1.3　怎樣選擇模具零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.3.1　工作零件設(shè)計(jì)

(1)凸模

凸模的基本結(jié)構(gòu)均由是安裝部分、工作部分組成,對(duì)于細(xì)小凸模增加過(guò)渡部分增加強(qiáng)度,如圖1?31所示。

① 圓形凸模　刃口為圓形凸模的結(jié)構(gòu)及固定如圖1?32所示。

　② 非圓形凸模　如圖1?33所示,刃口為非圓形凸模,為防止轉(zhuǎn)動(dòng),增設(shè)防止轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓、圓柱銷釘、平鍵等。

③ 沖小孔凸模　沖小孔是指孔徑d小于被沖板料的厚度或直徑d<1mm的圓孔和面積A<1mm²的孔。由于沖小孔的凸模強(qiáng)度和剛度差,容易彎曲和折斷,所以必須采取措施提高凸模的強(qiáng)度和剛度,如圖1?34所示,利用卸料板做導(dǎo)向或增加導(dǎo)向護(hù)套,為了保證卸料板具有導(dǎo)向作用,可采用剛性卸料板。采用彈性卸料板時(shí)需要單獨(dú)增設(shè)導(dǎo)向裝置。

(2)凹模

① 凹模的外形結(jié)構(gòu)與固定方法　如圖1?35所示,刃口為圓形可采用圖1?35(a)、(b)、(c)固定結(jié)構(gòu),刃口為非圓形可采用圖1?35(c)、(d)防止轉(zhuǎn)動(dòng)固定結(jié)構(gòu)。圖1?35(d)的A向視圖如圖1?36所示,采用螺栓、圓柱銷、平鍵防止凹模轉(zhuǎn)動(dòng)。

② 凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式　沖裁凹模刃口形式有直筒形和錐形兩種。表1?12列出了沖裁凹模刃口的形式,可供設(shè)計(jì)選用時(shí)參考。

　　③ 凹模輪廓尺寸的確定　凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L×B(長(zhǎng)×寬)及厚度尺寸H。從凹模刃口至凹模外邊緣的最短距離稱為凹模的壁厚c。對(duì)于簡(jiǎn)單對(duì)稱形狀刃口的凹模,由于壓力中心即為刃口對(duì)稱中心,所以凹模的平面尺寸即可沿刃口型孔向四周擴(kuò)大一個(gè)凹模壁厚來(lái)確定,如圖1?37(a)所示,即

L=l+2c　　B=b+2c(1?30)

式中　l——沿凹模長(zhǎng)度方向刃口型孔的最大距離,mm;

　　b——沿凹模寬度方向刃口型孔的最大距離,mm;

　　c——凹模壁厚,mm,主要考慮布置螺孔與銷孔的需要,同時(shí)也要保證凹模的強(qiáng)度和剛度,計(jì)算時(shí)可參考表1?13選取。

對(duì)于多型孔凹模,如圖1?37(b)所示,設(shè)壓力中心O沿矩形l×b的寬度方向?qū)ΨQ,而沿長(zhǎng)度方向不對(duì)稱,則為了使壓力中心與凹模板中心重合,凹模平面尺寸應(yīng)按式(1?31)計(jì)算:

L=l'+2c　　B=b+2c(1?31)

式中　l'——沿凹模長(zhǎng)度方向壓力中心至最遠(yuǎn)刃口間距的2倍,mm。

凹模板的厚度主要是從螺釘旋入深度和凹模剛度的需要考慮的,一般應(yīng)不小于8mm。隨著凹模板平面尺寸的增大,其厚度也應(yīng)相應(yīng)增大。

整體式凹模板的厚度可按式(1?32)估算:

H=K₁K₂(1?32)

式中　F——沖裁力,N;

　　K₁——凹模材料修正系數(shù),合金工具鋼取K₁=1,碳素工具鋼取K₁=1.3;

　　K₂——凹模刃口周邊長(zhǎng)度修正系數(shù),可參考表1?14選取。

以上算得的凹模輪廓尺寸L×B×H,當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模具或雖然設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)模具,但凹模板毛坯需要外購(gòu)時(shí),應(yīng)將計(jì)算尺寸L×B×H按沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中凹模板的系列尺寸進(jìn)行修正,取接近的較大規(guī)格的尺寸。

1.3.2　定位零件設(shè)計(jì)

(1)擋料銷

擋料銷的作用是來(lái)?yè)踝l料搭邊或沖件輪廓以限定條料送進(jìn)的距離。根據(jù)擋料銷的工作特點(diǎn)及作用分為固定擋料銷、活動(dòng)擋料銷和始用擋料銷。

① 固定擋料銷　如圖1?38(a)所示,可根據(jù)搭邊的大小選擇固定擋料銷,如果距離凹模刃口距離e過(guò)近,可加工成圖1?38(b)所示結(jié)構(gòu)。

② 活動(dòng)擋料銷　如圖1?39所示。

③ 始用擋料銷　如圖1?40所示,始用擋料銷在條料開(kāi)始送進(jìn)時(shí),用手壓住始用擋料銷,使始用擋料銷伸出導(dǎo)料板擋住條料起定位作用。然后松開(kāi)手,在彈簧作用下始用擋料銷縮進(jìn)導(dǎo)料板內(nèi)不起擋料作用,始用擋料銷一般用于條料以導(dǎo)料板導(dǎo)向的級(jí)進(jìn)模(見(jiàn)圖1?26),采用始用擋料銷的目的是為了提高材料的利用率。

(2)導(dǎo)料銷、導(dǎo)料板

導(dǎo)料銷與擋料銷結(jié)構(gòu)一樣,作用是保證條料沿正確的方向送進(jìn)。導(dǎo)料銷一般設(shè)兩個(gè),并位于條料的同一側(cè)。導(dǎo)料板的作用與導(dǎo)料銷相同,其結(jié)構(gòu)有兩種,如圖1?41所示。

(3)導(dǎo)正銷

使用導(dǎo)正銷一般是前一個(gè)工位在板料上沖一個(gè)定位工藝孔(或產(chǎn)品上的孔),接著下一個(gè)工位就是利用導(dǎo)正銷導(dǎo)正(見(jiàn)圖1?42),保證沖件在不同工位上沖出的內(nèi)形與外形之間的相對(duì)位置公差要求。

導(dǎo)正銷結(jié)構(gòu)形式如圖1?42所示,一般分為銳角如圖1?43(a)、R形如圖1?43(b)和錐形如圖1?43(c)。

導(dǎo)正銷的頭部由圓錐形的導(dǎo)入部分和圓柱形的導(dǎo)正部分組成,故導(dǎo)正部分的直徑可按式(1?33)計(jì)算:

d=d_p-a(1?33)

式中　d——導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分直徑,mm;

　　d_p——導(dǎo)正孔的沖孔凸模直徑,mm;

　　a——導(dǎo)正銷直徑與沖孔凸模直徑的差值,mm,可參考表1?15選取。

導(dǎo)正部分的直徑公差可按h6~h9選取。導(dǎo)正部分的高度一般取h=(0.5~1)t,或按表1?16選取。

由于導(dǎo)正銷常與擋料銷配合使用,擋料銷只起粗定位作用,所以擋料銷的位置應(yīng)能保證導(dǎo)正銷在導(dǎo)正過(guò)程中條料有被前推或后拉少許的可能。擋料銷與導(dǎo)正銷的位置關(guān)系如圖1?44所示。

按圖1?44(a)方式定位時(shí),擋料銷與導(dǎo)正銷的中心距為:

s₁=s-D_p/2+D/2+0.1(1?34)

按圖1?44(b)方式定位時(shí),擋料銷與導(dǎo)正銷的中心距為:

s'₁=s+D_p/2-D/2-0.1(1?35)

式中　s₁、s'₁——擋料銷與導(dǎo)正銷的中心距,mm;

　　s——送料進(jìn)距,mm;

　　D_p——落料凸模直徑,mm;

　　D——擋料銷頭部直徑,mm。

(4)側(cè)壓裝置

如圖1?45所示。在一副模具中,側(cè)壓裝置的數(shù)量和設(shè)置位置視實(shí)際需要而定。但對(duì)于板料厚度較薄(一般為t<0.3mm)或材料較軟的板料,容易造成條料擠壓變形,宜采用輥軸自動(dòng)送料裝置。

(5)導(dǎo)向頂料銷

兩側(cè)頂起頂料銷如圖1?46所示,當(dāng)卸料板隨著上模抬起,彈簧帶動(dòng)導(dǎo)向頂料銷將條料或帶料的邊緣頂起,向前送進(jìn)。導(dǎo)向頂料銷具有頂料和導(dǎo)向作用。

導(dǎo)向頂料銷尺寸設(shè)計(jì)如圖1?47所示,其中:

h₁=0.5d(1?36)

H₁=h₁+0.5(1?37)

H₂=t+1.5(1?38)

式中　h₁——導(dǎo)向頂料銷頭部高度,mm;

　　d——導(dǎo)向頂料銷直徑,mm;

　　H₁——卸料板沉孔深度,mm;

　　H₂——導(dǎo)向頂料銷槽寬,mm;

　　t——條料或帶料厚度,mm。

中間頂起頂料銷如圖1?48所示,用于條料或帶料中間的彈起。

1.3.3　卸料與出件裝置設(shè)計(jì)

卸料與出件裝置的作用是當(dāng)沖模完成一次沖壓之后,把沖件或廢料從模具工作零件上卸下來(lái),以便沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行。通常,把沖件或廢料從凸模上卸下稱為卸料,把沖件或廢料從凹模中卸下稱為出件。常用的彈性卸料裝置的結(jié)構(gòu)形式如圖1?49所示。

彈性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸,厚度取凹模厚度的0.6~0.8倍。在級(jí)進(jìn)模中,特別小的沖孔凸模與卸料板的雙邊間隙可取0.3~0.5 mm。當(dāng)卸料板對(duì)凸模起導(dǎo)向作用時(shí),卸料板與凸模間按H7/h6配合。此外,為便于可靠卸料,在模具開(kāi)啟狀態(tài)時(shí),卸料板工作平面應(yīng)高出凸模刃口端面0.3~0.5mm。

卸料螺釘一般采用標(biāo)準(zhǔn)的階梯形螺釘,其數(shù)量按卸料板形狀與大小確定,卸料板為圓形時(shí)常用3~4個(gè),為矩形時(shí)一般用4~6個(gè)。卸料螺釘?shù)闹睆礁鶕?jù)模具大小可選8~12mm,各卸料螺釘?shù)拈L(zhǎng)度應(yīng)一致,以保證裝配后卸料板水平和均勻卸料。

彈性卸料裝置可裝于上模或下模,依靠彈簧或橡皮的彈力來(lái)卸料,卸料力不太大,但沖壓時(shí)可兼起壓料作用,故多用于沖裁料薄及平面度要求較高的沖件。彈簧或橡膠選擇如下:

(1)彈簧

模具卸料常用的彈簧為圓柱螺旋壓縮彈簧,彈簧絲截面有圓形和矩形,矩形截面圓柱螺旋壓縮彈簧與圓形截面螺旋壓縮彈簧相比,其特性曲線更接近于直線,即彈簧的剛度更接近固定的常數(shù),方向和定位性好。彈簧的選用包括如下內(nèi)容:

① 選擇彈簧壓力:

F預(yù)≥(1?39)

式中　F預(yù)——彈簧的預(yù)壓力,N;

　　F卸——卸料力,N;

　　n——彈簧根數(shù)。

② 選擇彈簧壓縮量:

h總≥h預(yù)+ h工作+ h修磨(1?40)

式中　h總——彈簧總的壓縮量,mm;

　　h預(yù)——彈簧的預(yù)壓縮量,mm;

　　h工作——卸料板的工作行程,mm,對(duì)于沖裁模取板料厚度+2mm;

　　h修磨——模具的修磨量或調(diào)整量,mm,一般取4~6mm。

(2)橡膠

橡膠作為卸料裝置中的彈性元件,具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn),被大量使用在沖壓模具中。橡膠允許承受的負(fù)荷比彈簧大,且安裝方便。

橡膠產(chǎn)生的壓力F由式(1?41)得出:

F=A×p(1?41)

式中　A——橡膠的承受面積,mm²;

　　p——與橡膠壓縮量有關(guān)的單位壓力,MPa,可查表1?17。

為了保證橡膠的正常使用,不至于過(guò)早失去彈性,最大壓縮量h總不能超過(guò)其自由高度h自由的35%~45%,預(yù)壓縮量h預(yù)一般為橡膠自由高度h自由的10%~15%。最大壓縮量h總為橡膠的工作行程h工作與預(yù)壓縮量h預(yù)之和,則橡膠的工作行程h工作為:

h工作=h總-h預(yù)=(25%~30%)h自由(1?42)

式中　h總——橡膠的最大壓縮量,mm;

　　h預(yù)——橡膠的預(yù)壓縮量,mm;

　　h工作——卸料板的工作行程,mm,對(duì)于沖裁模取板料厚度+1mm(凸模進(jìn)入凹模)+1mm(上模抬起凸模在卸料板內(nèi))。

考慮到模具的修磨量或調(diào)整量(h修磨=4~6mm),所以橡膠的自由高度h自由為:

h自由=+h修磨=(3.5~4.0)h工作+h修磨(1?43)

為了橡膠具有一定的彈性和穩(wěn)定性,圓形橡膠的高度h與直徑D之比須滿足式(1?44):

0.5≤h/D≤1.5(1?44)

如果超過(guò)1.5,應(yīng)將橡膠分段,每段之間墊上鋼墊圈,并使每段的h/D值仍在上述范圍內(nèi)。

非標(biāo)準(zhǔn)形狀橡膠的大小憑經(jīng)驗(yàn)根據(jù)模具卸料的空間合理布置,周圍留有足夠的空間,允許橡膠壓縮時(shí)斷面尺寸的脹大。往往在模具裝配和試模后,增減橡膠數(shù)量、改進(jìn)橡膠形狀。

選用橡膠時(shí)的步驟:

① 根據(jù)工作行程h工作計(jì)算橡膠的自由高度h自由;

② 根據(jù)自由高度h自由計(jì)算橡膠預(yù)壓縮后的裝配高度h裝配:

h裝配=h自由-h預(yù)(1?45)

③ 根據(jù)模具卸料的空間確定橡膠的斷面面積。

(3)出件裝置

出件裝置的作用是從凹模內(nèi)卸下沖件或廢料。為了便于學(xué)習(xí),把裝在上模內(nèi)的出件裝置稱為推件裝置,裝在下模內(nèi)的稱為頂件裝置。

① 推件裝置　推件裝置有剛性推件裝置和彈性推件裝置兩種。圖1?50所示為剛性推件裝置。

圖1?51所示為彈性推件裝置。

② 頂件裝置　頂件裝置一般是彈性的,其基本零件是頂件塊、頂桿和彈頂器,如圖1?52所示。彈頂器可做成通用的,其彈性元件可以是彈簧或橡膠。

1.3.4　模架及其零件設(shè)計(jì)

(1)模架

模架是上、下模座與導(dǎo)向零件的組合體,如圖1?53所示,有對(duì)角導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱模架、四導(dǎo)柱模架等,可根據(jù)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇,也可以自行設(shè)計(jì)。

(2)導(dǎo)向零件

① 滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1?54)　加工、裝配方便,應(yīng)用最廣泛,但導(dǎo)向精度不如滾動(dòng)式。導(dǎo)柱、導(dǎo)套材料可選用T8、T10、Cr12、Cr12MoV等材料,或采用20鋼表面滲碳,熱處理硬度55~60HRC。

② 滾動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)

a.滾珠式(見(jiàn)圖1?55)。通過(guò)滾珠與導(dǎo)套實(shí)現(xiàn)有微量過(guò)盈的無(wú)間隙配合(一般過(guò)盈量為0.01~0.02mm),導(dǎo)向精度高,使用壽命長(zhǎng),但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造成本高,主要用于精密沖裁模、硬質(zhì)合金沖裁模、高速?zèng)_模及薄材料的沖裁模具。滾動(dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套材料可選用GCr15鋼,熱處理硬度56~62HRC。

b.滾針式(見(jiàn)圖1?56)。用于極薄金屬與樹(shù)脂材料的高精度沖裁模具,如引線框架、印刷電路板、軟板等沖裁模具。

1.3.5　支承與固定零件設(shè)計(jì)

(1)模柄

如圖1?57(a)所示,模柄安裝在上模座上,其作用是把上模固定在壓力機(jī)滑塊上,同時(shí)使模具中心通過(guò)滑塊的壓力中心。一般在小型模具上都是通過(guò)模柄與壓力機(jī)滑塊相連接的。為了適應(yīng)不同壓力機(jī)上滑塊模柄孔尺寸的需要,設(shè)計(jì)模柄套如圖1?57(b)所示。

對(duì)于大中型沖壓模具的固定,如圖1?58所示。由于模具重量大,采用模柄形式難以承受模具上模的重量,需要采用螺栓直接固定或加墊塊、壓板將模具的上下模分別固定在壓力機(jī)滑塊和工作臺(tái)(或墊板上)。

(2)凸模(凹模)固定板與墊板

如圖1?59所示,凸模(凹模)固定板與墊板外形尺寸一致,厚度可取凹模厚度的60%~80%。固定板與凸模或凹模為H7/n6或H7/m6配合。

墊板的作用是承受并擴(kuò)散凸模或凹模傳遞的壓力,以防止模座被擠壓損傷。墊板材料一般為45鋼,熱處理硬度40~45HRC,厚度可取3~20mm。