異形墊片復合模設計

郭秀艷，金曼曼，周皓琳，李 雪

異形墊片復合模設計

*郭秀艷，金曼曼，周皓琳，李 雪

（井岡山大學機電工程學院，江西，吉安 343009）

以異形墊片為例，通過對異形金屬墊片結構工藝分析，提出了復合沖裁工藝方案；以CAD和UG為設計平臺，對沖孔、落料工序的主要成形零部件進行二維輸出和三維參數化設計，并構建了模具總裝配三維視圖，對類似制件的模具設計具有一定的參考價值。

復合模；UG；三維參數化設計

1 異形墊片結構及成形工藝分析

1.1 墊片結構

圖1為橢圓形金屬墊片，總長度50 mm，兩端圓弧半徑11 mm, 厚度1 mm，內部有一直徑5 mm的圓孔，孔心離上邊緣7 mm，另有半徑4.2 mm、直線段1 mm的橢圓形孔，經計算得出墊片零件的實際面積為913 mm2。由于該零件結構簡單，孔邊緣距離輪廓外形邊緣大于兩個板厚，工件表面無毛刺、壓痕、拉裂、油污等不良現象，因此適合用沖裁工藝加工。因工件未標注尺寸公差，因此初定尺寸精度為IT14級。

1.2 成形工藝

墊片材料為Q235普通碳素工具鋼，抗剪強度310～380 MPa，取值345 Mpa；抗拉強度380～470 MPa，取值425 Mpa；屈服點240 MPa；伸長率：21%～25%，取值25%。墊片零件的外形可以用落料工序加工，內部孔用沖孔工序加工，可選擇單工序模、復合模或連續模成形，考慮到工作效率、定位和模具結構復雜程度，本設計選用復合模具成形加工，排樣圖如圖2所示。

材料利用率[1]為

2 沖裁工藝力的計算

2.1 沖裁力的計算

根據公式[1]

得出：

根據公式[2]

得出

根據以上計算數值，初選J23-10型壓力機。

2.2 壓力中心的確定

依據合力矩定理，采用解析計算法求出合力作用點的坐標位置(0,0)，即得所求多孔沖模的壓力中心。先將墊片零件劃分為6部分，分別求出各段壓力中心坐標點，并計算沖裁件壓力中心坐標，計算結果如表1所示。

表1 沖裁壓力中心計算

Table 1 Mold pressing center calculation

沖裁件分段基本要素長度Li各基本要素壓力中心的坐標值沖裁件壓力中心坐標 xiyi 28025x0=10.629y0=26.336 34.5581146.006 28.3891138.5 282225 34.558113.994 15.708711

3 成形零部件設計

3.1 凸模、凹模刃口尺寸的計算

采用分別加工法計算凸、凹模刃口尺寸，落料時以凹模為基準，沖孔時以凸模為基準。取雙邊間隙Zmin= 0.1 mm，Zmax= 0.14 mm[3]。根據工件要求未標注公差等級IT14，如圖1中各尺寸，查表[4]標準公差數值得：沖裁件外形尺寸500-0.62mm，220-0.52mm ；沖裁件內部尺寸?50+0.3mm ，R4.20+0.3mm；孔心距尺寸（1±0.125 mm）；磨損系數x為0.5[5]。相關的計算結果如表2所示。

表2 沖孔、落料工序成形零部件刃口尺寸計算

Table 2 Forming parts edge sizes for punching and blanking process

沖孔凸模刃口尺寸沖孔凹模刃口尺寸落料凸模刃口尺寸落料凹模刃口尺寸孔心距尺寸 d凸=（dmin+X 1±0.02mm

3.2 落料凹模結構設計

為保證凹模強度，采用直筒臺階式凹模結構，初定凹模外形尺寸為L×B×H=125×100×20，凹模形狀和尺寸如圖3所示。

圖3 落料凹模結構

3.3 凸模結構設計

沖孔凸模的長度是凸模固定板的厚度、落料凹模厚度的總和，根據前期計算，得出凸模長度為34 mm，其形狀和尺寸分別如圖4、圖5所示。

圖4 沖孔凸模1 結構

圖5 沖孔凸模2結構

3.4 凸凹模結構設計

凸凹模是沖孔凹模和落料凸模的綜合體，刃口尺寸見表2，高度是凹模固定板、橡膠壓縮高度、卸料板厚度與附加長度總和，經計算得出長度為40 mm。其形狀和尺寸如圖6所示。

圖6 凸凹模結構

該模具要求有較高的壽命和較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力，所以凸模、凹模、凸凹模的材料選Cr12MoV，熱處理58～62 HRC。

4 其他零部件設計

模架由上模座、下模座和導向零件組成，是整副模具的骨架，用于固定模具的全部零件，并承受全部載荷。本設計選用后側導柱模架，取上、下模座尺寸L×B×H=130×130×30，壓入式模柄(JB/T7646.1-19949)，滑動式導柱、導套導向。此外，本副模具還包含固定板、卸料板、墊板等零件，如圖7所示。

圖7 其他零部件效果圖

5 模具總裝配圖

復合模在壓力機一次行程中完成沖孔、落料工序，其裝配結構如圖8所示。沖裁時條料自右向左手工送進，上模下行，落料凹模將彈性卸料板壓下，凸凹模進入落料凹模內完成落料；與此同時，沖孔凸模也進入凸凹模孔內完成沖孔，沖孔廢料由凸模順著凸凹模內孔推下。當上模回程時，彈性卸料板在橡膠的作用下將在凸凹模上的條料卸下，而打桿受到壓力機橫梁的推動，通過推板、推桿、推件塊將沖件從落料凹模推下，可用壓縮空氣吹走，以便繼續沖裁[6-7]。

6 小結

隨著科技的發展，計算機輔助技術大大提高了模具設計的效率。本實驗研究利用CAD和UG平臺對金屬異形墊片進行了復合模成形設計，在主要成形零部件尺寸計算基礎上，繪制了相應的零件圖和三維效果圖。除標準件外，還對固定板、卸料板等其他零部件進行了設計，并在此基礎上繪制了結構合理的總裝配圖和三維效果圖。

[1] 楊連發.沖壓工藝與模具設計[M]. 西安：西安電子科技大學出版社，2018.

[2] 白松. 外圈零件成形工藝分析及復合模設計[J].模具制造,2019(11):18-21.

[3] 成虹.沖壓工藝與模具設計[M]. 北京:機械工業出版社，2017.

[4] 李煜，侯先勤. 公差配合與測量技術[M]. 北京:清華大學出版社,2012.

[5] 陳炎嗣. 沖壓模具設計實用手冊[M]. 北京:化學工業出版社,2016.

[6] 文建平,丁寧,陳楚雄.墊圈套裁復合模設計[J].鍛壓技術，2019,44(10):142-145.

[7] 王興輝. 環形壓鐵落料拉深沖孔復合模設計[J].機車車輛工藝，2021(2): 39-40.

DESIGN OF HETEROGENEOUS GASKET COMPOSITE MOLDING

*GUO Xiu-yan, JIN Man-man, ZHOU Hao-lin, LI Xue,

（School of Mechatronics Engineering, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China）

Taking the heterogeneous gasket as an example, the composite stamping process scheme was proposed. Taking CAD and UG as the design platform, the 2D output and 3D dimensional parametric design of the main forming parts of punching and blankig process were performed, and the 3D view of total mold assembly was constructed, which had certain reference value to the mold design of similar parts.

composite mode; UG; 3D parametric design

TG241

A

10.3669/j.issn.1674-8085.2021.05.017

1674-8085（2021）05-0089-04

2021-05-16；

2021-08-03

江西省教育廳科技計劃項目(GJJ160733)；井岡山大學博士科研啟動項目(JZB17006)

*郭秀艷(1980-)，女，吉林長春人，副教授，博士，主要從事材料成型工藝控制研究(E-mail: yezi1616@163.com)；

金曼曼(1965-)，女，江西吉安人，副教授，主要從事材料成型工藝控制研究(E-mail:604824496@qq.com)；

周皓琳(1999-), 女，河北邯鄲人，井岡山大學機電工程學院材料成型及控制工程專業2018級本科生(E-mail:1085816487@qq.com )；

李 雪(1999-), 女，河北滄州人，井岡山大學機電工程學院材料成型及控制工程專業2018級本科生(E-mail:1491149859@qq.com).