冲模斜楔在运动机构中的设计分析

摘 要：概述了斜楔运动的特点及适用范围，对水平运动、向上倾斜运动、向下倾斜运动中的斜楔和滑锲进行运动和受力分析计算，提出了一些建议及使用注意事项。

关键词：斜楔机构 滑块 受力分析

中图分类号：TG5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0107-03

在冷冲压制品生产中，对于制件侧面的冲孔、切边、切凹口、凸缘的向内弯曲或侧面进行压花加工等，使用普通的曲柄压力机，由于滑块运动方向的限制，加工起来比较麻烦。为完成实现对其加工有三种思路可以选择：一是分工序加工；二是增加额外的动力来实现加工所需；三是在不额外增加动力来源的情况下，采用斜楔运动机构来完成。

斜楔传动机构简称为斜器、斜楔装置或侧冲器。它是实现动力传递和运动方向转换的重要部件，其结构主要由斜楔和滑块组成。斜楔与滑块的合理组合，可变垂直运动为水平运动、倾斜运动甚至逆向运动，使安装在滑块上的凸模（凹模）完成不同方向上的冲压工序，从而扩大了模具使用范围。

1 斜楔结构形式的应用范围

冲模中使用斜楔结构的常用形式如图1所示。

冲模中使用斜楔结构的适用范围如图1所示。

2 斜楔机构中斜块的运动分析

在斜楔机构中主动和从动斜块分别与机架组成移动副，两块斜块间也组成移动副，可见斜块机构中的运动副全为移动副，故它属于低副机构。常见的有水平运动斜楔机构、向上倾斜运动斜楔机构、向下倾斜运动斜楔机构，本文以以上几类为例加以分析。

2.1 水平运动斜楔机构及力学分析

冲压加工方向为水平或向上倾斜10°和向下倾斜10°的范围内采用水平运动斜楔机构如图3所示。

斜楔一开始接触斜楔滑块2时的状态如图3（a）所示，此时斜楔与斜楔滑块接触面的长度，应大于或等于斜楔工作斜面长度的1/5；斜楔与后挡块5接触面的最小长度应为25 mm；斜楔与斜楔滑块接触角50°≤β≤60°，当冲压行程量不足时，可取β=45°。60°≤β≤80°的范围适用于斜楔滑块受力很大时。

已知条件及力学分析：斜楔滑块2的运动距离为S；接触角为β；斜楔滑块受加工方向力为F；如图3（b）（c）分析，

斜楔斜角

斜楔垂直运动的距离

式中：P为来自压力机滑块的力；

F为斜楔滑块受冲压力；

α为斜楔斜角；

Q为斜楔与斜楔滑块间的正压力。

拉动斜楔滑块所需弹簧力的计算[图3（d）]：在拉动水平斜楔滑块开始动作时，其拉力F与反向摩擦力F′平衡，即F=μG= F′。

式中：μ为滑块面的摩擦因数，可取μ=0.4；

G为斜楔滑块的重量。

2.2 向上倾斜运动斜楔机构及力学分析

当100°<δ≤105°时，运动力学分析见图4，结构设计初始状态条件同前。已知S、F、β角和δ角，分析计算：

拉动斜楔滑块所需弹簧力的计算[图4（d）]：

P=KF

式中：μ为滑块面的摩擦因数，μ=0.4；

P为弹簧力；

K为安全系数，K=3～5；

F为拉回滑块所需的力。

当105°<δ≤120°时，在中间设一中间滑块用来传递运动和力，使斜楔滑块按要求动作如图1-5。

2.3 向下倾斜运动斜楔机构及力学分析

冲压加工方向为向下倾斜10°～45°范围内采用图6所示的向下倾斜运动斜楔机构。斜楔与斜楔滑、后挡块的开始接触长度与水平运动斜楔机构相同。

当已知γ>45°和选用β角、斜楔滑块的运动距离S和受加工方向的力F。设α=β，斜楔垂直运动距离S1：

式中：P为来自压力机滑块的力；

F为斜楔滑块所受加工方向的力；

Q为斜楔与斜楔滑块间的正压力；

P1为斜楔滑块和模座间的垂直分力；

P2为斜楔侧压力；

θ为斜楔滑块底部滑动面与水平方向夹角，θ=90°-γ。

拉动斜楔滑块所需弹簧力的计算[图1-6（d）]：

式中：F为向上拉斜楔滑块的力；

μ为滑块面的摩擦因数，μ=0.4；

G1为下滑的力，G1=；

G2为压在滑块滑面上的垂直力，G2=

θ为滑块滑动面倾斜角。

3 斜楔滑块设计

斜楔滑块与斜楔开始接触时，接触面上的力作用点B与接触面的垂线，即力作用线AB与下滑面的交点A，应在斜楔滑块长度尺寸W2的范围内，以减小斜楔滑块倾翻的趋向图7所示。斜楔滑块开始动作时，其与倾斜的接触面的长度应大于50 mm，并不小于接触面的2/3。长度W2、高度H2、宽度L2之间关系：

H2：W2=1：（1.5～2.0），使H2

斜楔尺寸设计，斜楔长度W1、高度H1、宽度L1，其关系为：

W1≥1.5H1。

L1和斜楔数量根据斜楔滑块宽度选用，如表1。

4 在运用过程中应当注意的事项

由于斜楔装置的主要零件均为受力元件，因此在设计选型、安装调试、生产使用和维修保养时，应注意以下几个方面的问题。

（1）实际工作中冲压力不能超过标准规定的额定载荷。

（2）斜楔有效行程不能超过标准规定的最大行程，换句话说，不能超过装置的闭合高度，否则将可能引起构件的损坏。

（3）凸模（或凹模）的安装应选择在标准规定的安装尺寸范围内，并尽可能靠近中心位置，以免造成偏载，影响使用寿命。

（4）冲孔凸模悬臂不宜过长，建议选用快换结构标准件，以便于易损件的快速更换。

（5）当模具库存不用时，要及时清洁斜楔与滑块填充固体润滑剂的表面，并用棉纱涂以少量黄油，以防油脂挥发，降低含油率，影响自润滑效果和使用寿命。

5 结语

通过对冲压模具斜楔设计分析，将会进一步扩展冲压制件的生产范围，提高冲压领域的技术水平。

参考文献

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