劉永華，李民，房洪杰

（1.中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)，北京 100048；2.煙臺(tái)南山學(xué)院，山東 煙臺(tái) 265713）

模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝設(shè)備，是一種高附加值的技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要指標(biāo)。圖1為某企業(yè)正在生產(chǎn)的油門拉線支架，材質(zhì)為Q235-A，材料厚度為4.5mm，預(yù)計(jì)產(chǎn)量為1萬(wàn)件/月，需要設(shè)計(jì)一套模具滿足批量生產(chǎn)。

圖1 油門拉線支架零件圖

1 工藝分析及方案確定

1．1 工藝分析

該零件屬于沖裁件，在沖壓工藝性能好、模具設(shè)計(jì)合理的條件下，沖裁件能夠批量生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。根據(jù)圖1中零件圖的技術(shù)參數(shù)，對(duì)該零件的工藝進(jìn)行了分析：（1）該沖裁材料為Q235-A是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，沖壓性能好；（2）零件結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，屬于簡(jiǎn)單的落料件；（3）零件周邊圓精度要求較高，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面考慮擬采用IT9級(jí)。

1．2 方案確定

方案的確定要依據(jù)改零件的工藝，沖裁件的工藝包括工序、組合、順序等，合理的沖裁工藝方案，能夠提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。因此，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)前，先確定零件的加工方案，盡可能一次成型，避免工序復(fù)雜化。根據(jù)圖1的零件圖，該工件無(wú)孔，不需要沖裁，只是一個(gè)簡(jiǎn)單的落料工序就能生產(chǎn)成型，因此，確定該零件生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)一套落料模具，一次沖裁成型，便于機(jī)械化操作，生產(chǎn)效率高。

2 凸凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算

2．1 凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及輪廓尺寸計(jì)算

凹模按結(jié)構(gòu)可分為整體式凹模和組合式凹模（鑲拼結(jié)構(gòu)），在該油門拉線支架沖裁模具設(shè)計(jì)中，選用整體式凹模。整體式凹模廣泛應(yīng)用于沖裁中小型沖壓件的模具及尺寸精度要求比較高的模具中，它的特點(diǎn)是：凹模工作刃口強(qiáng)度較高，由于制件厚度達(dá)到4.5mm，屬于較厚工件，因此，選用下出料方式出料，凹模用螺釘和銷釘固定在下模座上，確保安裝和拆卸簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好。

整體式凹模輪廓尺寸的確定：模具在工作過(guò)程中，凹模承受的力有沖裁力和側(cè)向擠壓力。因此，凹模的輪廓尺寸要考慮零件的厚度，還要考慮凹?？卓谌斜陂g距離，一般設(shè)計(jì)模具時(shí)，按照經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定。

凹模厚（高）度：H=k×S

式中，S為垂直送料方向的凹模刃壁間最大距離（mm）；k為系數(shù)，考慮板料厚度的影響。

已知S=185.5mm，(根據(jù)文獻(xiàn)[3]，k=0.20～0.24)取k=0.20，代入公式，得：H=0.20×185.5≈ 37mm，H取值45mm，則垂直于送料方向的凹模寬度B=S+(2.5-4.0)H，帶入數(shù)值得B=185.5+2.5×37=278mm，取B=280mm。

送料方向凹模長(zhǎng)度L=S1+2S2

式中，S1為送料方向的凹模刃壁間最大距離（mm）；S2為送料方向凹模刃壁至凹模邊緣的最小距離（mm）；已知S1=55mm，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，得S2=55mm，代入公式計(jì)算得：L=180mm。

綜合各方面因素，考慮到安裝、送料的便利，綜合各方面因素，取凹模周界B×L=280mm×180mm×45mm。

經(jīng)設(shè)計(jì)，凹模的結(jié)構(gòu)示意圖2所示。

圖2 凹模結(jié)構(gòu)示意圖

2．2 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及長(zhǎng)度計(jì)算

凸模高度主要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)，并考慮修磨、操作安全、裝配等需要來(lái)確定。當(dāng)按沖模典型組合標(biāo)準(zhǔn)選用時(shí)，則可取標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，否則應(yīng)該進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下：

H=h1+h2+h3+h

式中，h1為凸模固定板的厚度（mm），其值取凹模厚度的70%～80%；h2為固定卸料板厚度（mm）；h3為導(dǎo)料板厚度（mm）；h為增加長(zhǎng)度（mm），它包括凸模的修磨量、凸模進(jìn)入凹模的深度△（0.5mm～1mm，現(xiàn)取1mm）、凸模固定板與卸料板之間的安全距離（一般取10～20mm）等?，F(xiàn)取h=20mm。

油門拉線支架模具設(shè)計(jì)中采用的是卸料板與導(dǎo)料板一體的剛性卸料板，且因?yàn)橹萍穸容^大，剛性卸料板厚度可與凹模厚度一致,所以凸模長(zhǎng)度H＞h1+h2+h3+h=20mm+25mm+20mm=65mm，取凸模長(zhǎng)度為70mm。

經(jīng)設(shè)計(jì)，凸模結(jié)構(gòu)示意圖3所示。

圖3 凸模結(jié)構(gòu)示意圖

3 模具裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析

3．1 模具其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

（1）模架結(jié)構(gòu)。模架采用中間導(dǎo)柱模架,這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，以凹模周界尺寸為依據(jù)選座位模架規(guī)格。上模座H上模取50mm，上下模墊板厚度H墊取20mm，上下固定板厚度H固取20mm。

（2）導(dǎo)向零件。導(dǎo)柱、導(dǎo)套結(jié)構(gòu)選擇滑動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)柱導(dǎo)套數(shù)量選擇兩副。導(dǎo)柱d/mm×L/mm分別為φ40×200；φ45×200。導(dǎo)套d/mm×L/mm×D/mm分別為φ40×115×45，φ45×115×60。

（3）支承零件。模具中的支承支持零件有上模座、下模座、模柄、上墊板、下墊板和凸模固定板。

上、下模座：其規(guī)格可根據(jù)相關(guān)資料查得，上模座厚度為50mm，下模座厚度為60mm；周邊尺寸根據(jù)凹模周邊尺寸B×L=180mm×280mm來(lái)設(shè)計(jì)。

模柄：中、小型模具一般都通過(guò)模柄將上面固定在壓力機(jī)滑塊上。

選用壓入式模柄，其固定段與上模座孔采用H7/m6過(guò)渡配合，模柄的尺寸需根據(jù)壓力機(jī)模柄孔尺寸相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇尺寸為Φ50×75（mm×mm）的壓入式模柄。

上、下墊板：在凸模固定板和上模座之間加一塊淬硬的墊板，其周邊長(zhǎng)度為B×L=180mm×280mm，其厚度為20mm。

凸模固定板：選擇方形固定板周邊長(zhǎng)度為B×L=180×280mm，其厚度一般為凹模厚度的60%～80%。凸模固定板與凸模一般為過(guò)渡配合（H7/n6或H7/m6），壓裝后將凸模端面與固定板一起磨平。

3．2 模具工作過(guò)程分析

根據(jù)圖4模具裝配圖所示，模具工作時(shí)，上模與壓力機(jī)滑塊一起做上下運(yùn)動(dòng)。在沖裁前，頂料塊與凸模、剛性卸料板與凹模一起將材料壓緊，上模隨滑塊繼續(xù)下行，凸模進(jìn)入凹模前，導(dǎo)柱已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)套，從而保證了在沖裁過(guò)程中凸模和凹模之間間隙的均勻性。凸模進(jìn)入凹模就材料沖下，在上模上行時(shí)，通過(guò)頂料塊將工件從凹模中頂出。

圖4