淺析沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)向力的產(chǎn)生及對(duì)策

危 淼,趙 寒，石存秀

(湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院；湖北 十堰 442000)

目前，得益于汽車行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，沖壓模具行業(yè)也迎來(lái)了良好的發(fā)展環(huán)境。在沖壓模具設(shè)計(jì)中，不僅要考慮模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還應(yīng)該特別注意平衡模具內(nèi)部的側(cè)向力。設(shè)計(jì)者如果不考慮側(cè)向力的平衡，雖然模具在短期內(nèi)使用不會(huì)有太大的影響，然而隨著時(shí)間的增加，側(cè)向力會(huì)長(zhǎng)時(shí)間地施加在模具的工作部分及導(dǎo)向部分，導(dǎo)致模具精度下降，甚至報(bào)廢。一些側(cè)向力大的模具(如翻邊模，側(cè)翻邊模等)如果不加以反側(cè)，長(zhǎng)時(shí)間使用甚至?xí)?duì)壓機(jī)的精度造成影響。

1產(chǎn)生側(cè)向力的幾種主要原因

1.1 零件的特殊外形造成模具受力不平衡

在某些沖壓零件中，因其外形高低起伏，造成了某一些面的受力無(wú)法與其他的面相互抵消，這樣就在模具的某一個(gè)方向形成了受力不平衡現(xiàn)象。

如圖1所示，在該零件的成形工序中，因?yàn)樵摿慵H有此處一個(gè)凸起，沒(méi)有別的地方與之平衡，由此在沖壓中產(chǎn)生了側(cè)向力。同理，由于零件的前后方向的起伏不均勻，或者零件大面積向某一個(gè)方面傾斜都有可能產(chǎn)生側(cè)向力，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析。

圖1 某梁類件的局部

1.2 零件的沖壓工藝造成受力不平衡

一般來(lái)說(shuō)，模具工藝設(shè)計(jì)人員在布置沖壓工序時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮工作內(nèi)容組合的合理性。盡量使工作區(qū)域受力平衡。然而由于零件的特殊外觀、左右件不一致、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性要求甚至生產(chǎn)成本等各種因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工作內(nèi)容組合區(qū)域的受力不均勻現(xiàn)象。

圖2所示為一個(gè)小五金件的折彎工序圖，這樣的小件雖然工序簡(jiǎn)單，但是因?yàn)橹挥袉芜呎蹚?，在模具沖壓的過(guò)程中就一定會(huì)產(chǎn)生單邊側(cè)向力。設(shè)計(jì)者必須考慮設(shè)置反側(cè)裝置來(lái)平衡這樣的側(cè)向力。

圖2 某小件的單邊折彎

如圖3，為某汽車覆蓋件的左右件工序圖。左右件一模成形，工藝零件僅在模具后側(cè)(雙點(diǎn)劃線方框處)有翻邊工序，而在模具前側(cè)卻沒(méi)有與之相平衡的翻邊工序。由此在沖壓過(guò)程中產(chǎn)生了側(cè)向力。即便是在模具前側(cè)也有翻邊工序，如果前后側(cè)翻邊力的大小不一致，也同樣會(huì)產(chǎn)生側(cè)向力。

圖3 某汽車覆蓋件的左右件翻邊工序圖

1.3斜楔、吊楔產(chǎn)生的側(cè)向力

斜楔、吊楔是一種改變沖壓方向的機(jī)構(gòu)，通常用于將垂直沖壓方向改為水平或者傾斜沖壓方向。在某些零件的工序安排中，垂直沖壓無(wú)法滿足要求，模具工藝人員經(jīng)常會(huì)安排使用斜楔或者吊楔機(jī)構(gòu)來(lái)改變沖壓方向。由于這種機(jī)構(gòu)的滑塊與驅(qū)動(dòng)塊在傾斜角度上接觸并受力，由此在沖壓過(guò)程中產(chǎn)生側(cè)向力。

圖4 某吊楔機(jī)構(gòu)PUCMSC80

在設(shè)計(jì)斜楔或者吊楔的反側(cè)機(jī)構(gòu)的時(shí)候，不僅要考慮到吊楔本體的側(cè)向力，還需要考慮到側(cè)修鑲塊在沖壓過(guò)程中的側(cè)向受力不平衡，在沖壓中再一次產(chǎn)生了側(cè)向力。

除了上面所述的三點(diǎn)原因以外，還有很多其他方面的原因產(chǎn)生的側(cè)向力。無(wú)論是哪一種方式產(chǎn)生了側(cè)向力，都必須要考慮設(shè)計(jì)反側(cè)裝置來(lái)進(jìn)行側(cè)向力的平衡，以提高模具的工作精度及使用壽命。

2模具反側(cè)裝置的設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)模具工作鑲塊進(jìn)行直接反側(cè)

如圖2，某五金件的單邊折彎成形模具，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以直接對(duì)成形凸模進(jìn)行反側(cè)設(shè)計(jì)，使其受力均衡。如圖6，彎曲凸模在下壓過(guò)程中，直接使用反側(cè)塊對(duì)其進(jìn)行反側(cè)，產(chǎn)生的翻邊力與反側(cè)力在環(huán)形安裝座上前后抵消。這也是目前模具行業(yè)小模具反側(cè)的常用的設(shè)計(jì)方法之一。

圖5 吊楔反側(cè)示意圖

圖6 小型件模具的翻邊反側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖

在圖5吊楔反側(cè)示意圖中，側(cè)修鑲塊由于只單邊受力，則必然受到側(cè)向力的影響。為保證鑲塊的沖壓間隙正常，可按圖7所示設(shè)置反側(cè)裝置。

圖7 吊楔鑲塊的反側(cè)結(jié)構(gòu)

按圖7在設(shè)置反側(cè)裝置時(shí)，還必須考慮到反側(cè)導(dǎo)板的安裝位置、反側(cè)導(dǎo)板的安裝臺(tái)階、反側(cè)臺(tái)階的高度又受限于側(cè)修鑲塊的材質(zhì)等等因素，設(shè)計(jì)者必須綜合考慮。

2.2 在模具本體上進(jìn)行反側(cè)

在某些模具的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常無(wú)法單獨(dú)對(duì)工作部分或者工作鑲塊進(jìn)行反側(cè)，那么就可以在模具本體上進(jìn)行反側(cè)。

圖1中，因?yàn)橹虚g的特殊造型，導(dǎo)致了模具工作部分很難進(jìn)行單獨(dú)反側(cè)。在設(shè)計(jì)中可以考慮將反側(cè)裝置安裝在模具本體的中間部位進(jìn)行反側(cè)。如圖8所示。

圖8 在模具本體設(shè)置反側(cè)裝置

在設(shè)計(jì)此類反側(cè)裝置時(shí)，設(shè)計(jì)者要注意受力方向?qū)δ＞叩挠绊懀缓笤倏紤]反側(cè)方向的設(shè)計(jì)。在上圖中，因?yàn)槭芰Ψ较驎?huì)給下模施加向右的力，所以上模的反側(cè)面應(yīng)當(dāng)阻止下模向右的力。如果方向設(shè)置反了，就失去反側(cè)效果了。

2.3在模具端頭上進(jìn)行反側(cè)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果模具空間緊湊，無(wú)法在模具本體的中間部位進(jìn)行反側(cè)設(shè)計(jì)，則可以考慮將反側(cè)裝置安裝在模具的端頭上。這樣既可以有足夠的空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，又可以方便觀察反側(cè)導(dǎo)滑面的間隙情況。

舉例如下。如圖9所示，由于兩邊吊楔的作用，使得模具的左右兩側(cè)的力相互抵消。然而模具前后方向的側(cè)向力卻無(wú)法抵消，由此產(chǎn)生了前后向的側(cè)向力。模具中間部位空間緊張，無(wú)法布置反側(cè)裝置，所以設(shè)計(jì)者將模具反側(cè)裝置安排在了模具的端頭部位。設(shè)計(jì)者要考慮到反側(cè)裝置的設(shè)計(jì)的方向性和反側(cè)導(dǎo)板的安裝。圖中因?yàn)榉磦?cè)導(dǎo)板距離底板高度不夠，無(wú)法使用鉆床及手電鉆進(jìn)行螺釘孔的鉆孔，所以設(shè)計(jì)者將反側(cè)導(dǎo)板放置在了固定座上，以便于安裝。這在反側(cè)裝置的設(shè)計(jì)中是必須考慮到的。

圖9 在模具端頭設(shè)置反側(cè)裝置

3結(jié)束語(yǔ)

模具設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到模具的生產(chǎn)質(zhì)量。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中必須考慮到模具力的平衡，才能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更合理的模具圖紙。筆者結(jié)合實(shí)際工作，列舉了幾種模具側(cè)向力產(chǎn)生的原因及對(duì)策，為大家的設(shè)計(jì)工作提供參考。