冲裁模中斜刃及阶梯凸模的应用

马惠钢

（常熟中等专业学校，江苏 常熟 215500）

冲裁模中斜刃及阶梯凸模的应用

Applications of inclined blade and stepped convex mold in stamping die

马惠钢

（常熟中等专业学校，江苏 常熟 215500）

弹性变形阶段、塑性变形阶段还有断裂阶段是冲裁过程经历的三个阶段。在冲裁模的设计中，冲裁力是一个非常重要的依据。在冲裁模中阶梯凸模、斜刃凸模可重新分配冲裁力，不仅能减少对冲压设备的要求，还能有效避免冲裁中心偏离的问题，使得冲片能一次性地连续完成。所以说，斜刃及阶梯凸模在冲裁模中有着广泛的应用，是提升冲裁效率、精度的关键。

冲裁力；斜刃；阶梯；冲裁模

冲裁设备的冲压力是额定的，当额定的冲压力无法满足工件加工需要时，需综合运用台阶刃、平刃、斜刃等方式设计冷冲模，通过重新分配冲裁力，使冲裁设备能继续使用，避免工件只能在较高冲压力设备上加工的局限，提升生产效率［1-2］。本文首先对冲裁力进行了分析，接着以某台冲压机为例来论述斜刃及阶梯凸模在冲裁模中的应用，并介绍了确定凸凹模刃口尺寸应遵循的原则，最后对本文设计的模具在产生中应用情况进行了介绍，最终证明该模具使用方便、精度易控制、对冲压机要求低，具有较高的应用价值。

1 冲裁力的分析

图1 磁轭冲片简图

图1 为某发电机磁轭冲片的简图，由图1中可知，冲裁的轮廓线长，冲片的轮廓线型复杂。若选择设计成平刃方式，则冲裁力P=561.61 t。561.61 t远远超过15 t冲压机的承受力，此时应设计新的模具以减低冲压力。重新设计的冲模采用复式，采用台阶刃、平刃、斜刃相结合的方式设计上模部，采用平刃方式设计下模。刃口的高低次序和布置方式根据冲片冲裁力分布情况来确定，以确保可按3个阶段来进行冲片的冲裁。

2 冲片的三个冲裁阶段

2.1 第一阶段

冲裁行程从0～3 min为第一阶段，包括冲裁冲片的下部分以及上边一部分的圆弧。

由图2中1可知，冲片冲裁力大部分集中在冲片的上半部分，该分部轮廓线复杂，采取倾斜一个角度来设计冲模的该部分刃口，以达到降低冲裁力的作用。

图2 刃口设计

有以下计算公式［3-4］：P=Ltσb≈1.3 Ltτ

式中：P为冲裁力（t）；t 为材料厚度（mm）；L为冲裁周边长度（mm）；σb为抗拉强度极限（N/ mm2）；τ为材料抗剪强度（N/mm2） 。

由图2可知，斜度ψ=1°。

已知：τ=53 kg·f/mm；H=4.2＞t=3则有以下公式：

P上冲=1.3tτ［a+b（0.5t/H）］

式中，a所表示的是冲片上半部分刃口周长，其数值大小为481.9 mm，b所表示的是冲片上半部分刃口周长，其数值大小为717.98 mm。

把上面所得到的数值带入有下面的公式进行计算，那么就可以得到：

P上冲=1.3×3×53×［481.9+717.98×（0.5×3/4.2）］

=152.61 t下半部分圆弧的计算，我们采用平刃公式来展开。现在我们已经知道：L所表示的是圆弧刃口周长，其数值大小为474.99 mm

其计算公式为：

P上冲=1.3Ltτ=1.3×474.99×3×53=98.19 t

带入已知数据，有以下运算：

P=52.61+98.19=250.8 t

2.2 第二冲裁阶段

冲裁行程从3～4.5 mm为第二阶段，包括切断废料以及冲裁冲片上部分的余下部分。

已知L=78.25 mm，那么如果要能够切断废料，冲裁力必须要达到以下数值：

P=1.3Ltτ=1.3×78.25×3×53=16.17 t

2.3 第三冲裁阶段

冲裁行程从4.5～7.5 mm为第三冲裁阶段，孔是冲裁部分。2-#20.298 mm孔及6-Φ36.32 mm孔所需冲裁力：

P=1.3πdtτ（1+nk推）

式中：k推=0.045；n=10/3

带入已知数据，有以下运算公式：

P=6×1.3×3.14×36.32×3×53×（1+10/3×0.0 45）+2×1.3×3.14×20.298×3×53×（1+10/3×0.045）=193.09 t

经过以上计算，我们知道第一阶段所需冲裁力最大，为250.8 t，而第二个极端所需要的冲裁力则要远小于第一阶段，为16.17 t，在这种情况下，只要315 t冲压机能满足第一阶段的冲裁需要，那么就能满足第二、三阶段冲裁所需，由此可见，就算是我们同时考虑卸料力，315 t 冲压机也能满足需要。综合运用平刃、台阶刃、斜刃方式设计冲裁模，不仅可以使冲裁力的分配更为合理，降低对冲裁设备的要求，还能有效避免冲裁中心偏离的问题，使得冲片能一次性地连续完成。经应用实验，应用阶梯凸模、斜刃凸模设计冲裁模达到了预期的效果，不必更换冲压设备就能完成较高的冲裁需要，具有较高的应有价值。值得注意的是，我们在确定凸凹模刃口尺寸的时候，需要遵循以下原则。

首先，我们在设计落模料的时候，第一步要先对凹模刃口尺寸进行确定，并以此为依据，间隙取在凸模上，这也就是说，通过减小凸模刃口尺寸来取得冲裁间隙。在设计冲孔模的过程中，要先对凸模刃口尺寸进行确定，然后再以此为依据，间隙取在凹模上，这也就是说通过增大凹模刃口尺寸来取得冲裁间隙［5］。

其次，要了解冲模在使用过程中的磨损规律，这样我们在对落料模进行设计的时候，就会以接近或等于工件最小极限尺寸来作为凹模的基本尺寸。另外，在设计冲孔模的时候，应该将接近或等于冲孔的最大极限尺寸作为凸模的基本尺寸。只有符合这样的设计规则，才能使凸、凹模在遭受到一定时间的磨损之后，仍然能够冲出合格的零件［6］。

再次，在冲裁模的设计中，无论是落料或者是冲孔，都应该以最小的合理间隙值为依据来确定新制模具其冲裁间隙；然后，在确定模具刃口尺寸的制造公差的时候，一定要充分考虑模具精度和冲件精度这两者时间的联系。

最后，从原则上来说，在设计中冲件与冲模刃口尺寸的制造偏差都应该被看做是单向偏差。

4 结束语

本文设计的模具从2014年9月投入生产，尽管中间因精度降低停用1 d，当经相关的技术人员调试后又再次投入使用，总体而言具有维修简单、调试方便、精度易控制等。

在使用该模具之前，甲企业只有4 台压力机能满足冲裁加工需要，这使得一台压力机需要频繁更换、调试模具，以能完成多道加工工序，确保一定的成品产出率。使用该模具后，甲企业原不满足冲裁加工需要的17台冲压机也可以参与到生产中，一道工序由多台冲压机负责，避免频繁更换模具影响加工精度，避免一台冲压机负责多道工序影响生产效率。截止到2015年5月31日，该模具共完成20 万件工件的冲裁加工，很好地完成了甲企业的生产需要。

［1］ 戴和民. 斜刃、阶梯凸模在冲裁模中的应用［J］. 模具制造，2007，7（8）：21～22.

［2］ 翟德梅，段维峰. 基于斜刃浮动凹模、阶梯快换凸模的车架复合冲裁模研究［J］. 制造技术与机床，2006，（8）：28～31.

［3］ 郭钊. 基于DEFORM的圆管多异形孔冲裁模具设计及工艺参数优化［D］. 西安理工大学，2014.

［4］ 杨占尧，曹秋霞，王学让等. 降低冲压力的方法与措施［J］. 模具工业，2000，（9）：32～34.

［5］ 翟德梅，李铁明. 机架复合冲裁模具的研制［J］. 电加工与模具，2004，（6）：26～29.

［6］ 徐霞，李全忠，张华兵等. 斜刃冲裁技术在冲压模具中的应用［J］. 金属加工（冷加工），2008，（4）：47～49.

TG385

1009-797X （2015） 16-0061-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.018

马惠钢（1972-），男，中级讲师，模具专业教学。

2015-06-16