沖裁模中斜刃及階梯凸模的應用

馬惠鋼

（常熟中等專業學校，江蘇 常熟 215500）

沖裁模中斜刃及階梯凸模的應用

Applications of inclined blade and stepped convex mold in stamping die

馬惠鋼

（常熟中等專業學校，江蘇 常熟 215500）

彈性變形階段、塑性變形階段還有斷裂階段是沖裁過程經歷的三個階段。在沖裁模的設計中，沖裁力是一個非常重要的依據。在沖裁模中階梯凸模、斜刃凸模可重新分配沖裁力，不僅能減少對沖壓設備的要求，還能有效避免沖裁中心偏離的問題，使得沖片能一次性地連續完成。所以說，斜刃及階梯凸模在沖裁模中有著廣泛的應用，是提升沖裁效率、精度的關鍵。

沖裁力；斜刃；階梯；沖裁模

沖裁設備的沖壓力是額定的，當額定的沖壓力無法滿足工件加工需要時，需綜合運用臺階刃、平刃、斜刃等方式設計冷沖模，通過重新分配沖裁力，使沖裁設備能繼續使用，避免工件只能在較高沖壓力設備上加工的局限，提升生產效率［1-2］。本文首先對沖裁力進行了分析，接著以某臺沖壓機為例來論述斜刃及階梯凸模在沖裁模中的應用，并介紹了確定凸凹模刃口尺寸應遵循的原則，最后對本文設計的模具在產生中應用情況進行了介紹，最終證明該模具使用方便、精度易控制、對沖壓機要求低，具有較高的應用價值。

1 沖裁力的分析

圖1 磁軛沖片簡圖

圖1 為某發電機磁軛沖片的簡圖，由圖1中可知，沖裁的輪廓線長，沖片的輪廓線型復雜。若選擇設計成平刃方式，則沖裁力P=561.61 t。561.61 t遠遠超過15 t沖壓機的承受力，此時應設計新的模具以減低沖壓力。重新設計的沖模采用復式，采用臺階刃、平刃、斜刃相結合的方式設計上模部，采用平刃方式設計下模。刃口的高低次序和布置方式根據沖片沖裁力分布情況來確定，以確保可按3個階段來進行沖片的沖裁。

2 沖片的三個沖裁階段

2.1 第一階段

沖裁行程從0～3 min為第一階段，包括沖裁沖片的下部分以及上邊一部分的圓弧。

由圖2中1可知，沖片沖裁力大部分集中在沖片的上半部分，該分部輪廓線復雜，采取傾斜一個角度來設計沖模的該部分刃口，以達到降低沖裁力的作用。

圖2 刃口設計

有以下計算公式［3-4］：P=Ltσb≈1.3 Ltτ

式中：P為沖裁力（t）；t 為材料厚度（mm）；L為沖裁周邊長度（mm）；σb為抗拉強度極限（N/ mm2）；τ為材料抗剪強度（N/mm2） 。

由圖2可知，斜度ψ=1°。

已知：τ=53 kg·f/mm；H=4.2＞t=3則有以下公式：

P上沖=1.3tτ［a+b（0.5t/H）］

式中，a所表示的是沖片上半部分刃口周長，其數值大小為481.9 mm，b所表示的是沖片上半部分刃口周長，其數值大小為717.98 mm。

把上面所得到的數值帶入有下面的公式進行計算，那么就可以得到：

P上沖=1.3×3×53×［481.9+717.98×（0.5×3/4.2）］

=152.61 t下半部分圓弧的計算，我們采用平刃公式來展開。現在我們已經知道：L所表示的是圓弧刃口周長，其數值大小為474.99 mm

其計算公式為：

P上沖=1.3Ltτ=1.3×474.99×3×53=98.19 t

帶入已知數據，有以下運算：

P=52.61+98.19=250.8 t

2.2 第二沖裁階段

沖裁行程從3～4.5 mm為第二階段，包括切斷廢料以及沖裁沖片上部分的余下部分。

已知L=78.25 mm，那么如果要能夠切斷廢料，沖裁力必須要達到以下數值：

P=1.3Ltτ=1.3×78.25×3×53=16.17 t

2.3 第三沖裁階段

沖裁行程從4.5～7.5 mm為第三沖裁階段，孔是沖裁部分。2-#20.298 mm孔及6-Φ36.32 mm孔所需沖裁力：

P=1.3πdtτ（1+nk推）

式中：k推=0.045；n=10/3

帶入已知數據，有以下運算公式：

P=6×1.3×3.14×36.32×3×53×（1+10/3×0.0 45）+2×1.3×3.14×20.298×3×53×（1+10/3×0.045）=193.09 t

經過以上計算，我們知道第一階段所需沖裁力最大，為250.8 t，而第二個極端所需要的沖裁力則要遠小于第一階段，為16.17 t，在這種情況下，只要315 t沖壓機能滿足第一階段的沖裁需要，那么就能滿足第二、三階段沖裁所需，由此可見，就算是我們同時考慮卸料力，315 t 沖壓機也能滿足需要。綜合運用平刃、臺階刃、斜刃方式設計沖裁模，不僅可以使沖裁力的分配更為合理，降低對沖裁設備的要求，還能有效避免沖裁中心偏離的問題，使得沖片能一次性地連續完成。經應用實驗，應用階梯凸模、斜刃凸模設計沖裁模達到了預期的效果，不必更換沖壓設備就能完成較高的沖裁需要，具有較高的應有價值。值得注意的是，我們在確定凸凹模刃口尺寸的時候，需要遵循以下原則。

首先，我們在設計落模料的時候，第一步要先對凹模刃口尺寸進行確定，并以此為依據，間隙取在凸模上，這也就是說，通過減小凸模刃口尺寸來取得沖裁間隙。在設計沖孔模的過程中，要先對凸模刃口尺寸進行確定，然后再以此為依據，間隙取在凹模上，這也就是說通過增大凹模刃口尺寸來取得沖裁間隙［5］。

其次，要了解沖模在使用過程中的磨損規律，這樣我們在對落料模進行設計的時候，就會以接近或等于工件最小極限尺寸來作為凹模的基本尺寸。另外，在設計沖孔模的時候，應該將接近或等于沖孔的最大極限尺寸作為凸模的基本尺寸。只有符合這樣的設計規則，才能使凸、凹模在遭受到一定時間的磨損之后，仍然能夠沖出合格的零件［6］。

再次，在沖裁模的設計中，無論是落料或者是沖孔，都應該以最小的合理間隙值為依據來確定新制模具其沖裁間隙；然后，在確定模具刃口尺寸的制造公差的時候，一定要充分考慮模具精度和沖件精度這兩者時間的聯系。

最后，從原則上來說，在設計中沖件與沖模刃口尺寸的制造偏差都應該被看做是單向偏差。

4 結束語

本文設計的模具從2014年9月投入生產，盡管中間因精度降低停用1 d，當經相關的技術人員調試后又再次投入使用，總體而言具有維修簡單、調試方便、精度易控制等。

在使用該模具之前，甲企業只有4 臺壓力機能滿足沖裁加工需要，這使得一臺壓力機需要頻繁更換、調試模具，以能完成多道加工工序，確保一定的成品產出率。使用該模具后，甲企業原不滿足沖裁加工需要的17臺沖壓機也可以參與到生產中，一道工序由多臺沖壓機負責，避免頻繁更換模具影響加工精度，避免一臺沖壓機負責多道工序影響生產效率。截止到2015年5月31日，該模具共完成20 萬件工件的沖裁加工，很好地完成了甲企業的生產需要。

［1］ 戴和民. 斜刃、階梯凸模在沖裁模中的應用［J］. 模具制造，2007，7（8）：21～22.

［2］ 翟德梅，段維峰. 基于斜刃浮動凹模、階梯快換凸模的車架復合沖裁模研究［J］. 制造技術與機床，2006，（8）：28～31.

［3］ 郭釗. 基于DEFORM的圓管多異形孔沖裁模具設計及工藝參數優化［D］. 西安理工大學，2014.

［4］ 楊占堯，曹秋霞，王學讓等. 降低沖壓力的方法與措施［J］. 模具工業，2000，（9）：32～34.

［5］ 翟德梅，李鐵明. 機架復合沖裁模具的研制［J］. 電加工與模具，2004，（6）：26～29.

［6］ 徐霞，李全忠，張華兵等. 斜刃沖裁技術在沖壓模具中的應用［J］. 金屬加工（冷加工），2008，（4）：47～49.

TG385

1009-797X （2015） 16-0061-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.018

馬惠鋼（1972-），男，中級講師，模具專業教學。

2015-06-16