多角度样板倒装复合模设计

陈会云

摘 要：根据多角度样板的工艺特点，分析了两种工序复合的可能性，提出样板的冲压工艺方案，并介绍了模具结构及设计中应注意的问题。

关键词：样板；工艺特点；倒装复合模；凹模镶拼结构

1 引言

多角度样板为钳工在加工各种内外角度工件和车工磨削车刀提供了快捷的辅助测量方式，同时为减少量具在测量过程的磨损，提高量具寿命具有一定的意义。近年来随着职业学院中机械系学生的增多，对量具的需求增大，而购买如此多的量具需要费用较高，为此设计一种多角度样板具有现实的意义。

2 工艺分析与确定

2.1 工艺分析

图1 零件图

根据使用要求设计了多角度样板零件，如图1 所示，材料为1Cr18Ni9，厚度为0.8㎜，零件成形后，要求角度正确以及测量面具有较小的表面粗糙度值。

（1）该零件主要由多种内外角度组成，成形后角度的准确性至关重要而且不允许有变形、翘曲、毛刺等表面的缺陷。

（2）冲孔工艺的确定，考虑到Φ8孔是起悬挂作用，因此对孔的精度与位置要求并不高，一般冲孔方案就可以满足要求。

2.2 工艺方案的确定

通过以上对样板零件的工艺分析，该零件在加工中涉及到冲孔、落料两道工序内容。由此可以初步得到该零件的两种加工工艺方案。

（1）方案1采用级进模，即采用先冲孔后落料的加工工序。由于用级进模冲压时，冲裁件是依次在几个不同位置上逐步成形的，对材料的宽度的要求较严格而且冲压件不平整，有时要校平，因此不能满足零件工艺分析中不变形的要求。故此方案不适合。

（2）方案2采用倒装复合模，即一次行程中在模具的同一部位可以同时完成几道工序，减少了工序数量和模具数量，减少操作人员和设备占用量，减低生产成本。该种模具对板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小，冲出的冲件平整度较高。适用于像多角度样板这样形状复杂的零件而且冲出后的样板精度和表面质量都能满足以上工序分析中的要求。经过对该零件的工艺分析以及生产实践，选择了方案2。

3 排样设计

图2 排样图

合理的排样是提高材料利用率，减低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。因为多角度样板形状不规则若采用直排则材料的利用率明显不高，不经济，故此方案行不通。衡量合理利用率这一经济指标最终采用斜排，将零件图逆时针旋转15°后材料利用率达到55%以上。排样图如图2所示。

4. 冲压力的计算

在冲裁过程中，冲压力是冲裁力，卸料力，推件力和顶件力的总称。冲压力是选择压力机设计冲裁模和校核模具强度的重要依据。据资料【1】中推导公式，样板的冲压力计算如下：

冲裁力F冲=K冲Ltτ=1.3×158.3289×0.8×550=90.56KN

卸料力F卸=K卸F=0.05×90.56=4.52KN

推件力F推=K推Fn=0.05×90.5τ6×8=36.22KN

顶件力F顶=K顶F=0.06×90.56=5.43KN

总冲压力F=F冲+F卸+F推+F顶=90.56+4.52+36.22+5.43=136.75KN

因为136.75KN<160KN，所以选用的压力机为JS-160型开式可倾曲柄压力机。

5 模具结构设计与工作过程

5.1 模具结构设计

零件的质量与模具的结构以及工作零件精度有关，合理的模具结构是制造合格零件的关键之一。因此，根据具体的零件形状、尺寸以及材料，必须要合理设计模具结构。根据以上工艺分析，设计了冲孔落料复合模，模具结构如图3所示。

图3 模具结构

1-打杆 2-模柄 3-推板 4-带肩推杆 5-冲孔凸模 6-落料凹模 7-推件块 8-卸料板 9-卸料螺钉10-凸凹模 11-挡料销 12-导料销

如图所示为一副冲孔落料倒装复合模结构。冲裁件如图1所示，其外形为多角度薄片，中间有一个Φ8的孔。装在上模部分的有落料凹模6与冲孔凸模5，通过冲孔凸模固定板，垫板用螺钉和定位销与上模座固定在一起。装在下模部分的凸凹模10通过固定板与下模座固定在一起。

上、下模采用导柱导套导向，导柱布置在模座中间。在冲裁后，为了完成推件与卸料，在上模部分还装有打杆1与推板3组成的刚性推件系统，而在下模部分则装有卸料板8、卸料螺钉9与弹簧组成弹性卸料系统。

5.1 模具工作过程

冲裁时，弹性卸料板8先压住条料起校平作用。继续下行时，落料凹模6将弹性卸料板压下，套入落料凸模中，冲孔凸模5也进入冲孔凹模中，于是同时完成冲孔与落料。当上模回程时，弹性卸料板8在弹簧作用下将条料从凸凹模10上卸下，而打杆1受到压力机横杆的推动，通过推板3，带肩推杆4和推件块3将冲件从落料凹模6中自上而下推出，冲孔废料则直接由凸凹模孔中落到压力机台面下。

冲裁时，条料在模具上定位是采用在左侧的两个活动导料销12控制送料方向，中间的一个活动挡料销11控制送料步距，这两种销的结构完全相同，它可以不妨碍弹性卸料板的压平作用。

5.2 工作零件的加工

5.2.1 凹模拼块

图4 凹模拼块

1、2、3-凹模拼块 4-落料凹模套

對于形状复杂的冲裁件（例如必须要有多处尖角），如果采用整体式的凹模，则往往由于模具在热处理时容易开裂而失去尺寸精度以及形状精度。应力集中的尖角，可通过拼块分解，防止碎裂，延长寿命而且拼块磨损后容易调换。这时可将整体式的凹模由几个拼块镶拼而成。拼块可通过线切割加工而成，成形要确保精度。拼块加工完后，在落料凹模板上通过过盈配合的方式固定。拼块2带有斜角，在装配时对拼块1、2有向外挤压趋势从而达到固定作用。

参考文献

[1]马正元.《冲压工艺与模具设计》.机械工业出版社.1998

[2]薛启翔.《冲压模具设计制造难点与窍门》. 机械工业出版社.2003

[3]汤习成.《冷冲压工艺与模具设计》.中国劳动社会保障出版社.2006

[4]杨玉英 崔令江.《实用冲压工艺及模具设计手册》. 机械工业出版社.2004