支承座三工序复合冲压模具

　　摘要：介绍一种新型支承座三工步复合冲压模具的结构、工作原理、主要工作部件的设计技术和参数计算．使用此种模具，可以在一个工步中完成支承座毛坯的落料、冲孔和弯曲成形，生产效率高，工艺质量好．
　　关键词：冲压　复合模具　斜楔　弯曲

　　Abstract：In this paper,it describes the structure,work principle,design methods of the key parts and the parameter calculation of a new three-process composite die for the cradle.By using it,the cut,punding and bending can be finished in a procedure with high efficiency and good quality.
　　Keywords：stamping　　composite die　　oblique plane bending

前言

　　图1所示支承座是某新型设备上的重要钣金冲压件，使用材料是1Cr18Ni9Ti钢板，材料厚度δ=1.5mm．该零件的冲压特点是：材料屈服强度高，外形尺寸大，毛坯在弯成U形件后，还需将两个边都向内折弯，并冲出Φ20mm的小孔．对于这mm种典型的U形件，在单件或小批量生产且技术要求不高时，可采用条料在折板机上成形，小孔在钻床上制出；反之，则应采用冲模成形．按照旧工艺，U形带孔零件的冲压工艺加工，一般都是采用落料、成形和冲孔3套模具，这种工艺方法生产效率低、工艺装备多、经济效益差．由此新设计的三工序复合冲压模具，可以高效优质地完成支承座的冲压工作．

图1　支承座（L－120mm）

1　模具结构与工作原理

1.1　模具结构

　　支承座三工序复合冲压模具结构见图2，主要工作部件由：固定斜楔、凹模、活动斜楔、成形凸模和冲孔凸模等组成，并采用导柱导套导向形式的标准模架．

1安装板　2弹簧　3模柄　4拉杆　5工件　6上模座　7固定斜楔
8侧板　9导柱导套　10凹模　11下模座　12活动斜楔　13弹簧Ⅱ
14成形凸模　15冲孔凸模　16压料板　17定位销
图2　支承座三工序复合冲压模具

1.2　工作原理
　　支承座三工序复合冲压模具的工作原理是^[1，2]，当模具处于上极限待工作位置时，将毛坯条料（B=120^0.0_-0.5）放置在落料凹模和成形凸模上，并通过侧板和定位销定位．模具工作时，上模随压床滑块下行，首先，在弹簧的作用下，压料板压紧毛坯，固定斜楔与凹模共同完成毛坯的落料工序、冲孔凸模完成ΨΦ20mm小孔的冲制工序；随着压床滑块的继续下行，固定斜楔对毛坯施实向下U形弯曲；同时，固定斜楔推动活动斜楔向模具中心移动，使毛坯向里弯曲，完成工件的最终成形工序．最后，模具到达下死点并随滑块开始向上运动，固定斜楔和冲孔凸模分别退出落料凹模和成形凸模，弹簧回复推动活动斜楔向模具两侧移动．此时，即可将已成形的工件从模具中取出，冲压工作完成．

2　主要零件的设计

2.1　冲孔凸模
　　冲孔凸模材料为Cr12MoV钢，热处理硬度HRC58～62．因冲孔直径较大，故该凸模属于细长杆，在设计时应进行承压和失稳弯曲强度校核．在结构上，力求提高凸模的强度和刚度，可将凸模设计为阶梯轴或加装凸模护套．

2.2　成形凸模
　　成形凸模可用T10A钢制造，热处理硬度HRC56～60．成形凸模形状较复杂，壁厚不均，故在热处理时务必谨慎．在实际操作时可采用预冷淬火或内孔填塞石棉绳来减轻工件的热处理变形和开裂倾向．

2.3　凹模
　　落料凹模可采用拼镶式结构，凹模磨损后，只须拆下镶块刃磨，再加装适宜的垫片，即可保持凸、凹模间隙不变．凹模刃口处采用T10A钢，热处理硬度HRC56～60，用螺钉和柱销固定；本体用45钢，热处理硬度HRC28～32为．这样可以减少贵重材料的使用，提高经济效益．

2.4　斜楔
　　模具中有固定斜楔和活动斜楔两种．
2.4.1　固定斜楔
　　固定斜楔是重要的工作零件，有双重作用．在毛坯落料时充当凸模；还可推动活动凹模向模具中心移动，使工件完成最终成形．固定斜楔工作频率高，受力较大，推荐使用T10A钢制造，并淬硬至HRC56～60，使其能获得较高的强度、耐磨性和韧性．
2.4.2　活动斜楔
　　活动斜楔采用45钢，热处理硬度HRC43～48，要求具有良好的耐磨性和运动稳定性．

3　设计计算

3.1　冲裁力

P₁=K₁τL₁t　　(1)

式中　P₁－冲裁力，N；
　　　K₁－系数，取1.3；
　　　τ－材料剪切强度，MPa；
　　　t－板厚，mm；
　　　L₁－材料轮廓长度（落料和冲孔之和），mm．
　　将τ=550MPa、t=1.5mm、L=302.8mm代入式（1），可得到P₁=324753N。

3.2　弯曲力
　　支承座毛坯先弯成U形件后，再接着将两个边都向内折弯时，所需弯曲力是相等的。对于U形接触弯曲有：

P₂=K₂Bt2σ_b/(R+t)　　　　　(2)

式中　P₂－弯曲力，N；
　　　K₂－系数，取0.9；
　　　σ_b－材料抗拉强度，MPa；
　　　B－弯曲件宽度，mm；
　　　R－凸模圆角半径，mm；
　　　t－板厚，mm．
　　将　σ_b＝700MPa、B=120mm、t=1.5mm、R=4mm，代入式（2）可得到P₂=30927N。

3.3　斜楔行程
　　固定斜楔行程主要根据与之配对活动斜楔（滑块）行程确定：

　　　(3)

式中　W_r－固定斜楔行程，mm；
　　　W_s－活动斜楔行程，mm；
　　　β－固定斜楔角度，（°）；
　　　α－活动斜楔角度，（°）
　　一般情况下，β值取标准值为40°，则α=50°，可得到W_T=1.19W_s．

3.4　毛坯尺寸
　　当弯曲件的弯曲半径较大时（r/t>0.5），弯曲件毛坯长度可取等于中性层的长度．对于图1所示工件有：

L=∑L₁+2π(r+kt)　　　　(4)

式中　L－弯曲件展开长度，mm；
　　　k－系数，取0.45；
　　　∑L－工件平直部分长度，mm；
　　　r－弯曲件内半径，mm；
　　　t－板厚，mm．
　　将∑L₁=316mm、r=4mm、t=1.5mm代入式（4）可得到L=345mm．
　　上述有关计算结果，可作为支承座三工序复合冲压模具的结构设计，工序安排及设备选型参考．

4　结束语

　　使用新型三工序复合冲压模具，可以在一个工步中完成支承座毛坯的落料、冲孔、弯曲成形，生产率提高了6～8倍，减少了工艺装备，零件冲压工艺质量也得到了显著提高．对于典型的U形件弯曲成形具有重要借鉴作用．