支架零件多工位级进模具设计

张社就，杨晓红

0 引言

图1（a）所示为某常见的支架零件，其材质为08F。原采用冲孔落料和弯曲两副模具来做，由于制件小，制件在工序转换过程中操作不方便，生产效率低。随着产品批量增加，原有的工艺方法难以满足生产要求，在原有模具的基础上，设计了一副冲孔落料弯曲连续模，以满足批量生产要求。在日常生产中类似的零件结构比较多，这样改进对提高经济效益很有意义。

1 零件工艺分析

本冲件形状对称简单，外形尺寸小，生产量大，包含冲孔、落料和弯曲等工序，从零件结构来看，可以采用冲裁弯曲多工位级进模方案，这样既保证较高的零件精度，又能提高生产效率，下面根据该模具方案进行相应工艺设计计算和模具结构设计。

2 级进模工艺设计计算

（1） 排样设计

图1 支架零件及毛坯图

设计多工位级进模，首先要设计条料排样，因为条料排样图是设计多工位级进模的重要依据，因此在设计排样图时要设计多个方案进行比较，归纳、综合得出最佳方案。支架零件展开毛坯图如图1（b）所示，排样方案采用双侧载体，单边侧刃加导正销定距，利用中间长方孔位置先冲导正销孔作精定距，两小孔在第2步冲出，冲件外形采用冲切余料的方式，两侧弯曲边展开部位先冲出，折弯曲两边，再将导正孔冲裁成长方孔达到要求，最后将冲件两端连接载体冲切掉而得到支架零件，条料宽度为38.5 mm，步距为15 mm，冲件的整个冲压过程的排样设计如图2所示。由于有弯曲成形，故采用弹顶销浮料，导料板导向、侧刃加导正销定距送料，弯曲采用正装向上的形式。根据制件尺寸和形状，侧刃、冲孔和余料切口设计如图3所示。

图2 条料排样设计图

图3 侧刃、冲孔和余料切口设计图

（2）冲压力计算

①冲导正销孔φ2.8的冲裁力

P1=KL1tτ=1.3×3.14×2.93×0.5×300=1 794(N)

②冲侧刃

P2=KL2tτ=1.3×34.24×0.5×300=6 676.8(N)

③冲2×φ1.8圆孔的冲裁力

P3=KL3tτ=2×1.3×3.14×1.93×0.5×300=2 363(N)④冲切余料力

P4=KL4tτ=2×1.3×32.46×0.5×300=12 659(N)

⑤冲切搭接余料力

P5=KL5tτ=1.3×62.98×0.5×300=12 281(N)

⑥弯曲力

P6=Ap=23×10×35=8 050(N)

⑦冲裁力

P7=KL7tτ=1.3×2×(12+3)×0.5×300=5 850(N)

⑧冲切余料力

P8=KL8tτ=1.3×2×35.43×0.5×300=13 817(N)

⑨卸料力

⑩推件力

冲压力总和

以上计算公式中，K——系数，一般取k=1.3；

L1、L2、L3、L4、L5、L7、L8——分别为各道工序的冲裁周边长度(mm)；

τ——制件材料的抗剪强度，单位(MPa)，查表τ=300 MPa；

t——制件材料厚度(mm)；

A——工件被校正部分的投影面积(mm2)；

p——单位校正力(MPa)，取p=35 MPa；

KX——卸料系数，查表KX=0.05；

KT——推件系数，查表KX=0.065；

n——凹模口切口废料层数，根据冲件料厚取n=5；

P∑——冲裁力、弯曲力及其他工艺力之总和(N)。根据冲压力计算的结果，可初选J23-16型开式双柱可倾式曲柄压力机。

（3）模具压力中心的设计

在确定模具压力中心时，选取第4工步为坐标原点，如图4所示，根据力矩平衡原理计算得，压力中心为X0=-13 mm，Y0=10.5 mm，(具体计算过程省略，读者可尝试计算验证)，所以将模板中心设在模具压力中心上。

图4 压力中心计算图

（4）选择冲裁间隙和弯曲间隙，计算刃口尺寸

根据支架零件的精度要求，取双面间隙Z=0.04 mm～0.06 mm，余料切口形状尺寸设计如图5所示。

U形弯曲尺寸的单面间隙按公式Z/2＝(1.05～1.15)t计算，取Z/2=1.05 t，U形弯曲件内形尺寸为L=9 mm，凸模尺寸经计算为Lp=9.20-0.02mm。

图5 余料切口形状尺寸设计图

3 模具结构设计

（1）模具总体结构。模具采用对角导柱标准模架，模具上模部分主要由上模座、垫板、凸模固定板及卸料板组成。卸料方式采用弹性卸料，以弹簧为弹性元件。下模部分由下模座、凹模、导料板、弹顶销等组成，由多组弹顶销和顶件块组成条料浮顶装置，采用双侧载体，单边侧刃加导正销定距，冲孔及冲切口废料从漏料孔排出，成品从凹模端头斜面滑出，模具结构简图如图6所示。

图6 模具结构简图

（2）模具工作过程。上下模定位靠模具架导柱导套和附加小导柱，工作时，滑块下行，卸料板先把条料连同弹顶销压住，送料采用导料板导向、侧刃加导正销定距，第1工步，冲导正销孔φ2.8和侧定距缺口；第2工步，导正销进入导向孔里导向，同时冲2×φ1.8孔；第3工步，冲余料切口；第4工步，冲余料搭接切口；第5工步，空工位；第6工步，弯曲成形；第7工步，在原φ2.8空位冲长方孔12×3；第8工步，冲余料切口，分离冲件。

（3）模具设计要点。由于同时有冲裁和弯曲工序，因此要控制好弯曲凸模与冲裁凸模的高度差；为保证弯曲件的精度，弯曲凸模使用已有的导正销孔导正，用于导正弯曲位置；由于冲孔直径较小，凸模容易折断，除模架导柱导套外，在凸模固定板、卸料板和凹模之间需增加四个小导柱导向，以保证模具工作平稳；浮顶装置的高度应略高于弯曲工位的凹模镶件，以保证条料送料顺畅。

4 结束语

多工位级进模具设计的关键是排样设计和余料切口的设计，这关系到冲件的质量和模具工作的稳定性，以及模具的制造成本和生产效率[1-7]。所以在设计时，必须充分考虑各种影响因素，比较多个设计方案，并通过设计、制造、装配和模具使用等各个相关环节人员的沟通和审核，这样才能设计出结构合理、工艺稳定和操作安全的模具。

参考文献：

［1］张社就.电动车制动器弹簧盖级进-复合模设计［J］.机电工程技术，2009（5）：15-16.

［2］周盛.级进模板孔的关联设计方法研究［J］.机电工程技术，2005（9）：49-51.

［3］陈超.多工位级进模具的设计与研究［J］.金属成形工艺，2003（2）：71-73.

［4］杜继涛.支架多工位级进模设计［J］.模具工业，2005（9）：15-17.

［5］张社就.电动车制动盘盖复合成形模具［J］.锻压技术，2008，33（4）：89-91.

［6］胡世光.板料冷压成形的工程解析［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2004.

［7］杨玉英.实用冲压模具设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2005.