墊圈落料、沖孔復合模設計

黃小龍

(衡陽技師學院 湖南 衡陽 421101)

原始資料：

沖壓模具零件圖及要求如圖1所示。

圖1 墊圈

1 沖孔模具工藝分析

圖1所示的墊圈屬對稱的圓形件，外形尺寸為￠42，內孔尺寸為￠13，形狀簡單、對稱；圖中尺寸全為未注公差尺寸，按IT14級選取，產品精度要求不高；材料為10鋼，沖裁良好。經分析，該產品具有良好的沖裁工藝性。

2 工藝方案的確定

沖裁該墊圈具有以下幾種方案：

方案一：落料→沖孔，采用單工序模生產。

方案二：落料沖孔一次成形，采用復合模生產。

方案三：沖孔→落料，采用連續(xù)模生產。

方案一，模具結構簡單，但須兩付模具，兩道工序生產，生產效率低，因定位的影響，產品精度不高。

方案二，模具結構較為復雜，但只需一付模具，一道工序生產，生產效率高，產品質量全由模具保證，產品精度高，質量好。

方案三，模具結構復雜，雖然也是一付模具一道工序生產，但產品質量因定位誤差的影響不高，模具維修和制作困難。

經分析和結合生產實際，決定采用方案二，用復合模生產。

3 模具結構設計

根據零件的結構特點和技術要求，采用倒裝復合模結構。條料的送進方向和步距由導料銷和擋料銷控制，采用彈性卸料，上打料，廢料直接從模具漏出的卸料方式，為操作方便，采用后側導向標準模架，用導柱、導套導向。落料凹模直接用螺釘和銷釘固定在模板上，沖孔凸模和凸凹模采用固定板固定。

4 工藝計算

4.1 排樣方案確定

沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方法，稱為排樣。

該工件排樣根據落料工序設計，考慮操作方便及模具結構簡單，故采用單排排樣設計，采用手工送料，采用導料銷導料、擋料銷擋料。由［8］查得工件側搭邊a1=1.5mm，工件間搭邊a=1.2mm。

圖2 排樣圖

條料的寬度B：B=42+2a1=45mm,條料的步距 S：S=42+a=43.2mm

一個步距內的材料利用率由［1］查得：

排樣圖如圖2所示。

4.2 沖壓力計算

①落料力的計算

查［8］可得落料力 F落：F落=1.3Ltτ

L—工 件 外 輪 廓 周 長 ； L=πD=3.14×42≈132mm；t—材料厚度； t=2mm；

τ—材料抗剪強度（MPa）； 查資料［1］可得：τ=260MPa;

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

②卸料力的計算

查［8］可得卸料力 F卸：F卸=K卸F落

K卸—卸料力因數，查資料［2］可得：K卸=0.06；

F卸=0.06×89.23≈5.35kN。

③沖孔力的計算

查［8］可得沖孔力 F沖：F沖=1.3Ltτ

L—工件內輪廓周長,L=3.14×13=40.8mm

F沖=1.3Ltτ=1.3×40.8×2×260=27.58kN

④推件力的計算

查［8］可得推件力 F推：F推=nK推F沖

K推—推件力因數,由［8］ 查得 K推=0.05；n—卡在凹模內的工件數，取凹模刃口的直臂厚度為6mm，n=6/2=3；

F推=3×0.05×27.58=4.1kN

⑤沖壓力的計算：

查［8］可知沖壓力 F總：F總=F落+F沖+F卸+F推=89.23+27.58+5.35+4.1=124.918kN

4.3 壓力中心

該零件為圓形對稱件，其壓力中心即為其幾何中心。

4.4 沖壓設備的選擇：

根據公稱壓力來選取壓力機，查［8］選用公稱壓力為160kN的開式壓力機，其主要技術參數為：

公稱壓力：160kN

滑塊行程：55

最大閉合高度：220mm

工作臺尺寸：300×450mm

模柄孔尺寸：Φ40×60mm

4.5 工作零件刃口尺寸計算

對工件未注公差可按IT14計算，查公差表可得￠42的公差為0.62，￠13的公差為0.43，故可將其尺寸轉換為查［8］得沖裁模刃口雙面間隙Zmin=0.22mm，Zmax=0.26mm。

Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04mm

4.5.1 落料凹模刃口尺寸計算

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

落料凸模D凸按落料凹模尺寸配制，保證其雙面間隙為0.22～0.26mm。

4.5.2 沖孔凸模刃口尺寸計算

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

d凹按凸模尺寸配制，其雙面間隙為0.22～0.26mm。

4.6 彈性元件的設計計算

為了得到較平整的工件，此模具采用彈壓式卸料結構，使條料在沖裁過程中始終處在一個穩(wěn)定的壓力之下，從而改善了毛坯的穩(wěn)定性，使制件平整。

卸料采用橡膠作為彈性元件，按公式計算橡膠的自由高度：

H自由=(3.5～4)S工作

式中：H自由—橡膠的自由高度（mm）；

S工作—工作行程與模具修磨或調整（4～6mm）之和；

S工作=（2+1+5）=8mm；

則：H自由=（3.5-4）×8=28-32mm；

取 H自由=30mm 。

因此橡膠的裝配高度：

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

取H2=26mm。

橡膠的斷面面積，在模具裝配時按模具空間大小確定。

5 非標準零件的設計

5.1 落料凹模

由于此套模具為復合模，采用倒裝結構，凹模直壁式的，材料選擇為Cr12，熱處理硬度為58～62HRC，此凹模板采用圓形，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-沖裁力（N）；

K1-凹模材料修正系數，合金工具鋼取1，碳素工具鋼取1.3；

K2-凹模刃口周邊長度修正系數查資料①可知；

按GB2858.1-81取標準值30mm。

③螺孔中心到凹模板外緣的尺寸：L=2d，選螺栓為M6的內六角螺栓，L=2×8=16mm，從總體角度出發(fā)，?。篖=15mm，

④銷孔中心到凹模板外緣的尺寸，查資料［2］可取：L=15mm。

其結構如圖3所示。

圖3 凹模

5.2 凸凹模

材料選擇為Cr12，熱處理硬度為58～62HRC。高度取H=47mm。橡膠安裝高度可在凸凹模固定板上開沉孔。刃口尺寸在前面已經確定，綜合考慮其它的因素決定其具體尺寸如圖4所示。圖中刃口尺寸僅供參考，￠42尺寸以落料凹模為準，￠13尺寸以沖孔凸模為準，保證兩者雙邊間隙為0.22～0.26mm。

圖4 凸凹模

5.3 沖孔凸模

材料選擇為Cr12，熱處理硬度為58～62HRC?？傮w高度為：H=50mm；與固定板采用H7/m6d的過渡配合。其具體結構如圖5所示。

圖5 沖孔凸模

5.4 模架選擇

由上可知，凹模周界為￠110，凹模、凸凹模、凸模、墊板的厚度為 30mm、47mm、50mm、10mm,選用標準模架為：模架 125×125×160～190Ⅰ GB/T2851.3—90。 上模板為 125×125×35 GB/T2855.5—90，下模板為 125×125×45 GB/T2855.6—90。導柱A22h5×150 GB/T2861.1—90； 導套 A22H6×90×33 GB/T2861.1—90。

5.5 墊板與固定板

墊板外形尺寸與凹模周界尺寸一致，其厚度尺寸參照周界尺寸按國標確定，一般為10mm，材料為45鋼，熱處理后硬度為42～45HRC。

固定板外形與凹模輪廓尺寸基本是一致的，厚度可按照［8］經驗公式（0.6～0.8）Hd=（0.6～0.8）×30。即：固定板厚度為20mm，材料為Q235，防銹處理。

6 模具裝配圖

模具裝配圖如圖6所示。

圖6 模具裝配圖

模具工作零件由凸凹模5.落料凹模7和沖孔凸模9組成，完成對墊圈的沖裁；由卸料螺釘2、卸料橡膠4和卸料板6組成的卸料機構將箍緊在凸凹模上的條料卸下，由打桿13、打板14、打料桿11和打料器組成的打料機構將卡在凹模里的墊圈從凹模中打下，沖孔廢料則從凸凹模和下模板的漏料孔中漏出；條料的送進方向和送進距離則由浮動導料銷19和浮動擋料銷18控制。模具采用導柱、導套導向的后側模架，操作空間大，導向安全可靠。

7 壓力機的校核

由上可知，模具的閉合高度為183mm,模具的外形尺寸為200×188mm。而選用的J23—16型號的壓力機的技術參數為：公稱壓力：160kN；滑塊行程：55mm；最大閉合高度：220mm；工作臺尺寸：300×450mm；模柄孔尺寸：Φ40×60mm。故能滿足使用要求。

［1］模具設計手冊[M].機械工業(yè)出版社.

［2］工程材料及應用[M].華中科技大學出版社.

［3］典型模具結構圖冊[M].華南理工大學出版社.

［4］簡明冷沖壓手冊[M].機械工業(yè)出版社.

［5］實用模具設計與制造[M].國防科技大學出版社.

［6］沖壓工藝學[M].機械工藝出版社.

［7］金屬塑性成形原理[M].機械工業(yè)出版社.

［8］沖壓工藝及模具設計[M].兵器工業(yè)出版社.