【導(dǎo)讀】模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國(guó)模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。選用材料時(shí)應(yīng)考慮模具的工作特性，受力情況，沖壓件材料性能，沖壓件的精。度，生產(chǎn)批量以及模具材料的加工工藝性能和工廠現(xiàn)有條件等因素。是確定沖床的類型和噸位。板料冷沖壓加工是機(jī)械加工的一個(gè)重要組成部分。但由于傳統(tǒng)的加工存在著沖壓工藝方案選擇不合理、沖壓間隙選擇過大，壓力機(jī)不相匹配等問題。本文就以空氣濾清器殼反拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)主要介紹了

　　

【正文】 原則。 拉深凸模結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上凸模設(shè)計(jì)的三個(gè)原則，在設(shè)計(jì)拉深凸模時(shí)應(yīng)滿足這三個(gè)原則。在學(xué)習(xí)拉深成形這一章節(jié)時(shí)我們知道，拉深凸模結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單， 可參見設(shè)計(jì)模具裝配圖，在此僅就其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些要點(diǎn)作一簡(jiǎn)要的介紹。首先每個(gè)拉深凸模需鉆一通氣孔，以防當(dāng)工件脫離凸模時(shí)在凸模端頭與工件底之間的空間形成真空，增加額外的卸件力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將工件底部抽癟。通氣孔直徑一般可在 3～8mm 之間選取，本設(shè)計(jì)取 。受鉆頭長(zhǎng)度限制，一般很難從凸模工件端鉆通至固定端，這時(shí)可 17 自工作端先鉆一深孔，再?gòu)耐鼓?cè)壁鉆孔與之相通，側(cè)孔中心線到凸模工作端只要稍大于拉深工序件的高度就可達(dá)到通氣的目的。 其次要確定拉深凸模的固定方法，以便確定其固定端的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于順裝順出件簡(jiǎn)單拉深模，如 果工件直徑與模柄直徑相差不大，常將凸模與模柄制成一體。如果兩者直徑相差較大，或者拉深模有壓邊裝置，可將凸模固定板設(shè)計(jì)成凸緣式的，借助固定板與上模板進(jìn)行連接。許多設(shè)計(jì)者喜歡采用下述方法固定拉深凸模：凸模固定端不帶凸緣，以過渡配合直接嵌入到模座內(nèi)一定深度，并用螺釘聯(lián)接防止拔出。其優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)比較的簡(jiǎn)單，可省去銷釘和凸模固定板。但拉深凸模與模座的垂直度比凸緣式凸模較差，因此不適用于較精密的拉深模。有利于較大的拉深凸模，從節(jié)省模具鋼與便于熱處理考慮，可采用組合式的結(jié)構(gòu)。 凸凹模即拉深時(shí)為拉深凸模、沖孔時(shí)為沖孔凹模 。在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮。其一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)在這里不在敘述，凸凹模結(jié)構(gòu)圖如下所示： 拉深 凸模沖孔凹模結(jié)構(gòu)圖 7 壓力設(shè)備選擇 根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)，生產(chǎn)批量的大小 ，沖壓件的幾何尺寸和精度要求等來選擇 18 設(shè)備的類型。 對(duì)于中小型的沖裁件，彎曲件或拉深件的生產(chǎn)，主要應(yīng)采用開式機(jī)械壓力機(jī)。雖然開式?jīng)_床的剛度差，在沖壓力的作用下床身的變形能夠破壞沖裁模的間隙分布，降低模具的壽命或沖裁件的表面質(zhì)量，可是由于它提供了極為方便的操作條件和非常容易安裝的機(jī)械化附屬裝置的特點(diǎn)，使它成為目前中、小型沖壓設(shè)備的主 要形式。 對(duì)于大中型沖壓件的生產(chǎn)，多采用閉式結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械壓力機(jī)，其中有一般用途的通用壓力機(jī)，也有臺(tái)面較小而剛度大的專用擠壓壓力機(jī)、精壓機(jī)等。在大型拉深件的生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用雙動(dòng)拉深壓力機(jī)，因其可使所用的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。 在小批量生產(chǎn)不中，尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)多采用液壓機(jī)。液壓機(jī)沒有固定的行程，不會(huì)因?yàn)榘辶虾穸茸兓d，而且在需要很大施力行程加工時(shí)，與機(jī)械壓力機(jī)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。但是，液壓機(jī)的速度小，生產(chǎn)效率低，而且零件的尺寸精度有時(shí)因受到操作因素的影響而不十分穩(wěn)定。 摩擦壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、造價(jià)低廉、不易發(fā)生超負(fù)荷損壞等特點(diǎn)，所以在小批量生產(chǎn)中常用來完成彎曲、成形等沖壓工作。但是，摩擦壓力機(jī)的行程式次數(shù)較少，生產(chǎn)率低，而且操作也不太方便。 在大批量生產(chǎn)或形狀復(fù)雜零件的大量生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選取高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)。 綜合考慮以上因素，在這里沖壓此零件選用開式機(jī)械壓力機(jī)。在沖壓設(shè)備的類型選定之后，應(yīng)該進(jìn)一步根據(jù)沖壓件的尺寸、模具尺寸和沖壓力來確定設(shè)備的規(guī)格。 為安全起見，防止設(shè)備的超載，對(duì)于沖裁工序，壓力機(jī)的公稱壓力 P 應(yīng)大于或等于 拉深與 沖裁時(shí)較大者 總沖壓力的 ～ 倍。 即： P≥ （ ～ ） Fmax????????? 取 P = Fmax P = Fmax = 242（ KN） 所以可以選擇噸位為 250KN 以上的壓力機(jī)，考慮到拉深成形的行程比較大，選定壓力機(jī)還應(yīng)參考?jí)毫C(jī)說明書所給出的允許工作負(fù)荷曲線。參照書末表 C1 可選取公稱壓力為 250KN 的開式壓力機(jī)，該壓力機(jī)與模具設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)為： 表 名稱 量值 公稱壓力（ 10KN） 25 發(fā)生公稱壓力時(shí)滑塊離下極點(diǎn)距 離 /mm 6 滑塊行程 固定行程 /mm 80 調(diào)節(jié)行程 /mm 80 19 10 標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù)（不小于） /（次 /min） 100 最大閉合高度 /mm 固定臺(tái)和可傾 /mm 250 活動(dòng)臺(tái)位置 最低 /mm 360 最高 /mm 180 閉合高度調(diào)節(jié)量 /mm 70 滑塊中心到機(jī)身距離（喉深） /mm 190 工作臺(tái)尺寸 /mm 左右 560 前后 360 工作臺(tái)孔尺寸 /mm 左右 260 前后 130 直徑 180 立柱間距離（不小于） /mm 260 模柄孔尺寸（直徑 x 深度） /mm 50 x 70 工作臺(tái)板厚度 /mm 70 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇采用反拉深、沖孔復(fù)合模，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否過薄。 能夠保證足夠的強(qiáng)度，故采用復(fù)合模。 如前所述，模具設(shè)計(jì)包括模具結(jié)構(gòu)形式的選擇和設(shè)計(jì)，模具結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算，模具圖的繪制等內(nèi)容?，F(xiàn)對(duì) 反 拉深、 沖孔復(fù)合 模設(shè)計(jì)步驟如下： 模具結(jié)構(gòu)如圖 所示 20 ?50H7r6?35H7h6?35H7r6?16H7m6?16H7m6?81H7h6?16H7h6?99H7h6?8H7h6 ?8H7h6 圖 反 拉深、 沖孔 復(fù)合模 2—— 頂桿 、 3—— 螺釘 16—— 凸模 、 7— 導(dǎo)柱 、 9—— 螺釘 8—— 導(dǎo)套 、 10—— 模柄 、 14—— 打桿 、 6—— 上模板 、 13—— 上固定板 、 5—— 凸凹模 、 15—— 凹模 、 4—— 下固定板 、 1—— 下模板 、 15—— 頂桿 、 17—— 螺桿 、 12—— 墊板 、 11—— 騎縫螺釘 如圖 所示， 已經(jīng)正拉深過的材料送進(jìn)來后，壓力機(jī)加壓，滑塊夾著模柄帶動(dòng)凸凹模向下運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)備反拉深，當(dāng)?shù)竭_(dá)滑塊行程下死點(diǎn)之前 2mm 時(shí)，開始沖孔，沖孔凸模不動(dòng)，凸凹模繼續(xù)下走到達(dá)死點(diǎn)完成反拉深沖孔復(fù)合，至此零件加工成型。 模具的閉合高度 根據(jù)以上 反 拉深和 沖孔 復(fù)合模結(jié) 構(gòu)圖可知，模具的閉合高度 hm 為： Hm=下模板厚度 +上模板厚度 +凸凹模長(zhǎng)度 +墊板 +沖孔凸模 高度 公共長(zhǎng)度 =50+65+88+10+7437 =250mm 查所選設(shè)備的參數(shù)；壓力機(jī)的最大的閉合高度為 360mm，最小閉合高度為 180 mm，則模具的裝模高度應(yīng)該滿足下式要求： Hmax5 hm ? Hmin+10????????? 即： 355 170 ? 190 故滿足設(shè)計(jì)要求。 21 9 模具 其它 零件 設(shè)計(jì) 及計(jì)算 沖模的導(dǎo)向裝置 沖模工作時(shí)，除了由壓力機(jī)滑塊對(duì)上模與下模進(jìn)行導(dǎo)向以外，還可單獨(dú)設(shè)置導(dǎo)向裝置進(jìn)行導(dǎo)向，其主要作用如下： 。 ，沖裁間隙始終保持一致而不易發(fā)生變化，因此工件有較好的互換性。 ，故模具的壽命比無導(dǎo)向沖模高。 無導(dǎo)向沖裁 （ 1）無導(dǎo)向沖裁的 條件 無導(dǎo)向沖裁是指沖裁模本身無導(dǎo)向裝置。沖裁時(shí)，壓力機(jī)滑塊的導(dǎo)向精度，即滑塊橫向偏擺的最大距離將直接影響沖裁間隙的均勻程度。 無導(dǎo)向沖裁不啃模的條件是：在凸模與凹模單面間隙調(diào)整均勻的條件下，其值應(yīng)不小于壓力機(jī)滑塊的導(dǎo)向精度。如果從保證沖裁件斷面質(zhì)量考慮，則單面沖裁間隙允許的波動(dòng)值，應(yīng)不小于壓力機(jī)滑塊的導(dǎo)向精度。 （ 2）無導(dǎo)向沖裁的應(yīng)用 無導(dǎo)向沖裁模的優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配容易，成本降低。其缺點(diǎn)是沖裁過程中沖裁間隙的波動(dòng)將造成工件的質(zhì)量不穩(wěn)定，精度較低，并加速模具刃口的磨損，調(diào)模間隙不好控制，會(huì)造成啃 模事故。因此，無導(dǎo)向沖裁模的安全性較差。綜上所述，在板料厚度大于 ～ 1mm。精度要求不高、生產(chǎn)批量較小的落料、沖孔等單工序生產(chǎn)中，可以采用無導(dǎo)向裝置。 導(dǎo)板導(dǎo)向 （ 1）導(dǎo)板導(dǎo)向的特點(diǎn) 將固定卸料板式模具的固定卸料板與凸模制成小間隙配合，一般為 H7/h6，稱為導(dǎo)板。導(dǎo)板的型孔按凸模刃口尺寸配作。導(dǎo)板的功用有兩個(gè)：一是在沖裁時(shí)起上模與下模之間的導(dǎo)向作用；二是在回程時(shí)起卸料作用。 導(dǎo)板導(dǎo)向式?jīng)_裁模突出的優(yōu)點(diǎn)是使用時(shí)非常安全，可以說是所有沖裁中最安全的。因?yàn)樵谑褂眠^程中，始終不允許凸模與導(dǎo)板脫離。 （ 2）導(dǎo)板導(dǎo)向的應(yīng)用 導(dǎo)板式導(dǎo)向的應(yīng)用仍有很大的局限性。首先，由于凸模要兼作導(dǎo)向件，其截面尺寸不能太小，以免受側(cè)向力而折斷，其截面也不應(yīng)太復(fù)雜。其次，由于使用中不允許凸模與導(dǎo)板脫離，選用壓力機(jī)也受到了限制，只能使用行程可調(diào)沖床。而且導(dǎo)板導(dǎo)向式?jīng)_裁模仍屬于固定卸料方式，也不 22 適宜沖裁薄料。但對(duì)于板料厚度大于 、形狀較簡(jiǎn)單的落料加工，采用導(dǎo)板導(dǎo)向式?jīng)_裁模，還是很適合的。 模架的導(dǎo)向 （ 1）模架導(dǎo)向的特點(diǎn) 普通模架由導(dǎo)柱、導(dǎo)套、上模座和下模座組成。從安全考慮，通常導(dǎo)柱安裝在下模座，導(dǎo)套安裝在上 模座。導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合面取圓柱面，以便容易加工成小間隙配合，使模架的導(dǎo)向精度高于壓力機(jī)滑塊的導(dǎo)向精度。 采用模架進(jìn)行導(dǎo)向，不僅能保證上、下模的導(dǎo)向精度，而且能提高模具的剛性、延長(zhǎng)模具的使用壽命、使沖裁件的質(zhì)量比較穩(wěn)定、使模具的安裝調(diào)整比較容易。因此在中小型沖模上廣泛采用模架作為上、下模的導(dǎo)向裝置。 模 架 可視為模具的一個(gè)部件，并且早已高度標(biāo)準(zhǔn)化與商品化。在沖模設(shè)計(jì)時(shí)，特別是中小型沖模設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選擇專業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模架，對(duì)提高模具質(zhì)量、縮短制模周期有著十分重要的意義。 模架的類型及應(yīng)用 按導(dǎo)柱不同的位 置，分為如下四種模架： 中間導(dǎo)柱模架 導(dǎo)柱分布在矩形凹模的對(duì)稱中心線上，兩個(gè)導(dǎo)柱的直徑不同，可避免上模與下模裝錯(cuò)而發(fā)生啃模事故。適用于單工序模和工位少的級(jí)進(jìn)模。 后側(cè)導(dǎo)柱模架 后側(cè)導(dǎo)柱模架導(dǎo)柱分布在模座的一側(cè)且直徑相同，只適用橫向送料。其優(yōu)點(diǎn)是工作面開敞，是適于在大件邊緣沖裁。其缺點(diǎn)是剛性與安全性最差，工作不夠平穩(wěn)、應(yīng)盡量少用。 對(duì)角導(dǎo)柱模架 導(dǎo)柱分布在矩形凹模的對(duì)角線方向上，既可以橫向送料，又可以縱向送料。由于導(dǎo)柱間的誤差方向與送料方向傾斜，因此一般認(rèn)為導(dǎo)向精度高于前兩種模架。適于各種沖裁模使 用，特別適于級(jí)進(jìn)沖裁模的使用。為避免上、下模的方向裝錯(cuò)，兩導(dǎo)柱直徑制成一大一小。 四導(dǎo)柱模架 4 個(gè)導(dǎo)柱分布在矩形凹模的兩對(duì)角線方向上。模架的剛性很好，導(dǎo)向非常平穩(wěn)，但價(jià)格較高，一般的沖壓加工不需要四導(dǎo)柱模架。只要要求模具剛性與精度都很高的精密沖裁模，以及同時(shí)要求模具壽命很高的多工位自動(dòng)級(jí)進(jìn)模才采用。 彈壓導(dǎo)板式模架 彈壓導(dǎo)板除具有彈壓卸料板壓料及卸料功能外，還能對(duì)凸模進(jìn)行導(dǎo)向。 按導(dǎo)柱導(dǎo)套配合性質(zhì)的不同，有如下兩種形式： 導(dǎo)柱導(dǎo)套滑動(dòng)導(dǎo)向模架 將導(dǎo)柱與導(dǎo)套制成小間隙配合，為 H6/h5時(shí)稱為一級(jí) 模架，為 H7/h6時(shí)稱為二級(jí)模架。在加工時(shí)，導(dǎo)柱導(dǎo)套與模座均為 H7/r6 過盈配合。為避免導(dǎo)套壓入模座因變形而影響與導(dǎo)柱的配合，將導(dǎo)套壓入段的內(nèi)孔直徑加大 1mm，不與導(dǎo)柱相配合。 裝配良好的模架，應(yīng)能用兩手輕輕抬起上模座而下模座不動(dòng)，但這樣的效果很難達(dá)到， 因?yàn)閷?dǎo)柱與模座為過盈配合，壓入導(dǎo)柱導(dǎo)套時(shí)難以保證垂直度。所以在裝配時(shí)，導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模座可 23 以較松的過渡配合 H7/m6 代替過盈配合，容易保證導(dǎo)柱和導(dǎo)套的軸線垂直于模座平面，使模架的導(dǎo)向精度只決定于加工精度，而容易制成精密模架。 對(duì)于 沖裁模，導(dǎo)柱導(dǎo)套的配合間隙應(yīng)小于單面間隙。當(dāng)雙面沖裁間隙不超過 時(shí)，相當(dāng)于板料厚度小于 ，可選用一級(jí)模架。雙面沖裁間隙超過 時(shí)，可選用二級(jí)模架。 為了保證使用中的安全和可靠性，設(shè)計(jì)與裝配模具時(shí)，還應(yīng)注意下列事項(xiàng)： 當(dāng)模具處于閉合位置時(shí)，導(dǎo)柱的上端面與上模座的上平面應(yīng)留 10～ 15mm 的距離；導(dǎo)柱下端面與下模座下平面應(yīng)留 2～ 5mm 的距離。導(dǎo)套與上模座上平面應(yīng)留不小于 3mm 的距離，同時(shí)上模座開橫槽，以便排氣。 導(dǎo)柱導(dǎo)套滾動(dòng)導(dǎo)向模架 在導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間加多排鋼球，組成滾動(dòng)導(dǎo) 向裝置滾動(dòng)導(dǎo)向的突出特點(diǎn)是：鋼球與導(dǎo)柱、導(dǎo)套之間不但沒有間隙，而且有 ～ 的過盈量，成為無間隙導(dǎo)向。因此其導(dǎo)向精度非常高。 為了減少磨損，鋼球沿導(dǎo)柱與導(dǎo)套工作面的滾動(dòng)軌跡應(yīng)不重合。為此，鋼球在保持圈內(nèi)的排列；橫向應(yīng)當(dāng)錯(cuò)開，縱向連線與導(dǎo)柱軸線成 8 度角。 為了防止保持圈在工作時(shí)下沉、脫離導(dǎo)套而減少配合長(zhǎng)度，可在導(dǎo)柱上另加一個(gè)支承彈簧。 滾動(dòng)導(dǎo)向裝置屬于無間隙導(dǎo)向，精度高，壽命長(zhǎng)。使用于高速?zèng)_模、薄料（ t 小于 ）無間隙沖裁、精密沖裁、硬質(zhì)合金模及其它精密沖裁， 標(biāo)準(zhǔn)模架 標(biāo)準(zhǔn)模 架是指列入模具國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的模架。標(biāo)準(zhǔn)模架有如下特點(diǎn)： （ 1）標(biāo)準(zhǔn)模架是模具標(biāo)準(zhǔn)件中商品化程度最高的，有各種型號(hào)與規(guī)格可供選購(gòu)。 （ 2）出售的標(biāo)準(zhǔn)模架均由專業(yè)廠成批制造，質(zhì)量有保障，價(jià)格便宜。 （ 3）雖然每個(gè)模具都是單件生產(chǎn)的，但是模架卻可以批量生產(chǎn)。為適應(yīng)批量生產(chǎn)的需要，降低生產(chǎn)成本，提高模架質(zhì)量，模座采用鑄鐵制造，普通模架的導(dǎo)柱與導(dǎo)套選用 20 號(hào)鋼制造并經(jīng)滲碳淬火，硬度為 58～ 62HRC；而滾動(dòng)導(dǎo)向模架的導(dǎo)柱與導(dǎo)套則采用軸承鋼