低碳鋼多孔板沖壓模具的設(shè)計(jì)

劉明躍 劉雪鋒 任文志

摘要：沖壓模具的設(shè)計(jì)在模具生產(chǎn)制造中占有重要地位，沖壓模具設(shè)計(jì)的創(chuàng)新可以有效降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤最大化。本文對對低碳鋼多孔板成形工藝進(jìn)行了分析，并對低碳鋼多孔板沖壓模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：低碳鋼多孔板;沖壓模具;設(shè)計(jì)

在我國大多數(shù)沖壓模具企業(yè)中均有企業(yè)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，但相比西方發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)算是中等，而且只限于模架部分，由此可見我國沖壓模具存在的差距。只有研發(fā)出沖壓模具的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，才能有效降低成本及縮短設(shè)計(jì)周期，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

一、沖壓模具的基本概況

1.沖壓指的是借助外力的幫助，讓原始材料改變其原有外形的過程，經(jīng)過對外形、尺寸和功能的加工，獲得企業(yè)所需要的各種零部件。沖壓的原始材料包括帶材和板材。在沖壓的工序之中有許多步驟是需要模具來完成的，包括沖切、沖孔和彎曲等。對于那些比較復(fù)雜難做的沖壓零部件來說，就需要增加模具的數(shù)量。如果想要大批量的生產(chǎn)，就不能使用那些只是簡單組合成的模具，這樣會降低生產(chǎn)率。

2.沖壓在其設(shè)計(jì)之后，所生產(chǎn)的零部件都具有剛度較好和質(zhì)量較輕的特點(diǎn)，這些零部件在我國的汽車行業(yè)和摩托車行業(yè)具有較深的影響，并且正在向空調(diào)行業(yè)、冰箱行業(yè)和電梯行業(yè)邁進(jìn)。在今后的經(jīng)濟(jì)時(shí)代，沖壓行業(yè)將會快速的發(fā)展，沖壓模具的設(shè)計(jì)也會不斷的變革，達(dá)到高效率的效果。

二、沖壓模具的設(shè)計(jì)思路

沖壓模具的設(shè)計(jì)主要是以零部件沖壓精度及零部件可靠性為基礎(chǔ)的，沖壓模具的質(zhì)量很大程度上影響了沖壓件的質(zhì)量水平。因此，沖壓模具的設(shè)計(jì)需要相當(dāng)高的要求。必須在設(shè)計(jì)沖壓模具過程中，對其進(jìn)行嚴(yán)格要求，明確模具的設(shè)計(jì)思路及方案。具體來說，主要有三個(gè)設(shè)計(jì)思路。

1.沖壓件圖紙轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。沖壓件的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)保證沖壓件質(zhì)量的基礎(chǔ)，因此在模具設(shè)計(jì)之初就需要將沖壓件的圖紙轉(zhuǎn)換為模具設(shè)計(jì)所需要的圖紙。在圖紙轉(zhuǎn)換過程中，工作人員務(wù)必要完成對零部件的實(shí)測及圖紙繪制工作，并詳細(xì)描述出圖紙的關(guān)鍵尺寸及公差要求，最終將其轉(zhuǎn)換成為企業(yè)所使用的標(biāo)準(zhǔn)型零件圖紙。

2.沖壓件零件圖繪制。沖壓件圖紙轉(zhuǎn)換后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)圖紙進(jìn)行三維圖紙的繪制，在繪制三維圖紙的過程中，應(yīng)注重部件的設(shè)計(jì)尺寸。在零件圖繪制完成之后，還需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助軟件，將其轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的工程圖。并且將其作為后續(xù)沖壓模具設(shè)計(jì)圖紙的參考圖紙。

3.零部件模具圖繪制。零部件模具圖紙?jiān)O(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)模具的關(guān)鍵布置，設(shè)計(jì)人員根據(jù)上述步驟生成的參考圖紙和工藝圖紙進(jìn)行匯總整理，并將關(guān)鍵圖紙信息調(diào)用至CAD制圖軟件當(dāng)中，進(jìn)而完成對沖壓模具各硬件工藝模具圖的設(shè)計(jì)作業(yè)。

三、低碳鋼多孔板沖壓模具的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，應(yīng)用Pro/E Wildfire 5 0軟件，實(shí)現(xiàn)了落料和沖孔模具的總體設(shè)計(jì)和工程圖制作，大幅提高了模具的設(shè)計(jì)效率。通過生產(chǎn)試驗(yàn)，確認(rèn)沖壓零件的尺寸精度和形狀精度符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了模具結(jié)構(gòu)與沖壓工藝的合理性。

1.零件成形工藝分析。沖裁零件為低碳鋼多孔板，厚度為2.Omm，尺寸如圖1所示。低碳鋼多孔板屬于小批量生產(chǎn)普通沖裁件，外形對稱，無凹槽、尖角等特征，沖孔直徑、孔心距和孔邊距均滿足沖裁最小值要求，零件符合沖裁工藝性要求。低碳鋼多孔板的材料為0235鋼板，屈服強(qiáng)度為235MPa，抗拉強(qiáng)度為450MPa，塑性較好，適合沖裁加工。模具設(shè)計(jì)時(shí)，按IT14級選取公差值。低碳鋼多孔板沖裁包含落料、沖孔兩道工序，可采用的沖裁模具結(jié)構(gòu)有單工序模、連續(xù)模和復(fù)合模三種。考慮到生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)能要求，這一零件采用單工序沖裁模。

2.沖裁力計(jì)算。沖裁力計(jì)算的目的是合理選擇沖壓設(shè)備和模具結(jié)構(gòu)。壓力機(jī)噸位必須大于計(jì)算得到的沖裁力，以適應(yīng)沖裁要求。沖裁力大小主要取決于材料力學(xué)性能、零件厚度、零件周邊長度等。采用平刃沖裁時(shí)，沖裁力P計(jì)算式為：P=tLtab（l）式中：f為材料因子，取決于材料的力學(xué)性能，一般取f=0.7;L為零件周邊長度;t為零件厚度; a為材料抗拉強(qiáng)度。落料沖裁力計(jì)算結(jié)果為：

2.P=0.7×425×2×450=267.8kN

沖孔沖裁力計(jì)算結(jié)果為：

P=0.7×650×2×450=09.5kN

落料和沖孔均在J23-63開式可傾壓力機(jī)上完成，其公稱壓力為630kN。通過以上計(jì)算可知，現(xiàn)有設(shè)備能夠滿足低碳鋼多孔板落料、沖孔所需的沖裁力要求。

3.凸凹模設(shè)計(jì)。由于零件形狀不規(guī)則，因此采用凸凹模配合加工方法制造模具，即落料模具以凹模為基準(zhǔn)，只計(jì)算凹模刃口尺寸和公差;沖孔模具以凸模為基準(zhǔn)，只計(jì)算凸模刃口尺寸和公差。落料模具凸模以落料模具凹模為基準(zhǔn)加工，沖孔模具凹模以沖孔模具凸模為基準(zhǔn)加工，保持沖裁間隙。為確保零件平面度要求，低碳鋼多孔板沖壓模具選用II類沖裁間隙，沖裁間隙最小值為0 06mm，沖裁間隙最大值為0.14mm。考慮到零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及沖裁質(zhì)量和成形精度，落料凹模采用整體式直刃壁結(jié)構(gòu)，刃口高度為6 mm，材料選用Cr12MoV，熱處理洛氏硬度（HRC）為60-62。沖孔凸模采用米思米標(biāo)準(zhǔn)沖針，材料為Cr12MoV，洛氏硬度（HRC）為58-60。

4模具結(jié)構(gòu)。落料模具和沖孔模具主要由模柄、上模板、凸模、凹模、卸板、下模板、彈性元件、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等組成。落料模具外形尺寸為170mmX 340mmX 212mm，沖孔模具外形尺寸為170mm×340mm×232mm。兩副模具均采用滾珠式導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，采用聚氨酯橡膠彈性卸料裝置，聚氨酯橡膠的數(shù)量由卸料力和橡膠參數(shù)決定。

上模板、下模板、凸模、凹模、卸料板等設(shè)計(jì)工藝基準(zhǔn)孔。設(shè)計(jì)工藝基準(zhǔn)孔時(shí)，以導(dǎo)柱、導(dǎo)套安裝孔為基準(zhǔn)。裝配模具時(shí)，采用φ8圓柱銷將各工藝基準(zhǔn)孔依次連接。其中，上模板、凸模以導(dǎo)套安裝孔為基準(zhǔn)，凹模、下模板以導(dǎo)柱安裝孔為基準(zhǔn)。采用這樣的裝配工藝，不僅能夠保證模具精度，而且能夠減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高模具的裝配效率。

通過對低碳鋼多孔板的成形工藝進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了低碳鋼多孔板沖壓模具，制訂了落料、沖孔成形工藝，確保了零件的生產(chǎn)質(zhì)量。經(jīng)試生產(chǎn)確認(rèn)，應(yīng)用所設(shè)計(jì)的模具生產(chǎn)零件，能夠滿足圖紙要求，并且提高生產(chǎn)效率。

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