搖臂精密沖裁模具的設計與應用

姚紅梅，周華鋒，秦秀秀

精密沖裁是一種先進的精密成形技術，采用塑性加工少無切屑工藝技術，通過一次沖壓行程即可獲得低表面粗糙度值與精度高的沖裁零件的工藝方法。

與普通沖裁相比，經過精密沖裁后的零件表面粗糙度可達R a0.8~0.4μm，尺寸精度在IT8~IT9以上，且斷面質量比普通沖裁要好很多。如果沖裁件要求的尺寸精度及表面粗糙度較高，采用精密沖裁工藝要比普通沖裁工藝后再整修生產率大幅提高，節約工時還能降低成本。

1. 產品分析

搖臂零件料厚5mm，側面表面粗糙度要求達到0.8μm以上，且側面對底面有個垂直度的要求，若用一般沖裁模再進行鉗工修整，表面粗糙度能保證但垂直度無法保證，且效率極低。如果采用精密沖裁模具，零件具有非常精確的尺寸，精沖后零件上下表面非常平整，毛刺很小，既能保證側面的表面粗糙度又能滿足側面對底面的垂直度要求。此外，精沖件剪切面在精沖中得到硬化，延長了精沖件的使用壽命。零件具體形狀如圖1所示。

2. 工藝分析

精沖件在投入生產前必須經過工藝性審查，確定其是否進行精沖，是否需要修改以符合精沖要求。由于零件厚度為5mm，其圓角半徑應該為1.5～3mm，避免尖角，否則在尖角處塌角會增大并產生破斷面，凸凹模在使用不久就會磨損與崩裂。該零件最小圓角為R3mm，符合精沖要求。考慮到加工零件精度，采用先粗沖后精沖的工藝路線。

3. 精沖模具結構設計

該零件外形簡單，因此選用簡易精沖模結構，在普通壓力機上完成。

（1）精沖間隙與凸凹模刃口尺寸 精沖間隙：精沖模凸凹模間隙很小，一般約為普通間隙的1/10。精沖時不允許凸模進入凹模型孔，凸模最終位置與凹模距離為0.01mm。由于零件只落外形，雙邊間隙查表可得到

式中 t——材料厚度5mm；

Z——凸凹模雙邊間隙 （mm）。

凸凹模刃口尺寸。精沖模刃口尺寸設計與普通沖裁模刃口設計基本相同，落料以凹模為準，不同的是外形要比凹模小0.01mm以下，還要考慮到使用中的磨損。

式中D凹——凹模尺寸（mm）；

Dmin——工件最小極限尺寸 (mm);

Δ——工件公差(mm)。

由于工件厚5mm屬于厚料沖裁，凸模刃口圓角應取0.05mm左右；凹模取0.05～0.1mm。

圖 1

（2）工件定位 零件粗沖后再進行精沖，用粗沖外形進行定位，設計兩個活動定位板靠零件外形進行定位，定位板長槽沿著導向銷可在水平方向滑動，當向中心方向滑動到不能再滑動為止，此時就是零件的定位尺寸。由于零件定位尺寸與沖后尺寸只有0.5mm余量，廢料都將留在定位板中間，有的還將擠進定位板底面的縫隙中，因此設計成活動的定位板便于排除廢料，如圖2所示。

（3）凸凹模設計 材料的選擇。由于此精沖模沖壓零件料厚比較厚，沖裁力相應比較大，一般比普通沖裁模的沖裁力大1.5～3倍。凹模的材料選擇要與一般模具有所不同，要求是高耐磨性、高韌性材料，VANADIS-4E是一種長壽命精沖模具材料，符合要求。

凸凹模設計。為節省凹模材料，凹模采用鑲拼式結構，緊密配合壓入凹模固定板中。凹模刃口高度不能超過一個料厚t，避免刃口過高存料太多，使刃口受到張力，影響凹模刃口壽命。凸模采用固定式，凸模刃口尺寸與凹模配制，保持單邊間隙0.025mm，如圖3所示。

（4）導向機構設計 因為精沖凸凹模間隙很小，為確保凸凹模對正，使間隙均勻，要求有精確穩固的導向裝置，因此選擇滾動式導柱導套，外加兩個導板，保證模具導向的精確度。兩個導板設計在上模兩側，導板三側面與凹模兩側開的凹槽進行滑動配合，保證凸凹模對正精度，如圖4所示。

（5）限位機構設計 首先，為了避免刃口損壞，要嚴格控制凸模進入凹模的深度，設置兩個限位柱，如圖3所示，當上模下降，壓料板接觸到限位柱時上模就應該停止下行，此時已完成沖裁。由于精密沖裁的沖裁力大，限位裝置必不可少，為了保險起見，在模具外側的兩個導板下又各設置了一個限位柱，當導板與限位柱保持1mm的距離時停止，如圖4所示。

（6）齒圈設計 齒圈就是壓板上V形凸起圈，其圍繞工件剪切周邊，并離刃口有一定距離。作用就是阻止剪切區外金屬板料，在沖裁過程中進入到剪切區，以便在剪切區內材料處于三向壓應力狀態，壓緊被沖材料，避免板料彎曲和拉深變形，沖裁完后又起卸料作用。

料厚大于3.5mm時，采用雙面齒圈，即凹模、壓料板上都有齒圈，具體齒圈的設計，如圖5所示。

圖 2

圖 3

圖 4

4. 模具運輸的保護設計

為了保證模具在運輸過程中凸凹模刃口不被磕碰，要求模具應是閉合狀態，但凸凹模刃口不能接觸，設計兩套固定式、鉸鏈式限位機構，在不工作時將鉸鏈支柱轉到豎直位置與固定支柱接觸，上模被限制，從而保證了凸凹模之間的距離。

5. 精沖模具運動過程

零件送入模具，放入定位板中，調整兩個定位板將零件定位，上模下行，零件被齒圈壓板、凸凹模壓緊，在受壓狀態下被沖裁，當上模與限位柱相差1mm，上模停止下行，沖切完畢，上下模分開，齒圈壓板卸下廢料, 總裝配示意如圖6所示。

6. 結語

精密沖裁適用于板料較厚、尺寸精度及表面粗糙度要求較高零件，采用精密沖裁工藝，比普通沖裁工藝后再整修生產率大幅提高，節約工時且降低成本，是一種提高沖裁件質量，既經濟又有效的加工方法。

圖 5

圖6 裝配圖