宋雪梅,于仁萍

(烟台职业学院 机械工程系,山东 烟台 264670)

1 冲压工艺分析

卡扣零件为弯角小于90°的单角弯曲件,其零件图如图1所示,要求模具设计可实现一模多件加工以提高效率。由图1可知,该零件不仅对尺寸与形位精度有较高的要求,且具有一个φ(5±0.1)mm孔带、0.5 mm×45°孔口倒角及一个φ1.2 mm×90°中心孔等特征，在加工时需要重点考虑。

结合零件的结构特点分析,卡扣零件的冲压难点主要有以下几点。

(1) 86°±1°的弯曲角度难以保证。由于材料的弯曲回弹量受到很多因素的影响,即使加工条件相同的很多弯曲件的弯角回弹量也经常不同;同一弯曲件,用同一套冲模有时因原材料的不同位置厚度差异、原材料同牌号但供货厂商不同或者同一供货厂商生产批次不同，甚至不是同一张板裁的条料,弯角回弹都有差别。因为小于90°弯角的回弹量,对料厚的实际尺寸、材料力学性能的波动及硬度的变化十分敏感，多数弯曲模采用等于或稍大于料厚的弯模间隙,进行镦压弯曲。料厚公差大或者比名义尺寸限定偏差大一些,都会造成弯模间隙放大或者减小,回弹量必然波动。该工件是弯边长仅10 mm的锐角弯曲件,弯角只有±1°允许误差,难点较大。用负弯角补偿回弹是经常采取的结构措施,使冲模凸模弯角事先制出小于弯曲角86°±1°。小多少合适可以采取两种办法确定:一是对每批料作实际工艺试验,依次获取精准回弹量;二是通过试模修准冲模弯曲角[3-4]。

(2)φ(5±0.1)mm孔带、0.5 mm×45°倒角及冲φ1.2 mm×90°中心孔如何在采用一模多件加工的基础上保证尺寸精度。同时,用以加工的凸模如何安装固定以便制造、维修和更换。

(3)R3 mm半圆头弯边一头的两边,各有1个1 mm×8.8 mm的窄长台。1 mm宽的台阶,长度达到8.8 mm,料厚为1.5 mm,如何冲切才能保证凸模的强度。

图1 卡扣单角弯曲零件图

2 排样设计

为解决上述冲压难点问题,需要一个切实可行的冲压工艺方案,并设计好排样图。

考虑大量生产,连续冲压一模成形采用冲孔→冲中心孔和倒角→切断→弯曲4个冲压工步。

排样图设计应考虑冲压难点与结构设计需要,并能提高制模的工艺性。

播种小麦时，按照基肥施用硫酸钾复合肥25公斤/亩的标准，各小区1.88公斤均匀施作基肥；按照9万株/亩的基本苗，根据小麦种子038的千粒重和发芽率，以95%的出苗率计算用种量为4.6公斤/亩，计算到各区125克均匀撒播。

(1) 采用3行并列直排裁搭边排样,冲压工序及工位安排如下。

第Ⅰ工位，第1工序冲孔φ(5±0.1)mm,为其口部倒角0.5 mm×45°打下基础。

第Ⅱ工位，空挡。

第Ⅲ工位，第2工序倒角0.5 mm×45°和冲裁φ1.2 mm×90°中心孔。

第Ⅳ工位，第3工序冲切中间搭边并且精切条料宽。

第Ⅴ工位，空挡。

第Ⅵ工位，第4工序切断并弯曲成形复合冲压。

冲压完成的成品零件,由弯曲凹模中的弹顶垫顶出模以后,顺着模具旁的落件坡下滑出模并且进入零件箱。

(2) 由于采用3行并列有搭边直排排样,使得零件的展开平毛坯在条料上的排列非常有利于裁搭边冲切。零件R3 mm半圆头一端的两边1 mm×8.8 mm的窄长凸台,由于3行并列排样,中间搭边可取b≥2 mm宽。窄长凸台加上搭边的冲切宽度增加到4 mm以上,其冲切凸模刃口断面增大,获得加强。

(3) 采用多列排样和裁搭边冲切,用侧刃切边定位。由于该零件料厚为1.5 mm,搭边与侧刃切边的最小宽度b≥1.2 mm,为送料顺畅和切边尺寸精准,取中间搭边和侧刃切边宽度均为b=2 mm,使原材料入模料宽达到34 mm。

(4) 冲压零件的尺寸小、料厚稍大而孔边距相对较小,φ(5±0.1)mm的孔边距仅为1.5 mm(等于料厚),考虑外扩0.5 mm的倒角,其最小孔边距仅仅剩余1 mm。而且该孔后为一个φ1.2 mm×90°的中心孔,使群孔凸模相距太近。因此,增加了Ⅱ,Ⅴ两个空工位。

基于以上的设计与合理排样,最终形成用成形侧刃裁搭边与沿边组合冲切,3行并列有搭边和沿边的有废料冲裁排样,见图2排样图。

3 模具设计

根据模具的排样图,结合前述的冲压工艺分析,设计出如图3所示的卡扣6工位级进模。模具在其结构设计中采取了如下几项结构措施。

(1) 由于φ(5±0.1)mm孔口倒角与φ1.2 mm×90°中心孔的冲制,都在贴着凹模表面的同一面上,所以将两凸模嵌装在同一整体镶块中,使得总计6件小凸模一起获得加固,这样就仅有很短的工作段露出镶块上表面,制造、修理、更换都方便,也节省了模具钢[5-7]。

(2) 最后的切断弯曲成形工位,为便于依据切断、弯曲不同工作性质选用不同的更合适的模具钢,而采用不同的制模工艺分别制造,提高了制模工艺性,也采用了镶块嵌入整体模板中。

(3) 在固定卸料板3面装了防护栅,仅留原材料入模送料的一面,为方便送料与观察冲模工作情况,未装防护栅。

图2 模具排样图

图3 卡扣级进模装配图

4 结论

以卡扣零件为研究对象,6工位级进模将冲孔、弯曲、切断等工序很好地组合在一起,采用合理的3行并列有搭边直排排样方案,不仅提升了材料利用率,同时极大地保证了加工效率。模具制造中,成形零件采用嵌装形式,既方便加工和装配,又便于维修和更换。经过调试、批量生产,使用效果良好,实现了高效率、高精度冲压生产。

参考文献:

[1] 洪慎章,金龙建.多工位级进模设计实用技术[M].北京:机械工业出版社,2010.

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[4] 何开峰,刘联平.弹簧连接件级进模设计[J].模具工业,2011,37(7):19-20.

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