壽命又能降低制造成本，縮短加工周期，也便于模具維修。

模具結(jié)構(gòu)

模具裝配圖如圖3所示，該模具最大的外形尺寸只有375mm，屬于小型模具。除模架以外，無(wú)重量超過(guò)10kg的零件，很容易翻轉(zhuǎn)和拆卸，裝配不需分塊。上模卸料板厚度取值25mm，厚度與長(zhǎng)度比值大于1/12，具有足夠的剛性，省去蓋板，內(nèi)鑲4個(gè)黃銅滑動(dòng)小導(dǎo)套，與之過(guò)盈配合。與凸模配合各孔均按凸模頭部斷面實(shí)際尺寸放單邊間隙0.015～0.02mm，小導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間配研保證單面間隙0.007～0.012mm，既起到導(dǎo)向作用使卸料板上下運(yùn)行平穩(wěn)，又不會(huì)與凸模相互摩擦干涉。等高卸料柱與之連接，矩形彈簧安裝在卸料柱頂部，使卸料板空載不受力，避免承受交變載荷疲勞損壞。凸模固定板定位孔與凸模固定端采取過(guò)渡配合，便于插入或退出，凸模一律不帶掛臺(tái)，以螺釘從背后拉緊，避免開刃或更換時(shí)拆卸板件，達(dá)到快速換模的目的。凸模多次開刃后變短需要在固定端加墊片以確?？偢叨然静蛔?，墊片太多時(shí)往往會(huì)在打開模具時(shí)散落一地，因此設(shè)計(jì)時(shí)，將上墊板與凸模固定板單獨(dú)用螺釘拉緊，防止墊片掉落造成維修裝配混亂和重復(fù)調(diào)整。下模也是同樣設(shè)計(jì)理念。下模除翻孔凹模鑲件和打彎凹模必須帶有掛臺(tái)之外，其余鑲件屬于易損件需要經(jīng)常取出開刃或更換，故采用直通式方便裝卸。鑲件與固定孔之間采用小過(guò)盈配合，過(guò)盈量通?？刂圃?.005～0.01mm之間。我們的加工方式是以孔為基準(zhǔn)配研鑲件外形，在保證凸凹模間隙均勻的條件下修研鑲件四周，以達(dá)到銅棒輕輕敲擊即可進(jìn)入凹模板為限度。下翻孔有卡料的可能性，為了確保送料順暢，特加設(shè)頂桿強(qiáng)制頂出沖件。

圖2 排樣圖

圖3 裝配圖

防范措施

沖件打彎切斷后，不可能自動(dòng)滑出凹模表面，但一旦停留在模具內(nèi)部，就會(huì)造成疊壓現(xiàn)象，威脅到操作人員和設(shè)備的安全：輕則掰彎凸模、小導(dǎo)柱或掰裂卸料板損毀模具，甚至損壞機(jī)床；在高速?zèng)_壓情況下這種故障的發(fā)生會(huì)造成多次、多層疊壓，零件崩裂飛出傷人，后果很嚴(yán)重。把沖件順利排出去單靠氣吹是不夠的（有時(shí)候條料上沖壓油涂得較厚或天冷油太黏沖件會(huì)吸附在凹模面上造成吹不動(dòng)），因此，需加設(shè)頂桿將沖件左端翹起一定高度，再讓高壓氣吹出凹模。為了防止沖件吸附在卸料板上，同樣也要在卸料板中加設(shè)頂桿，并且頂出力要大于下頂桿頂出力，上下頂桿中心位置盡量相同，即使需要錯(cuò)開也要盡量縮小它們之間的距離，以免沖件被頂彎影響平面度。

對(duì)于跳步模來(lái)講，導(dǎo)正釘和誤送檢測(cè)裝置是必不可少的，其結(jié)構(gòu)形式如圖3左視圖所示。該機(jī)構(gòu)運(yùn)用很普遍，導(dǎo)正釘頭部外圓尺寸取值為φ4.01mm，檢測(cè)銷頭部外圓尺寸取值為φ3.72mm，比孔實(shí)際尺寸小0.3mm。需要特別注意的是選哪個(gè)孔作為導(dǎo)正孔。前文曾提過(guò)，如果打彎后端頭兩個(gè)φ4mm孔變形超差或（6±0.05）mm的位置尺寸滿足不了，則靠近右端的兩個(gè)φ4mm孔就先放棄不沖，留到最后增加的一道沖孔工序來(lái)完成，所以右端的兩個(gè)φ4mm孔即便是沖了也不用作導(dǎo)正孔；另外，打彎工位附近的兩個(gè)φ4mm孔也不可用，因?yàn)橐坏┌l(fā)生帶料沖件排不出去，模具就會(huì)遭到損壞，而且檢測(cè)銷根本檢測(cè)不出來(lái)，無(wú)法及時(shí)停機(jī)，但這里可先布置上導(dǎo)正釘，實(shí)在不行還可以去掉。另一排（檢測(cè)銷后側(cè)）也可設(shè)置一個(gè)導(dǎo)正釘，這樣至少還有兩個(gè)導(dǎo)正釘在起作用，基本可滿足模具定位的要求。

廢料反跳是模具使用中出現(xiàn)的一種常見現(xiàn)象，尤其是圓孔。在單步模上出現(xiàn)跳料時(shí)，一般不太能夠引起重視，因?yàn)槭鞘謩?dòng)送料，速度慢，發(fā)現(xiàn)后拔出去就行了，而跳步模則不允許這種現(xiàn)象出現(xiàn)的。廢料反跳的形成原因主要是與沖裁間隙的大小有關(guān)，解決辦法較多：改變沖裁間隙，改變凸、凹模刃口形狀或采用負(fù)壓反吸。對(duì)于材料厚度大于1mm的條料，采用改變沖裁間隙的方法比較有效。目前，許多大型企業(yè)在模具上裝入電磁感應(yīng)元器件來(lái)保護(hù)模具，效果很好，靈敏度極高，只要感應(yīng)到卸料板與凹模板之間的間隙，稍微有所增大就立刻發(fā)信號(hào)緊急停機(jī)，使模具不受大的損害。這副模具先采用小間隙沖裁和凹模刃口磨成0.5°倒錐兩種措施預(yù)防跳料產(chǎn)生。

堵廢料也是模具使用中出現(xiàn)的一種常見現(xiàn)象，當(dāng)切斷廢料不太規(guī)則時(shí)，比較容易發(fā)生堵料現(xiàn)象，尤其在刃口變鈍的情況下，沖下的廢料會(huì)被拉出的毛刺包裹疊摞在一起，很容易在掉落、翻滾時(shí)卡住，所以此處的漏料孔不必按刃口均勻擴(kuò)大。在不影響強(qiáng)度的前提下，從上向下各層應(yīng)逐步向規(guī)則的長(zhǎng)方形狀過(guò)渡，另外，凹模刃口厚度不要超過(guò)3倍料厚。該模具凹模刃口厚度取值為4～4.5mm。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，只要在設(shè)計(jì)、加工中做好以上各項(xiàng)防范措施，模具一定能在沖壓生產(chǎn)中發(fā)揮出巨大的作用。