無間隙沖壓復合模設計

徐 凱 甘守華

（南京寧青環保工程有限公司，江蘇 南京210001）

0 引言

模具主要分塑料模、鑄造模、鍛造模、冷沖壓模等，機床調整墊片（圖號R14－51101，如圖1所示）屬于冷沖壓模設計范圍，是插齒機（齒輪機床）內的一個定位調整零件，設計圖技術要求如下：（1）加工后的零件表面平整光滑；（2）外形與內孔不允許有毛刺；（3）同一零件有3 種 （0.1mm、0.2mm、0.3mm）料厚，材質為 H62黃銅板。

圖1 三維調整墊片圖

根據工藝分析及多年來模具設計經驗，采用常規的落料沖孔復合模設計（1副模具分別沖壓3種不同料厚）方法雖然可以實現，但是沖壓件外形與內孔較大的毛刺無法避免，且最重要的問題在于凸凹模雙面間隙（0.01～0.03mm）小于導柱導套滑動配合間隙0.04mm。我們知道，在冷沖壓模生產中，沒有導柱導套引導（保護）的凸凹模（淬火硬度在HRC58～64之間）合展時就會出現互啃（爆模）現象，對操作者生命安全帶來危害。采用常規模具（導柱導套滑動配合）沖壓本件不可行，那么用什么方法可以解決該工藝制作上的難題呢？

第1種方法，采用線切割加工調整墊片的方法可以達到設計圖的要求。雖然可多件疊加（內孔與外形分4次）線切割成型，但切割速度緩慢、效率低、加工成本高，對于需要大批量生產的調整墊片顯然是不適用的。

第2種方法，采用聚氨酯橡膠模沖裁調整墊片的方法雖然也可達到設計圖的技術要求，但聚氨酯橡膠（制作凹模）沖壓時（因沖壓件料厚不同，一模需要三用），刃口受交替變化沖壓力作用極易磨損變形，沖壓幾十片后必須更換聚氨酯凹模，對于需要大批量生產的調整墊片而言耗時、費力、廢材料，顯然也是不適合的。

第3種方法，采用鋼模無間隙沖壓的方法雖然可以成型，但是必須根據模具結構、閉合高度、沖裁力大小、凹模有效面積選擇合適的滾珠式（導柱導套負間隙滾動配合）模架，控制凸凹模間隙。無間隙通用復合模沖壓成型，就是在一副模具內由滾珠模架控制凸凹模及沖頭定位，既要保證薄形沖壓件外形在落料時凹凸模之間的極小間隙為0.015mm，又要同時保證沖孔時沖頭與凸凹模之間的極小間隙為0.015mm（據此沖壓出的零件才能保證無毛刺）。

由于一副模具內要沖壓3種不同料厚的零件，在模具結構設計（零部件之間公差配合）與模具制造（機加工精度與模具裝配）上存在較大的難度。選擇何種模具結構控制凸凹模間隙，是我們要直面的課題。

1 選用滾珠模架設計倒裝式復合模結構

1.1 選用滾珠模架控制模具間隙

在模具設計中，滾珠模架可以確保鋼模無間隙沖壓（僅適用于薄形板材），因此非常適合本件沖壓成型。

首先，按沖壓件（調整墊片）外形尺寸35mm×76mm確定凹模有效面積為120mm×170mm（厚度取32mm），結合測算模具閉合高度及沖壓件（條料）自動送料方式，選用兩側滾珠式標準模架（型號：CR180－125），控制無間隙落料沖孔通用復合模一次沖壓成型。

1.2 倒裝式復合模結構設計

倒裝式無間隙落料沖孔通用復合模結構如圖2所示。

圖2 無間隙通用復合模剖視圖

1.3 沖壓原理

本模具為倒裝式無間隙落料沖孔通用復合模（圖3），設計采用滾珠模架控制凸凹模及沖頭之間無間隙沖壓，一副模具可分別沖壓3種（0.1mm、0.2mm、0.3mm）不同厚度材料。

圖3 三維無間隙通用復合模示意圖

將條料（81×L）利用送料機（PLC程序控制）在下模件12定位銷位置（3點）定位，當上模下行時，件9凹模與件10卸料板壓緊條料，隨著件13卸料橡皮下行，件11凸模將沖壓件在件9凹模腔內落料，同時，件8推件板隨著件5推件橡皮上行，件6圓沖頭、件7方沖頭在件11凸模內孔沖孔（3廢料從凸模內孔下方漏出），沖壓件在件9凹模腔內落料沖孔一次成型。當上模回升時，沖壓件被件8推件板（推件橡皮彈壓作用）從凹模腔內推至下模平臺。條料每步進自動送料一次，即可利用側邊及落料后的外形孔（后側）在3個定位銷位置（3點）定位，重復完成下次沖壓。

1.4 凸凹模設計

本結構設計采用的是無間隙落料沖孔復合沖壓（一次成型），滾珠模架（負間隙滾動配合）保護凸凹模刃口，線切割加工凹模，配作凸模（含凸模內3孔）。

按常規加工方法落料以凹模尺寸為準，根據沖壓件（調整墊片）外形尺寸35mm×76mm確定凹模外形為：120mm×170mm×32mm。

（1）凹模（圖4）刃口尺寸：35＋0.030×76＋0.030；圓角處4－R2＋0.030；材質：CrWMn；熱處理：HRC62～64。

圖4 凹模結構圖

（2）凸模（圖5）刃口尺寸：35＊×76＊；圓角處4－R2＊；凸模內圓孔尺寸2－13.5＊；方孔尺寸17＊×26＊；材質：CrWMn；熱處理：HRC58～62。

注：凸模＊尺寸按凹模刃口及沖頭（加工并裝配后）實際尺寸配作，保證最小雙面間隙0.015mm。

1.5 沖裁力、推件力、脫料力計算

沖裁力公式為：P＝1.25τtL／1000。查表得τ（H62抗剪強度）＝42kg／mm2；t（沖壓件料厚）＝0.3mm（按最厚材料計算）；沖壓件外形與內孔合計總長度L＝［（72＋31）×2＋2πR2］＋［（2πR×2處）］＋［（16＋25）×2＋（2πR0.5）］＝［206＋2×3.14×2］＋［2×3.14×6.75×2］＋［82＋2×3.14×0.5］＝388.48mm。

圖5 凸模結構圖

綜上所述：

（1）沖 裁 力 P沖＝1.25τtL／1000＝1.25×42×0.3×388.48／1000＝6.12t；

（2）查表K1＝0.02～0.05，推件力（將沖壓件從凹模腔內與沖頭上推出的力）P推＝nK1P沖＝1×0.035×6.12＝0.21t；

（3）查表K＝0.015～0.03，脫料力（將沖壓后條料上搭邊料從凸模上脫開的力）P脫＝KP沖＝0.0225×6.12＝0.14t。

根據以上計算，選擇10t沖床可一次性沖壓出調整墊片。

2 復合模加工、裝配、投產

無間隙落料沖孔通用復合模，一副模具沖壓3種不同厚度材料。經過科學創新的設計、形位公差配合的合理定位、凸凹模精密配作配裝，模具沖壓成型合模輕巧，速度快、效率高，平均每分鐘可沖制14～16個零件，沖壓出的零件平整、光滑、無毛刺，完全符合設計圖技術要求。

3 結語

大批量生產實踐證明，采用無間隙落料沖孔通用復合模結構一次性沖壓（一模沖壓3種不同料厚）調整墊片，模具結構合理、使用壽命長，沖壓速度快、生產效率高，工人操作方便，沖壓件質量完全達到設計圖要求。在受到工人與領導贊賞的同時，也為機械行業有類似（料厚≤0.3mm）需求大批量生產薄形沖壓件的企業提供了一個切實、可行的工藝方法。

［1］徐長壽.現代模具制造技術［M］.北京：化學工業出版社，2007

［2］鐘佩思.模具先進制造技術發展趨勢綜述［J］.深圳模具制造，2005（3）

［3］楊叔子.機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業出版社，2003

［4］任嘉卉.公差與配合手冊［M］.北京：機械工業出版社，2000

［5］劉建超，張寶忠.沖壓模具設計與制造［M］.北京：高等教育出版社，2010