固定卡座級進(jìn)模設(shè)計(jì)

孟玉喜，李 強(qiáng)

（1.南通開放大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 南通 226006；2.桂林電器科學(xué)研究院有限公司，廣西 桂林 541004）

0 制件分析

固定卡座位于某汽車前后大燈燈具體中，主要起固定和限位作用，形狀和精度要求較高，材料為65Mn合金彈簧鋼，表面鍍藍(lán)白鋅，料厚0.4 mm，如圖1所示。制件外形輪廓尺寸為34.2 mm×33.6 mm，內(nèi)有?18.5 mm的大孔及4個(gè)?2.1 mm小孔，共有7處需彎曲成形，分別為圖1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ處，其中Ⅰ處向上彎曲90°比較簡單，Ⅱ處成形凸包后向下彎曲90°，成形過程中易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮，Ⅲ處屬于連續(xù)波浪成形再向下彎曲90°，是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。

1 排樣設(shè)計(jì)

排樣是級進(jìn)模設(shè)計(jì)的核心，確定排樣即確定了級進(jìn)模結(jié)構(gòu)。該級進(jìn)模排樣與制件沖壓方向、成形次數(shù)及變形程度密切相關(guān)。而成形次數(shù)和制件變形程度是在確定排樣與變形方向的同時(shí)經(jīng)過綜合分析確定，此外還要考慮后續(xù)模具零件制造過程中的工藝性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。

從沖壓方向考慮，一般以制件的寬度方向作為條料的送進(jìn)方向，而該制件的長寬尺寸相差不大，以33.6 mm或34.2 mm的尺寸方向作為送料方向均可，但是考慮制件彎曲成形后的送進(jìn)，宜選34.2 mm的尺寸方向作為送料方向。圖1中Ⅲ處的連續(xù)波浪成形再向下彎曲90°是排樣設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，必須考慮工位的數(shù)量和先后順序，工位過多會(huì)增大模具尺寸，增加制造成本，且不便于制造和維修；工位過少，則制件精度尤其是形狀精度得不到保證。綜合考慮將Ⅲ處分5次彎曲成形：①制件展開，第1次彎曲130°和頭部90°，成形尺寸4.7 mm；②第2次彎曲40°，成形尺寸2.1 mm；③第3次成形2.5 mm×1.4 mm的凹槽；④第4次彎曲150°，成形尺寸0.3 mm；⑤第5次彎曲根部90°，成形1.0 mm×0.7 mm的凹槽，如圖2所示。

根據(jù)制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用雙側(cè)載體，雙導(dǎo)正銷定位，條料寬度為53.5 mm，送料步距為44.5 mm，按先沖裁后成形的原則分為8個(gè)工位成形，無空工位，排樣如圖3所示，工位分別為：①?zèng)_2個(gè)?2 mm導(dǎo)正銷孔、1個(gè)?18.6 mm大圓孔和4個(gè)?2.2 mm的小圓孔；②3處切邊、沖6.2 mm×3.1 mm方孔；③上、下兩處輪廓切邊及Ⅲ處第1次彎曲；④Ⅱ處成形凸包及Ⅲ處第2次彎曲；⑤上、下四處向下彎曲90°及Ⅲ處第3次彎曲；⑥Ⅱ處凸包上、下四處向下彎曲90°、Ⅰ處向上彎曲90°及Ⅲ處第4次彎曲；⑦Ⅱ處整形及Ⅲ處第5次彎曲；⑧制件切斷。

圖1 固定卡座

圖2 Ⅲ處連續(xù)波浪成形及向下彎曲90°

圖3 排樣設(shè)計(jì)

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

固定卡座屬于精密沖壓件，對形狀、位置及尺寸要求較高，彎曲成形較多，所以選用導(dǎo)向性和穩(wěn)定性較好的四導(dǎo)柱滾柱模架，卸料裝置采用彈壓卸料，由卸料板、卸料蓋板、8個(gè)定距套筒、8個(gè)卸料螺釘和矩形彈簧等組合而成。該級進(jìn)模中，沖裁凸模較多，為保護(hù)凸模同時(shí)提高模具成形制件的精度，并保證卸料板與凸模固定板、凹模上型孔與凸模位置的一致性，模具設(shè)置了內(nèi)、外雙重導(dǎo)向，外導(dǎo)向依靠設(shè)在上、下模座上的大導(dǎo)柱導(dǎo)套實(shí)現(xiàn)，內(nèi)導(dǎo)向通過在卸料板與凸模固定板、凹模之間的輔助導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)，即采用小導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。同時(shí)，使卸料板上各工作型孔與凸模的配合間隙控制在凸模與凹模間隙的1/3～1/4，即0.01～0.015 mm，以確保卸料板對凸模起到導(dǎo)向和保護(hù)作用。模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 模具主要零件設(shè)計(jì)

3.1 主要模板設(shè)計(jì)

級進(jìn)模的主要模板為上模固定板、卸料板和凹模板，模板外形尺寸的確定需考慮刃口受力情況、刃口輪廓長度、成形工序、固定方法及出件方式等綜合因素。

圖4 模具結(jié)構(gòu)

凹模板材料為SKD11進(jìn)口鋼，熱處理硬度為58～60 HRC，外形尺寸為360 mm×130 mm×20 mm，其設(shè)計(jì)有8個(gè)工位所需的21個(gè)功能型孔、2個(gè)導(dǎo)正銷孔、2個(gè)監(jiān)測銷孔、常規(guī)的固定螺釘孔、銷釘孔、導(dǎo)套孔和安裝導(dǎo)料板的螺釘孔、銷釘孔等。凹模板中間設(shè)有5個(gè)M5 mm的螺釘孔，Ⅲ處連續(xù)波浪成形的5次成形鑲件均通過螺釘從正面壓緊固定在凹模板上，凹模板后端設(shè)有5 mm×10 mm的開口槽及15°的斜坡用于制件切斷后的滑落（圖4中A處放大）。卸料板的外形尺寸、材料與熱處理要求與凹模板一致，背面設(shè)有導(dǎo)料板的讓位，增設(shè)了導(dǎo)正銷的固定孔，正面設(shè)有固定卸料蓋板的螺釘孔。卸料板型孔的表面粗糙度應(yīng)滿足高速?zèng)_壓導(dǎo)向和保護(hù)作用的要求，故表面粗糙度Ra值應(yīng)控制在0.1～0.4 μm，同時(shí)在后續(xù)使用中還需注意潤滑。上模固定板相對較簡單，材料可選用性價(jià)比高的Cr12MoV，熱處理硬度為45～48 HRC，外形尺寸及主要功能型孔基本與其他兩板一致，增設(shè)8個(gè)?26 mm的卸料矩形彈簧孔。

3.2 連續(xù)波浪及向下彎曲90°鑲件設(shè)計(jì)

制件Ⅲ處連續(xù)波浪成形及向下彎曲90°是模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，共分5步完成。由于最初條料是平板狀，第1次彎曲130°和頭部90°并成形尺寸4.7 mm的上模鑲件可設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，固定在卸料板上，下模鑲件設(shè)有浮動(dòng)式彈簧，浮動(dòng)量為5 mm；第2次彎曲40°且成形尺寸2.1 mm，上、下模鑲件是在條料壓緊的狀態(tài)下進(jìn)行工作，下模鑲件也設(shè)為浮動(dòng)式，浮動(dòng)量為5 mm；第3次成形2.5 mm×1.4 mm的凹槽，由于是在條料平面基準(zhǔn)上直接向下沖壓，成形后的工序件不會(huì)影響條料的正常送進(jìn)，下模彎曲鑲件無需設(shè)計(jì)成浮動(dòng)式，如圖5所示。

為使模具結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能減小模具的外形尺寸，排樣設(shè)計(jì)時(shí)沒有設(shè)置空工位，第4次彎曲150°并成形尺寸0.3 mm，其中0.3 mm的小直段尺寸必須一次成形到位，不能補(bǔ)償修整，否則后續(xù)成形1.0 mm×0.7 mm槽的尺寸難以保證，因此第4次彎曲鑲件采取了微過盈設(shè)計(jì)，過盈量為0.2 mm。理論上0.2 mm的過盈量會(huì)影響已成形的工序件從下模鑲件脫離，但是彎曲件都具有回彈的特性，所以可抵消由過盈量所帶來的影響。第5次彎曲制件根部90°，并成形1.0 mm×0.7 mm凹槽，為保證尺寸達(dá)到要求，第5次彎曲下模鑲件設(shè)計(jì)了1.1 mm的過盈量，該過盈量較大，不能通過回彈進(jìn)行抵消，但是下模鑲件設(shè)計(jì)浮動(dòng)式，浮動(dòng)量為5 mm。在沖壓過程中，上模到達(dá)下止點(diǎn)回程時(shí)，第5次彎曲下模鑲件會(huì)隨工序件一起上移，在向前送料過程中工序件被送走，與第5次彎曲下模鑲件分開。

圖5 彎曲鑲件

3.3 凸包處向下彎曲90°鑲件設(shè)計(jì)

制件Ⅱ處成形方案有2種：①先成形凸包后再向下彎曲90°；②先向下彎曲90°后再成形凸包。如果采用方案②，則凸包需通過側(cè)向沖壓成形，增大了模具的外形尺寸，增加了模具設(shè)計(jì)難度，因此采用方案①，但是凸包會(huì)與向下彎曲90°下模彎曲鑲件產(chǎn)生干涉。為避免產(chǎn)生干涉，將向下彎曲90°下模彎曲鑲件設(shè)計(jì)成斜推桿形式，傾斜角度為10°。上、下模鑲件的工作過程如圖6所示，首先上模鑲件和卸料板與條料上表面接觸，上模下行通過條料推動(dòng)斜推桿后退直至與凹模板平齊，上模繼續(xù)下行進(jìn)行彎曲成形，到達(dá)下止點(diǎn)完成向下彎曲90°后上?；厣趶楉斞b置（抬料銷、彈簧）的作用下，下模彎曲鑲件頂出工序件的同時(shí)與凸包錯(cuò)開，達(dá)到避免干涉的目的。

圖6 成形過程

4 結(jié)束語

針對制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，下模鑲件采用斜推桿式設(shè)計(jì)和微過盈設(shè)計(jì)，再利用制件彎曲的回彈特性消除微過盈帶來的影響，有效地避免了制件脫模時(shí)的干涉現(xiàn)象。模具布局緊湊、結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)大批量生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，生產(chǎn)的制件尺寸、形狀和位置等精度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為成形同類制件的模具設(shè)計(jì)提供了參考。