精沖工藝與模具設(shè)計(jì)

李雅倩 王斌修

（青島理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心，山東 青島266033）

1 沖壓件的工藝性分析

沖壓件形狀及尺寸如圖1所示，尺寸精度要求較高，且要求沖切面光潔。由工件圖可見(jiàn)φ4 mm的孔和圓角R2 mm等處的結(jié)構(gòu)工藝性較差，故采用精沖模加工。查表可得10號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度σb=400 MPa，圓角R2 mm沖制難度等級(jí)在S1區(qū)，圓孔φ4 mm沖制難度等級(jí)在S2區(qū)，故零件的總的難度等級(jí)在S2區(qū)。S2區(qū)在精沖難度等級(jí)中屬中等，適于精沖材料的抗拉強(qiáng)度σb≤530 MPa［1］。由以上各項(xiàng)分析可知，該零件符合精沖件結(jié)構(gòu)工藝性要求，可用精沖工藝進(jìn)行加工。

2 精沖壓力計(jì)算

根據(jù)精密沖裁的變形機(jī)理，實(shí)現(xiàn)精密沖裁需提供3種力的作用，即：使材料分離的剪切力，實(shí)現(xiàn)壓料的壓邊力，反頂工件的反頂力。這三種力一般不是同時(shí)產(chǎn)生的，而是通過(guò)壓力機(jī)的協(xié)調(diào)動(dòng)作，按先后動(dòng)作順序交替產(chǎn)生的。

該零件厚度為4 mm，即精密沖壓凸模進(jìn)入凹模的行程最大為4 mm，對(duì)于彈簧來(lái)講壓縮力變化比較大，卸料力和推件力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)由液壓元件控制產(chǎn)生，因此在模具設(shè)計(jì)中使用液壓元件代替精沖設(shè)備中的壓邊力和頂件力，實(shí)現(xiàn)無(wú)專用精密沖壓設(shè)備的精密沖壓。

精沖總壓力是完成制件精沖所需的總壓力，是選用壓力機(jī)的主要因素之一，也是考慮精沖模具強(qiáng)度的重要依據(jù)，根據(jù)文獻(xiàn)［1］所推導(dǎo)的公式，零件的精沖壓力計(jì)算如下：

沖裁力

齒圈壓邊力：

P壓=0.4P沖=175853 N

反向壓力：

P反=0.2P沖=87926 N

卸料力：

P卸= （0.1～0.15）P沖

推件力：

P推= （0.1～0.15）P沖

因卸料力和推件力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制產(chǎn)生，故必須由壓力機(jī)提供的力為：

由上述計(jì)算可以知道，所需設(shè)備的公稱壓力P公稱= （1.2～1.3）P≥843.6 k N。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 模具結(jié)構(gòu)

這是一套精沖模（如圖2），它的特別之處在于可以在改裝了的普通壓力機(jī)上進(jìn)行工作，而不影響其加工精度。

壓力機(jī)的工作臺(tái)下裝有液壓缸44，液壓缸內(nèi)的下活塞41通過(guò)墊板40、三個(gè)托桿38對(duì)中模座35作用，又通過(guò)三個(gè)托桿37、托板2對(duì)頂件塊6、31作用，用來(lái)傳遞齒圈壓力和頂料壓力。這樣一來(lái)壓力的大小，壓力產(chǎn)生作用的時(shí)間都會(huì)很好地控制。

凸凹模4通過(guò)支座34緊固在下模座39上，下模座39上固定了4個(gè)小導(dǎo)柱1，中模座35通過(guò)4個(gè)小導(dǎo)套3沿小導(dǎo)柱1上下滑動(dòng)。小導(dǎo)柱，導(dǎo)套可以保證中模座和下模座的相對(duì)位置，保證中模座在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，支座34和凸凹模4不會(huì)干涉。中模座35與支座34間裝有一個(gè)導(dǎo)向圈36，以保證齒圈32與凸凹模4的配合準(zhǔn)確。為了固定齒圈32，在中模座35上緊固了一下定位圈33，由定位板5對(duì)其定位。中模座與上模座26的相對(duì)運(yùn)動(dòng)則通過(guò)滾珠導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向，這種導(dǎo)向裝置屬于無(wú)間隙配合，確保中模座和上模座的相對(duì)位置，保證零件的加工精度。

凹模25緊固在上模座26上，以定位板8來(lái)定位，保證凹模的周向位置。沖孔凸模23和24由固定板10、墊板15通過(guò)螺釘與凹模形成一體，保證他們之間的相對(duì)位置，同時(shí)這種可拆卸的結(jié)構(gòu)又有利于更換磨損件。另外在墊板上裝有一活塞芯子20，用來(lái)傳遞主要的沖孔力。

上模座內(nèi)裝有一液壓缸22，高壓油通過(guò)軟管從上模圓孔處引入，上活塞21通過(guò)推桿11對(duì)推件塊9作用，用來(lái)傳遞推件力。

3.2 模具特點(diǎn)

（1）生產(chǎn)時(shí)不用專門購(gòu)買精沖用的設(shè)備，直接在改裝過(guò)的普通壓力機(jī)上沖裁成型，減少生產(chǎn)開(kāi)支。

（2）凹模和齒圈沒(méi)有直接固定在上下模座上，而是通過(guò)定位圈來(lái)定位，這樣方便凹模、齒圈等零件的拆卸更換。

（3）通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)控制卸料，推件裝置，安全、可靠、易于控制。液壓系統(tǒng)很容易改變行程長(zhǎng)度和加壓速度，在任何位置都能產(chǎn)生所需的公稱壓力，還可以保持一定的壓力，完全沒(méi)有錘擊作用，這些優(yōu)點(diǎn)保證了沖壓件的精度。

（4）導(dǎo)向裝置采用滾珠導(dǎo)柱、導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，這種導(dǎo)向裝置無(wú)間隙、精度高、壽命較長(zhǎng)，保證了該模具的沖裁質(zhì)量。

（5）液壓系統(tǒng)使用Y型密封圈，使得液壓?jiǎn)畏较蛱幱诠ぷ鳡顟B(tài)，摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。另外，為了防止密封圈翻轉(zhuǎn)采用了支撐環(huán)（見(jiàn)圖2），支撐環(huán)還能防止Y型密封圈在安裝槽內(nèi)的各種錯(cuò)位。

3.3 模具的工作過(guò)程

沖裁開(kāi)始時(shí)，齒圈32與凹模25對(duì)板料施壓，固定板料的位置，使其不左右移動(dòng)，同時(shí)上液壓缸通過(guò)活塞芯子20、沖孔凸模對(duì)板料施壓，推件塊9也把上液壓缸通過(guò)推桿11傳遞過(guò)來(lái)的力施加給板料，使板料變形區(qū)處于很大的三向壓應(yīng)力狀態(tài)。上模繼續(xù)下行，在三項(xiàng)壓應(yīng)力作用下，將板料整個(gè)料厚沖入凹模內(nèi)，而把內(nèi)形廢料沖入凸凹模內(nèi)，沖裁過(guò)程結(jié)束。沖裁過(guò)程中，當(dāng)上、下液壓缸內(nèi)的油壓超過(guò)預(yù)定的壓力后，油各自從溢流閥流回油箱，以保證預(yù)定的壓料力和頂件力。沖裁完畢后，上?；厣?，齒圈32和頂件塊6、31把廢料從凸凹模上頂出，而推件塊9也把零件從凹模內(nèi)推出。這個(gè)過(guò)程中為了不使推件塊與頂件塊同時(shí)作用，避免零件壓入廢料內(nèi)，在上液壓缸的油路上安裝了一個(gè)單向節(jié)流閥（圖3），便于調(diào)節(jié)上液壓缸的流速，使得頂件力先于推件力，避免零件被壓入凹模，而劃傷已成型零件的切割面。

4 結(jié)語(yǔ)

該模具結(jié)構(gòu)合理，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，操作方便安全，生產(chǎn)效率高；模具的新穎之處在于采用液壓系統(tǒng)來(lái)卸料，安全、可靠、易于控制，工作效率高，成型零件精度高。對(duì)此類平板類零件的精密沖裁模具設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

［1］模具實(shí)用技術(shù)叢書(shū)編委會(huì).沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］楊玉英.實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.