支架零件多工位級進模具設計

張社就，楊曉紅

0 引言

圖1（a）所示為某常見的支架零件，其材質為08F。原采用沖孔落料和彎曲兩副模具來做，由于制件小，制件在工序轉換過程中操作不方便，生產效率低。隨著產品批量增加，原有的工藝方法難以滿足生產要求，在原有模具的基礎上，設計了一副沖孔落料彎曲連續模，以滿足批量生產要求。在日常生產中類似的零件結構比較多，這樣改進對提高經濟效益很有意義。

1 零件工藝分析

本沖件形狀對稱簡單，外形尺寸小，生產量大，包含沖孔、落料和彎曲等工序，從零件結構來看，可以采用沖裁彎曲多工位級進模方案，這樣既保證較高的零件精度，又能提高生產效率，下面根據該模具方案進行相應工藝設計計算和模具結構設計。

2 級進模工藝設計計算

（1） 排樣設計

圖1 支架零件及毛坯圖

設計多工位級進模，首先要設計條料排樣，因為條料排樣圖是設計多工位級進模的重要依據，因此在設計排樣圖時要設計多個方案進行比較，歸納、綜合得出最佳方案。支架零件展開毛坯圖如圖1（b）所示，排樣方案采用雙側載體，單邊側刃加導正銷定距，利用中間長方孔位置先沖導正銷孔作精定距，兩小孔在第2步沖出，沖件外形采用沖切余料的方式，兩側彎曲邊展開部位先沖出，折彎曲兩邊，再將導正孔沖裁成長方孔達到要求，最后將沖件兩端連接載體沖切掉而得到支架零件，條料寬度為38.5 mm，步距為15 mm，沖件的整個沖壓過程的排樣設計如圖2所示。由于有彎曲成形，故采用彈頂銷浮料，導料板導向、側刃加導正銷定距送料，彎曲采用正裝向上的形式。根據制件尺寸和形狀，側刃、沖孔和余料切口設計如圖3所示。

圖2 條料排樣設計圖

圖3 側刃、沖孔和余料切口設計圖

（2）沖壓力計算

①沖導正銷孔φ2.8的沖裁力

P1=KL1tτ=1.3×3.14×2.93×0.5×300=1 794(N)

②沖側刃

P2=KL2tτ=1.3×34.24×0.5×300=6 676.8(N)

③沖2×φ1.8圓孔的沖裁力

P3=KL3tτ=2×1.3×3.14×1.93×0.5×300=2 363(N)④沖切余料力

P4=KL4tτ=2×1.3×32.46×0.5×300=12 659(N)

⑤沖切搭接余料力

P5=KL5tτ=1.3×62.98×0.5×300=12 281(N)

⑥彎曲力

P6=Ap=23×10×35=8 050(N)

⑦沖裁力

P7=KL7tτ=1.3×2×(12+3)×0.5×300=5 850(N)

⑧沖切余料力

P8=KL8tτ=1.3×2×35.43×0.5×300=13 817(N)

⑨卸料力

⑩推件力

沖壓力總和

以上計算公式中，K——系數，一般取k=1.3；

L1、L2、L3、L4、L5、L7、L8——分別為各道工序的沖裁周邊長度(mm)；

τ——制件材料的抗剪強度，單位(MPa)，查表τ=300 MPa；

t——制件材料厚度(mm)；

A——工件被校正部分的投影面積(mm2)；

p——單位校正力(MPa)，取p=35 MPa；

KX——卸料系數，查表KX=0.05；

KT——推件系數，查表KX=0.065；

n——凹模口切口廢料層數，根據沖件料厚取n=5；

P∑——沖裁力、彎曲力及其他工藝力之總和(N)。根據沖壓力計算的結果，可初選J23-16型開式雙柱可傾式曲柄壓力機。

（3）模具壓力中心的設計

在確定模具壓力中心時，選取第4工步為坐標原點，如圖4所示，根據力矩平衡原理計算得，壓力中心為X0=-13 mm，Y0=10.5 mm，(具體計算過程省略，讀者可嘗試計算驗證)，所以將模板中心設在模具壓力中心上。

圖4 壓力中心計算圖

（4）選擇沖裁間隙和彎曲間隙，計算刃口尺寸

根據支架零件的精度要求，取雙面間隙Z=0.04 mm～0.06 mm，余料切口形狀尺寸設計如圖5所示。

U形彎曲尺寸的單面間隙按公式Z/2＝(1.05～1.15)t計算，取Z/2=1.05 t，U形彎曲件內形尺寸為L=9 mm，凸模尺寸經計算為Lp=9.20-0.02mm。

圖5 余料切口形狀尺寸設計圖

3 模具結構設計

（1）模具總體結構。模具采用對角導柱標準模架，模具上模部分主要由上模座、墊板、凸模固定板及卸料板組成。卸料方式采用彈性卸料，以彈簧為彈性元件。下模部分由下模座、凹模、導料板、彈頂銷等組成，由多組彈頂銷和頂件塊組成條料浮頂裝置，采用雙側載體，單邊側刃加導正銷定距，沖孔及沖切口廢料從漏料孔排出，成品從凹模端頭斜面滑出，模具結構簡圖如圖6所示。

圖6 模具結構簡圖

（2）模具工作過程。上下模定位靠模具架導柱導套和附加小導柱，工作時，滑塊下行，卸料板先把條料連同彈頂銷壓住，送料采用導料板導向、側刃加導正銷定距，第1工步，沖導正銷孔φ2.8和側定距缺口；第2工步，導正銷進入導向孔里導向，同時沖2×φ1.8孔；第3工步，沖余料切口；第4工步，沖余料搭接切口；第5工步，空工位；第6工步，彎曲成形；第7工步，在原φ2.8空位沖長方孔12×3；第8工步，沖余料切口，分離沖件。

（3）模具設計要點。由于同時有沖裁和彎曲工序，因此要控制好彎曲凸模與沖裁凸模的高度差；為保證彎曲件的精度，彎曲凸模使用已有的導正銷孔導正，用于導正彎曲位置；由于沖孔直徑較小，凸模容易折斷，除模架導柱導套外，在凸模固定板、卸料板和凹模之間需增加四個小導柱導向，以保證模具工作平穩；浮頂裝置的高度應略高于彎曲工位的凹模鑲件，以保證條料送料順暢。

4 結束語

多工位級進模具設計的關鍵是排樣設計和余料切口的設計，這關系到沖件的質量和模具工作的穩定性，以及模具的制造成本和生產效率[1-7]。所以在設計時，必須充分考慮各種影響因素，比較多個設計方案，并通過設計、制造、裝配和模具使用等各個相關環節人員的溝通和審核，這樣才能設計出結構合理、工藝穩定和操作安全的模具。

參考文獻：

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