倒裝式復合沖裁模裝配車架

李文彬

摘 要：根據企業加工設備條件，研制了拖拉機車架切邊沖孔復合模具。該模具在結構上采用斜刃沖、階梯沖相結合來降低沖裁力，運用外置式彈壓卸料及變間隙沖裁提高了模具的可靠性，主要工作零件結構設計采用浮動、快換、鑲拼等，大大方便了模具制造和維修。

關鍵詞：車架沖裁 斜刃 浮動凹模 彈壓卸料

1. 設計背景

車架是輪式拖拉機上的主要零件之一，該零件的沖壓加工，不同生產廠家根據其自身設備條件采用不同的工藝。 較普遍的方法是采用多道單工序沖壓加工，即落料（切邊）→沖孔→一次彎曲→二次彎曲→三次彎曲（校形）→沖長孔。這樣工件生產工藝路線長，占用設備及模具較多。某廠對該制件的生產原來就是采用上述工藝，但企業滿足上述6道工序加工的較大噸位壓力機只有四臺（6300kN一臺、5000kN三臺）。也就是說，一臺設備上不能固定只完成某一工序而要兼顧2—3道工序，這樣導致模具頻繁更換、調試，制件加工工藝路線迂回，并且工件重復定位精度難以保證，使生產周期延長，制造成本偏高，成了整個拖拉機生產過程中的 “ 瓶頸”，嚴重制約了企業產量擴大和市場競爭力。

針對上述問題，在充分論證的基礎上提出改進車架沖壓工藝方案。通過工序合并將6道工序改為4道，把原前兩道工序（落料、沖孔）合并為一道復合工序，并重新設計研制了其復合沖裁模具。

2. 裝配方案

車架毛坯展開圖。第一步復合工序加工內容包括：沖 17個圓孔；剪裁大、小頭及一個側邊（另一側邊直接用下料時裁出的邊并作為本工序定位基準）。

2.1 普通平刃口沖裁

對普通平刃口沖裁，則沖裁力為：

P=KπtL

上述公式當中：

K——安全系數，取為1.3

π——板料抗剪強度，MPa

T——材料厚度，mm

L——沖裁輪廓周長，mm

沖大、小端頭及一側邊

P三邊=1.3×373×4.5×（592+460+1432）

=5420 kN

沖17個圓孔

L=3.14×（50+120+2×61+45+4×11+4×13+2×15+22+14）

=1566.9 mm

P圓孔=1.3×1566.9×373×4.5=3419 kN

所以，同時沖17個孔及剪裁三邊，總沖裁力為

P合=5420+3419=8839 kN

再加上卸料力、推件力，此總工藝力遠超過了企業現有設備最大噸位6300kN。所以，不采取一定措施減小工藝力，工序合并是不可行的。

2.2 減小沖裁力的措施

沖裁加工中，減小沖裁力的方法可以有多種，如階梯沖、斜刃沖、加熱沖等。車架沖裁中，我們采取斜刃沖與階梯沖相結合的辦法。階梯沖及斜刃沖時凸、凹模刃口部分的布置方式 （ 或形狀）。

階梯形配置沖孔凸模使各凸模沖裁力的最大值不同時出現，這樣就能減小總的沖裁力。特別是在幾個凸模直徑相差懸殊、彼此距離又較近的情況下，采用階梯形布置還能避免小直徑凸模由于承受材料流動的擠壓力而產生折斷或傾斜的現象（此時應將小凸模做短一些）。 凸模間的高度差 ） 取決于材料厚度，斜刃沖即刃口端面做成傾斜狀態進行沖裁。斜刃沖裁時刃口不是同時切入，而是逐步沖切材料，等于減少了同時剪切斷面的面積A，因而能減小沖裁力。為了得到平整的零件，落料時應將凹模做成斜刃，凸模做成平口；沖孔時則應將凸模做成斜刃，凹模做成平口。設計斜刃時，還應注意將斜刃對稱布置，以免沖裁時凹模承受單向側壓力而發生偏移，啃壞刃 口。刃口斜角ψ不宜太大，一般可按表1選用。

3.模具結構

在試驗研究的基礎上，我們設計的切邊沖孔復合模結構如圖1所示。

該模具采用四導柱滑動導向模架，倒裝式結構。切三邊凸、凹模均采用鑲拼結構以節約模具鋼材，并便于加工。為了滿足機床要求，設計落料凹模刃口為波浪形斜刃，凸模設計為兩種長度，采用分級階梯沖裁的方式，有效地減小了沖裁力，達到了機床的應用要求。設計的凸模具有快換功能，凸模頭部是階梯刃口，尾部由圓柱面和螺紋構成。圓柱面起定位作用，螺紋旋合在固定板上起聯接作用。加工中保證螺紋、圓柱面與刃口的同軸度，以保證沖孔時凸模與凹模的間隙均勻。其優點是生產中凸模折斷時，不用拆開模具就可以非常方便及時地更換凸模。 落料間隙的保證，在無大型加工設備的情況下僅僅依靠加工精度同時保證復合模沖孔和落料的間隙一致比較困難。 并且不是整體式加工的模具，裝配時必然存在一定的裝配誤差，影響模具間隙的一致性，調試模具間隙非常麻煩。該模具在設計中將落料凹模做成浮動式，裝配時先調整沖孔凸模與沖孔凹模的間隙，再利用圖5所示間隙調節裝置8，采用內、外螺紋調整落料凹模與落料凸模的間隙。內、外兩邊螺紋旋緊后又對落料凹模同時起到推緊和拉緊的作用，固定了落料凹模的位置，保證了沖裁過程中間隙的穩定可靠。該結構可以降低對模具零件加工精度和裝配精度的要求，消除裝配誤差，微調間隙精度可達到0.02mm，經實際使用效果非常理想。此外，落料凹模組件與上模座的裝配只用螺釘聯接，而不必使用固定銷。如果需要調換或修理刃口，只要將螺釘拆下即可取出，不用打開整副模具，大大簡化了模具維修。沖裁完畢，制件卡在上模中，采用外置式（橡皮）彈壓卸料（外置可使彈性元件有較大的放置空間，便于調整卸料力，提高可靠性）。下模中沖孔廢料采用下出料形式從凹模型孔直接漏下（漏出下模后橫向導出），切邊廢料由操作者手工取出。

4. 模具特點

切邊沖孔采用復合工序，加工工序集中，制件加工精度高，生產效率較原來提高近100%-；模具結構緊湊、合理、工作可靠，模具制造費用較原工藝降低70%（兩副模具改為一副），經濟效益顯著；外置式彈壓卸料使制件平面度誤差由2mm降至1.2mm以下。不足之處是模具刃口采用斜刃階梯組合式，造成刃口刃磨相對麻煩，模具制造及調試難度也有所增加。但落料凹模采用浮動式、沖孔凸模采用快換式以及設置間隙調節機構正是為了解決這些問題。

5. 模具難點

落料凸、凹模，沖孔凸、凹模均采用Cr12MoV鋼，淬火硬度58～64HRC）。Cr族鋼屬萊氏體鋼，其合金含量及碳含量均高，加工中很容易出現碳化物帶狀分布、顯微組織不均勻現象，造成強度降低，塑性、韌性差，抗沖擊能力下降，使模具出現掉塊、裂紋、崩刃等。本模具試制過程中，我們改進了Cr12MoV鋼鍛造工藝，采用多向鐓拔法，并適當提高鍛造比，嚴格控制錘擊力度及鍛造溫度，總鐓拔次數控制在6～8次，總鍛造比不小于15，保證網狀碳化物偏析級別在1～2級。同時嚴格控制熱處理操作規范，刃口硬度控制在：凸模58～62HRC、凹模60～64HRC，并且將材料內應力控制在盡量小的狀態。

6. 結論

該模具模具結構合理，使用維修方便，所獲得的制件精度穩定可靠，完全能夠滿足該企業生產綱領要求，能夠給企業帶來顯著的經濟效益，提高市場競爭力。

參考文獻：

[1]朱邦相. 拼塊模具結構的分析. 浙江萬里學院學報， 1999

[2]辛育忠. 沖壓工藝設計中的五方關系. 鍛壓機械. 2004