馮漢榮

0 前言

由于公司有較多先進(jìn)沖床?，F(xiàn)采用型號(hào)(SNZ─110)沖床，配有4只機(jī)械手、氣動(dòng)送料器及矯形機(jī)。要求對(duì)加工左、右面板（零件）的模具進(jìn)行改良。零件原來(lái)是由5套模具（工序）分別裝置在5臺(tái)沖床去完成，加工材料是雙光料，零件成形后要電鍍。所以表面要求較高，盡可能一套模具完成，避免在每個(gè)工序搬運(yùn)過(guò)程刮花零件。

零件加工對(duì)這個(gè)模具改良有一定的難度，模具的整體性較大。沖孔、翻邊、彎曲對(duì)模具和零件有一定影響，維修是否方便，及模具的壽命。也要考慮加工這套模具的設(shè)備。由于存在著這些的問(wèn)題，所以需要對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，模具的結(jié)構(gòu)分析。

1 零件特征

圖1為左、右面板的零件圖，其材料：雙光（冷軋）薄板，T=0.4 mm。

圖1 左、右面板的零件圖

2 零件的工藝分析

以往工藝分五個(gè)工序完成；落料→沖孔→翻邊→彎曲90°(18mm)→彎曲90°(24mm)。

由于每套模具是獨(dú)立裝上不同噸位的每一臺(tái)沖床，對(duì)這個(gè)零件的加工有幾個(gè)問(wèn)題。

（1）落料模具。剪切零件的整個(gè)輪廓沖裁力大。

（2）沖孔模具。如圖1，加工模具時(shí)兩排長(zhǎng)孔，凸模和凹模的長(zhǎng)孔與長(zhǎng)孔之間距離較接近，如一齊沖出對(duì)模具壽命會(huì)有影響。

（3）如圖1，兩端彎曲尺寸高18 mm、24 mm。是分兩套模具彎曲。如一齊彎起90°，那么會(huì)把零件拉花。但上端（18 mm）是裝配在產(chǎn)品的里面，而影響外觀不大，下端（24 mm）是外表面，由于模具彎曲間隙小，易拉花，間隙大就難保證圖紙要求的角度。另外拉花表面也容易生銹。

（4）在上端（18 mm）和下端（24 mm）。如一齊彎曲后會(huì)扣住上模，使零件難脫模。

3 模具的結(jié)構(gòu)分析

據(jù)上述分析：現(xiàn)在改為一套組合模具完成，為了減少工序（運(yùn)輸）的拉花損壞。初定工藝，第一步開(kāi)坯料，包括沖一排長(zhǎng)孔→第二步?jīng)_兩個(gè)圓孔和沖另一排長(zhǎng)孔→第三步翻邊→第四步彎曲兩端90°，分四步完成。

在一般的設(shè)計(jì)思路，大型模具用大拼裝法，容易加工模具、外觀整齊。但模具的加工及維修會(huì)帶來(lái)很大困難。

（1）在加工方面，本公司沒(méi)有大型設(shè)備加工，而且裝配也困難。發(fā)外加工成本高不劃算。

（2）在維修方面，第一步、第二步都是剪切口，較易損壞。第三、四步翻邊彎曲（90°），而翻邊，彎曲模具的壽命較長(zhǎng)。而第一、二步其中有一損壞的話，那要整套模具卸下維修。無(wú)法對(duì)模具進(jìn)行局部的修正。

圖2 模具

所以對(duì)模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些改良構(gòu)思，如CAD圖的圖2是主視圖（上、下模），由進(jìn)料→步進(jìn)1（開(kāi)料）→步進(jìn)2（沖孔）→步進(jìn)3（翻邊）→步進(jìn)4（兩端90°成形）四套模具組成。下模俯視圖，步進(jìn)4側(cè)視圖。及模具中的主要處作局部剖視。采用分體組合而成的模具，再由組合模板來(lái)固定每步的分體模，這樣造可解決以下幾個(gè)問(wèn)題。

1）在設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)化了。在排樣與步進(jìn)模形式原理一樣，不同就是每套模具都分開(kāi)。留有空間可用來(lái)裝夾分體模的壓板及機(jī)械手復(fù)位，也確保每套模具中心距離與機(jī)械手的移動(dòng)距離規(guī)定為350mm。

2）在加工方面，除下模板的凹槽發(fā)外加工，其余可在本公司的設(shè)備加工。

3）在維修上可對(duì)任何分體模具進(jìn)行局部維修（或拆下）。

（3）由于需要用機(jī)械手傳遞零件，決定了各單套模具的下模面高度要保持一致，否則，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)造成面低了而吸不上零件或因模面高了機(jī)械手走不盡而損壞?？紤]到機(jī)械手吸盤是抽真空式吸盤，當(dāng)吸盤與零件的距離小于2 mm時(shí)，可吸取零件。也就是各單套模的下模面高度差不小于0.5 mm。

4 提高模具壽命

（1）合理間隙

剪切口模具對(duì)于薄材料，間隙過(guò)大有拉入下模的危險(xiǎn)，一但拉斷，所形成的拉斷毛刺更長(zhǎng)。間隙偏小，沖出制件的斷面出現(xiàn)雙光帶，且有毛刺，又因模具與材料之間摩擦大，發(fā)熱嚴(yán)重使材料粘連，加速刃口磨損，降低了模具壽命。

通過(guò)上述分析及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，刃口間隙取片8%為合理的間隙，可以提高模具壽命的幾倍。

（2）下模窄小型孔的結(jié)構(gòu)分析及選用

圖3 直壁式刃口下模

如圖3為直壁式刃口下模，刃口強(qiáng)度高，制造方便。刃口修磨后型孔尺寸對(duì)沖裁間隙無(wú)明顯影響，適于沖裁形狀復(fù)雜，精度要求較高，以及厚度較大的零件。由于型孔內(nèi)易于聚積零件或廢料，因而推件力大。如果刃口周邊有突變的夾角或有窄懸臂伸出，由于應(yīng)力集中，有可能在角部位產(chǎn)生脹裂，因此對(duì)下模和上模的強(qiáng)度都帶來(lái)不利的影響。同時(shí)，由于摩擦力增大，對(duì)孔壁的磨損深度增大，故此刃磨層較厚，致使下模的總壽命降低。

如圖4是斜壁式刃口下模，這類型孔刃口銳利，因不會(huì)聚積零件或廢料，摩擦力和脹裂力均較小，刃口磨損小，使用壽命相對(duì)增長(zhǎng)，但是刃口強(qiáng)度略低，修磨后尺寸略有增大。當(dāng)a=30′時(shí)，刃磨0.1 mm，尺寸增大約為0.0017 mm，因此適于沖裁形狀不復(fù)雜，厚度較薄，精度要求不是很高的零件。

根據(jù)上述圖4分析，與結(jié)合左右面板這只零件是影響不大。所以把所有下模的窄小型孔都采用圖4的斜壁式刃口下模并作鑲件。如圖2，因?yàn)樯夏_子直徑小，鋼性差。所以對(duì)應(yīng)的下模用鑲件方便更換。采用斜壁刃口下模主要是降低沖裁的推料力，從而提高模具的壽命。

（3）鋼材選用

為了延長(zhǎng)沖模壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益，合理選用模具材料成各模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。因此，在選用制造模具中的主要零件材料時(shí)，必須滿足下列基本要求。

1）根據(jù)模具的工作特點(diǎn)和失效形式，確定模具的失效抗力指標(biāo)，尤其是對(duì)硬性的要求。

2）考慮其冷加工工藝性能和熱加工工藝性能是否良好。

3）分析模具的使用價(jià)值，盡可能采用質(zhì)量好的鋼材，但也要考慮到其經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)闆_模材料用占整個(gè)模具制造費(fèi)用的6%～10%。

4）為了降低生產(chǎn)成本，注意采用微變形模具鋼，以降低機(jī)械加工費(fèi)用。

5）對(duì)于特種要求的模具，應(yīng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有專門性能的模具鋼。

根據(jù)上述幾點(diǎn)，這套模具是選用了鉻鋼。當(dāng)然有很多的鋼材比鉻鋼要好幾倍，但是造價(jià)比較高，而鉻鋼相對(duì)較低，其次是可以達(dá)到使用要求。

5 整體沖裁力計(jì)算

（1）工程圖步進(jìn)1

剪切總長(zhǎng)為1 160.4 mm。根據(jù)供應(yīng)商提供的材料抗拉強(qiáng)度為460 MPa作為沖裁力計(jì)算：材料厚度0.4 mm。

沖裁力計(jì)算公式為：P=LtOb，

P=1 160.4×0.4×460=213 513.6 N=213.5 kN。

卸料力計(jì)算公式為：P1=K1P（卸料力系數(shù)取最大值K1=0.06），

代入：P1=0.06×213 513.6 N=12 810.81 N=12.81 kN。

推料力計(jì)算公式為P2=K2P（推料力系數(shù)取最大值K2=0.07），

代入：P2=0.07×213 513.6 N=1 495.95 N=14.95 kN。

總的沖裁力計(jì)算公式為：P01=P+P1+P2，

代入：P01=213.5+12.81+14.95=241.26 kN。

（2）工程圖步進(jìn)2

剪裁總長(zhǎng)度為152.1 mm，材料厚0.4 mm。

沖裁力計(jì)算公式為：P=LtOb，

P=152.1×0.4×460=27 986.4 N=27.99 kN。

卸料力計(jì)算公式為：P1=K1P（卸料力系數(shù)取最大值K1=0.06），

代入：P1=0.06×27.99=1.679 4 kN。

推料力計(jì)算公式為P2=K2P （推料力系數(shù)取最大值P2=0.07），

代入：P2=0.07×27 986.4 N=1 959.048 N=1.97 kN。

總的沖裁力計(jì)算公式為：P02=P+P1+P2，

代入：P02=27.99+1.68+1.97=31.63 kN。

（3）工程圖步進(jìn)3

彎曲線總長(zhǎng)度為1 430.58 mm，R0.3。

U形彎曲力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算：

卸料力計(jì)算公式為：P1=K1Pb（卸料力系數(shù)取最大值K1=0.06），

代入：P1=0.06×270.75=16.245 kN。

總的沖裁力計(jì)算公式為：P03=Pb+P1，

代入：P03=270.75+16.245=286.995 kN。

（4）工程圖步進(jìn)4

兩端彎曲線長(zhǎng)分別為146 mm，內(nèi)彎曲半徑R2，另一個(gè)R6。

U形彎曲力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算：

總彎曲力計(jì)算為：Pb3=Pb1+Pb2，

代入:Pb3=8.06+3.02=11.08 kN。

卸料力計(jì)算公式為：P1=K1b（卸料力系數(shù)取最大值K1=0.06），

代入：P1=0.06×11.08=0.665 kN。

總的沖裁力計(jì)算公式為：P04=Pb3+P1，

代入：P04=11.08+0.665=11.745 kN。

整體模具的沖裁力計(jì)算公式為：

Pn=(P01+P02+Pb+Pb3)K

Pn=(241.26+31.63+286.995+11.745)×1.3=743.119 kN

式中：Pn——整體模具的沖裁力（kN）

P01、P02、P03、P04——單套模的沖裁力 （kN）

P1——卸料力（kN）；

P2——推料力（kN）；

L——沖裁剪切輪廓總長(zhǎng)度（mm）；

T——材料厚度（mm）；

Ob——材料抗拉強(qiáng)度460 MPa；

K1——卸料力系數(shù)值為0.02～0.06(薄料取最大值)；

K2——推料力系數(shù)值為0.03～0.07(薄料取最大值)；

K——安全系數(shù)值為1.3；

Pb1、Pb2——因R半徑不同分別計(jì)算彎曲力（kN）；

R——內(nèi)彎曲半徑（mm）；

B——彎曲線長(zhǎng)度（mm）。

6 模具工作過(guò)程

先把原料裝上送料機(jī)→矯形機(jī)，矯直后→氣動(dòng)送料器，調(diào)正步距→通過(guò)在圖2中(步進(jìn)1)下模浮升釘裝置，它是起導(dǎo)向作用，也把料升離模面避免條料推進(jìn)時(shí)與模面摩擦而刮花，在上模彈性壓卸料板的對(duì)應(yīng)位置開(kāi)出凹坑。第一步的模具工作把條料頭沖，沖床回程由氣動(dòng)送料器，把條料送到撞塊，沖出另一端及一排的長(zhǎng)孔，第一步完成。然后機(jī)械手由真空吸盤把第一步的胚料送到下一步，第二步完成。機(jī)械手把料送下一步，圖2(步進(jìn)3上模，局部剖視)采用彈性卸料板。因退料力較大，如用頂釘把零件頂出，這樣很有可能將零件壓有印，所以采用外圍裝卸料板。下模用拼裝結(jié)構(gòu)，這樣可節(jié)省材料。第三步完成。機(jī)械手把料送下一步，圖2（步進(jìn)4），下模也是用拼裝結(jié)構(gòu)，在下端（24 mm）加一條可轉(zhuǎn)動(dòng)下?；顒?dòng)塊，因零件的角度要求90°下偏差2°，而且R角大，回彈也會(huì)大，在零件(R6)角這段亦是外觀，所以采用活動(dòng)式彎曲90°。下?；顒?dòng)塊加工成84°。上模同樣，當(dāng)上模向下壓時(shí)，下模活動(dòng)塊受上模壓下的作用力時(shí)相應(yīng)大開(kāi)，那么間隙較大對(duì)零件表面摩擦就小。上模再往下壓時(shí)，托底板的凸位將下?；顒?dòng)塊的下部臺(tái)階壓下，這時(shí)下模活動(dòng)塊轉(zhuǎn)向上模方向。使零件達(dá)到要求。步進(jìn)4。圖5模分成3件，上模固定塊，上模開(kāi)合塊(1)，上模開(kāi)合塊(2)，有兩根導(dǎo)柱作導(dǎo)向。斜塊（楔）裝于上模兩邊對(duì)稱。用于打開(kāi)上?；顒?dòng)塊，當(dāng)上模向下壓時(shí)，斜塊先接觸到斜塊導(dǎo)輪（角度變化時(shí)是可調(diào)整）。從而使上模開(kāi)合塊(2)移動(dòng)到預(yù)定的位置，再向下時(shí)把零件彎曲前，后兩端，完成后零件扣住上模回升，彈簧裝置把上模的活動(dòng)塊(1)(2)頂回原位，這時(shí)上模的頂針采用尼龍料不易刮花零件，不用多大的力可把零件頂出脫離上模。全過(guò)程都是自動(dòng)化。

圖5 步進(jìn)4

7 結(jié)論

模具的設(shè)計(jì)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，同時(shí)又有很大的靈活性，這套模具較好地結(jié)合公司的設(shè)備，縮短了生產(chǎn)加工周期，在交付生產(chǎn)使用了較長(zhǎng)的時(shí)間，反饋，不但大幅度提高生產(chǎn)效率，并能保證零件的質(zhì)量，尤其是第四步的模具，上模采用斜塊（楔）開(kāi)合式，是非常好的，整套模具的設(shè)計(jì)合理，但由于每步模具的上、下模座有大的空間，在生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生噪聲，需降低噪音分貝，尚有改善的潛力。