墊圈類零件連續(xù)沖裁模工藝分析與模具設(shè)計(jì)1 研究的背景與目的太原機(jī)車車輛配件廠在生產(chǎn)某型號(hào)鐵道車輛配件時(shí)需要配裝墊圈類零件，生產(chǎn)目標(biāo)20 000件/a。根據(jù)產(chǎn)品圖樣的要求，通過(guò)沖壓加工，墊圈的表面質(zhì)量和精度等級(jí)完全可以滿足要求。然而由于不具備模具生產(chǎn)的條件，一直是靠車床加工來(lái)完成的，不但浪費(fèi)原材料，而且費(fèi)工費(fèi)時(shí)。利用模具來(lái)制造墊圈類零件是降低消耗、減輕機(jī)加工設(shè)備壓力、提高效益的有效途徑，因此有必要確定合理的沖壓工藝來(lái)解決這一生產(chǎn)中遇到的技術(shù)問(wèn)題。2 沖壓設(shè)備的選擇2.1 零件的基本要求墊圈零件的加工尺寸要求見(jiàn)圖1。材質(zhì)要求為Q235-A，上平面和下平面不要求加工，內(nèi)圈和外圈表面粗糙度為Ra12.5 m，不限制加工手段。2.2 總沖壓力的計(jì)算采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時(shí)，總沖壓力計(jì)算公式【1】為F總 = F沖 + F推 .式中：F沖為沖裁力；F推為推件力，即從凹模內(nèi)將工件或廢料順著沖裁方向推出的力。沖裁力計(jì)算公式為F沖 = 1.3Ltτ= 1.3x式中：L為刃口周長(zhǎng)；t為材料厚度；τ為材料的抗剪強(qiáng)度。對(duì)于Q235-A鋼，τ的取值范圍為304373 MPa，選取τ = 343 MPa。推件力計(jì)算公式為F推 = nK推F沖 = h/tK推F沖 =12/8x0.025x1097698.8N=41163.7N.式中：n為同時(shí)卡在凹模里的工件因此，選用200 t四柱液壓機(jī)，型號(hào)為YA32-200。3 模具壓力中心的確定為了保證壓力機(jī)和模具正常工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心線相重合，否則在沖壓時(shí)會(huì)使沖模與壓力機(jī)滑塊歪斜，引起凸凹模間隙不均和導(dǎo)向零件加速磨損，造成刃口和其他零件的損壞，使沖出的產(chǎn)品不能滿足使用要求。由零件圖知該零件具有一定的厚度，若采用一次成形的落料沖孔復(fù)合模，則退料問(wèn)題不好解決，并且模具的強(qiáng)度亦成問(wèn)題，因此筆者決定采用連續(xù)沖裁模的形式。在連續(xù)沖裁模的結(jié)構(gòu)中，大沖頭和小沖頭的落料規(guī)格不統(tǒng)一，因而必須正確確定壓力中心的位置。圖2為采用連續(xù)沖裁模時(shí)壓力中心確定示意圖。圖2中孔和孔均為對(duì)稱形狀，故沖裁時(shí)，各孔沖裁力的作用點(diǎn)在其幾何中心。按照?qǐng)D2選定坐標(biāo)系，y軸落在兩孔對(duì)稱中心，因此只要計(jì)算出y0即可找到壓力中心的位置。式中：l1為孔基本線段的周長(zhǎng)；l2為孔基本線段的周長(zhǎng)。壓力中心位置與孔中心之間的距離為y3 = y2 - y0 = 78 mm - 51.63 mm = 26.37 mm.因此，壓力中心位置在孔中心垂直向下26.37 mm處。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)使壓力中心與模柄中心線大體重合。4 凸凹模間隙的確定沖裁間隙是直接關(guān)系到?jīng)_件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命、力量和能量消耗的重要工藝參數(shù)，因此必須依據(jù)一定的原則來(lái)選取合理的間隙值，從而滿足對(duì)使用性能的要求。4.1 落料間隙的確定落料間隙的確定原則：落料制件尺寸決定于凹模尺寸，在設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。考慮到?jīng)_裁中凸凹模的磨損，所設(shè)計(jì)的凹模基本尺寸應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸，這樣在凸凹模有一定程度磨損的情況下，仍能沖出合格制件。凸凹模的間隙取最小合理間隙值。4.2 沖孔間隙的確定沖孔間隙的確定原則：沖孔時(shí)孔的尺寸決定于凸模尺寸，在設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。同樣考慮到?jīng)_裁時(shí)凸凹模的磨損，所設(shè)計(jì)的凸模基本尺寸應(yīng)取制件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。5 模具的總體設(shè)計(jì)考慮到墊圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并考慮其具有一定的厚度，因此采用連續(xù)沖裁模的形式較為合適【2】。畫(huà)出模具的結(jié)構(gòu)圖，見(jiàn)圖3。該模具的結(jié)構(gòu)如下：模具上部由模柄、上模板、墊板、凸模托板組成，它們是用定位銷和螺釘固定的。模具上有兩個(gè)凸模，一個(gè)是沖孔凸模，另一個(gè)是落料凸模。送料用固定擋料銷來(lái)限制。卸料板、下模通過(guò)定位銷和螺釘固定在下模板上。為了保證墊圈已沖制出的孔與其外圓的正確位置，在沖孔凸模的下面鑲有導(dǎo)正銷，當(dāng)凸模下降時(shí)，導(dǎo)正銷插入已經(jīng)沖好的孔內(nèi)，這樣就能保證外圓與孔的同軸度。在連續(xù)沖裁模上進(jìn)行第一次沖裁之前，利用固定擋料銷來(lái)控制定位顯然不可能，因此還必須在適當(dāng)位置設(shè)置臨時(shí)擋料銷來(lái)確定條料首件的位置。具體使用時(shí)，要求模具有良好的導(dǎo)向性及對(duì)中精度，方可沖壓出合格的產(chǎn)品，為此在模具結(jié)構(gòu)中設(shè)置了導(dǎo)套、導(dǎo)柱構(gòu)件來(lái)提高其導(dǎo)向定位精度。同時(shí)為了保證二者的同軸度及兩導(dǎo)柱的中心距要求，導(dǎo)套與上模板間在工藝上考慮采用銅合金或低熔點(diǎn)合金澆注，以牢固地相互連接。6 連續(xù)沖裁模中擋料銷位置的確定連續(xù)沖裁模中擋料銷位置的設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖4。擋料銷位置計(jì)算公式為因此選取e=44mm。7 條料排樣和搭邊量的確定排樣的意義在于減少材料的消耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，延長(zhǎng)模具使用壽命【3】。搭邊的作用則是補(bǔ)償定位誤差，保證沖出合格的制件，還可保持條料有一定的剛度，便于送料。條料排樣和搭邊情況，見(jiàn)第97頁(yè)圖5。搭邊值要合理確定。搭邊值過(guò)大，材料利用率低；搭邊值過(guò)小，在沖裁中將被拉斷，使制件產(chǎn)生毛刺，有時(shí)還會(huì)拉入凸模和凹模間隙中，損壞模具刃口，降低模具的使用壽命。根據(jù)以上因素的制約，決定選取a = 6 mm，b = 8 mm。條料寬度的基本尺寸B計(jì)算公式為B = D + 2a + Δ =式中：D為制件在寬度方向的尺寸，mm；a為側(cè)搭邊的最小值，mm；Δ為條料寬度的單向公差，取0.9 mm。因此選取B= 73 mm。又由于條料無(wú)側(cè)壓裝置，故卸料板送料方向尺寸不宜過(guò)大，初定為B′=75 mm。材料的利用率式中：F0為制件的面積，mm2；F為沖裁時(shí)所需的板料面積，mm2。因制件存在設(shè)計(jì)廢料，故材料利用率不是很高。8 沖裁模具主要零件材料的選擇沖模在工作中承受沖擊載荷，沖模工作零件除應(yīng)有足夠強(qiáng)度和韌性外，還必須有較高硬度和耐磨性【4】。筆者列出了主要零件的材料及要求，見(jiàn)表1。9 結(jié)束語(yǔ)墊圈類零件采用連續(xù)沖裁模方案后，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了極大的提高，模具的使用壽命也得到了延長(zhǎng)，從而降低了制造成本，產(chǎn)品合格率達(dá)到98%，滿足了生產(chǎn)的需要，同時(shí)也為類似零件的成型工藝提供了一種有效的解決途徑。參考文獻(xiàn)：【1】 王孝培.沖壓手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988.【2】 馮炳堯,韓泰榮,殷振海,等.模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè).上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1985.【3】 楊江河,魏永良.現(xiàn)代模具制造技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.【4】 史美堂.金屬材料及熱處理.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1984.