許春龍

(蘇州市職業(yè)大學 機電工程學院，江蘇 蘇州 215104)

0 引言

沖壓加工是一種先進的金屬壓力加工方法，墊圈是機械行業(yè)中常用的沖壓零件，主要用于機械設備中零部件之間螺紋的聯(lián)接，能增加被聯(lián)接件的支承面積，避免螺母擰緊時被聯(lián)接件表面的擦傷。實際使用中，墊圈的規(guī)格多種多樣，既有圓形墊圈，也有異形墊圈。墊圈零件往往尺寸較小、需求量較大，因此要求模具使用壽命高，并且對于凸、凹模的裝配精度和快速更換有一定要求。所以，在模具設計時應重點加以考慮，找到合理的解決策略。

1 沖裁工藝分析

圖1為異形墊圈沖壓件，材料為20鋼，厚度為2 mm，大批量生產(chǎn)。墊圈結構簡單，形狀對稱，精度要求不高(IT13級)，屬于普通精度沖壓件。但在設計時應注意以下幾個問題：

圖1 異形墊圈

(1) 產(chǎn)品為典型的一頭大一頭小的異形結構，應對排樣方式加以優(yōu)化，以提高材料利用率，降低成本[1]。

(2)Φ5 mm小孔的最小孔邊距只有5.5 mm左右，應合理安排沖裁工序，以保證凹模強度，提高模具壽命。

(3)Φ5 mm的沖孔凸模接近小孔沖裁[2]，設計時應考慮快換式凸模結構，以便于凸模的維修和更換，提高生產(chǎn)效率。

2 模具總體方案確定

異形墊圈為沖孔落料沖裁件，由于該制件尺寸較小，且生產(chǎn)批量較大，宜采用多工序沖壓方案。而復合模具無法解決產(chǎn)品孔邊距較小對凸凹模壁厚的影響問題，且采用“一沖二”的直對排方式，復合模結構較復雜，模具裝配和維修都存在一定困難。綜合考慮后宜采用多工位連續(xù)模結構，由于采用直對排排樣方式，一次沖裁兩個零件，所以，兩件的落料工位應離開一定距離，以增強凹模強度，同時便于模具的加工和裝配。因此，最終確定采用“沖導正孔—沖孔—落料—空工位—落料—切斷”六工位級進沖壓工藝方案。

異性墊圈零件尺寸較小，且沖壓生產(chǎn)批量較大，故采用夾持式自動送料裝置進行送料，并通過槽式浮頂裝置對帶料進行導向定位，采用側刃控制送料步距，并通過導正銷進行精定距。設置雙排導正銷孔，并在第一工位沖出導正銷孔，以后隔工位等距設置導正，以確保送料精度。由于墊圈料厚不大，模具卸料方式采用彈壓卸料裝置。

3 異形墊圈排樣設計

3.1 排樣方案

根據(jù)前述沖裁工藝分析，為滿足大批量生產(chǎn)要求，設計了如圖2所示的“一沖兩出”的直對排排樣方案，即沖裁一次產(chǎn)生兩個制件。

圖2 排樣設計

該零件共采用6個工位來完成沖壓，即：工位1，沖導正孔及側刃沖切；工位2，沖孔；工位3，落料；工位4，空工位；工位5，落料；工位6，切斷，最后將載體與帶料分離，完成墊圈沖裁。

3.2 排樣參數(shù)計算[3]

(1) 送料步距S計算公式為：

S=L+a0/cosα.

(1)

其中：L為沖件平行于送料方向最大尺寸，為44 mm；a0為工件間搭邊值，取4.3 mm；α為沖件外輪廓斜邊夾角。

由圖1、圖2可知：

α=arctan[(11-8)/21]=81.3°.

將相關參數(shù)代入式(1)，取整得送料步距S=49 mm。

(2) 條料寬度B計算公式為：

B=b+2a+D.

(2)

其中：b為側刃沖切寬度，取5 mm；a為側搭邊值，取2.5 mm；D為沖件垂直于送料方向最大尺寸，為40 mm。

將相關參數(shù)代入式(2)，計算得B=50 mm。

4 模具結構及創(chuàng)新設計

4.1 承料板結構

異形墊圈采用六工位的連續(xù)沖裁模結構。由于采用夾持式自動送料機構，沖裁工位較多，為避免刃口不均勻磨損，保證沖裁質(zhì)量，同時起到帶料送進中的承重作用，本文設計了一種可在一定程度上平衡沖頭對凹模所產(chǎn)生側向力的承料板裝置。該承料板整體為L型結構，承料板上端面開有導向槽，導向槽的寬度比帶料寬度大0.5 mm～1 mm；承料板上開有安裝螺釘?shù)某量?，以便于承料板與下模座的連接固定。所設計的承料板結構如圖3所示。

4.2 快換凸模

沖壓生產(chǎn)中模具零件會承受一定的沖擊和振動，尤其是凸模、凹模刃口由于磨損因素，還會產(chǎn)生一定的變形甚至開裂等失效形式，因此，模具在使用壽命范圍內(nèi)要經(jīng)過大修和小修等維修維護。生產(chǎn)中凸模常用的結構主要有階梯式和直通式兩種形式，但此類結構凸模的維修更換不便，容易造成停工停產(chǎn)。因此，本文設計了一種快換凸模結構，其整體結構為直通式，但不同于傳統(tǒng)的鉚接固定方式，而是通過在凸模的側面上開設矩形掛槽，凸模在固定板上裝配后，其矩形槽正好處于凸模固定板底部，通過墊片和螺釘即可將凸模固定在固定板上。凸模拆裝時，只需在開模狀態(tài)下松開螺釘，即可將凸模從固定板中拉出，實現(xiàn)凸模的快速拆卸。掛槽式轉(zhuǎn)換凸模結構如圖4所示。

4.3 彈壓卸料機構

沖壓生產(chǎn)中，為實現(xiàn)條料或帶料的卸料，并保證沖壓制件端面平整度，通常采用彈壓卸料裝置。本設計中的彈壓卸料裝置通過采用等高套筒，控制沖壓過程中各彈性元件的卸料行程一致，以便在卸料時提供均勻的彈性力，從而實現(xiàn)平穩(wěn)卸料，防止沖壓生產(chǎn)中的拉料、卡料等卸料不暢問題。該彈性卸料機構不僅保證了沖壓生產(chǎn)的正常進行，減小了沖壓事故的危害；同時對提高產(chǎn)品表面質(zhì)量具有重要的作用，尤其適合于產(chǎn)品形狀復雜、沖壓工序較多的精密沖壓場合。彈壓卸料裝置如圖5所示。

圖3 承料板 圖4 掛槽式快換凸模

1-螺塞;2-彈簧;3-墊塊;4-等高套筒;5-螺釘

4.4 模具結構

異形墊圈沖裁模采用六工位的級進模結構，由于工位較多，因此，設計中各凹模采用鑲件形式，通過凹模固定板進行固定，各沖裁凸模采用快換式結構，既可保證凸模的裝配精度，同時可實現(xiàn)凸模的快速換修。

異形墊圈級進沖壓模具結構如圖6所示。

1-內(nèi)六角螺釘;2-等高套筒;3-墊塊;4-彈簧;5-螺塞;6,7,8,9,12-快換凸模;10-緊固螺釘;11-墊片;13-上模座;14-上墊板;15-切斷刀;16-凸模固定板;17-卸料背板;18-卸料板;19-凹模固定板;20-下墊板;21-下模板;22,24,25,26,27-凹模鑲件;23-浮升銷;28-承料板

為保證制件沖壓精度，采用了彈壓卸料裝置，模具裝配后，通過保證等高套筒的高度偏差來控制各彈性元件的卸料行程。沖壓過程中，當卸料板18和凹模固定板19上的材料接觸后，上模繼續(xù)下行，在材料的反作用力下，彈簧4壓縮，在卸料板18的帶動下，卸料背板17和螺塞5一起向上運動，進一步帶動等高套筒2和墊塊3一起上行，當滑塊處于下止點時，墊塊3的下端面和凸模固定板16的上端面之間形成卸料回程空間，此時卸料背板17和墊片11之間要保持安全距離，以免發(fā)生干涉。沖壓結束后，上模回程，在彈簧4的作用下，墊塊3和等高套筒2向下運動，進而帶動卸料背板17、卸料板18和螺塞5一起回程，當墊塊3的下端面和凸模固定板16的上端面接觸后，卸料結束。

5 結語

本文設計的異形墊圈連續(xù)沖壓模具結構合理，可實現(xiàn)“一沖二”，生產(chǎn)效率較高，采用等高套筒彈性卸料方式可實現(xiàn)平穩(wěn)卸料，保證制件平整性?？ú凼娇鞊Q凸模裝置制造簡單、安裝和更換方便，尤其適用于凸模形狀復雜、局部薄弱且需要經(jīng)常維修、更換的沖壓場合，具有很好的應用前景和實際意義。