沖裁模中斜刃及階梯凸模的應(yīng)用

馬惠鋼

（常熟中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 常熟 215500）

沖裁模中斜刃及階梯凸模的應(yīng)用

Applications of inclined blade and stepped convex mold in stamping die

馬惠鋼

（常熟中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 常熟 215500）

彈性變形階段、塑性變形階段還有斷裂階段是沖裁過(guò)程經(jīng)歷的三個(gè)階段。在沖裁模的設(shè)計(jì)中，沖裁力是一個(gè)非常重要的依據(jù)。在沖裁模中階梯凸模、斜刃凸模可重新分配沖裁力，不僅能減少對(duì)沖壓設(shè)備的要求，還能有效避免沖裁中心偏離的問(wèn)題，使得沖片能一次性地連續(xù)完成。所以說(shuō)，斜刃及階梯凸模在沖裁模中有著廣泛的應(yīng)用，是提升沖裁效率、精度的關(guān)鍵。

沖裁力；斜刃；階梯；沖裁模

沖裁設(shè)備的沖壓力是額定的，當(dāng)額定的沖壓力無(wú)法滿足工件加工需要時(shí)，需綜合運(yùn)用臺(tái)階刃、平刃、斜刃等方式設(shè)計(jì)冷沖模，通過(guò)重新分配沖裁力，使沖裁設(shè)備能繼續(xù)使用，避免工件只能在較高沖壓力設(shè)備上加工的局限，提升生產(chǎn)效率［1-2］。本文首先對(duì)沖裁力進(jìn)行了分析，接著以某臺(tái)沖壓機(jī)為例來(lái)論述斜刃及階梯凸模在沖裁模中的應(yīng)用，并介紹了確定凸凹模刃口尺寸應(yīng)遵循的原則，最后對(duì)本文設(shè)計(jì)的模具在產(chǎn)生中應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，最終證明該模具使用方便、精度易控制、對(duì)沖壓機(jī)要求低，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 沖裁力的分析

圖1 磁軛沖片簡(jiǎn)圖

圖1 為某發(fā)電機(jī)磁軛沖片的簡(jiǎn)圖，由圖1中可知，沖裁的輪廓線長(zhǎng)，沖片的輪廓線型復(fù)雜。若選擇設(shè)計(jì)成平刃方式，則沖裁力P=561.61 t。561.61 t遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)15 t沖壓機(jī)的承受力，此時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)新的模具以減低沖壓力。重新設(shè)計(jì)的沖模采用復(fù)式，采用臺(tái)階刃、平刃、斜刃相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)上模部，采用平刃方式設(shè)計(jì)下模。刃口的高低次序和布置方式根據(jù)沖片沖裁力分布情況來(lái)確定，以確?？砂?個(gè)階段來(lái)進(jìn)行沖片的沖裁。

2 沖片的三個(gè)沖裁階段

2.1 第一階段

沖裁行程從0～3 min為第一階段，包括沖裁沖片的下部分以及上邊一部分的圓弧。

由圖2中1可知，沖片沖裁力大部分集中在沖片的上半部分，該分部輪廓線復(fù)雜，采取傾斜一個(gè)角度來(lái)設(shè)計(jì)沖模的該部分刃口，以達(dá)到降低沖裁力的作用。

圖2 刃口設(shè)計(jì)

有以下計(jì)算公式［3-4］：P=Ltσb≈1.3 Ltτ

式中：P為沖裁力（t）；t 為材料厚度（mm）；L為沖裁周邊長(zhǎng)度（mm）；σb為抗拉強(qiáng)度極限（N/ mm2）；τ為材料抗剪強(qiáng)度（N/mm2） 。

由圖2可知，斜度ψ=1°。

已知：τ=53 kg·f/mm；H=4.2＞t=3則有以下公式：

P上沖=1.3tτ［a+b（0.5t/H）］

式中，a所表示的是沖片上半部分刃口周長(zhǎng)，其數(shù)值大小為481.9 mm，b所表示的是沖片上半部分刃口周長(zhǎng)，其數(shù)值大小為717.98 mm。

把上面所得到的數(shù)值帶入有下面的公式進(jìn)行計(jì)算，那么就可以得到：

P上沖=1.3×3×53×［481.9+717.98×（0.5×3/4.2）］

=152.61 t下半部分圓弧的計(jì)算，我們采用平刃公式來(lái)展開(kāi)。現(xiàn)在我們已經(jīng)知道：L所表示的是圓弧刃口周長(zhǎng)，其數(shù)值大小為474.99 mm

其計(jì)算公式為：

P上沖=1.3Ltτ=1.3×474.99×3×53=98.19 t

帶入已知數(shù)據(jù)，有以下運(yùn)算：

P=52.61+98.19=250.8 t

2.2 第二沖裁階段

沖裁行程從3～4.5 mm為第二階段，包括切斷廢料以及沖裁沖片上部分的余下部分。

已知L=78.25 mm，那么如果要能夠切斷廢料，沖裁力必須要達(dá)到以下數(shù)值：

P=1.3Ltτ=1.3×78.25×3×53=16.17 t

2.3 第三沖裁階段

沖裁行程從4.5～7.5 mm為第三沖裁階段，孔是沖裁部分。2-#20.298 mm孔及6-Φ36.32 mm孔所需沖裁力：

P=1.3πdtτ（1+nk推）

式中：k推=0.045；n=10/3

帶入已知數(shù)據(jù)，有以下運(yùn)算公式：

P=6×1.3×3.14×36.32×3×53×（1+10/3×0.0 45）+2×1.3×3.14×20.298×3×53×（1+10/3×0.045）=193.09 t

經(jīng)過(guò)以上計(jì)算，我們知道第一階段所需沖裁力最大，為250.8 t，而第二個(gè)極端所需要的沖裁力則要遠(yuǎn)小于第一階段，為16.17 t，在這種情況下，只要315 t沖壓機(jī)能滿足第一階段的沖裁需要，那么就能滿足第二、三階段沖裁所需，由此可見(jiàn)，就算是我們同時(shí)考慮卸料力，315 t 沖壓機(jī)也能滿足需要。綜合運(yùn)用平刃、臺(tái)階刃、斜刃方式設(shè)計(jì)沖裁模，不僅可以使沖裁力的分配更為合理，降低對(duì)沖裁設(shè)備的要求，還能有效避免沖裁中心偏離的問(wèn)題，使得沖片能一次性地連續(xù)完成。經(jīng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用階梯凸模、斜刃凸模設(shè)計(jì)沖裁模達(dá)到了預(yù)期的效果，不必更換沖壓設(shè)備就能完成較高的沖裁需要，具有較高的應(yīng)有價(jià)值。值得注意的是，我們?cè)诖_定凸凹模刃口尺寸的時(shí)候，需要遵循以下原則。

首先，我們?cè)谠O(shè)計(jì)落模料的時(shí)候，第一步要先對(duì)凹模刃口尺寸進(jìn)行確定，并以此為依據(jù)，間隙取在凸模上，這也就是說(shuō)，通過(guò)減小凸模刃口尺寸來(lái)取得沖裁間隙。在設(shè)計(jì)沖孔模的過(guò)程中，要先對(duì)凸模刃口尺寸進(jìn)行確定，然后再以此為依據(jù)，間隙取在凹模上，這也就是說(shuō)通過(guò)增大凹模刃口尺寸來(lái)取得沖裁間隙［5］。

其次，要了解沖模在使用過(guò)程中的磨損規(guī)律，這樣我們?cè)趯?duì)落料模進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，就會(huì)以接近或等于工件最小極限尺寸來(lái)作為凹模的基本尺寸。另外，在設(shè)計(jì)沖孔模的時(shí)候，應(yīng)該將接近或等于沖孔的最大極限尺寸作為凸模的基本尺寸。只有符合這樣的設(shè)計(jì)規(guī)則，才能使凸、凹模在遭受到一定時(shí)間的磨損之后，仍然能夠沖出合格的零件［6］。

再次，在沖裁模的設(shè)計(jì)中，無(wú)論是落料或者是沖孔，都應(yīng)該以最小的合理間隙值為依據(jù)來(lái)確定新制模具其沖裁間隙；然后，在確定模具刃口尺寸的制造公差的時(shí)候，一定要充分考慮模具精度和沖件精度這兩者時(shí)間的聯(lián)系。

最后，從原則上來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)中沖件與沖模刃口尺寸的制造偏差都應(yīng)該被看做是單向偏差。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的模具從2014年9月投入生產(chǎn)，盡管中間因精度降低停用1 d，當(dāng)經(jīng)相關(guān)的技術(shù)人員調(diào)試后又再次投入使用，總體而言具有維修簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度易控制等。

在使用該模具之前，甲企業(yè)只有4 臺(tái)壓力機(jī)能滿足沖裁加工需要，這使得一臺(tái)壓力機(jī)需要頻繁更換、調(diào)試模具，以能完成多道加工工序，確保一定的成品產(chǎn)出率。使用該模具后，甲企業(yè)原不滿足沖裁加工需要的17臺(tái)沖壓機(jī)也可以參與到生產(chǎn)中，一道工序由多臺(tái)沖壓機(jī)負(fù)責(zé)，避免頻繁更換模具影響加工精度，避免一臺(tái)沖壓機(jī)負(fù)責(zé)多道工序影響生產(chǎn)效率。截止到2015年5月31日，該模具共完成20 萬(wàn)件工件的沖裁加工，很好地完成了甲企業(yè)的生產(chǎn)需要。

［1］ 戴和民. 斜刃、階梯凸模在沖裁模中的應(yīng)用［J］. 模具制造，2007，7（8）：21～22.

［2］ 翟德梅，段維峰. 基于斜刃浮動(dòng)凹模、階梯快換凸模的車(chē)架復(fù)合沖裁模研究［J］. 制造技術(shù)與機(jī)床，2006，（8）：28～31.

［3］ 郭釗. 基于DEFORM的圓管多異形孔沖裁模具設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)優(yōu)化［D］. 西安理工大學(xué)，2014.

［4］ 楊占堯，曹秋霞，王學(xué)讓等. 降低沖壓力的方法與措施［J］. 模具工業(yè)，2000，（9）：32～34.

［5］ 翟德梅，李鐵明. 機(jī)架復(fù)合沖裁模具的研制［J］. 電加工與模具，2004，（6）：26～29.

［6］ 徐霞，李全忠，張華兵等. 斜刃沖裁技術(shù)在沖壓模具中的應(yīng)用［J］. 金屬加工（冷加工），2008，（4）：47～49.

TG385

1009-797X （2015） 16-0061-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.018

馬惠鋼（1972-），男，中級(jí)講師，模具專業(yè)教學(xué)。

2015-06-16