胡 江

(江西應(yīng)用工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，江西 萍鄉(xiāng) 337042)

齒輪螺栓墊片的沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

胡 江

(江西應(yīng)用工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，江西 萍鄉(xiāng) 337042)

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計在模具開發(fā)過程中非常重要。根據(jù)齒輪螺栓墊片的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，分析其沖壓工藝性能及排樣，詳細(xì)介紹模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程及要點，并借助CAD軟件功能，完成一套復(fù)合沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

復(fù)合沖模；結(jié)構(gòu)設(shè)計；墊片

1 制件工藝分析

如圖1所示的齒輪螺栓墊片，要求年產(chǎn)量20萬件。該制件由圓弧和直線組成。結(jié)構(gòu)對稱，形狀比較特殊，未注公差尺寸，精度要求不高。查閱沖壓設(shè)計手冊，為IT14級。材質(zhì)Q235，其抗剪強(qiáng)度為350 MPa，具有良好的沖壓成型性能[1]。料厚t為0.5 mm。外觀質(zhì)量要求，表面無劃痕。制件孔邊到外緣輪廓的距離為4.5 mm，大于凸凹模允許的最小壁厚2.7 mm[1]。故可以選用復(fù)合沖壓工序沖裁，保證制件的形狀精度和尺寸精度，且生產(chǎn)效率較高，工作面平整，對稱度位置誤差小，既能滿足圖樣質(zhì)量要求，也適應(yīng)大批量生產(chǎn)。

圖1 制件結(jié)構(gòu)

2 模具設(shè)計要點

2.1排樣設(shè)計

在設(shè)計排樣時，根據(jù)制件結(jié)構(gòu)特征，采用有廢料的直排形式，即沿制件的全部周邊輪廓沖裁，材料上留有搭邊，以補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定剛度。雖然材料利用率稍微低一點，但有利于保證制件質(zhì)量和模具的壽命。

1) 搭邊的確定。一般來說，搭邊值由經(jīng)驗估算。普通沖裁的搭邊值，查閱沖壓設(shè)計手冊得a=2 mm，a1=1.5 mm[2]。

3) 計算步距。條料在模具上每次送進(jìn)的距離為1個步距。步距大小應(yīng)為條料上兩個對應(yīng)沖裁件的對應(yīng)點之間的距離[2]。經(jīng)計算，步距A=28.5 mm。

制件沖壓排樣設(shè)計如圖2所示[3]。

2.2模具壓力中心的確定

在設(shè)計模具結(jié)構(gòu)時，要求模具的模柄中心(一般情況也是凹模幾何中心)與壓力中心重合[4]。使模柄中心軸線通過壓力中心， 防止產(chǎn)生偏心載荷，以保證模具的壽命。利用解析法計算模具壓力中心為(0，1.1)，如圖3所示。

2.3模具工作零件設(shè)計

2.3.1 凹模設(shè)計

凹模設(shè)計如圖4所示。

圖2 排樣設(shè)計

圖3 模具壓力中心

圖4 凹模結(jié)構(gòu)

1) 凹模外形結(jié)構(gòu)。凹模外形選用距型結(jié)構(gòu)，在其上面開設(shè)所需要的凹模孔口，用螺釘和銷釘直接固定在模座板上。凹模的輪廓尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，一般與標(biāo)準(zhǔn)固定板、墊板和模座板等配套使用。計算得出凹模輪廓尺寸。設(shè)計時，選用的標(biāo)準(zhǔn)模板為

L×B×H=160 mm×100 mm×18 mm

(GB/T2873.1—1996)[4]。

2) 凹模刃口。凹模刃口應(yīng)保持鋒銳性和高耐磨性，并能承受沖擊載荷，材質(zhì)選用CrWMn。利用線切割加工或是坐標(biāo)磨削成型直壁刃口，反面擴(kuò)大[5]。確保刃口表面粗糙度Ra為0.4～0.8 μm。工作部分淬硬，HRC為60～64。

2.3.2 凸凹模設(shè)計

凸凹模設(shè)計如圖5所示。

圖5 凸凹模結(jié)構(gòu)

1) 凸凹模是復(fù)合模的主要工作零件。其工作端的內(nèi)外緣都是刃口，內(nèi)緣與凹模刃口形式相同，外緣與凸模刃口結(jié)構(gòu)相同。凸凹模內(nèi)外緣之間的壁厚由制件孔邊距決定[6]，本制件的最小壁厚是4.5 mm，凸凹模允許的最小壁厚為2.7 mm，可以滿足凸凹模強(qiáng)度要求。凸凹模尺寸可以按照經(jīng)驗公式計算，也可以根據(jù)凹模實際尺寸配作。

2) 凸凹模外形結(jié)構(gòu)采用直通式，其工作部分與固定部分形狀、尺寸完全相同，材料與凹模一樣，熱處理硬度比凹模稍低，取HRC為58～62，固定部分局部退火，以方便反鉚裝配在固定板上。直通式的凸凹模多選擇線切割或成型銑、磨削加工成型[5]。工作表面粗糙度Ra為0.4～0.8 μm，固定部分表面粗糙度Ra為0.63～2.5 μm。

2.3.3 沖孔凸模設(shè)計

沖孔凸模設(shè)計如圖6 所示。沖孔凸模設(shè)計成階梯式結(jié)構(gòu)，通過臺階與固定板固定。其技術(shù)要求與凸凹模一致。根據(jù)制件結(jié)構(gòu)特點，無需校核強(qiáng)度剛度。

圖6 沖孔凸模結(jié)構(gòu)

2.4模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)沖壓工藝方案，已經(jīng)確定采用倒裝復(fù)合模結(jié)構(gòu)，手工送料，不需要另設(shè)側(cè)壓裝置。選擇彈性卸料板、剛性推件裝置。條料在模具中的準(zhǔn)確定位由導(dǎo)料銷和活動擋料銷控制。按照凹模外形選取的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，選擇滑動導(dǎo)向的后側(cè)導(dǎo)柱模架(GB/T2851.3—1990)[5]，實現(xiàn)縱向送料，且送料和操作比較方便。

2.5壓力機(jī)參數(shù)與模具參數(shù)的校核

根據(jù)計算模具沖壓所需的工作壓力和模具閉合高度，選擇J23-16型壓力機(jī)[6]。其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。經(jīng)計算，模具的閉合高度為165 mm。壓力機(jī)的最大閉合高度為200 mm，連桿調(diào)節(jié)余量是55 mm，因此所選壓力機(jī)滿足模具閉合高度要求。另外，模具的總體平面尺寸也與壓力機(jī)工作臺和滑塊下平面尺寸相適應(yīng)。模具能夠正確地安裝在壓力機(jī)上，并能正常使用。

表1 J23-16型壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 模具結(jié)構(gòu)及工作過程

3.1模具結(jié)構(gòu)簡圖

模具結(jié)構(gòu)簡圖如圖7所示。

1—銷釘，2—螺釘，3—墊塊，4—橡膠，5—卸料板，6—凹模，7—推件塊，8—內(nèi)六角螺釘，9—上模墊板，10—防轉(zhuǎn)銷釘，11—上模座板，12—模柄，13—打桿，14—銷釘，15—沖孔凸模，16—固定板，17—導(dǎo)套，18—導(dǎo)料銷，19—凸凹模，20—導(dǎo)柱，21—卸料螺釘，22—下模座板，23—彈頂擋料銷。

圖7模具裝配結(jié)構(gòu)

3.2模具工作過程

如圖7所示，條料沿導(dǎo)料銷(18)送至彈簧彈頂?shù)幕顒訐趿箱N(23)后在模具中定位。壓力機(jī)帶動上模下壓。在沖壓之前，由于橡膠(4)的彈力作用，卸料板(5)先壓住條料，上模繼續(xù)下壓進(jìn)行沖裁分離：凸凹模(19)外形和凹模(6)對條料進(jìn)行落料，同時沖孔凸模(15)與凸凹模(19)內(nèi)孔在條料上沖孔。此時橡膠(4)被壓縮。上?；爻虝r，橡膠(4)回復(fù)推動卸料板(5)把緊箍在凸凹模(19)上的條料卸下。沖裁出來的制件卡在上模的凹模(6)中，直接利用壓力機(jī)的打桿裝置(由打桿(13)和推件塊(7)組成)進(jìn)行推件，卸件可靠，便于操作。沖孔廢料直接由沖孔凸模(15)從凸凹模(19)內(nèi)孔中推下，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

[1] 王樹勛.模具實用技術(shù)設(shè)計綜合手冊[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社,2003：345-351.

[2] 朱江峰,閆志波.沖壓成型工藝及模具設(shè)計[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2012：178-180.

[3] 夏琴香,袁寧.模具設(shè)計及計算機(jī)應(yīng)用[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社,2008：56-60.

[4] 翁其金.冷沖壓技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006：143-146.

[5] 任建偉.模具工程技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2004：98-100.

[6] 陳炎嗣,郭景儀.沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001：112-115.

〔責(zé)任編輯： 盧 蕊〕

Structuredesignofstampingdiesofgearboltgasket

HUJiang

(Mechanical Engineering Department, Jiangxi Vocational College of Applied Engineering, Pingxiang 337042, China)

The mould structure design is very important in the mould development process. According to the structure features and technical requirements of gear bolt washer and analysis of the performance of the stamping process and layout, the design process of the mould structure and the main points were introduced in detail. With the aid of CAD software functions, a set of compound stamping die structure design was completed.

compound die; structure design; gasket

2015-01-05

胡 江(1970—)，男，江西萍鄉(xiāng)人，工程師，講師，主要從事模具設(shè)計與制造理論教學(xué)及技能訓(xùn)練研究。

TG385.2

： C

：1008-8148(2015)02-0059-04