汽車沖壓件外板支撐板落料模具結構設計

喬華英，魏力武，吳衛(wèi)華，程雪連

（1.山東華宇工學院，山東 德州 253034；2.寧?？h汽車部件有限公司，浙江 寧波315600； 3.龍?zhí)ь^教育科技有限公司，天津 300350）

引言

該模具通過模架上的導柱和導套配合來保證工作時上、下模正確位置。凸模是直接固定在上模座上的，為了保證卸料板與凸模之間間隙均勻，則在卸料板與上模座之間設置兩組內(nèi)導向裝置，在模具工作時，卸料板還未接觸到料片時，模架上的導柱已進入導套，從而保證了在沖裁過程中凸模和凹模之間間隙的均勻性。上、下模座與模具外導向裝置的組合體稱之為模架。凹模用內(nèi)六角螺栓、銷釘和下模支撐板與下模座緊固并定位。凸模用內(nèi)六角螺栓和銷釘與上模座緊固并定位。

1 工作零件的設計

1.1 落料凸模的設計

在落料生產(chǎn)中，被廢料所包容的工作零件稱為凸模，凸模材質選用硬度較高的Cr12MoV，熱處理后硬度為HRC58～60。凸模形式分為兩種，分別為直通式凸模和臺階式凸模。直通式凸模工作部分和固定部分的尺寸完全一致，臺階式凸模工作部分與緊固部分的形狀與尺寸不一致。該模具凸模形狀為非圓形，考慮到現(xiàn)場操作（在不拆卸料板的情況下可以將凸模拿下來）和加工方式（線切割），故選用直通式[1]。

如圖1所示的產(chǎn)品展開圖接近于矩形，凸模在試模過程中存在刀口線展開不準的情況，需要經(jīng)常拆裝，為方便實際操作，所以選用如圖2所示的固定方式（將凸模直接用螺栓和銷釘固定在上模座上）。

圖1 外板支撐板零件圖

圖2 凸模結構形狀圖

凸模結構形狀如圖2所示。

1.2 落料凹模的設計

在落料過程中，與凸模配合直接對制件進行分離的工作零件稱為凹模，凹模材質選用硬度較高的SKD11，熱處理后硬度為HRC60～62。

凹模刃口模容易損壞，按照尺寸大可分為整體式、鑲拼式和鑲套式三類（見圖3）。本設計凹模洞口尺寸不大，選用整體式[2]。

圖3 凹模結構形式

整體式凹模刃口形式常見有以下5種，見圖4。

圖4 常見凹模刃口形式

a、b、c為直臂式凹模洞口，其特點是刃口強度高，修模后刃口尺寸不變；d、e為斜臂式凹模洞口，其特點是刃口強度高，漏料較為通暢，生產(chǎn)中伴隨著修模刃口尺寸會變逐漸大。

凹模洞口的主要參數(shù)如表1所示。

表1 凹模洞口主要參數(shù)

由于該零件的面積不大選用整體式，洞口形式選用a型，取h=10 mm。

凹模輪廓尺寸凹模壁厚的確定：

式中：K為系數(shù)。

查表2得：K=0.15～0.2，取K= 0.2。

表2 系數(shù)K的數(shù)值

凹模壁厚：H凹=0.2×114=22.8 mm

c=（1.5～2）H凹=34.2～45.6 mm

凹模寬度：B=b＋（3～4）H凹

凹模長度：L=l＋2c

取c=38 mm，B=190 mm，L=180 mm。

考慮到該件生產(chǎn)批量較大，為保證模具壽命，取H凹=29 mm。故凹模的外形尺寸為：190 mm×180 mm×29 mm，如圖5所示。

圖5 凹模結構形狀圖

1.3 凹模固定和定位

本設計凹模采用螺、銷釘進行固定?？紤]到生產(chǎn)中各種應力的存在會對模具壽命的影響，因此個空的位置需要合理布置，螺釘孔與銷釘孔中心間距不能太近，螺釘孔和銷孔距離凹模邊緣及刃口的距離也不能太近，孔距的最小值表3。

表3 孔距間最小值表

2 模架的選用

模架是指上、下模座與導向裝置的組合體，模具中所有的工作部件都需要固定在模架上，沖裁過程中產(chǎn)生的各種力都有模架承擔。常見的模架形式有四種，分別為中間導柱模架、后側導柱模架、四角導柱模架和對角導柱模架。

方案一：后側導柱模架。后側導柱模架的優(yōu)點是送科方便，可以縱向、橫向自由送料，在沖壓過程中可能會造成上模歪斜的情況，這種情況一般是因為偏心距與壓力機導向不精確所導致的，會使模具的凸模與凹模單邊摩擦，也可能會使導柱與導套磨損，從而影響模具壽命。

方案二：中間導柱模架。中間導柱模架的兩個導柱均勻對城分布在兩側，其優(yōu)點是滑動平穩(wěn)、受力均衡、導向準確可靠，缺點是中間導柱模架只能縱向送料。

方案三：對角導柱模架。對角導柱模架同樣具有滑動平穩(wěn)，受力均衡，導向準確可靠的優(yōu)點，在設計過程中需考慮鉗工在裝配完上、下行進行合模時裝反，調(diào)整一側導柱的位置5 mm，必須保證在對角線上，這種模架換具有縱向、橫向都能送料的特點。使用方便，對角導柱模架橫向尺寸大于縱向尺寸。

方案四：四角導柱模架圖。四角導柱滑動導向模架是四個拐角都有導向裝置，四導向裝置通常用滾動導向，上、下模座的厚度是普通模具的1.5倍以上。這種模架導向精度好，剛度和強度高，穩(wěn)定性好。

在能夠保證模具壽命和工件質量要求下，選用對角導柱模架的導向方式，即方案三最佳。再根據(jù)凸、凹模的尺寸，確定其上模座尺寸為420 mm×300 mm×50 mm，下模座尺寸為420 mm×300 mm×30 mm，模架結構形式如圖6所示。

圖6 模架結構簡圖

3 卸料裝置的設計

本落料模具選用的是彈性卸料，具有壓料和卸料的雙重作用，彈性元件常有橡膠和彈簧。本設計選用彈簧做為彈性元件，常兼作壓邊、壓料裝置和凸模導向。其卸料板外形尺寸為210 mm×200 mm×30 mm，如圖7所示。

圖7 卸料裝置

計算彈簧預壓力F0：

根據(jù)刀口線長度可計算得卸料力為：Fx=5.84 KN，根據(jù)模具安裝空間，取矩形圓筒彈簧n=4個，每個彈簧承受的壓力F0為：

計算彈簧在沖壓過程中最大壓縮行程L0。

其中：h1模具處于打開自由狀態(tài)下卸料板高出凸模斷面的高度為5 mm；h2模具處于打死閉合態(tài)下凸模進入凹模的深度為4 mm；t為材料的厚度1 mm。

彈簧型號的選擇：

根據(jù)該件年產(chǎn)16萬件，暫定該模具使用壽命為五年，按工作100萬次算，查表知選用GB/T 36524—2018彈簧型號為SWM30-50的矩形彈簧。

4 參數(shù)的校核

根據(jù)刀口線長度和該模具選用彈性卸料裝置，可計算得總沖壓力：FZ=188.34 kN，查表知：選用開式可傾J23-3型號壓力機。

此模具閉合高度為上模座厚度、凸模高度，凹模厚度、凹模安裝板厚度、凹模安裝座墊塊高度、下模座厚度之和減去凸模進入凹模的深度，因此閉合高度H為：

根據(jù)模具的閉合高度和總沖裁力對所選的J23-35壓力機，進行校核。

所選壓力機型號不對，重新選用J23-63壓力機，再次進行校核。

所以，模具在試模時應在模具下面加厚度為50 mm的墊鐵。

5 總結

汽車外板支撐板屬于典型的的沖裁件，由于篇幅所限，本文略去了模具工藝分析部分，重點對是對模具核心工作部位落料凸、凹模的設計進行闡述，凸、凹模作為工作結構中最主要的部位，在設計時計算了凸、凹模的合理間隙及刃口尺寸和公差，模具總體結構設計前還需要對工件在制造過程中可能出現(xiàn)的問題進行預測，在模具結構設計時應采用相應的工藝措施來降低缺陷，因此有效降低了模具在生產(chǎn)零件時廢品的產(chǎn)生。