精冲工艺与模具设计

李雅倩 王斌修

（青岛理工大学工程训练中心，山东 青岛266033）

1 冲压件的工艺性分析

冲压件形状及尺寸如图1所示，尺寸精度要求较高，且要求冲切面光洁。由工件图可见φ4 mm的孔和圆角R2 mm等处的结构工艺性较差，故采用精冲模加工。查表可得10号钢的抗拉强度σb=400 MPa，圆角R2 mm冲制难度等级在S1区，圆孔φ4 mm冲制难度等级在S2区，故零件的总的难度等级在S2区。S2区在精冲难度等级中属中等，适于精冲材料的抗拉强度σb≤530 MPa［1］。由以上各项分析可知，该零件符合精冲件结构工艺性要求，可用精冲工艺进行加工。

2 精冲压力计算

根据精密冲裁的变形机理，实现精密冲裁需提供3种力的作用，即：使材料分离的剪切力，实现压料的压边力，反顶工件的反顶力。这三种力一般不是同时产生的，而是通过压力机的协调动作，按先后动作顺序交替产生的。

该零件厚度为4 mm，即精密冲压凸模进入凹模的行程最大为4 mm，对于弹簧来讲压缩力变化比较大，卸料力和推件力根据模具结构由液压元件控制产生，因此在模具设计中使用液压元件代替精冲设备中的压边力和顶件力，实现无专用精密冲压设备的精密冲压。

精冲总压力是完成制件精冲所需的总压力，是选用压力机的主要因素之一，也是考虑精冲模具强度的重要依据，根据文献［1］所推导的公式，零件的精冲压力计算如下：

冲裁力

齿圈压边力：

P压=0.4P冲=175853 N

反向压力：

P反=0.2P冲=87926 N

卸料力：

P卸= （0.1～0.15）P冲

推件力：

P推= （0.1～0.15）P冲

因卸料力和推件力根据模具结构由液压系统控制产生，故必须由压力机提供的力为：

由上述计算可以知道，所需设备的公称压力P公称= （1.2～1.3）P≥843.6 k N。

3 模具结构设计

3.1 模具结构

这是一套精冲模（如图2），它的特别之处在于可以在改装了的普通压力机上进行工作，而不影响其加工精度。

压力机的工作台下装有液压缸44，液压缸内的下活塞41通过垫板40、三个托杆38对中模座35作用，又通过三个托杆37、托板2对顶件块6、31作用，用来传递齿圈压力和顶料压力。这样一来压力的大小，压力产生作用的时间都会很好地控制。

凸凹模4通过支座34紧固在下模座39上，下模座39上固定了4个小导柱1，中模座35通过4个小导套3沿小导柱1上下滑动。小导柱，导套可以保证中模座和下模座的相对位置，保证中模座在运动的时候，支座34和凸凹模4不会干涉。中模座35与支座34间装有一个导向圈36，以保证齿圈32与凸凹模4的配合准确。为了固定齿圈32，在中模座35上紧固了一下定位圈33，由定位板5对其定位。中模座与上模座26的相对运动则通过滚珠导柱、导套导向，这种导向装置属于无间隙配合，确保中模座和上模座的相对位置，保证零件的加工精度。

凹模25紧固在上模座26上，以定位板8来定位，保证凹模的周向位置。冲孔凸模23和24由固定板10、垫板15通过螺钉与凹模形成一体，保证他们之间的相对位置，同时这种可拆卸的结构又有利于更换磨损件。另外在垫板上装有一活塞芯子20，用来传递主要的冲孔力。

上模座内装有一液压缸22，高压油通过软管从上模圆孔处引入，上活塞21通过推杆11对推件块9作用，用来传递推件力。

3.2 模具特点

（1）生产时不用专门购买精冲用的设备，直接在改装过的普通压力机上冲裁成型，减少生产开支。

（2）凹模和齿圈没有直接固定在上下模座上，而是通过定位圈来定位，这样方便凹模、齿圈等零件的拆卸更换。

（3）通过液压系统来控制卸料，推件装置，安全、可靠、易于控制。液压系统很容易改变行程长度和加压速度，在任何位置都能产生所需的公称压力，还可以保持一定的压力，完全没有锤击作用，这些优点保证了冲压件的精度。

（4）导向装置采用滚珠导柱、导套结构，这种导向装置无间隙、精度高、寿命较长，保证了该模具的冲裁质量。

（5）液压系统使用Y型密封圈，使得液压单方向处于工作状态，摩擦阻力小，运动平稳。另外，为了防止密封圈翻转采用了支撑环（见图2），支撑环还能防止Y型密封圈在安装槽内的各种错位。

3.3 模具的工作过程

冲裁开始时，齿圈32与凹模25对板料施压，固定板料的位置，使其不左右移动，同时上液压缸通过活塞芯子20、冲孔凸模对板料施压，推件块9也把上液压缸通过推杆11传递过来的力施加给板料，使板料变形区处于很大的三向压应力状态。上模继续下行，在三项压应力作用下，将板料整个料厚冲入凹模内，而把内形废料冲入凸凹模内，冲裁过程结束。冲裁过程中，当上、下液压缸内的油压超过预定的压力后，油各自从溢流阀流回油箱，以保证预定的压料力和顶件力。冲裁完毕后，上模回升，齿圈32和顶件块6、31把废料从凸凹模上顶出，而推件块9也把零件从凹模内推出。这个过程中为了不使推件块与顶件块同时作用，避免零件压入废料内，在上液压缸的油路上安装了一个单向节流阀（图3），便于调节上液压缸的流速，使得顶件力先于推件力，避免零件被压入凹模，而划伤已成型零件的切割面。

4 结语

该模具结构合理，动作准确可靠，操作方便安全，生产效率高；模具的新颖之处在于采用液压系统来卸料，安全、可靠、易于控制，工作效率高，成型零件精度高。对此类平板类零件的精密冲裁模具设计有一定的参考价值。

［1］模具实用技术丛书编委会.冲模设计应用实例［M］.北京：机械工业出版社，2001.

［2］杨玉英.实用冲压工艺及模具设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2005.