低碳钢多孔板冲压模具的设计

刘明跃 刘雪锋 任文志

摘要：冲压模具的设计在模具生产制造中占有重要地位，冲压模具设计的创新可以有效降低生产成本，实现企业利润最大化。本文对对低碳钢多孔板成形工艺进行了分析，并对低碳钢多孔板冲压模具的设计进行了研究。

关键词：低碳钢多孔板;冲压模具;设计

在我国大多数冲压模具企业中均有企业的内部标准，但相比西方发达国家的标准算是中等，而且只限于模架部分，由此可见我国冲压模具存在的差距。只有研发出冲压模具的系统性设计，才能有效降低成本及缩短设计周期，从而提高经济效益。

一、冲压模具的基本概况

1.冲压指的是借助外力的帮助，让原始材料改变其原有外形的过程，经过对外形、尺寸和功能的加工，获得企业所需要的各种零部件。冲压的原始材料包括带材和板材。在冲压的工序之中有许多步骤是需要模具来完成的，包括冲切、冲孔和弯曲等。对于那些比较复杂难做的冲压零部件来说，就需要增加模具的数量。如果想要大批量的生产，就不能使用那些只是简单组合成的模具，这样会降低生产率。

2.冲压在其设计之后，所生产的零部件都具有刚度较好和质量较轻的特点，这些零部件在我国的汽车行业和摩托车行业具有较深的影响，并且正在向空调行业、冰箱行业和电梯行业迈进。在今后的经济时代，冲压行业将会快速的发展，冲压模具的设计也会不断的变革，达到高效率的效果。

二、冲压模具的设计思路

冲压模具的设计主要是以零部件冲压精度及零部件可靠性为基础的，冲压模具的质量很大程度上影响了冲压件的质量水平。因此，冲压模具的设计需要相当高的要求。必须在设计冲压模具过程中，对其进行严格要求，明确模具的设计思路及方案。具体来说，主要有三个设计思路。

1.冲压件图纸转换设计。冲压件的图纸设计时保证冲压件质量的基础，因此在模具设计之初就需要将冲压件的图纸转换为模具设计所需要的图纸。在图纸转换过程中，工作人员务必要完成对零部件的实测及图纸绘制工作，并详细描述出图纸的关键尺寸及公差要求，最终将其转换成为企业所使用的标准型零件图纸。

2.冲压件零件图绘制。冲压件图纸转换后，设计人员应根据图纸进行三维图纸的绘制，在绘制三维图纸的过程中，应注重部件的设计尺寸。在零件图绘制完成之后，还需要应用计算机辅助软件，将其转换成为相应的工程图。并且将其作为后续冲压模具设计图纸的参考图纸。

3.零部件模具图绘制。零部件模具图纸设计是设计模具的关键布置，设计人员根据上述步骤生成的参考图纸和工艺图纸进行汇总整理，并将关键图纸信息调用至CAD制图软件当中，进而完成对冲压模具各硬件工艺模具图的设计作业。

三、低碳钢多孔板冲压模具的设计

在设计中，应用Pro/E Wildfire 5 0软件，实现了落料和沖孔模具的总体设计和工程图制作，大幅提高了模具的设计效率。通过生产试验，确认冲压零件的尺寸精度和形状精度符合设计要求，验证了模具结构与冲压工艺的合理性。

1.零件成形工艺分析。冲裁零件为低碳钢多孔板，厚度为2.Omm，尺寸如图1所示。低碳钢多孔板属于小批量生产普通冲裁件，外形对称，无凹槽、尖角等特征，冲孔直径、孔心距和孔边距均满足冲裁最小值要求，零件符合冲裁工艺性要求。低碳钢多孔板的材料为0235钢板，屈服强度为235MPa，抗拉强度为450MPa，塑性较好，适合冲裁加工。模具设计时，按IT14级选取公差值。低碳钢多孔板冲裁包含落料、冲孔两道工序，可采用的冲裁模具结构有单工序模、连续模和复合模三种。考虑到生产设备和产能要求，这一零件采用单工序冲裁模。

2.冲裁力计算。冲裁力计算的目的是合理选择冲压设备和模具结构。压力机吨位必须大于计算得到的冲裁力，以适应冲裁要求。冲裁力大小主要取决于材料力学性能、零件厚度、零件周边长度等。采用平刃冲裁时，冲裁力P计算式为：P=tLtab（l）式中：f为材料因子，取决于材料的力学性能，一般取f=0.7;L为零件周边长度;t为零件厚度; a为材料抗拉强度。落料冲裁力计算结果为：

2.P=0.7×425×2×450=267.8kN

冲孔冲裁力计算结果为：

P=0.7×650×2×450=09.5kN

落料和冲孔均在J23-63开式可倾压力机上完成，其公称压力为630kN。通过以上计算可知，现有设备能够满足低碳钢多孔板落料、冲孔所需的冲裁力要求。

3.凸凹模设计。由于零件形状不规则，因此采用凸凹模配合加工方法制造模具，即落料模具以凹模为基准，只计算凹模刃口尺寸和公差;冲孔模具以凸模为基准，只计算凸模刃口尺寸和公差。落料模具凸模以落料模具凹模为基准加工，冲孔模具凹模以冲孔模具凸模为基准加工，保持冲裁间隙。为确保零件平面度要求，低碳钢多孔板冲压模具选用II类冲裁间隙，冲裁间隙最小值为0 06mm，冲裁间隙最大值为0.14mm。考虑到零件结构特点及冲裁质量和成形精度，落料凹模采用整体式直刃壁结构，刃口高度为6 mm，材料选用Cr12MoV，热处理洛氏硬度（HRC）为60-62。冲孔凸模采用米思米标准冲针，材料为Cr12MoV，洛氏硬度（HRC）为58-60。

4模具结构。落料模具和冲孔模具主要由模柄、上模板、凸模、凹模、卸板、下模板、弹性元件、导柱、导套等组成。落料模具外形尺寸为170mmX 340mmX 212mm，冲孔模具外形尺寸为170mm×340mm×232mm。两副模具均采用滚珠式导柱、导套进行导向，采用聚氨酯橡胶弹性卸料装置，聚氨酯橡胶的数量由卸料力和橡胶参数决定。

上模板、下模板、凸模、凹模、卸料板等设计工艺基准孔。设计工艺基准孔时，以导柱、导套安装孔为基准。装配模具时，采用φ8圆柱销将各工艺基准孔依次连接。其中，上模板、凸模以导套安装孔为基准，凹模、下模板以导柱安装孔为基准。采用这样的装配工艺，不仅能够保证模具精度，而且能够减轻工人的劳动强度，提高模具的装配效率。

通过对低碳钢多孔板的成形工艺进行分析，设计了低碳钢多孔板冲压模具，制订了落料、冲孔成形工艺，确保了零件的生产质量。经试生产确认，应用所设计的模具生产零件，能够满足图纸要求，并且提高生产效率。

参考文献：

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[2]李建.计算机辅助工程在冷冲压模具设计教学中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2017（01）.