浅析冲压模具设计中侧向力的产生及对策

2020-11-04石存秀

湖北工业职业技术学院学报 2020年4期

危淼,赵寒，石存秀

(湖北工业职业技术学院机电工程学院；湖北十堰 442000)

目前，得益于汽车行业的稳步发展，冲压模具行业也迎来了良好的发展环境。在冲压模具设计中，不仅要考虑模具的结构设计，还应该特别注意平衡模具内部的侧向力。设计者如果不考虑侧向力的平衡，虽然模具在短期内使用不会有太大的影响，然而随着时间的增加，侧向力会长时间地施加在模具的工作部分及导向部分，导致模具精度下降，甚至报废。一些侧向力大的模具(如翻边模，侧翻边模等)如果不加以反侧，长时间使用甚至会对压机的精度造成影响。

1产生侧向力的几种主要原因

1.1 零件的特殊外形造成模具受力不平衡

在某些冲压零件中，因其外形高低起伏，造成了某一些面的受力无法与其他的面相互抵消，这样就在模具的某一个方向形成了受力不平衡现象。

如图1所示，在该零件的成形工序中，因为该零件仅有此处一个凸起，没有别的地方与之平衡，由此在冲压中产生了侧向力。同理，由于零件的前后方向的起伏不均匀，或者零件大面积向某一个方面倾斜都有可能产生侧向力，设计者应当仔细分析。

图1 某梁类件的局部

1.2 零件的冲压工艺造成受力不平衡

一般来说，模具工艺设计人员在布置冲压工序时，应当考虑工作内容组合的合理性。尽量使工作区域受力平衡。然而由于零件的特殊外观、左右件不一致、模具结构设计的合理性要求甚至生产成本等各种因素的影响，经常会出现工作内容组合区域的受力不均匀现象。

图2所示为一个小五金件的折弯工序图，这样的小件虽然工序简单，但是因为只有单边折弯，在模具冲压的过程中就一定会产生单边侧向力。设计者必须考虑设置反侧装置来平衡这样的侧向力。

图2 某小件的单边折弯

如图3，为某汽车覆盖件的左右件工序图。左右件一模成形，工艺零件仅在模具后侧(双点划线方框处)有翻边工序，而在模具前侧却没有与之相平衡的翻边工序。由此在冲压过程中产生了侧向力。即便是在模具前侧也有翻边工序，如果前后侧翻边力的大小不一致，也同样会产生侧向力。

图3 某汽车覆盖件的左右件翻边工序图

1.3斜楔、吊楔产生的侧向力

斜楔、吊楔是一种改变冲压方向的机构，通常用于将垂直冲压方向改为水平或者倾斜冲压方向。在某些零件的工序安排中，垂直冲压无法满足要求，模具工艺人员经常会安排使用斜楔或者吊楔机构来改变冲压方向。由于这种机构的滑块与驱动块在倾斜角度上接触并受力，由此在冲压过程中产生侧向力。

图4 某吊楔机构PUCMSC80

在设计斜楔或者吊楔的反侧机构的时候，不仅要考虑到吊楔本体的侧向力，还需要考虑到侧修镶块在冲压过程中的侧向受力不平衡，在冲压中再一次产生了侧向力。

除了上面所述的三点原因以外，还有很多其他方面的原因产生的侧向力。无论是哪一种方式产生了侧向力，都必须要考虑设计反侧装置来进行侧向力的平衡，以提高模具的工作精度及使用寿命。

2模具反侧装置的设计

2.1 对模具工作镶块进行直接反侧

如图2，某五金件的单边折弯成形模具，在设计过程中，可以直接对成形凸模进行反侧设计，使其受力均衡。如图6，弯曲凸模在下压过程中，直接使用反侧块对其进行反侧，产生的翻边力与反侧力在环形安装座上前后抵消。这也是目前模具行业小模具反侧的常用的设计方法之一。

图5 吊楔反侧示意图

图6 小型件模具的翻边反侧结构示意图

在图5吊楔反侧示意图中，侧修镶块由于只单边受力，则必然受到侧向力的影响。为保证镶块的冲压间隙正常，可按图7所示设置反侧装置。

图7 吊楔镶块的反侧结构

按图7在设置反侧装置时，还必须考虑到反侧导板的安装位置、反侧导板的安装台阶、反侧台阶的高度又受限于侧修镶块的材质等等因素，设计者必须综合考虑。

2.2 在模具本体上进行反侧

在某些模具的设计中，经常无法单独对工作部分或者工作镶块进行反侧，那么就可以在模具本体上进行反侧。

图1中，因为中间的特殊造型，导致了模具工作部分很难进行单独反侧。在设计中可以考虑将反侧装置安装在模具本体的中间部位进行反侧。如图8所示。

图8 在模具本体设置反侧装置

在设计此类反侧装置时，设计者要注意受力方向对模具的影响，然后再考虑反侧方向的设计。在上图中，因为受力方向会给下模施加向右的力，所以上模的反侧面应当阻止下模向右的力。如果方向设置反了，就失去反侧效果了。

2.3在模具端头上进行反侧

在设计过程中，如果模具空间紧凑，无法在模具本体的中间部位进行反侧设计，则可以考虑将反侧装置安装在模具的端头上。这样既可以有足够的空间进行设计，又可以方便观察反侧导滑面的间隙情况。

举例如下。如图9所示，由于两边吊楔的作用，使得模具的左右两侧的力相互抵消。然而模具前后方向的侧向力却无法抵消，由此产生了前后向的侧向力。模具中间部位空间紧张，无法布置反侧装置，所以设计者将模具反侧装置安排在了模具的端头部位。设计者要考虑到反侧装置的设计的方向性和反侧导板的安装。图中因为反侧导板距离底板高度不够，无法使用钻床及手电钻进行螺钉孔的钻孔，所以设计者将反侧导板放置在了固定座上，以便于安装。这在反侧装置的设计中是必须考虑到的。