沖裁模典型設(shè)計問題的分析

張慧菊

（廈門工學(xué)院機械與材料學(xué)院機械系，福建 廈門 361000）

沖裁模典型設(shè)計問題的分析

張慧菊

（廈門工學(xué)院機械與材料學(xué)院機械系，福建 廈門 361000）

沖壓模具是將板料加工成零件的專用工具。按照工藝性質(zhì)沖壓模具可分為沖裁模（沖孔模、落料模）、成形模（拉深模、彎曲模、翻邊模等），按照工序組合方式?jīng)_壓模具分為簡單模、復(fù)合模、連續(xù)模。其中沖裁模具應(yīng)用廣泛，設(shè)計具有典型代表性，因此本文以沖裁模為例對其典型設(shè)計問題進行簡要介紹與分析。

沖壓；模具；沖裁模；典型設(shè)計問題

1 沖裁間隙及凸、凹模刃口尺寸的計算要點

沖裁間隙一般是指凸模和凹模刃口橫向尺寸差值的一半，也就是沖裁單面間隙，常用c表示。沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面特征、沖裁件的尺寸精度以及模具壽命影響都很大，因此設(shè)計沖壓模具時必須采用合理的沖裁間隙。合理間隙值一般是個范圍，這個范圍的最大值稱為最大合理間隙cmax，最小值稱為最小合理間隙cmin，考慮到?jīng)_壓模具在使用過程中的磨損會導(dǎo)致沖裁間隙值變大，因此設(shè)計沖裁模具時應(yīng)采用最小合理間隙值cmin，生產(chǎn)上確定合理間隙值的方法一般有理論法和經(jīng)驗法。

凸模和凹模刃口尺寸的計算隨著模具加工方法的不同而不同，本文以凸模和凹模分別加工為例進行介紹其計算要點。首先明確其計算原則：落料件尺寸由凹模尺寸決定，間隙取在凸模上，沖孔時的孔尺寸由凸模尺寸決定，間隙取在凹模上；考慮到磨損，凸凹模間隙取最小合理間隙，落料凹模的基本尺寸取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸，沖孔凸模的基本尺寸取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。沖裁件的尺寸公差應(yīng)按“入體原則”標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)，沖孔件下偏差為零，上偏差為負(fù)。

無論是沖孔工序還是落料工序，采用凸模、凹模分別加工來計算模具的刃口尺寸時，凸模、凹模是分別按照圖紙標(biāo)注的尺寸和公差進行加工制造的，沖裁間隙是由凸模、凹模刃口尺寸和公差來保證，因此必須要求滿足如下公式，否則會超出間隙范圍，影響模具壽命。

設(shè)落料工件的尺寸為D ，根據(jù)計算原則落料時以凹模為設(shè)計基準(zhǔn)，首先確定落料凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸，然后將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到落料凸模尺寸；設(shè)沖孔尺寸為d ，根據(jù)計算原則沖孔時以凸模為設(shè)計基準(zhǔn)，首先確定沖孔凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸，將凸模尺寸加上最小合理間隙值即得到?jīng)_孔凸模尺寸。計算過程及公式如下：

式中：

DT——落料凸模基本尺寸，mm；

DA——落料凹?；境叽?，mm；

dT——沖孔凸?；境叽?，mm；

dA——沖孔凹?；境叽?，mm；

Dmax——落料件孔的最大極限尺寸，mm；

dmin——沖孔件孔的最小極限尺寸，mm；

Δ——制件公差，mm；

cmin——凸模、凹模最小初始雙面間隙，mm；

δT——凸模下偏差，可按IT6選用，mm；

δA——凹模上偏差，可按IT7選用，mm；

X——磨損系數(shù)。其值在0.5～1之間，根據(jù)工件制造精度進行選取。

2 沖裁工藝方案的確定

沖裁工藝方案可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和連續(xù)沖裁，單工序沖裁是壓力機一次沖程中，在模具的一個工位上完成一個工序的工藝方案，復(fù)合沖裁是壓力機一次沖程中，在模具的同一個工位上完成兩道或者兩道以上的工藝方案，連續(xù)沖裁也叫級進沖裁，是指壓力機一次沖程中，將沖裁件的沖壓工序排列成一定的順序，在不同的工位上分別完成工件所要求的工序的工藝方案。

沖裁工序的確定及組合設(shè)計主要受到生產(chǎn)批量、工件尺寸精度等級、工件尺寸、形狀復(fù)雜程度、成本和安全性等方面的影響，不同的要求將采取不同的工序組合與工藝方案，單工序沖裁、復(fù)合沖裁和連續(xù)裁續(xù)模的特點比較如下表1。其次，沖裁順序也有一定的安排原則，比如連續(xù)沖裁一般是先沖孔再落料，沖出的孔可以為后續(xù)工作起到定位的作用，而復(fù)合沖裁一般是先落料再沖孔，有多個孔時，先沖大孔再沖小孔。

表1　單工序沖裁、復(fù)合沖裁和連續(xù)裁續(xù)模的特點比較

3 沖裁模的結(jié)構(gòu)設(shè)計

沖裁凸模有整體式和鑲拼式兩大類。凸模設(shè)計時注意凸模尺寸確定、凸模材料選擇、凸模承載能力和失穩(wěn)彎曲校核等方面的設(shè)計。除此之外，凸模的固定方式也是重中之重，對于比較大的凸模可以用銷釘和螺釘固定，中小型的凸模多用臺肩、吊裝的方式固定，當(dāng)然也可以用澆注粘結(jié)的方法固定特別小的凸模，用快換凸模的方式固定沖小孔導(dǎo)致易損的大型凸模。

沖裁凹模分為直筒式和錐筒式兩大類。直筒式凹模制造方便，刃口強度高，刃口尺寸磨損后工作部分尺寸不變，因此適合尺寸精度要求高的或者形狀特別復(fù)雜的精密沖裁件。錐筒式凹模內(nèi)部不會聚集材料，側(cè)壁磨損小，但是刃口強度小，刃口磨損后刃口徑向尺寸略有增大，會影響沖裁件的尺寸精度，因此沖裁凹模類型的選擇視情況而定。

凹模的外形一般有圓形和矩形兩大類，無論什么形狀凹模的外形尺寸應(yīng)該有足夠的強度、剛度和修磨量。其大小一般由坯料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸決定。

凹模厚度 H=Kb

其中，b為沖裁件的最大外形尺寸，K為板料厚度的影響因素）。

凹模壁厚=（1.5～2）H

凹模的固定一般也是采用螺釘或銷釘，螺釘、銷釘?shù)臄?shù)量、規(guī)格及位置很據(jù)凹模的大小在標(biāo)準(zhǔn)的典型組合中查出。

在卸料的零件設(shè)計中，卸料零件的目的是將沖裁后卡在凸?；蛘咄拱寄Ｉ系臎_裁件或廢料卸掉，保證沖裁的持續(xù)進行，常用的卸料方式有剛性卸料和彈性卸料。剛性卸料采用的是固定卸料板結(jié)構(gòu)，常用于材料硬度較高，尺寸較厚且尺寸精度要求不是很高的沖裁件的卸料，而彈性卸料板有卸料和壓料的雙重作用，主要用于沖裁料厚1.5 mm以下的板料，沖裁件的表面平整度較高。

除此之外，模架、導(dǎo)向零件、擋料零件的設(shè)計也非常重要，模架是一套模具中的骨架，一般由上下模座和導(dǎo)向零件組成，其設(shè)計也是非常重要的，導(dǎo)向零件有滑動式和滾動式導(dǎo)柱導(dǎo)套之分，一般而言模架的選用可以根據(jù)凹模周界尺寸從標(biāo)準(zhǔn)手冊中選取。

4 小結(jié)

沖裁是利用沖裁模使板料沿著一定的輪廓線產(chǎn)生分離的一種沖壓工序，可分為普通沖裁和精密沖裁，通常所說的沖裁也就是本文中指的沖裁是普通沖裁，主要包括落料、沖孔、切口、修編、剖切等基本工序，對應(yīng)的模具是沖裁模，沖裁模的設(shè)計在板料沖壓模具的設(shè)計中具有典型的代表性，對其進行分析與研究有著非常重要的實踐意義。

（P-01）

Analysis of typical blanking die design issue

TG385.2

1009-797X（2016）10-0060-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.023

張慧菊（1987-），女，碩士研究生，畢業(yè)于東北大學(xué)，研究方向為材料加工工程、模具設(shè)計、車輛工程。

2016-04-05