項目實施

一、成形工藝分析

安裝板的沖裁件產品如圖1-1所示。安裝板的技術要求為：材料為熱軋冷成形用鋼板SPHC，厚度t=2mm；有兩個直徑為（?9±0.2）mm，中心距為（52±0.3）mm的孔，其余尺寸按未注公差等級IT14設置。

根據安裝板零件的結構特點，零件的沖裁成形工藝包括沖孔和落料兩個基本工序，可以采用單工序形式，也可以采用復合工序的形式，以及連續模具的工序形式。具體的工藝方案如下：

方案一：先落料，后沖孔，單工序模具結構形式。

方案二：落料、沖孔，復合工序模具結構形式。

方案三：沖孔、落料的連續模具結構形式。

三種方案中，單工序模具結構簡單，但需要使用兩副模具，增加了模具總費用的成本，同時生產率有所下降。連續模具的結構比較復雜，針對安裝板產品零件的精度及生產批量等要求，采用連續模具可提高生產率，但增加了成本，模具結構與沖裁件產品的要求相比有些浪費。復合模具可把落料、沖孔兩個工序組合在一副模具上，一次性完成沖裁。根據安裝板零件的生產批量、尺寸精度要求等，選擇使用復合模具比較合理，其模具結構復雜程度介于單工序模具與連續模具之間，成本低于連續模具和兩副單工序模具。以安裝板復合模具為載體的項目，較為全面地將沖裁基礎知識進行了應用，合理地組合了項目理論知識，并基于復合模具的結構，學習單工序的落料、沖孔模具。

圖1-50 安裝板復合模具排樣圖

二、模具設計

1.排樣設計

設計落料、沖孔的復合模具時，要先進行條料的排樣圖設計。根據安裝板工件的結構形狀，可采用圖1-50所示的排樣方法。由于熱軋冷成形用鋼板SPHC具有一定的塑性，且材質相對較軟，同時考慮生產用原材料條料寬度的取值（一般取整數）特點，以及模具結構采用無側壓裝置進行送料，所以取工件與條料之間的搭邊值為2.7mm，沖裁件之間的搭邊值為3mm。該搭邊值的選擇比表1-17中所列的數值偏大一些。條料的寬度B為142mm，采用成卷的帶式原材料進行生產。

2.沖壓力的計算

該模具采用倒裝的復合模結構，采用彈性卸料、打桿出件的結構形式。沖裁力的相關計算如下：

沖裁力 F=KtLτ=1.3×2×（369+28.3×2）×380kN=420.5kN

卸料力 Fx=KxF=0.06×420.5kN=25.2kN

推件力 Ft=KtF=0.07×420.5kN=29.4kN

在上述計算中，沖裁力計算公式中的L值為落料周邊刃口長度與兩個沖孔刃口周長的總和；卸料力系數、推件力系數的取值均偏大，以確保足夠的卸料力和推件力，使模具正常工作。根據計算出的沖裁力，并結合模具結構及外形尺寸，初選壓力機設備為JH23—60。

3.壓力中心的確定

安裝板零件為對稱性的規則形狀，其復合模具中的刃口形狀也為規則的形狀，所以，模具的沖裁壓力中心與幾何中心重合。

4.工作零件刃口尺寸的計算

在進行零件刃口尺寸計算之前，先要考慮工作零件的加工方法及模具裝配方法。根據模具結構及產品的生產情況，比較適合采用配合加工的制造方法，這樣易于保證沖裁的刃口間隙，降低制造成本，簡化模具裝配工作。所以工作零件的刃口尺寸按照配合加工的方法進行計算。安裝板復合模具的刃口零件主要尺寸計算如下：

根據圖樣尺寸精度與技術要求，圖中未注尺寸公差按IT14選取，則圖中主要未注尺寸及公差為：136.60-1mm，340-0.62mm，150-0.43mm。（?9±0.2）mm為IT14以下（接近IT13）。凹模刃口尺寸計算中選x=0.5，凸模刃口尺寸計算中選x=0.75。

由于安裝板材料塑性較大，材質偏軟，結合經驗考慮，刃口間隙值取11%t=0.22mm，通常刃口間隙的經驗取值范圍為（6%～16%）t。該間隙值也與查手冊所得的Zmin與Zmax的中間值比較接近，所以符合模具的要求。

1）落料凹模的公稱尺寸。尺寸136.60-1mm對應凹模尺寸為（136.6-0.5×1）+0.040mm=136.1+0.040mm，尺寸340-0.62mm對應凹模尺寸為（34-0.5×0.62）+0.030mm=33.69+0.030mm，尺寸150-0.43mm對應凹模尺寸為（15-0.5×0.43）+0.020mm=14.79+0.020mm。

2）沖孔凸模的公稱尺寸。尺寸（?9±0.2）mm對應凸模尺寸為?（8.8+0.75×0.4）0-0.02mm=?9.10-0.02mm。

3）凸凹模的公稱尺寸。由于模具采用配合加工的制造方法，所以對于凸凹模零件上的落料凸模刃口公稱尺寸、沖孔凹模的刃口公稱尺寸分別與落料凹模、沖孔凸模的公稱尺寸相同，同時必須要在凸凹模零件圖樣的技術要求上注明“落料凸模刃口尺寸和沖孔凹模的刃口尺寸分別與落料凹模、沖孔凸模配0.22mm的雙面間隙”。

5.模具結構設計

（1）主要零件設計 安裝板復合模具采用倒裝的結構形式，所以凹模安裝在模具的上模部分，凹模的推件采用在凹模刃口內側設置推件板，通過打桿實現向下推件。凹模的結構形式及主要的尺寸如圖1-51所示。

凹模材料采用Cr12MoV，淬火加高溫回火后硬度為58～62HRC，其余表面粗糙度Ra值為6.3μm。凸模、凸凹模的結構尺寸如圖1-52、圖1-53所示，其技術要求與凹模基本相同。凸凹模零件圖樣的技術要求中必須注明“標注?的刃口尺寸分別與落料凹模、沖孔凸模配雙面間隙0.22mm”。工作零件刃口尺寸的計算與安裝板復合模具的方法相同。

圖1-51 凹模零件

圖1-52 凸模零件

圖1-53 凸凹模零件

（2）模具總體結構設計 安裝板復合模具的總體結構設計如圖1-54所示。模具的主要結構特點是采用倒裝式落料、沖孔復合式結構；采用兩中間導柱非標準模架，滑動配合式導柱、導套；采用彈性卸料與打桿推件的卸料裝置；活動擋料銷導料、定距；在模具的下模底面設置廢料盒收集沖孔的廢料。模具閉合高度為260mm。

（3）其他零件結構設計

1）上、下固定板。在圖1-54所示安裝板復合模具總裝圖中，件4是上固定板，其主要功能是固定上模部分的兩個凸模（沖頭）9。上固定板通過銷釘與上模板1進行定位，以此來保證凸模相對于模架與下模刃口的位置定位。上固定板的零件結構設計如圖1-55所示，材料采用45鋼，沒有特別的強度與耐磨性要求，則零件不需要進行熱處理，由于零件使用時主要是面貼合，故上固定板零件的上、下兩面要求平整，表面粗糙度Ra值要求為1.6μm，其余表面粗糙度Ra值要求為6.3μm。

圖1-54 安裝板復合模具總裝圖

1—上模板 2—導柱 3—導套 4—上固定板 5—上墊板 6—圓柱銷 7、14—內六角圓柱頭螺釘 8—凹模 9—凸模（沖頭） 10—打桿 11—模柄 12—推件塊 13—限位柱 15—下模板 16—墊鐵 17—卸料螺釘 18—矩形彈簧 19—下固定板 20—卸料板 21—凸凹模 22—廢料盒 23—彈簧 24—活動擋料銷

圖1-55 上固定板

總裝圖中件19是下固定板，其主要功能是固定下模的凸凹模21。凸凹模零件結構比較小，且內孔與外形都是刃口面，故不能直接在凸凹模零件上設計銷釘孔等定位結構，所以采用下固定板與凸凹模零件過渡配合（采用0.01mm的過盈配合量），然后通過銷釘與下模板定位，以此來固定凸凹模的位置。由于下固定板上需要設計安放卸料彈簧的孔，以及彈性擋料銷的孔等結構，所以下固定板上的通孔形結構較多。為提高下固定板在模具使用以及零件加工中的綜合力學性能，下固定板需進行調質熱處理。下固定板零件的結構設計如圖1-56所示。

下固定板技術要求：材料為45鋼，板厚20mm，調質處理，硬度為23～28HRC，內孔型腔通過線切割與凸凹模外形尺寸過渡配合（過盈量為0.01mm），上、下兩平面要求表面粗糙度Ra值為1.6μm，其余表面要求表面粗糙度Ra值為6.3μm。

圖1-56 下固定板

2）卸料板。總裝圖中卸料板20的主要功能是對包裹在凸凹模外形的材料進行卸料，依靠在卸料板與下固定板之間設置的矩形彈簧18提供卸料力。活動擋料銷與卸料板上的孔為小間隙配合。卸料板的另一個功能是在材料開始沖裁前，與上模的凹模8先將材料片夾緊，然后再進行沖裁，這一功能是通過模具裝配進行調節的。模具裝配時，使矩形彈簧所受的預緊力小一些，從而使得裝配時卸料板的上表面高出凸凹模的上表面，以實現沖裁前夾緊料片的作用。由于卸料板在模具工作時要承受卸料力，以及較大的磨損，所以卸料板零件要進行熱處理，以提高硬度與耐磨性。卸料板的尺寸結構設計如圖1-57所示。

卸料板技術要求：材料為45鋼，板厚為20mm，熱處理要求淬火43～48HRC，內孔型腔通過線切割與凸凹模外形尺寸間隙配合（配合間隙為0.20mm），上、下兩平面表面粗糙度Ra值為1.6μm，其余表面的表面粗糙度Ra值為6.3μm。

圖1-57 卸料板

3）推件塊。總裝圖中推件塊12的主要功能是對包裹在凸模9上的沖裁件進行卸料，同時通過打桿10傳遞力，將沖裁過程中進入凹模刃口的沖裁件推出凹模型腔刃口，由于凹模型腔內部空間有限，無法設置具有足夠推力的矩形彈簧等彈性元件，故借助機床的打料橫梁，通過打桿傳遞力。為限制推件塊的位移距離，在推件塊兩側設計臺階式的結構，起到了卸料螺釘的功能（主要是由于凹模型腔內部空間有限，無法設置至少兩個卸料螺釘），推件塊零件的結構設計如圖1-58所示。

推件塊技術要求：材料為45鋼，熱處理要求淬火43～48HRC，外形尺寸通過線切割與凹模型腔尺寸間隙配合（配合間隙為0.15mm），表面粗糙度Ra值全部為1.6μm。

圖1-58 推件塊

4）上墊板。總裝圖中上墊板5的主要功能是支撐凸模的沖裁反作用力，所以上墊板零件需要較高的硬度，同時上墊板的上、下兩面分別與其他零件貼合，要求兩表面平整。根據上墊板的主要功能，上墊板零件上孔的精度要求不高，都是螺釘與銷釘的過孔，沒有精度要求。上墊板零件結構設計如圖1-59所示。

上墊板技術要求：材料為45鋼，熱處理要求淬火43～48HRC，上、下兩平面表面粗糙度Ra值為1.6μm，其余表面的表面粗糙度Ra值為6.3μm。

5）上、下模板。上、下模板零件是構成模具模架的主要零件，安裝板復合模具采用的是非標準模架，上、下模板均采用45鋼板，上、下模板零件不需要進行熱處理，其零件結構設計分別如圖1-60、圖1-61所示。

上、下模板技術要求：材料為45鋼，板厚為40mm，上、下兩平面表面粗糙度Ra值為1.6μm，其余表面的表面粗糙度Ra值為6.3μm。

圖1-59 上墊板

圖1-60 上模板

圖1-61 下模板

6.復合模具設計要點

1）從生產操作和安全性考慮，應首選倒裝復合模（凸凹模在下模），以便廢料從漏料孔和工作臺下方排出。沖件材料較薄、平整度要求較高或凸凹模強度較低時，應采用順裝復合模（凸凹模在上模），但工件和廢料匯集在模具工作面上，操作安全程度較差，生產率不高。

2）凸凹模是復合模中重要的工作零件，其最小壁厚受到限制，應選擇強度與韌性較好的材料，以免開裂損壞。

3）采用薄凹模與中墊板組合的方式便于加工；凹模局部易損部位采用鑲件，便于更換。

4）上模推件采用頂（推）板時，頂（推）板形狀應合理，盡量減小對凸模墊板支承部位的影響。頂（推）板上下活動空間應留有安全量，防止閉模時完全接合，損壞模具。

5）頂（推）件塊應凸出凹模端面0.2～0.5mm，以滿足頂（推）件要求。頂（推）件塊上下運動要平穩、靈活，防止損傷凹模直壁刃口和凸模。

6）復合模精度較高，應選用Ⅰ級導柱模架或滾動導柱模架。為減少壓力機精度不高對模具的影響，沖裁間隙較小的復合模應采用浮動模柄并選用行程較小的壓力機，保證沖壓過程中導柱、導套不脫離。

三、單工序模具

圖1-62 側托架零件的落料件工序圖

1.工藝分析與模具設計

在復合模具沖裁成形工藝與模具結構設計學習的基礎上，對單工序模具的結構就很容易理解了。圖1-62所示為側托架零件的落料件工序圖，根據零件的要求進行單工序的落料模具設計。

側托架零件的材料為SCP1，材料厚度t=1.0mm；零件外形結構比較復雜。根據零件的結構特點，其條料排樣直接采用簡單的單件直排形式，并選擇合適的搭邊值即可。由于落料件是產品零件，且零件的外形尺寸比較大，不能采用下漏件的形式，所以需要采用上出件的結構形式。側托架零件落料模具的結構如圖1-63所示。

側托架零件落料模采用彈性卸料的形式，且采用兩中間導柱非標準模架，滑動配合導柱、導套的形式。由于側托架落料件的外形比較復雜，局部有較為細小的結構，可以將凹模局部易損壞的部位設計為鑲套的結構形式，以利于易損件的更換，可有效地保護模具，降低成本。

圖1-63 側托架零件落料模具結構

1—內六角圓柱頭螺釘 2、3—圓柱銷 4—模柄 5、18—卸料螺釘 6—上模板 7—上墊板 8—導套 9—凸模 10—導柱 11—卸料板 12—下模板 13—凹模 14—下墊板 15—推件板 16—固定擋料銷 17、19—矩形彈簧

2.單工序模具設計要點

沖裁屬于材料分離工序，一般包括落料、沖孔、切槽（口）、修邊等工序。每一種工序都可以采用對應的單工序模具來完成。單工序模具的結構差異較大，其設計要點如下：

1）盡量采用漏料孔或排出槽使工件或廢料通過工作臺孔落下。當受工作臺孔尺寸限制時，則沿工作臺面方向推出。只有當材料較薄、工件平整度要求較高時，才考慮在下模部分設計彈頂裝置，將落料件彈頂到模具工作面上。

2）卸料力較大和材料較厚時，宜采用固定卸料板；材料厚度較小和卸料力不大時，采用彈性卸料板。特殊需要時可采用帶導向的彈壓卸料板。

3）小凸模應采用護套結構和設計帶導向的彈壓卸料板結構；易損凸模應采用快換結構；大型或復雜的凸模、凹模應采用鑲拼結構，其易損部位還可以采用鑲嵌結構。

4）條料送進時，盡量采用導料板、托料板作為導向和支承。單個毛坯送進時，定位應方便可靠，模具應有足夠的送料和取件的安全空間。用條料作沖壓材料時，還應合理地確定樣排方式，提高材料利用率。

5）為便于模具安裝和使用，刃口形狀復雜、凸模數量較多的模具應盡量采用導柱模架。采用導板作為凸模的導向時，壓力機的行程應有所限制，在沖壓過程中凸模不能脫離導板。

四、單工序兩工位模具

單工序模具是相對較為簡單的模具結構類型，每副模具只完成一個簡單的工序，在實際生產中也可以把兩個簡單的單工序模具組合在一副模具上進行生產，這樣可以節約設備成本。如圖1-64所示底板零件，圖1-64a所示為底板零件沖孔與切邊工序的工序圖，零件的尺寸公差較大，精度要求較低；圖1-64b所示為底板零件的三維模型圖。

圖1-64 底板零件圖

a）工序圖 b）三維模型圖

底板零件單工序兩工位的沖孔與切邊模具結構總圖如圖1-65所示。

對于圖1-65中的件13（切邊卸料板）、件21（沖孔凹模固定板）及件5（沖孔卸料板），在對其進行結構設計時需要注意避讓底板已經成形的部位，本工序的工藝生產不能與前面已成形的工序結構相干涉。切邊時，直接利用底板上的沖孔，使用固定定位銷（件14）進行零件的切邊定位。切邊的廢料由廢料切刀（件18）切開拿出。底板的沖孔工序與切邊工序是相互獨立的單工序結構，設計為一副兩工位的模具時，需要考慮兩工序同時生產時的共同要求，模具相關的刃口及沖裁力等的計算與前面所講述的復合模具相同。

圖1-65 底板沖孔與切邊單工序兩工位模具結構圖

1—上模板 2—沖孔凸模墊板 3—沖孔凸模 4—凸模固定板 5—沖孔卸料板 6、11—矩形彈簧 7、10—卸料螺釘 8—模柄 9—圓柱銷 12—切邊凹模墊板 13—切邊卸料板 14—定位銷 15—凹模 16—導套 17—導柱 18—廢料切刀 19—切邊凸模 20—下模板 21—沖孔凹模固定板 22—沖孔凹模鑲套 23—沖孔凹模墊板 24—限位柱