綜合控制分度沖模設(shè)計

束軍平， 束茳嬌

（浙江億利達科技有限公司， 浙江 臺州 318014）

0 引 言

圖1所示為某產(chǎn)品的同類型制件，2個制件的特點：厚度相同（t=2.0 mm），材料均為熱鍍鋅板；最大外徑均為φ902.5 mm，三齒陣列式插片孔孔型尺寸相同且徑向位置相同、圓周均為38等份；盤環(huán)中間有φ200.0 mm通孔及安裝通孔φ11.0 mm與φ9.0 mm、端環(huán)中間有大通孔φ780.0 mm；同時制件小部分（約5%左右）采用冷軋板（t=2.0 mm）或不銹鋼板（t=1.8 mm）成形。

圖1 制件結(jié)構(gòu)

1 制件沖壓工藝分析

設(shè)計者與客戶溝通后對成形制件有如下要求：供貨品質(zhì)需穩(wěn)定、月供需求量需保障、月計劃生產(chǎn)量有保證（約1 000個）。通過對客戶需求要點及制件的沖壓工藝性進行綜合分析，沖壓工藝方案如表1所示。

表1 端環(huán)與盤環(huán)沖壓工藝方案

基于制件品質(zhì)要求、產(chǎn)量保障需求等因素，方案1、2擬采用有共性的裁剪規(guī)格料，如圖2（a）所示。方案1后工序需配置3副新制造較大的模具；方案2后工序需配置2副新制造較大的模具與1副新制造較小的模具（通過調(diào)整內(nèi)、外凸模閉合高度完成N等份分度落料以實現(xiàn)所需的盤環(huán)或端環(huán)）；方案3采用數(shù)控加工完成毛坯落料，如圖2（b）所示。采用同步分度沖插片孔（圓周為38等份孔擬按19次沖壓、每次沖相鄰兩齒）與沖切內(nèi)外不同寬度廢料以實現(xiàn)所需的盤環(huán)與端環(huán)。

圖2 裁剪規(guī)格料及沖規(guī)格料與安裝孔

3種沖壓工藝方案成本對比如下。

（1）方案1因需配置3副較大的模具，其中沖三齒插片孔擬采用整體式?jīng)_模，模具制造成本大，同時在使用過程中因異形凸模數(shù)量多而存在模具維護成本高的情況。經(jīng)對方案1優(yōu)缺點綜合分析，方案1在制件實施大規(guī)模生產(chǎn)時才能體現(xiàn)優(yōu)勢。

（2）方案2由2副較大的模具與1副較小的模具組成，當制件產(chǎn)量較大時采用整體沖安裝孔與沖三齒插片孔，因避免了盤環(huán)落料所需的模具成本投入，體現(xiàn)了較好的沖壓加工經(jīng)濟性與靈活性；1副較小的模具因采用旋轉(zhuǎn)毛坯件實現(xiàn)分度切除多余材料達到落料的目的，僅需配套較小的沖壓設(shè)備，降低了技術(shù)風險，且能更好地控制成本投入。

（3）方案3由沖規(guī)格料、沖安裝孔及分度沖插片孔、落料等工序組成。板料經(jīng)數(shù)控加工完成規(guī)格料、沖安裝孔后得到毛坯件，因沒有采用模具加工，制造成本得到有效控制；新制造較小的1副分度沖插片孔、落料模因采用同步分度沖壓工藝，使其制造成本及體積比方案2的分度落料模大，但相比方案1、2所需的4道工序加工，方案3所需的成本投入、生產(chǎn)經(jīng)濟性更具優(yōu)勢。方案3中擬新制造的分度沖插片孔、落料模如采用人工控制，1位員工只能操作1臺沖壓設(shè)備，制件平均生產(chǎn)節(jié)拍約40 s；如采用電氣綜合控制，員工只需完成制件裝夾及卸料，平均生產(chǎn)節(jié)拍約8 s。

綜合上述分析，采用電氣綜合控制的方案3代替人工控制的生產(chǎn)方式，具有較大的優(yōu)勢。

2 分度沖插片孔與落料的復合模

分度沖插片孔沖壓工藝：①裁剪規(guī)格料、沖安裝孔；②分度沖插片孔（每次沖2個插片孔），如圖3所示；③分度落料，制件圓周每次切除一段廢料，如圖4所示，約沖18~19次完成一圈，圓周切廢料的凸模弧長與沖插片孔對應(yīng)的中心角弧長相對應(yīng)。

圖3 分度沖插片孔

圖4 分度落料

沖壓準備階段將電氣綜合控制精度分度沖插片孔、落料復合模適配到機床，模具狀態(tài)如圖5所示。將模具所需的供氣信號、沖壓信號及行程信號等分別接至機床，經(jīng)試沖各信號控制及動作正常無誤后，即可開始正常沖壓。

圖5 綜合控制分度沖插片孔與落料復合模三維結(jié)構(gòu)

圖6所示為綜合控制分度沖插片孔與落料復合模二維結(jié)構(gòu)，圖7所示為綜合控制分度局部放大結(jié)構(gòu)，其工作過程：先將毛坯放在下模板8及定位分度盤14上，調(diào)整毛坯定位孔，使之扣在定位分度盤14的2個定位銷上并壓平；踩下腳踏開關(guān)使沖床滑塊按設(shè)定程序動作；沖床滑塊帶動復合模上模向下沖壓，完成預定的2排相鄰插片孔、預定的內(nèi)、外圈余料沖壓分離；滑塊帶動復合模上模離開毛坯件上型面，程序控制器發(fā)出信號產(chǎn)生動作，執(zhí)行副氣缸連帶定位插針27作回退動作，直至退出定位分度盤14周邊的凹槽至設(shè)定的副氣缸底部，沖床接到其回退到位的信號；程序控制器發(fā)出信號至主氣缸，通過主氣缸軸推動棘爪滑板22，沿滑塊導向塊25組成的滑道向前滑動，與此同時棘爪滑板22帶動在彈簧24彈頂作用下緊貼分度棘輪盤15的棘爪23一起向前運動，棘爪23頂?shù)椒侄燃啽P15的凹槽后，推動分度棘輪盤15、定位分度盤14并通過其定位銷帶動毛坯件轉(zhuǎn)動，直至棘爪23脫離分度棘輪盤15的凹槽；此時定位分度盤14周邊的凹槽在轉(zhuǎn)動力的推動下，帶動毛坯已轉(zhuǎn)至與定位插針27相對應(yīng)的空位；在主氣缸軸繼續(xù)前推的同時，副氣缸給出反饋信號，執(zhí)行副氣缸軸聯(lián)動定位插針27前推；直至定位插針27進入定位分度盤14設(shè)定的凹槽中（此時毛坯在其帶動下轉(zhuǎn)至精確分度位置），副氣缸向程序控制器反饋動作完成信號；程序控制器在適度延時后或主氣缸軸繼續(xù)前頂?shù)叫谐探Y(jié)束或行程限位塊后，發(fā)出主氣缸回退信號，主氣缸在回退控制程序下回退到主氣缸的起始位置，主氣缸向程序控制器反饋動作完成信號；再適度延時后，復合模上模在沖床滑塊帶動下運動至沖床上頂點，完成一個完整的循環(huán)動作。

圖6 綜合控制分度沖插片孔與落料復合模二維結(jié)構(gòu)

圖7 綜合控制精確分度局部放大結(jié)構(gòu)

沖床繼續(xù)帶動復合模上模下行，在程序控制下開始下一個循環(huán)動作，附帶在定位分度盤14上的行程感應(yīng)塊29持續(xù)繞定位軸芯17旋轉(zhuǎn)；直至旋轉(zhuǎn)到行程感應(yīng)塊29感應(yīng)行程固定塊30，行程固定塊30反饋給程序控制器指令結(jié)束的信號；此時毛坯件在循環(huán)沖壓、分離下完成設(shè)定分度數(shù)轉(zhuǎn)動，得到完整的中盤或端圈（內(nèi)帶設(shè)定直徑的圓餅余料）制件。在取下中盤或端圈及內(nèi)部余料后，再在定位分度盤14的2個定位銷上裝上毛坯件并壓平，踩下腳踏開關(guān)，按程序控制指令進行下個制件的循環(huán)沖壓、分離預設(shè)動作。如此循環(huán)，直至預定毛坯件加工完成或臨時踩踏腳踏開關(guān)暫停沖床動作為止。

3 模具零件材料選擇

考慮制件材料及料厚，分度沖插片孔、落料復合模的凹模主要工作部分由原先的Cr12MoV升級為DC53、異形凸模及切邊凸模鑲件由Cr12MoV升級為DC53、SKD-11，沖三齒插片孔的異形凸模如圖8所示。

圖8 沖三齒插片孔的異形凸模

從模具的使用性考慮，沖壓中等厚度的熱鍍鋅板，沖插片孔、分段切除余料的下模刃口采用Cr12MoV，經(jīng)熱處理后的耐磨性、韌性等指標要求能滿足使用要求；沖插片孔的異形凸模原采用Cr12MoV，因其在微觀上碳元素更易形成碳化物聚集效應(yīng)，致使凸模局部抗沖擊韌性差，再疊加其工作尺寸偏小，在使用過程中表現(xiàn)為強度及耐磨性不足，但因該材料較易獲得而作為模具零件加工備用料，使用范圍較廣；分段切除余料的凸模采用Cr12MoV，具有與沖插片孔異形凸模同樣的特征，但基于較大工作尺寸，其使用過程中表現(xiàn)的弊端不明顯，耐磨性及經(jīng)濟性能滿足要求。

由于沖壓制件材料已發(fā)生改變，在不銹鋼材料占比有增大趨勢的情況下，基于耐磨性、抗沖擊韌性等方面考慮，將分度沖插片孔與分段切除余料的落料組合凹模主要工作部分升級為DC53、沖插片孔的異形凸模也升級為DC53、分段切除余料的落料凸模升級為SKD-11，使模具零件的刃口綜合耐磨性有所提高、維修頻次降低，取得了較好的使用效果。

4 結(jié)束語

通過同類型制件的多方案對比，選用適合企業(yè)階段性所具備的軟、硬件設(shè)施和設(shè)備的加工方案，其經(jīng)濟、營運效率更好。通用型加工設(shè)備、柔性化加工方法、定制化制件需求迫使工程技術(shù)人員提高沖壓制件的工藝優(yōu)化性及工藝針對性。與此同時，工程技術(shù)人員需要加強對關(guān)聯(lián)性技術(shù)的理解，如上述制件的沖壓工藝方案，經(jīng)歷了相對簡單的分步工程，到相對復雜的人工控制精確分度沖插齒孔、落料復合模，再到階段性更經(jīng)濟、高效的電氣控制精確分度沖插齒孔、落料復合模。通過對成形方案不斷的深入研究、工藝提升、模具設(shè)計優(yōu)化，為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展積累了技術(shù)優(yōu)勢。