齒輪螺栓墊片的沖壓模具結構設計

胡 江

(江西應用工程職業(yè)學院 機械工程系，江西 萍鄉(xiāng) 337042)

齒輪螺栓墊片的沖壓模具結構設計

胡 江

(江西應用工程職業(yè)學院 機械工程系，江西 萍鄉(xiāng) 337042)

模具結構設計在模具開發(fā)過程中非常重要。根據(jù)齒輪螺栓墊片的結構特點和技術要求，分析其沖壓工藝性能及排樣，詳細介紹模具結構的設計過程及要點，并借助CAD軟件功能，完成一套復合沖壓模具的結構設計。

復合沖模；結構設計；墊片

1 制件工藝分析

如圖1所示的齒輪螺栓墊片，要求年產(chǎn)量20萬件。該制件由圓弧和直線組成。結構對稱，形狀比較特殊，未注公差尺寸，精度要求不高。查閱沖壓設計手冊，為IT14級。材質(zhì)Q235，其抗剪強度為350 MPa，具有良好的沖壓成型性能[1]。料厚t為0.5 mm。外觀質(zhì)量要求，表面無劃痕。制件孔邊到外緣輪廓的距離為4.5 mm，大于凸凹模允許的最小壁厚2.7 mm[1]。故可以選用復合沖壓工序沖裁，保證制件的形狀精度和尺寸精度，且生產(chǎn)效率較高，工作面平整，對稱度位置誤差小，既能滿足圖樣質(zhì)量要求，也適應大批量生產(chǎn)。

圖1 制件結構

2 模具設計要點

2.1排樣設計

在設計排樣時，根據(jù)制件結構特征，采用有廢料的直排形式，即沿制件的全部周邊輪廓沖裁，材料上留有搭邊，以補償定位誤差，保持條料有一定剛度。雖然材料利用率稍微低一點，但有利于保證制件質(zhì)量和模具的壽命。

1) 搭邊的確定。一般來說，搭邊值由經(jīng)驗估算。普通沖裁的搭邊值，查閱沖壓設計手冊得a=2 mm，a1=1.5 mm[2]。

3) 計算步距。條料在模具上每次送進的距離為1個步距。步距大小應為條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離[2]。經(jīng)計算，步距A=28.5 mm。

制件沖壓排樣設計如圖2所示[3]。

2.2模具壓力中心的確定

在設計模具結構時，要求模具的模柄中心(一般情況也是凹模幾何中心)與壓力中心重合[4]。使模柄中心軸線通過壓力中心， 防止產(chǎn)生偏心載荷，以保證模具的壽命。利用解析法計算模具壓力中心為(0，1.1)，如圖3所示。

2.3模具工作零件設計

2.3.1 凹模設計

凹模設計如圖4所示。

圖2 排樣設計

圖3 模具壓力中心

圖4 凹模結構

1) 凹模外形結構。凹模外形選用距型結構，在其上面開設所需要的凹?？卓冢寐葆敽弯N釘直接固定在模座板上。凹模的輪廓尺寸已經(jīng)標準化了，一般與標準固定板、墊板和模座板等配套使用。計算得出凹模輪廓尺寸。設計時，選用的標準模板為

L×B×H=160 mm×100 mm×18 mm

(GB/T2873.1—1996)[4]。

2) 凹模刃口。凹模刃口應保持鋒銳性和高耐磨性，并能承受沖擊載荷，材質(zhì)選用CrWMn。利用線切割加工或是坐標磨削成型直壁刃口，反面擴大[5]。確保刃口表面粗糙度Ra為0.4～0.8 μm。工作部分淬硬，HRC為60～64。

2.3.2 凸凹模設計

凸凹模設計如圖5所示。

圖5 凸凹模結構

1) 凸凹模是復合模的主要工作零件。其工作端的內(nèi)外緣都是刃口，內(nèi)緣與凹模刃口形式相同，外緣與凸模刃口結構相同。凸凹模內(nèi)外緣之間的壁厚由制件孔邊距決定[6]，本制件的最小壁厚是4.5 mm，凸凹模允許的最小壁厚為2.7 mm，可以滿足凸凹模強度要求。凸凹模尺寸可以按照經(jīng)驗公式計算，也可以根據(jù)凹模實際尺寸配作。

2) 凸凹模外形結構采用直通式，其工作部分與固定部分形狀、尺寸完全相同，材料與凹模一樣，熱處理硬度比凹模稍低，取HRC為58～62，固定部分局部退火，以方便反鉚裝配在固定板上。直通式的凸凹模多選擇線切割或成型銑、磨削加工成型[5]。工作表面粗糙度Ra為0.4～0.8 μm，固定部分表面粗糙度Ra為0.63～2.5 μm。

2.3.3 沖孔凸模設計

沖孔凸模設計如圖6 所示。沖孔凸模設計成階梯式結構，通過臺階與固定板固定。其技術要求與凸凹模一致。根據(jù)制件結構特點，無需校核強度剛度。

圖6 沖孔凸模結構

2.4模具總體結構設計

根據(jù)沖壓工藝方案，已經(jīng)確定采用倒裝復合模結構，手工送料，不需要另設側(cè)壓裝置。選擇彈性卸料板、剛性推件裝置。條料在模具中的準確定位由導料銷和活動擋料銷控制。按照凹模外形選取的標準尺寸，選擇滑動導向的后側(cè)導柱模架(GB/T2851.3—1990)[5]，實現(xiàn)縱向送料，且送料和操作比較方便。

2.5壓力機參數(shù)與模具參數(shù)的校核

根據(jù)計算模具沖壓所需的工作壓力和模具閉合高度，選擇J23-16型壓力機[6]。其主要技術參數(shù)如表1所示。經(jīng)計算，模具的閉合高度為165 mm。壓力機的最大閉合高度為200 mm，連桿調(diào)節(jié)余量是55 mm，因此所選壓力機滿足模具閉合高度要求。另外，模具的總體平面尺寸也與壓力機工作臺和滑塊下平面尺寸相適應。模具能夠正確地安裝在壓力機上，并能正常使用。

表1 J23-16型壓力機主要技術參數(shù)

3 模具結構及工作過程

3.1模具結構簡圖

模具結構簡圖如圖7所示。

1—銷釘，2—螺釘，3—墊塊，4—橡膠，5—卸料板，6—凹模，7—推件塊，8—內(nèi)六角螺釘，9—上模墊板，10—防轉(zhuǎn)銷釘，11—上模座板，12—模柄，13—打桿，14—銷釘，15—沖孔凸模，16—固定板，17—導套，18—導料銷，19—凸凹模，20—導柱，21—卸料螺釘，22—下模座板，23—彈頂擋料銷。

圖7模具裝配結構

3.2模具工作過程

如圖7所示，條料沿導料銷(18)送至彈簧彈頂?shù)幕顒訐趿箱N(23)后在模具中定位。壓力機帶動上模下壓。在沖壓之前，由于橡膠(4)的彈力作用，卸料板(5)先壓住條料，上模繼續(xù)下壓進行沖裁分離：凸凹模(19)外形和凹模(6)對條料進行落料，同時沖孔凸模(15)與凸凹模(19)內(nèi)孔在條料上沖孔。此時橡膠(4)被壓縮。上模回程時，橡膠(4)回復推動卸料板(5)把緊箍在凸凹模(19)上的條料卸下。沖裁出來的制件卡在上模的凹模(6)中，直接利用壓力機的打桿裝置(由打桿(13)和推件塊(7)組成)進行推件，卸件可靠，便于操作。沖孔廢料直接由沖孔凸模(15)從凸凹模(19)內(nèi)孔中推下，結構簡單，操作方便。

[1] 王樹勛.模具實用技術設計綜合手冊[M].廣州：華南理工大學出版社,2003：345-351.

[2] 朱江峰,閆志波.沖壓成型工藝及模具設計[M].武漢:華中科技大學出版社,2012：178-180.

[3] 夏琴香,袁寧.模具設計及計算機應用[M]. 廣州：華南理工大學出版社,2008：56-60.

[4] 翁其金.冷沖壓技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006：143-146.

[5] 任建偉.模具工程技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2004：98-100.

[6] 陳炎嗣,郭景儀.沖壓模具設計與制造技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001：112-115.

〔責任編輯： 盧 蕊〕

Structuredesignofstampingdiesofgearboltgasket

HUJiang

(Mechanical Engineering Department, Jiangxi Vocational College of Applied Engineering, Pingxiang 337042, China)

The mould structure design is very important in the mould development process. According to the structure features and technical requirements of gear bolt washer and analysis of the performance of the stamping process and layout, the design process of the mould structure and the main points were introduced in detail. With the aid of CAD software functions, a set of compound stamping die structure design was completed.

compound die; structure design; gasket

2015-01-05

胡 江(1970—)，男，江西萍鄉(xiāng)人，工程師，講師，主要從事模具設計與制造理論教學及技能訓練研究。

TG385.2

： C

：1008-8148(2015)02-0059-04