李炳 陳偉 高俊國(guó)

【摘要】級(jí)進(jìn)模是一種高精度、高效率、高壽命的模具，是技術(shù)密集型模具的重要代表，是沖模的發(fā)展方向之一;打印機(jī)機(jī)芯固定板是打印機(jī)的重要組成部分，其形狀較為復(fù)雜，有很多孔洞。單工序模效率太低，精度不夠;復(fù)合模模具太復(fù)雜，可靠性不高;通過工藝方案的比較，本文確定采用級(jí)進(jìn)模的形式。工件材料是SECC，厚度為1毫米。本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)了沖孔、切邊這幾道工序及凸模和凹模、卸料板的尺寸和結(jié)構(gòu)，并根據(jù)沖壓力選擇了合適的壓力機(jī)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】級(jí)進(jìn)模;沖壓模具;打印機(jī);固定板

引言

級(jí)進(jìn)模是在壓力機(jī)的一次行程中，在送料方向連續(xù)排列的多個(gè)工位上同時(shí)完成多道沖壓工序的沖模。級(jí)進(jìn)模能連續(xù)完成沖裁、彎曲、拉深、切斷等工序內(nèi)容。所以，結(jié)構(gòu)尺寸小、形狀復(fù)雜、工序較多、材料較薄的工件，一般都可以用一副多工位級(jí)進(jìn)模來完成加工。本文設(shè)計(jì)的是打印機(jī)機(jī)芯固定板級(jí)進(jìn)模，設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)盡可能的減少工序數(shù)，提高生產(chǎn)效率，模具結(jié)構(gòu)最好盡可能簡(jiǎn)單，同時(shí)保證使用壽命長(zhǎng)，這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

1.工藝方案分析

零件圖如圖1所示。首先對(duì)該零件進(jìn)行工藝分析，要想完成該產(chǎn)品，應(yīng)該有以下工序：

圖1 零件圖 ? ? ? ? ? ? ?圖2 方案三

Fig.1 Parts chart ? ? ? ?Fig.2 ?Plan three

（1）沖孔

沖孔是利用鋒利的凸模刃口將板料上的孔廢料分離的一種沖裁工序，為了保證產(chǎn)品尺寸的精確，該模具應(yīng)使用定位銷。

（2）切斷

切斷是用剪刃或沖模切斷板料，從而使板料分離的一種沖裁工藝，它與沖孔的最大區(qū)別在于切斷線是不封閉的，而沖孔線是封閉的。

該零件為打印機(jī)重要零件，要求中大批量生產(chǎn)。根據(jù)對(duì)沖壓件的工藝分析，可以擬如下工藝方案。

方案一：先沖孔，然后落料，單工序模生產(chǎn)。

方案二：沖孔落料復(fù)合沖壓，復(fù)合模生產(chǎn)。

方案三：如圖2所示，先沖孔，然后再切斷，級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。

綜合分析可得：

方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造周期短，但需要多幅模具來完成制造，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足生產(chǎn)要求，故不宜采用單工序模進(jìn)行生產(chǎn)。

方案二只需要一副模具，但是模具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，模具的制造成本會(huì)較高?？紤]到工件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)條件為大批量的小型沖壓件，故此種方案不太合適。

方案三采用一副模具，制造成本較低，周期短，生產(chǎn)效率高，能夠滿足工件大批量生產(chǎn)的要求。

通過對(duì)上述方案的比較，該沖壓件采用方案三級(jí)進(jìn)模沖壓最為理想。本文將工序安排為：沖孔，切斷。最終將工位定為2個(gè)。

1.2 排樣圖的設(shè)計(jì)

排樣就是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀以及精度要求來確定模具每一個(gè)工位的工作內(nèi)容，并且考慮凸模、搭邊、落料方式等因素確定步距和條料的寬度尺寸。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和外形特點(diǎn)，決定采用斜排的排樣形式，如圖3所示。其送料步距A=D+a=44+4=48mm;條料寬度B=（D+2a1+Δ）0-Δ=（70+2×2+0.5）0-0.5=74.50-0.5mm，材料利用率：η= = ? ?41%。

圖3 排樣圖 ? ? ? ? 圖 4 落料凹模 ? ? ? ? 圖5 沖孔凸模

Fig.3 Layout ? ? ? Fig.4 Blanking die ? ? ?Fig.5 Piercing punch

2 主要零部件的設(shè)計(jì)

2.1 落料凹模的設(shè)計(jì)

為了降低凹模加工難度和凹模結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，獲得較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，凹模采用整體式直通形刃口，如圖4所示。查表得刃口高度h=5mm。凹模外形尺寸計(jì)算公式如下：

凹模厚度H=Kb，凹模壁厚C=（1.5～2）H

式中b——沖裁件最大外形尺寸，b不小于15mm;

C——凹模壁厚，指刃口至凹模外形邊緣的距離。

查表取凹模厚度系數(shù)K=0.2，凹模厚度H=Kb=0.2×48=9.6mm，凹模壁厚C=（1.5～2）H =（1.5～2）×9.6=14.2～19.2mm ?查《沖壓模設(shè)計(jì)指導(dǎo)》[3]表5-4，選取得凹模厚度H=10mm，凹模壁厚C=20mm。選取標(biāo)準(zhǔn)矩形凹模板尺寸為：100mm×90mm×10mm（GB 2858.1-81）。

2.2 沖孔凸模的設(shè)計(jì)

根據(jù)凸模的工作截面形狀，可分為圓形和非圓形兩類;根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和鑲拼式。

1、鑲拼式凸模

大型零件的落料、沖孔或切邊等工序使用的凸模，一般都設(shè)計(jì)成鑲拼式結(jié)構(gòu)。

2、整體式凸模

中、小型工件在沖裁中使用的凸模，一般都設(shè)計(jì)成整體式結(jié)構(gòu)。整體式凸模的基本結(jié)構(gòu)形式為階梯式和直通式。本設(shè)計(jì)中所用的凸模均設(shè)計(jì)為整體式。如圖5所示。

凸模長(zhǎng)度可根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要確定：L=h凸模固定板+h落料凹模=8+10=18mm

由于凸模尺寸較大，且長(zhǎng)度較短，剛度和強(qiáng)度足夠，所以無需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。凸模材料為Cr6WV，熱處理硬度為56～58HRC。

2.3 卸料板的設(shè)計(jì)

2.3.1 卸料板外形設(shè)計(jì)

卸料板不僅僅是卸料的作用，同時(shí)要對(duì)凸模進(jìn)行導(dǎo)向，尤其是該模具設(shè)計(jì)的過程中，凸模的直徑較小，而且高度較大，所以使用彈性卸料板比較好。卸料板的外形尺寸與凹模的邊界尺寸相等。卸料板與凸凹模的間隙值取0.1mm。

卸料板的設(shè)計(jì)一般情況下應(yīng)該結(jié)合凹模的尺寸大小，長(zhǎng)寬和凹模的的長(zhǎng)寬一樣，厚度選擇為14mm，選取標(biāo)準(zhǔn)矩形固定板加工為卸料板，矩形固定板標(biāo)記為：100mm×90mm×14mm GB 2858.2-81。

2.3.2 卸料板材料的選擇

卸料板主要的功能是卸料，同時(shí)還有對(duì)凸模有保護(hù)的作用，所以強(qiáng)度和硬度都有具有較高的要求，一般情況下都選擇45號(hào)鋼。45鋼是常用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，它的質(zhì)量非常的好，含碳量（0.45%）波動(dòng)小，性能較穩(wěn)定。設(shè)計(jì)成零件后，再經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，具有良好的綜合力學(xué)性能，即具有較高的強(qiáng)度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。

2.3.3 卸料板整體精度的確定

圖6 ?卸料板

Fig.6 ? Stripper

卸料板外輪廓的精度要求不高，所以選取IT14級(jí)，粗糙度為Ra3.2um;而內(nèi)輪廓的精度要求比外輪廓的要求稍高，所以選取IT11級(jí)，粗糙度為Ra1.6um。卸料板外形尺寸如圖6所示。

3. 沖壓設(shè)備的選擇

沖壓設(shè)備一般指壓力機(jī)。沖壓設(shè)備的選擇直接關(guān)系到設(shè)備的安全以及生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)成本等。沖壓設(shè)備的選擇主要包括設(shè)備的類型和規(guī)格參數(shù)兩個(gè)方面。針對(duì)本文的小型沖壓件，且精度要求不是很高，故選擇開式曲柄壓力機(jī)。通過計(jì)算，理論沖裁力F總=120.5 KN，為了保證沖壓力的足夠，一般壓力機(jī)的噸位為計(jì)算的沖壓力1.3倍左右，即：F'總=1.3？F=1.3？120.5=156.65KN。

選擇J23—40式可傾壓力機(jī)能滿足使用要求，其主要技術(shù)參數(shù)為：

公稱壓力：400KN

滑塊行程：100mm

最大閉合高度：300mm

最大裝模高度：280mm

工作臺(tái)尺寸：420mm？630mm（前后？左右）

墊板尺寸：80mm ？150mm（厚度？直徑）

模柄孔尺寸：Ф50mm？80mm（直徑？深度）

最大可傾角：30o

4. 模具總裝圖

本設(shè)計(jì)模柄與上模座之間采用兩顆M3的螺釘固定，上模座與各板之間采用四顆M6的內(nèi)六角螺釘固定，下模座與各板之間也采用M6的內(nèi)六角螺釘固定。上下模座之間采用導(dǎo)柱導(dǎo)套鏈接，打桿在壓力機(jī)的作用下使上模座作上下往復(fù)沖壓運(yùn)動(dòng)。模具總裝圖如圖7所示。

模具裝配需符合以下技術(shù)要求：

（1）導(dǎo)柱與導(dǎo)套為間隙配合H7/h6，壓入時(shí)注意校正導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模板的垂直度，裝配好的導(dǎo)柱、導(dǎo)套的固定端面與上下模座平面的距離為1—3mm。

（2）導(dǎo)柱與下模座為過盈配合H7/r6。

（3）裝配好的模架與上下模板沿導(dǎo)柱移動(dòng)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)無阻滯現(xiàn)象。

（4）模柄與上模座為過渡配合H7/m6。

5. 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的打印機(jī)零件級(jí)進(jìn)模，采用斜排樣設(shè)計(jì)，材料利用率41%。凹模采用整體式直通形刃口，凸模采用整體式，模架形式為四角導(dǎo)柱模架，工位數(shù)為2，故模具結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，導(dǎo)向精確，產(chǎn)品精密度較高，可以獲得較好的生產(chǎn)效益。

1-導(dǎo)柱;2-導(dǎo)套;3-上模座;4-銷釘;5-螺釘;6-模柄;7-打桿;8-推板;9-頂針;10-螺釘;11-固定板墊板;12-固定板;13-卸料墊板;14-卸料板;15-凸模;16-導(dǎo)料銷;17-奧模板;18-凹模;19-凹模墊板;20-螺釘;21-下模座

圖7 ?模具總裝圖

Fig.7 Mold assembly drawing

參考文獻(xiàn)：

[1]劉燕.基于UG打印機(jī)支架多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)與信息化，2009，（1）：2-2.

[2]丁松聚.冷沖模設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：39-40.

[3]王立人.沖壓模設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

[4]高軍.沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[5] 王靜.《工程力學(xué)》課程的教學(xué)探討[J].科技信息，2009：（8），5-10.

[6] 郭志強(qiáng).入位原則在沖模工作零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].模具制造，2014，（2）：1-5.

[7] 周美蓉.汽車連接板級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)[J].熱加工工藝，2013，（3）：2-2.

[8] 周逸鳴，陳煒，王祥等. 級(jí)進(jìn)模具壓力中心確定技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014，（7）：246-248.

[9] 宿永起，張德強(qiáng)，毛萍. 雙L環(huán)200L大型物料桶模具設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013，（7）：238-241.

[10] 譚麗，翁翎. 1000MW級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)定子線圈模具研制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013，（9）：260-262.