垫圈落料、冲孔复合模设计

2012-08-22黄小龙

科技视界 2012年3期

关键词：凸凹落料刃口

黄小龙

(衡阳技师学院湖南衡阳 421101)

原始资料：

冲压模具零件图及要求如图1所示。

图1 垫圈

1 冲孔模具工艺分析

图1所示的垫圈属对称的圆形件，外形尺寸为¢42，内孔尺寸为¢13，形状简单、对称；图中尺寸全为未注公差尺寸，按IT14级选取，产品精度要求不高；材料为10钢，冲裁良好。经分析，该产品具有良好的冲裁工艺性。

2 工艺方案的确定

冲裁该垫圈具有以下几种方案：

方案一：落料→冲孔，采用单工序模生产。

方案二：落料冲孔一次成形，采用复合模生产。

方案三：冲孔→落料，采用连续模生产。

方案一，模具结构简单，但须两付模具，两道工序生产，生产效率低，因定位的影响，产品精度不高。

方案二，模具结构较为复杂，但只需一付模具，一道工序生产，生产效率高，产品质量全由模具保证，产品精度高，质量好。

方案三，模具结构复杂，虽然也是一付模具一道工序生产，但产品质量因定位误差的影响不高，模具维修和制作困难。

经分析和结合生产实际，决定采用方案二，用复合模生产。

3 模具结构设计

根据零件的结构特点和技术要求，采用倒装复合模结构。条料的送进方向和步距由导料销和挡料销控制，采用弹性卸料，上打料，废料直接从模具漏出的卸料方式，为操作方便，采用后侧导向标准模架，用导柱、导套导向。落料凹模直接用螺钉和销钉固定在模板上，冲孔凸模和凸凹模采用固定板固定。

4 工艺计算

4.1 排样方案确定

冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法，称为排样。

该工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排排样设计，采用手工送料，采用导料销导料、挡料销挡料。由［8］查得工件侧搭边a1=1.5mm，工件间搭边a=1.2mm。

图2 排样图

条料的宽度B：B=42+2a1=45mm,条料的步距 S：S=42+a=43.2mm

一个步距内的材料利用率由［1］查得：

排样图如图2所示。

4.2 冲压力计算

①落料力的计算

查［8］可得落料力 F落：F落=1.3Ltτ

L—工件外轮廓周长； L=πD=3.14×42≈132mm；t—材料厚度； t=2mm；

τ—材料抗剪强度（MPa）；查资料［1］可得：τ=260MPa;

落料力则为：F落=1.3×132mm×2mm×260MPa≈89.23kN。

②卸料力的计算

查［8］可得卸料力 F卸：F卸=K卸F落

K卸—卸料力因数，查资料［2］可得：K卸=0.06；

F卸=0.06×89.23≈5.35kN。

③冲孔力的计算

查［8］可得冲孔力 F冲：F冲=1.3Ltτ

L—工件内轮廓周长,L=3.14×13=40.8mm

F冲=1.3Ltτ=1.3×40.8×2×260=27.58kN

④推件力的计算

查［8］可得推件力 F推：F推=nK推F冲

K推—推件力因数,由［8］查得 K推=0.05；n—卡在凹模内的工件数，取凹模刃口的直臂厚度为6mm，n=6/2=3；

F推=3×0.05×27.58=4.1kN

⑤冲压力的计算：

查［8］可知冲压力 F总：F总=F落+F冲+F卸+F推=89.23+27.58+5.35+4.1=124.918kN

4.3 压力中心

该零件为圆形对称件，其压力中心即为其几何中心。

4.4 冲压设备的选择：

根据公称压力来选取压力机，查［8］选用公称压力为160kN的开式压力机，其主要技术参数为：

公称压力：160kN

滑块行程：55

最大闭合高度：220mm

工作台尺寸：300×450mm

模柄孔尺寸：Φ40×60mm

4.5 工作零件刃口尺寸计算

对工件未注公差可按IT14计算，查公差表可得¢42的公差为0.62，¢13的公差为0.43，故可将其尺寸转换为查［8］得冲裁模刃口双面间隙Zmin=0.22mm，Zmax=0.26mm。

Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04mm

4.5.1 落料凹模刃口尺寸计算

由于 δ凹+δ凸=0.05＞Zmax-Zmin，故采用凸模与凹模配合加工方法，因［1］查得 X=0.5，则：D凹=(DMAX-

落料凸模D凸按落料凹模尺寸配制，保证其双面间隙为0.22～0.26mm。

4.5.2 冲孔凸模刃口尺寸计算

由于 δ凹+δ凸=0.040＞Zmax-Zmin，故采用凸模与凹模配合加工方法，由［8］查得 X=0.5，

d凹按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.22～0.26mm。

4.6 弹性元件的设计计算

为了得到较平整的工件，此模具采用弹压式卸料结构，使条料在冲裁过程中始终处在一个稳定的压力之下，从而改善了毛坯的稳定性，使制件平整。

卸料采用橡胶作为弹性元件，按公式计算橡胶的自由高度：

H自由=(3.5～4)S工作

式中：H自由—橡胶的自由高度（mm）；

S工作—工作行程与模具修磨或调整（4～6mm）之和；

S工作=（2+1+5）=8mm；

则：H自由=（3.5-4）×8=28-32mm；

取 H自由=30mm 。

因此橡胶的装配高度：

H2=(0.85~0.9)×H自由=(0.85~0.9)×30=22.5~27mm

取H2=26mm。

橡胶的断面面积，在模具装配时按模具空间大小确定。

5 非标准零件的设计

5.1 落料凹模

由于此套模具为复合模，采用倒装结构，凹模直壁式的，材料选择为Cr12，热处理硬度为58～62HRC，此凹模板采用圆形，查［8］可得：

①凹模壁厚取35mm，所以可得凹模的外形尺寸：

D=42+2×35=112mm，取 D=110mm

F-冲裁力（N）；

K1-凹模材料修正系数，合金工具钢取1，碳素工具钢取1.3；

K2-凹模刃口周边长度修正系数查资料①可知；

按GB2858.1-81取标准值30mm。

③螺孔中心到凹模板外缘的尺寸：L=2d，选螺栓为M6的内六角螺栓，L=2×8=16mm，从总体角度出发，取：L=15mm，

④销孔中心到凹模板外缘的尺寸，查资料［2］可取：L=15mm。

其结构如图3所示。

图3 凹模

5.2 凸凹模

材料选择为Cr12，热处理硬度为58～62HRC。高度取H=47mm。橡胶安装高度可在凸凹模固定板上开沉孔。刃口尺寸在前面已经确定，综合考虑其它的因素决定其具体尺寸如图4所示。图中刃口尺寸仅供参考，¢42尺寸以落料凹模为准，¢13尺寸以冲孔凸模为准，保证两者双边间隙为0.22～0.26mm。

图4 凸凹模

5.3 冲孔凸模

材料选择为Cr12，热处理硬度为58～62HRC。总体高度为：H=50mm；与固定板采用H7/m6d的过渡配合。其具体结构如图5所示。

图5 冲孔凸模

5.4 模架选择

由上可知，凹模周界为¢110，凹模、凸凹模、凸模、垫板的厚度为 30mm、47mm、50mm、10mm,选用标准模架为：模架 125×125×160～190Ⅰ GB/T2851.3—90。上模板为 125×125×35 GB/T2855.5—90，下模板为 125×125×45 GB/T2855.6—90。导柱A22h5×150 GB/T2861.1—90；导套 A22H6×90×33 GB/T2861.1—90。

5.5 垫板与固定板

垫板外形尺寸与凹模周界尺寸一致，其厚度尺寸参照周界尺寸按国标确定，一般为10mm，材料为45钢，热处理后硬度为42～45HRC。

固定板外形与凹模轮廓尺寸基本是一致的，厚度可按照［8］经验公式（0.6～0.8）Hd=（0.6～0.8）×30。即：固定板厚度为20mm，材料为Q235，防锈处理。

6 模具装配图

模具装配图如图6所示。

图6 模具装配图

模具工作零件由凸凹模5.落料凹模7和冲孔凸模9组成，完成对垫圈的冲裁；由卸料螺钉2、卸料橡胶4和卸料板6组成的卸料机构将箍紧在凸凹模上的条料卸下，由打杆13、打板14、打料杆11和打料器组成的打料机构将卡在凹模里的垫圈从凹模中打下，冲孔废料则从凸凹模和下模板的漏料孔中漏出；条料的送进方向和送进距离则由浮动导料销19和浮动挡料销18控制。模具采用导柱、导套导向的后侧模架，操作空间大，导向安全可靠。