齒輪螺栓墊片沖壓工藝及模具設計

吳小江

【摘 要】本文主要針對沖壓模具結構的設計展開了探討，通過結合具體的實例，對制件工藝作了分析，并對模具設計要點和模具結構及工作過程作了詳細的闡述，以期能為有關方面的需要提供有益的參考和借鑒。

【關鍵詞】沖壓模具；制件工藝分析；結構設計

所謂的沖壓模具，是指在冷沖壓加工中，將材料加工成零件的一種特殊工藝裝備。而此模具結構的設計在模具開發過程中非常重要，因此，我們需要重視對沖壓模具結構的開發，以能為完成優秀的結構設計。基于此，本文就沖壓模具結構的設計進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

1制件工藝分析

如圖1所示的齒輪螺栓墊片，要求年產量20萬件。該制件由圓弧和直線組成。結構對稱，形狀比較特殊，未注公差尺寸，精度要求不高。查閱沖壓設計手冊，為IT14級。材質Q235，其抗剪強度為350MPa，具有良好的沖壓成型性能。料厚t為0.5mm。外觀質量要求，表面無劃痕。制件孔邊到外緣輪廓的距離為4.5mm，大于凸凹模允許的最小壁厚2.7mm。

2模具設計要點

2.1排樣設計

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

（2）料寬的計算。條料是由板料裁剪得到的，為保證送料順利，裁剪時，公差帶分布規定，上偏差為零，下偏差為負值，并且條料沿導料板輸送也存在誤差，所以在計算料寬時，應考慮在這兩種誤差影響下仍能保證沖裁件與條料側邊之間有一定的搭邊值。經查表，計算得料寬B=76.50-0.5mm。

（3）計算步距。條料在模具上每次送進的距離為1個步距。步距大小應為條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離。經計算，步距A=28.5mm。

2.2模具壓力中心的確定

在設計模具結構時，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。使模柄中心軸線通過壓力中心，防止產生偏心載荷，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2所示。

2.3模具工作零件設計

2.3.1凹模設計

（1）凹模外形結構。凹模外形選用距型結構，在其上面開設所需要的凹模孔口，用螺釘和銷釘直接固定在模座板上。凹模的輪廓尺寸已經標準化了，一般與標準固定板、墊板和模座板等配套使用。計算得出凹模輪廓尺寸。設計時，選用的標準模板為

L×B×H=160mm×100mm×18mm

（GB/T2873.1—1996）。

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

2.3.2凸凹模設計

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

（2）凸凹模外形結構采用直通式，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。工作表面粗糙度Ra為0.4～0.8μm，固定部分表面粗糙度Ra為0.63～2.5μm。

2.3.3沖孔凸模設計

沖孔凸模設計成階梯式結構，通過臺階與固定板固定。其技術要求與凸凹模一致。根據制件結構特點，無需校核強度剛度。

2.4模具總體結構設計

根據沖壓工藝方案，已經確定采用倒裝復合模結構，手工送料，不需要另設側壓裝置。選擇彈性卸料板、剛性推件裝置。條料在模具中的準確定位由導料銷和活動擋料銷控制。按照凹模外形選取的標準尺寸，選擇滑動導向的后側導柱模架（GB/T2851.3—1990），實現縱向送料，且送料和操作比較方便。

2.5壓力機參數與模具參數的校核

根據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。經計算，模具的閉合高度為165mm。壓力機的最大閉合高度為200mm，連桿調節余量是55mm，因此所選壓力機滿足模具閉合高度要求。

3模具結構及工作過程

3.1模具結構簡圖

3.2模具工作過程

如圖3所示，條料沿導料銷（18）送至彈簧彈頂的活動擋料銷（23）后在模具中定位。壓力機帶動上模下壓。在沖壓之前，由于橡膠（4）的彈力作用，卸料板（5）先壓住條料，上模繼續下壓進行沖裁分離：凸凹模（19）外形和凹模（6）對條料進行落料，同時沖孔凸模（15）與凸凹模（19）內孔在條料上沖孔。此時橡膠（4）被壓縮。上模回程時，橡膠（4）回復推動卸料板（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，直接利用壓力機的打桿裝置（由打桿（13）和推件塊（7）組成）進行推件，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）內孔中推下，結構簡單，操作方便。

4結語

綜上所述，沖壓模具如今在許多行業都有著廣泛的應用，因此，為了能制作出質量優越的模具，我們必須要重視對模具結構的設計，做好模具開發和設計方面的細節工作，以為制作出優良的沖壓模具打下堅實基礎。

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