何勉鵬

（廣東省國防科技技師學院，廣東 廣州 510000）

風輪卡片多工位級進模模具設計

何勉鵬

（廣東省國防科技技師學院，廣東 廣州 510000）

多工位級進模是在普通級進模的基礎上發(fā)展起來的一種高精度、高效率、長壽命的模具，是技術(shù)密集型模具的重要代表，是沖模發(fā)展方向之一。本文主要針對風輪卡片的結(jié)構(gòu)特點進行工藝分析，確定沖件級進模的排樣方案，介紹模具主要沖壓工序及模具成形過程設計。

多工位級進模；排樣；沖裁方案；工序設計；拆彎

本文分析了風輪卡片的結(jié)構(gòu)，精度特點，對模具設計過程中產(chǎn)品的設計，模具類型的選擇。在設計中對產(chǎn)品進行合理的排樣，使風輪卡片的制造既可降低成本又可以達要加工精度要求，同時滿足產(chǎn)量要求。

1　風輪卡片的工藝性分析

圖1　風輪卡片產(chǎn)品圖

1.1材料選擇

該產(chǎn)品設計產(chǎn)量為30萬件，根據(jù)產(chǎn)品的設計要求材料選用了SGCC熱浸鋅板，料厚2mm，這種板材拆彎后不易生銹，具有很優(yōu)越的耐蝕性，而且保持了冷扎板的加工性，適合沖裁［1］。

1.2產(chǎn)品分析

圖1為風輪卡片的零件圖，產(chǎn)品由中間的D形卡孔及四個卡腳組成的外型相對比較簡單，但由于產(chǎn)品有四個拆彎的“小腳”，且板厚為2mm，通過展開計算，其四個小腳的長度均屬于細長懸臂，因此其加工難度系數(shù)也較大，

1.3模具類型的選擇

本文的主要設計工作圍繞產(chǎn)品風輪卡片展開該零件可用單工序模、復合模、多工位級進模進行生產(chǎn)。對沖壓生產(chǎn)而言，單工序模具結(jié)構(gòu)簡單，但生產(chǎn)效率低，而且鈑金零件不能過于復雜，否則就需要多副單工序模具才能實現(xiàn)生產(chǎn)。像本產(chǎn)品如果采用單工序模具進行生產(chǎn)的話，產(chǎn)品的外形可通過落料單工序模生產(chǎn)，再沖孔最后再用成型，最少要3套模具，這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不但變形大而且生產(chǎn)效率低，且精度不好保證，不適合精度要求高、大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品（如表1）；采用復合模對該產(chǎn)品進行生產(chǎn)，精度雖得到保證，由于生產(chǎn)方式的限制，生產(chǎn)效率比較低，也不適合大批量生產(chǎn)；而采用級進模進行沖壓生產(chǎn)，就可以解決這些缺點。多工位級進模是一種工位多，效率高的沖模。在多工位級進模上，可根據(jù)沖壓件的實際需要，按一定的順序安排多個沖壓工序進行連續(xù)沖壓。它不但可以完成沖裁工序，還可以完成成形工序。且級進模的生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，占用的操作人員少，適合大批量生產(chǎn)?，F(xiàn)代的沖壓技術(shù)發(fā)展迅速，可以沖壓形狀復雜精度要求高的沖壓制品，一些按傳統(tǒng)沖壓工藝需要多副沖模分工序沖制的復雜沖壓件，在生產(chǎn)中越來越多地采用多工位級進模成形，以提高沖壓制件的質(zhì)量和效率，降低沖壓制件的生產(chǎn)成本［2］。但設計與制造這類多工位級進模難度大，技術(shù)要求高。由于本次設計的模具生產(chǎn)產(chǎn)量大、精度要求高，故采用多工位級進模生產(chǎn)。

2　沖裁方案確定

在沖裁方式的選擇上，首先要考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)難度及產(chǎn)量要求，由于該產(chǎn)品的板材厚度達到了2mm，且有細長懸臂。懸臂的最小寬度為3mm已經(jīng)達到了落料最大的允許值1.5倍料厚的要求了，而產(chǎn)品的產(chǎn)量要求在30萬件以上，為了達到這一指標必須對模具的整體設計進行優(yōu)化，沖裁過程中對模具的強度及壽命起沖定性影響的就是沖裁方案。從模具的產(chǎn)量方面考慮，產(chǎn)量越高的要求一次沖壓生產(chǎn)的件數(shù)就會相應的更多，該產(chǎn)品已達到了大批量生產(chǎn)的要求，所以采用一出二的排樣方式；而為了保證模具的使用壽命、精度及后期的維護，該模具采用沖孔與切除余料相結(jié)合的方式，進行結(jié)構(gòu)設計，模具主要刃口部分，選用AF1鎢鋼材質(zhì)成做鑲件，以提高模具的局部強度。這樣的結(jié)構(gòu)可以保證較低的成本同時可以讓模具的使用壽命達到預期。

表1　

3　風輪卡片模具的設計

首先排樣設計，排樣設計中最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)就是搭邊值和步距，搭邊值的大小不單會影響到模具的壽命同時也影響了材料成本，面根據(jù)模具的經(jīng)驗數(shù)值，搭邊值至少要達到1.5倍以上的材料厚度或大于1.8mm。由于該模具在設計中是以切除余料的方式，主要形式為沖孔，所以邊緣搭邊，在保證不受影響模具質(zhì)量的前提下減少為1mm，中間搭邊則為0.6mm，產(chǎn)品用對排錯開的方式進行排樣，步距為：25mm，條料寬度51.7mm，確定后排樣圖如圖2所示。

圖2　排樣圖

而一套模具的設計是否合理，跟材料的利用有著密切的關(guān)系，如圖2所示，一個步距內(nèi)的材料利用率為η。沖裁件材料的利用率按式計算，即

式中A—沖裁面積（包括內(nèi)形結(jié)構(gòu)廢料）；

n—一個沖距內(nèi)沖沖裁件數(shù)目；

b—條料寬度；

h—進距。

為了更好地實現(xiàn)較高的自動化生產(chǎn)，選用卷料，以便于由自動送料器進行送進。

沖裁間隙的確定，在沖裁模的設計中，凸凹模間隙的合理選取，是保證模具正常工作、提高沖件質(zhì)量、延長模具壽命的一個關(guān)鍵因素。理想的間隙應該是板料沖裁斷裂時，凸凹模刃口邊所產(chǎn)生的裂紋在一條直線上，否則沖件邊緣將出現(xiàn)不允許的毛刺，使得刃口粘結(jié)，加快凸凹模磨損，進而影響模具的壽命。所以，如何選取合理的凸凹模間隙，是模具設計時不容忽視的問題。

凸凹模沖裁間隙一般按下式計算：

式中Z--凸凹模沖裁間隙

K--系數(shù)，對于SGCC熱浸鋅板，K=0.08

t--材料厚度

以上數(shù)值代入式中后得出，雙邊間隙值Z=0.16mm。

4　沖裁步驟設計

4.1沖裁方式

確定方案之后，進行沖壓件的工序設計，由于該沖壓件帶有拆彎部位，所以必須考慮在拆彎成形的過程中，制件的各個尺寸能否過到要求。為了確保制件的精度，共排10個工序進行沖裁，如圖3。第①工序先加工出導正孔，以確保后續(xù)工序的精確定位。第②工序?qū)дN導正并沖出“D形孔”，同時該工序開始用導正銷開始導正，以保證精度。第③至⑥工序，則以以沖孔的形式分幾步完成卡腳型的加工，之所以分幾步完成，是為了保證模具的局部強度不會因為刃口過于集中而降低。第⑦，⑧工序，先對產(chǎn)品的四個卡腳進行預折彎45°，在沖壓生產(chǎn)中，拆彎成形有回彈現(xiàn)象，不同的角度回彈的大小也會不一樣，一次拆彎的角度大小也會對拆彎部位的強度產(chǎn)生影響，為了減小回彈的，并保證制件的質(zhì)量，在模具的工序中加入45°的預拆彎工序，以防止拆彎時出現(xiàn)裂痕或斷裂，同時也降低成型時所需要的沖壓力。第⑧，⑨工序，完成產(chǎn)品的折彎工序制件卡腳至90°，在現(xiàn)在的很多拆彎成型模具中，為了保證產(chǎn)品的一致性，在拆彎時會加入預拆彎工序，不僅可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，還可以保證成型部分的壽命。第⑩步為該模具的最后一個有效工位，在這個工位上除了切斷工序之外還有一個出料工序，由于這套模具采用的是上出料的方式因此在第⑨第⑩個工序之間，裝有壓縮空氣的噴嘴，當沖件被切斷壓力機上行時，壓縮空氣會利用風力將沖件從模具中吹出，以此來降低制件遺留在模具表面的危險。

4.2定位方式

圖3　沖壓順序圖

各工位的定距起初由兩個側(cè)刃進行定距，為了使條料送料時有準確的位置，保證沖出合格的制件，同時考慮到零件生產(chǎn)批量大，要求模具結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以采用定位銷定位，導正銷導正的方式，導正銷前端采用斜角進行導向，R3作為導正過渡，而后面的直身部分進行導正（如圖4）。

因為板料厚度t=2mm，屬于較小厚度的板材，且制件尺寸不大，固采用側(cè)面6個固定擋料塊導向，并靠8根導正銷進行精確定位。在送料方向由于受凸模和凹模的影響，為了不影響送料的流暢性，在料的下方，也就是下模板上設計多個浮料銷，以便于在送料時將板料托起，使送料更加順暢。

4.3出料方式

為了便于操作，模具采用了切除余料的方式，生產(chǎn)效率得到了較大提高，廢料由凸模直接從凹模洞口推下，而沖件則利用壓宿空氣吹料的方式，將沖件從沖模中吹出（如下圖5），吹到收集箱中。

圖4　導正銷

圖5　出料方式示意圖

5　結(jié)語

在如今的沖壓生產(chǎn)加工中，多工位的級進模具應用越來越廣泛，這是一個趨勢，現(xiàn)有的加工手段也在不斷的完善，可加工的模具也可以更加的復雜多樣，本文通過對產(chǎn)品的分析及模具設計，完成的模具也達到設計的要求。而模塊化的結(jié)構(gòu)也讓模具的壽命得到質(zhì)的提升。

［1］翁其金.沖壓工藝與沖模設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［2］夏琴香.沖壓成形工藝及模具設計［M］.廣州：華南理工大學出版社，2005.

Design of Multi-Position ProgressiveDiefor Wind Wheel Cards

He Mianpeng
（Guangdong National Defense Science and Technology Technician College，Guangzhou Guangdong 510000）

Multi-position progressive die is a kind of mold with high precision，high efficiency and long service life developed on the basis of common progressive die.It is an important representative of the technology intensive mold，and is one of the developing direction of die.This paper mainly analyzed the structural characteristics of the wind wheel cards from the process，determined the progressive die layout program，and introduced the main stamping process and die forming process design.

multi-position progressive die；layout；punching plan；working procedure design；bending

TG385.2

A

5168（2015）12-0027-3

2015-12-15

何勉鵬（1985.4-），男，本科，助理講師，研究方向：模具教學。