汽車沖壓件外板支撐板落料模具結構設計

喬華英，魏力武，吳衛華，程雪連

（1.山東華宇工學院，山東 德州 253034；2.寧?？h汽車部件有限公司，浙江 寧波315600； 3.龍抬頭教育科技有限公司，天津 300350）

引言

該模具通過模架上的導柱和導套配合來保證工作時上、下模正確位置。凸模是直接固定在上模座上的，為了保證卸料板與凸模之間間隙均勻，則在卸料板與上模座之間設置兩組內導向裝置，在模具工作時，卸料板還未接觸到料片時，模架上的導柱已進入導套，從而保證了在沖裁過程中凸模和凹模之間間隙的均勻性。上、下模座與模具外導向裝置的組合體稱之為模架。凹模用內六角螺栓、銷釘和下模支撐板與下模座緊固并定位。凸模用內六角螺栓和銷釘與上模座緊固并定位。

1 工作零件的設計

1.1 落料凸模的設計

在落料生產中，被廢料所包容的工作零件稱為凸模，凸模材質選用硬度較高的Cr12MoV，熱處理后硬度為HRC58～60。凸模形式分為兩種，分別為直通式凸模和臺階式凸模。直通式凸模工作部分和固定部分的尺寸完全一致，臺階式凸模工作部分與緊固部分的形狀與尺寸不一致。該模具凸模形狀為非圓形，考慮到現場操作（在不拆卸料板的情況下可以將凸模拿下來）和加工方式（線切割），故選用直通式[1]。

如圖1所示的產品展開圖接近于矩形，凸模在試模過程中存在刀口線展開不準的情況，需要經常拆裝，為方便實際操作，所以選用如圖2所示的固定方式（將凸模直接用螺栓和銷釘固定在上模座上）。

圖1 外板支撐板零件圖

圖2 凸模結構形狀圖

凸模結構形狀如圖2所示。

1.2 落料凹模的設計

在落料過程中，與凸模配合直接對制件進行分離的工作零件稱為凹模，凹模材質選用硬度較高的SKD11，熱處理后硬度為HRC60～62。

凹模刃口模容易損壞，按照尺寸大可分為整體式、鑲拼式和鑲套式三類（見圖3）。本設計凹模洞口尺寸不大，選用整體式[2]。

圖3 凹模結構形式

整體式凹模刃口形式常見有以下5種，見圖4。

圖4 常見凹模刃口形式

a、b、c為直臂式凹模洞口，其特點是刃口強度高，修模后刃口尺寸不變；d、e為斜臂式凹模洞口，其特點是刃口強度高，漏料較為通暢，生產中伴隨著修模刃口尺寸會變逐漸大。

凹模洞口的主要參數如表1所示。

表1 凹模洞口主要參數

由于該零件的面積不大選用整體式，洞口形式選用a型，取h=10 mm。

凹模輪廓尺寸凹模壁厚的確定：

式中：K為系數。

查表2得：K=0.15～0.2，取K= 0.2。

表2 系數K的數值

凹模壁厚：H凹=0.2×114=22.8 mm

c=（1.5～2）H凹=34.2～45.6 mm

凹模寬度：B=b＋（3～4）H凹

凹模長度：L=l＋2c

取c=38 mm，B=190 mm，L=180 mm。

考慮到該件生產批量較大，為保證模具壽命，取H凹=29 mm。故凹模的外形尺寸為：190 mm×180 mm×29 mm，如圖5所示。

圖5 凹模結構形狀圖

1.3 凹模固定和定位

本設計凹模采用螺、銷釘進行固定?？紤]到生產中各種應力的存在會對模具壽命的影響，因此個空的位置需要合理布置，螺釘孔與銷釘孔中心間距不能太近，螺釘孔和銷孔距離凹模邊緣及刃口的距離也不能太近，孔距的最小值表3。

表3 孔距間最小值表

2 模架的選用

模架是指上、下模座與導向裝置的組合體，模具中所有的工作部件都需要固定在模架上，沖裁過程中產生的各種力都有模架承擔。常見的模架形式有四種，分別為中間導柱模架、后側導柱模架、四角導柱模架和對角導柱模架。

方案一：后側導柱模架。后側導柱模架的優點是送科方便，可以縱向、橫向自由送料，在沖壓過程中可能會造成上模歪斜的情況，這種情況一般是因為偏心距與壓力機導向不精確所導致的，會使模具的凸模與凹模單邊摩擦，也可能會使導柱與導套磨損，從而影響模具壽命。

方案二：中間導柱模架。中間導柱模架的兩個導柱均勻對城分布在兩側，其優點是滑動平穩、受力均衡、導向準確可靠，缺點是中間導柱模架只能縱向送料。

方案三：對角導柱模架。對角導柱模架同樣具有滑動平穩，受力均衡，導向準確可靠的優點，在設計過程中需考慮鉗工在裝配完上、下行進行合模時裝反，調整一側導柱的位置5 mm，必須保證在對角線上，這種模架換具有縱向、橫向都能送料的特點。使用方便，對角導柱模架橫向尺寸大于縱向尺寸。

方案四：四角導柱模架圖。四角導柱滑動導向模架是四個拐角都有導向裝置，四導向裝置通常用滾動導向，上、下模座的厚度是普通模具的1.5倍以上。這種模架導向精度好，剛度和強度高，穩定性好。

在能夠保證模具壽命和工件質量要求下，選用對角導柱模架的導向方式，即方案三最佳。再根據凸、凹模的尺寸，確定其上模座尺寸為420 mm×300 mm×50 mm，下模座尺寸為420 mm×300 mm×30 mm，模架結構形式如圖6所示。

圖6 模架結構簡圖

3 卸料裝置的設計

本落料模具選用的是彈性卸料，具有壓料和卸料的雙重作用，彈性元件常有橡膠和彈簧。本設計選用彈簧做為彈性元件，常兼作壓邊、壓料裝置和凸模導向。其卸料板外形尺寸為210 mm×200 mm×30 mm，如圖7所示。

圖7 卸料裝置

計算彈簧預壓力F0：

根據刀口線長度可計算得卸料力為：Fx=5.84 KN，根據模具安裝空間，取矩形圓筒彈簧n=4個，每個彈簧承受的壓力F0為：

計算彈簧在沖壓過程中最大壓縮行程L0。

其中：h1模具處于打開自由狀態下卸料板高出凸模斷面的高度為5 mm；h2模具處于打死閉合態下凸模進入凹模的深度為4 mm；t為材料的厚度1 mm。

彈簧型號的選擇：

根據該件年產16萬件，暫定該模具使用壽命為五年，按工作100萬次算，查表知選用GB/T 36524—2018彈簧型號為SWM30-50的矩形彈簧。

4 參數的校核

根據刀口線長度和該模具選用彈性卸料裝置，可計算得總沖壓力：FZ=188.34 kN，查表知：選用開式可傾J23-3型號壓力機。

此模具閉合高度為上模座厚度、凸模高度，凹模厚度、凹模安裝板厚度、凹模安裝座墊塊高度、下模座厚度之和減去凸模進入凹模的深度，因此閉合高度H為：

根據模具的閉合高度和總沖裁力對所選的J23-35壓力機，進行校核。

所選壓力機型號不對，重新選用J23-63壓力機，再次進行校核。

所以，模具在試模時應在模具下面加厚度為50 mm的墊鐵。

5 總結

汽車外板支撐板屬于典型的的沖裁件，由于篇幅所限，本文略去了模具工藝分析部分，重點對是對模具核心工作部位落料凸、凹模的設計進行闡述，凸、凹模作為工作結構中最主要的部位，在設計時計算了凸、凹模的合理間隙及刃口尺寸和公差，模具總體結構設計前還需要對工件在制造過程中可能出現的問題進行預測，在模具結構設計時應采用相應的工藝措施來降低缺陷，因此有效降低了模具在生產零件時廢品的產生。