某型汽車左右上固定支架復(fù)合模沖壓工藝設(shè)計(jì)

韋 勇，陳美玲，崔安琪，羅秋艷，胡義華

（1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007；2.柳州市中小企業(yè)服務(wù)中心，廣西 柳州 545006；3.廣西科技大學(xué) 國(guó)際教育學(xué)院，廣西 柳州 545006）

0 引言

沖壓模具在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用是非常廣泛的。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，沖壓模具的技術(shù)及其結(jié)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中的使用越來(lái)越受到人們的重視，同時(shí)被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中。沖壓模具自動(dòng)送料的技術(shù)也投入到了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，沖壓模具自動(dòng)化送料技術(shù)的使用，很大程度上提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減輕了工人的體力工作負(fù)擔(dān)，制件的生產(chǎn)質(zhì)量也得到大幅度提高，能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓模具自動(dòng)化加工，具有非常重要的技術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。探索設(shè)計(jì)某型汽車左右上固定支架復(fù)合模沖壓工藝，主要是對(duì)工藝方案、刃口尺寸、排樣、沖壓力計(jì)算等進(jìn)行分析和計(jì)算[1]，滿足生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)批量，從而獲得最大生產(chǎn)效益和企業(yè)收益。

1 零件分析

某型汽車左右上固定支架零件選擇不銹鋼冷軋鋼板DC01 鋼，它的含碳量是0.12%，材料具有良好的可塑性和韌性，同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)高、強(qiáng)度高等性能特點(diǎn)。零件形狀如圖1 所示。

圖1 零件

零件有落料、沖孔兩道工序。此加工零件的尺寸不大，屬于小制件，且形狀簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)對(duì)稱，適于小型沖裁加工[2]。在實(shí)際生產(chǎn)中零件大批量生產(chǎn)，且沖壓完成后技術(shù)要求：零件平整。

2 零件工藝方案確定

由于現(xiàn)在工廠的要求是大批量生產(chǎn)，為了滿足其生產(chǎn)要求，考慮了模具制造水平、設(shè)備能力和操作方便性等方面以后，設(shè)計(jì)方案如下：

方案(1)：設(shè)計(jì)成兩套單工序模，落料模和沖孔模。

方案(2)：設(shè)計(jì)成級(jí)進(jìn)模，先沖孔再落料。

方案(3)：設(shè)計(jì)成復(fù)合模，將落料和沖孔同時(shí)進(jìn)行。

方案比較：方案(1)，模具的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是生產(chǎn)需要2 套模具，生產(chǎn)效率低，零件的精度也比較差，不適合用于大批量生產(chǎn)；方案(2)，只要1 套模具即可，沖壓出來(lái)的工件的形位精度以及尺寸精度能夠得到保證，而且生產(chǎn)的效率高，但零件沖壓出來(lái)后不平整，必須校平；方案(3)，也是只需要1 套模具生產(chǎn)即可，生產(chǎn)的效率也高。

由于零件比較簡(jiǎn)單且對(duì)稱，3個(gè)方案都可以達(dá)到要求，從經(jīng)濟(jì)性考慮，方案(2)和方案(3)合適；生產(chǎn)效率及大批量生產(chǎn)、精度考慮，方案(2)和方案(3)合適；但由于零件在沖壓完成后對(duì)平整度比較高，方案(2)沖壓后的零件不平整，還需要校平，方案(3)合適。

在對(duì)3個(gè)方案的可行性進(jìn)行了分析之后，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度和各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行客觀分析，經(jīng)過(guò)對(duì)這3個(gè)方案的分析比較，采用方案(3)比較合適。

3 凹、凸模的刃口尺寸計(jì)算

在確定零件工藝方案后，需要對(duì)模具的工藝參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算落料的刃口尺寸、孔的刃口尺寸等。

3.1 落料的刃口尺寸計(jì)算

根據(jù)零件的尺寸現(xiàn)狀，選用分別加工法計(jì)算刃口尺寸。查閱資料《沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)》，落料件的尺寸的刃口尺寸計(jì)算：

基本計(jì)算公式是：

查《模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)》得，最小初始雙面間隙Zmin越0.120 mm，最大初始雙面間隙Znax=0.160 mm，凸模制造公差啄B 越0.016 mm，凹模制造公差啄A越0.024 mm。沖裁件的外形制造公差吟為0.1，孔的制造公差吟為0.01，系數(shù)取x = 1。將以上各式代入 啄A+ 啄B臆Zmax- Zmin檢驗(yàn)是否成立，經(jīng)校驗(yàn)，不等式成立。所以可以按上式計(jì)算刃口的尺寸。

3.2 孔的刃口尺寸計(jì)算

沖孔的基本公式為：

代入數(shù)據(jù)計(jì)算，

用這種方法計(jì)算刃口尺寸相對(duì)簡(jiǎn)單方便，使凹、凸模也具備一定的互換性能，它們的制造的周期不會(huì)很長(zhǎng)，可以用于那些大批量生產(chǎn)的零件。分別加工法具有制造的周期短，凹、凸模具有互換性，便于大批量生產(chǎn)[3]。同時(shí)這種方法也具有一些缺點(diǎn)，比如制造的公差小，有些模具的制造成本比較高。

4 排樣選擇

4.1 排樣方式

排樣是指需要開(kāi)料的工件在板料上的布置和開(kāi)切方式。選擇合理的排樣布局方式，是提高材料利用率、降低生產(chǎn)成本和保證工件質(zhì)量的有效措施。選擇合理的排樣方式和適當(dāng)?shù)拇钸呏担翘岣卟牧侠寐?、降低生產(chǎn)成本和保證工件質(zhì)量及模具壽命的有效措施。排樣形式根據(jù)材料的利用情況可分為：有廢料排樣、少?gòu)U料排樣、無(wú)廢料排樣等。

有廢料排樣：主要是按照所要沖裁的零件的外形來(lái)沖裁的，同時(shí)要在沖裁件的四周留有一定的余料，所以這種排料方式會(huì)使材料的利用率不高，但是使用這種方式容易保證零件的尺寸，最后得出的工件精度也是比較高的，也會(huì)增加模具的使用壽命?，F(xiàn)在的實(shí)際生產(chǎn)中大多數(shù)的沖裁件都在采用有廢料排樣。

無(wú)廢料排樣：這種排料方式主要是按照一定線條將所需的沖件從條料中割出來(lái)，其四周是沒(méi)有余料的，所以相對(duì)于有廢料排樣，無(wú)廢料排樣沖出的工件質(zhì)量不高，模具的使用壽命也不長(zhǎng)，但是對(duì)于材料的利用率非常高，還可以在一定條件下提高勞動(dòng)生產(chǎn)率[4]。

少?gòu)U料排樣：介于有廢料排樣與無(wú)廢料排樣之間。

根據(jù)材料的合理使用情況和零件的結(jié)構(gòu)，本次采用有廢料的排樣方式。

4.2 搭邊值確定

在此次的設(shè)計(jì)采用的是有廢料排樣，這就要在條料和沖件之際留有一定的余料，這些余料也可以叫搭邊料。其中搭邊具有以下兩個(gè)方面的作用：一方面，更好地保證沖出來(lái)的工件符合要求，也能對(duì)剪板定位之間產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償；另一方面因?yàn)榱粲杏嗔?，條料的高度可以適當(dāng)?shù)脑黾?，利用條料的送進(jìn)，同時(shí)也利用生產(chǎn)率的提高。

當(dāng)設(shè)計(jì)搭邊值時(shí)要注意其合理性，因?yàn)榇钸厡挾鹊拇笮?huì)最終影響沖裁件的質(zhì)量的高低。當(dāng)搭邊寬度太大的時(shí)候，材料的整體利用率不高；在搭邊寬度太小的時(shí)候，其在強(qiáng)度和剛度方面達(dá)不到要求，這就會(huì)使條料在沖裁時(shí)被拉斷，有時(shí)候更嚴(yán)重的會(huì)使單邊料拉人到模具的間隙當(dāng)中，使沖裁力的分布不均勻，最后損壞模具的刃口。所以，搭邊值的設(shè)計(jì)要合理適當(dāng)，對(duì)于某些數(shù)值可以根據(jù)自己從事模具多年的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定其數(shù)值的大小，對(duì)于比較硬的材料選取的搭邊值可以小一點(diǎn)，當(dāng)沖裁一些軟的材料以及脆的材料時(shí)，搭邊值就可以適當(dāng)?shù)厝〈笠稽c(diǎn)；當(dāng)需要沖裁的工件尺寸較大以及其形狀相對(duì)復(fù)雜的時(shí)候，條料的搭邊值就可以適當(dāng)選大一點(diǎn)；對(duì)于那些厚一點(diǎn)的材料搭邊值就適當(dāng)取大一些；對(duì)于手工送料、安裝有側(cè)壓裝置的搭邊值相對(duì)可以取小一些。其中搭邊值的一些相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以從相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。此次設(shè)計(jì)的搭邊值取2 mm。

在室外拾音必須提前做好錄音設(shè)備檢查，攜帶好錄音器材。當(dāng)遇到過(guò)強(qiáng)聲音時(shí)，為避免錄音機(jī)輸入的過(guò)載，造成失真不能使用。可以使用提前準(zhǔn)備的小型衰減器，控制傳聲器與聲源的距離角度。還要注意有用信號(hào)和噪聲的關(guān)系，為了使錄到的聲音不被周圍的噪聲掩蓋，必須注意傳聲器與有用信號(hào)的距離，設(shè)法減弱無(wú)用噪聲的比例，比如讓傳聲器遠(yuǎn)離噪聲源或者用吸聲材料做適當(dāng)?shù)母袈曁幚淼取Ｗ⒁夥里L(fēng)，加裝防風(fēng)罩或其他方法，減少對(duì)傳聲器的影響。

4.3 條料寬度確定

在確定排樣的方案以及搭邊值后，就要接著確定條料的寬度與導(dǎo)料板之間的距離，其可以分為如下的3 種情況。

（1）有側(cè)壓裝置：當(dāng)模具安裝有側(cè)壓裝置時(shí)，能夠使條料一直緊靠在同一側(cè)的導(dǎo)料板送進(jìn)，所以只要在條料和另一側(cè)的導(dǎo)料板之間留有間隙便可，這時(shí)可以按照下式來(lái)計(jì)算：

導(dǎo)料板之間的距離：A = B + Z= Dmax+ 2a + Z

（2）無(wú)側(cè)壓裝置：當(dāng)模具不具有側(cè)壓裝置時(shí)，要考慮在送料的過(guò)程中因條料發(fā)生擺動(dòng)從而使側(cè)面的搭邊變小的問(wèn)題。所以為了避免側(cè)面的搭邊變小，在條料的現(xiàn)有的寬度上要增加一個(gè)條料余料量，所以可以按下式計(jì)算：

導(dǎo)料板之間的距離：A = B + Z= Dmax+ 2a + 2Z

式中，Dmax是條料寬度方向上沖裁件的最大尺寸；a 是搭邊值；吟是條料寬度的單向（負(fù)向）的偏差；Z 是導(dǎo)料板和最寬條料之間的間隙。

導(dǎo)料板之間的距離：

式中，Dmax是沖裁件在條料寬度方向的最大尺寸；a 是搭邊值；n 是側(cè)刃數(shù)目；b1是側(cè)刃沖切的條料邊的寬度，一般取b1= 1.5 ～ 2.5 mm，料薄的取小值，料厚的取大值；Z 是沖切前條料的寬度和導(dǎo)料板之間的間隙；y 是沖切后條料的寬度和導(dǎo)料板之間的間隙，一般取y = 0.1～0.2 mm。最后由零件的尺寸，取條料的寬度B = 75 mm。

4.4 排樣方案選擇

此次沖裁的材料厚度為2 mm，厚度適中；硬度方面也不高，所以可以取周邊的搭邊值為2 mm，條料的寬度為75 皂皂。同時(shí)零件的形狀結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，精度要求不高。由此可以選擇縱向有廢料的排樣方案。具體的排樣如圖2 所示。

圖2 排樣

5 沖壓力計(jì)算

在模具工藝設(shè)計(jì)時(shí)還要對(duì)模具沖裁力進(jìn)行計(jì)算，從而根據(jù)沖裁力選擇壓力機(jī)。通常所說(shuō)的沖裁力指的是沖裁力的最大值，同時(shí)也是選擇壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具的非常重要的依據(jù)。對(duì)于沖裁力的計(jì)算可用下式計(jì)算：

此零件中的周長(zhǎng)為320 mm，材料厚度2.0 mm，DC01 的抗拉強(qiáng)度為300 MPa。所以該沖裁件的沖裁力為：

此套模具的采用彈性卸料裝置和推件裝置，根據(jù)公式計(jì)算推件力FT和卸料力FX：

零件的總沖壓力：

6 結(jié)語(yǔ)

沖壓件的工藝特點(diǎn)決定了沖壓件的成型難易程度，分析沖壓件的工藝特點(diǎn)，繼而確定合理的沖壓工藝方案，沖壓工藝方案的優(yōu)劣，決定了沖壓件制造技術(shù)的合理性、沖壓件的質(zhì)量和產(chǎn)品成本。汽車左右上固定支架零件采用復(fù)合模沖壓工藝，能夠達(dá)到生產(chǎn)要求、生產(chǎn)批量，從而獲得最大生產(chǎn)效益和企業(yè)收益。