簧片高精度复合模结构设计

图4-8所示为仪表芯簧片高精度综合式复合模，材料为硬态65Mn带料，采用复合冲裁并压弯一模成形，达到要求精度。

1.簧片零件的工艺分析

该零件是仪表运行机构的关键件，提供的冲裁用带料和卷料均要求表面防护，无锈蚀、划伤，平整而光洁，表面粗糙度Ra≤0.4μm，料厚及公差为t=0.1⁰_-0.002mm。

该零件形状复杂、尺寸小而要求的尺寸与几何精度较高，更为重要的是零件表面不许有划伤、压伤、油污及手感和肉眼可见毛刺。根据该零件功能与装配要求，外廓与中心孔的同轴度误差≤0.01mm。

该零件的整体形状大体上为一个Φ7.5⁰_-0.2mm的圆片，在其上下对称切线位置各切出宽×长=0.8^+0.07₀mm×2.2^+0.12₀mm的槽口，使其变成S形簧片。在其中心有Φ1.4^+0.06₀mm小孔，沿小孔周边对称位置有高0.3mm呈60°的尖角。在S形头部的槽口端，长（1.5±0.13）mm处，压出折线并翘起（0.6±0.3）mm。整个零件除角度与圆角半径外，每个尺寸均有公差要求。

该零件冲压加工难点如下所述：

1）冲孔、冲槽孔尺寸小，中心孔Φ1.4^+0.06₀mm、槽孔宽仅0.8mm。虽然与料厚t=0.1mm相比，孔与槽相对尺寸不算过小，但零件材料为高强度弹簧钢，其抗剪强度τ_b高达600MPa，小孔、小槽孔凸模在冲裁时仍要承受较大载荷。

2）要求冲裁后毛刺少，加上尺寸小，但都有较严公差。这两条对模具制造提出了小间隙、高精度，以及间隙均匀一致、冲裁刃口表面粗糙度值要更小的要求。

3）只能用综合式复合模冲制，以确保零件的尺寸与几何精度。

图4-8 仪表芯簧片高精度综合式复合模

1—凸凹模 2—固定挡料销 3—卸件器 4—凹模 5—凸模固定板 6—导套 7、8—紧固螺母 9—侧挡料块 10—弹压卸料板（导板） 11—垫板 12—凸模 13—防护栅

2.冲压工艺方案设计与冲模结构选型

冲压工艺方案决定了使用冲模的类型。采用何种冲压工艺方案，都应通过多个工艺方案的可行性研究、对比，才能找到并选定一种先进可行而又适用经济的工艺方案。就簧片这个零件而言，在成批与大量生产的情况下，一模成形冲制出合格优质零件，是最终的目标。只有如此，才能体现出冲压生产优质、高产、低消耗的突出优势，展示出冲压工艺的先进性，达到使用冲模数量最少、工（台）时消耗最少、工艺路线最短、劳动强度较小。

通过以下多种工艺方案的对比，确定合理的冲模结构类型。

（1）用分序多模冲制 至少需要落料、冲孔、切槽、压形四套冲模。虽然模具结构简单，制模容易，成本低，但工序多，每序都重复定位，零件的尺寸与几何精度不能保证，而且生产使用模具多，占用压力机多，工艺路线太长。除耗用工（台）时多、劳动强度大、不适合成批与大量生产外，单工序冲模靠手工将半成品送入模内冲压，冲件尺寸小，难度大，操作不安全。此方案成本高、不可行。

（2）用连续冲压一模成形冲制 由于该零件接近圆形，适于有搭边、有沿边排样，而且以单列直排、双列错开或三列错开直排为宜。但因零件形状复杂，为简化冲模结构，取单列直排更合适。根据该零件形状与成形需要，可以采用直送法送进，用冲孔、切槽、压形、落料四个工位。考虑工件尺寸精度及几何精度要求较高，应采用双边两组侧刃节制送料，可使送料进距S的误差≤±0.15mm。即便如此，四个工位的送料积累误差也相当大。对于五工位以下的多工位连续模冲压零件尺寸偏差，即冲压精度WΣ可按如下经验公式计算：

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式中，m_δ为送料进距误差（mm）；n为工位数目（个）。

m_δ值与冲模的结构类型及其制造精度、使用原材料的种类及送料方式、送料进距的大小及冲模节制进料的方法等因素有关。簧片零件采用带料、自动送进，实测送料的进距S误差m_δ=±（0.05～0.06）mm，已知n=4。代入式（4-1）便可求出簧片四工位连续模冲压误差，即冲制簧片的最大尺寸偏差WΣ为±（0.1～0.12）mm。故采用一般常规传统结构的连续模冲制簧片，难以达到要求的尺寸与几何精度。虽然设计非标准的特殊结构多工位连续模，可以冲制比簧片精度更高的冲压零件，但经济上不合算，不推荐采用。

（3）用综合式复合模冲制 采用高精度综合式复合模，直接用带料或卷料，在单工位综合式复合模上，在同一次冲压行程中，进行冲孔、落料并压形等全部工艺作业。由于在同一工位进行内孔与外形的复合冲裁，同轴度更好。采取图4-8所示冲模结构设计与制模的技术措施，确保冲模冲制出合格优质的零件，并达到较高的生产率。

3.簧片综合式复合模结构设计与制造采用的工艺技术参数

1）设计采用小间隙冲裁，确保冲孔及落料尺寸精度。根据GB/T 16743—2010《冲裁间隙》，为保证冲裁件尺寸精度高、毛刺少，按簧片材料为高碳合金弹簧钢65Mn，其抗剪强度τ_b≥600MPa，选取标准中规定Ⅰ类小间隙（单边）C=（8%～12%）t=0.008～0.012mm，取C=0.010mm。

2）模具工作零件凸模、凹模、凸凹模按IT7制造，冲孔凸模、冲槽孔凸模以及落料凸模的刃口尺寸公差，按标准规定控制在±（0.01～0.015）mm之间。可以满足零件最小尺寸公差0.06mm的要求。

3）采用非标准加长导套高精度滑动导向中间导柱模架。保证凸模对凹模有准确导向，从而使其冲裁间隙一致且均匀，必须使复合模模架导向精度高、刚度好。其导柱与导套配合后的间隙小于冲裁间隙C的一半，才能达到满意导向效果。根据JB/T 8050—2008《冲模模架技术条件》规定，Ⅰ级滑动导向导柱模架，导柱直径为Φ18～Φ80mm的导柱导套配合间隙分别为0.010～0.016mm，难以满足簧片复合模进行精密冲裁的要求。故设计图4-8所示高精度加长导套滑动导向中间导柱模架，导柱与导套配合间隙C≤0.005mm。加长导套使模架导向精度稳定，增强导柱的纵向稳定性，而且可使模具在开启状态下，仍有大于导柱直径1.0～1.2倍的导柱长度滞留在导套内，使冲模始终处于良好导向状态。

4）冲孔凸模、凸凹模均予加固并采用全行程护套。Φ1.4mm的冲孔凸模，带有两个对称的高0.3mm呈60°的小尖角，设计总长度近30mm，显然十分薄弱。为提高其抗纵弯稳定性，加粗其固定端杆部至Φ3mm，长达8mm；其余工作段，装在作为卸件器的护套模孔中，冲孔凸模与该模孔采用微间隙滑配；卸件器与凹模孔配合亦采用微间隙滑配合。这使得卸件器3对冲孔凸模12可实施全行程、全方位的可靠的横向支承，确保其纵向稳定，不会纵弯折断。

设计采用加厚的弹压卸料板10，将凸凹模1的固定端加粗为Φ10mm的圆柱，并带有厚3mm的Φ13mm嵌装凸缘。凸凹模冲裁刃口复杂，尤其切槽口部位宽仅0.8mm，设计弹压卸料板变成导板，加厚至10mm的弹压卸料板10，下部7.5mm长为与凸凹模1圆柱段H5/h5配合，单边间隙≤0.008mm，落料凸模刃口按冲裁间隙C=0.010mm依凹模配制；中心孔的冲孔凹模刃口，则按凸模配加工，保证间隙C=0.010mm。

4.簧片综合式复合模结构设计特点

该冲模是仪表用超薄料小尺寸复合冲裁、加压弯成形的复杂形状零件，一模成形冲制的典型结构。其结构设计的几个主要特点如下：

1）零件料薄尺寸小，而尺寸与几何精度要求高。t=0.1⁰_-0.002mm，冲裁间隙（单边）C=0.010mm，零件形状复杂，最小尺寸公差为：孔与外廓同轴度误差≤0.01mm，孔Φ1.4^+0.06₀mm、槽口0.8^+0.07₀mm。鉴于这些精度要求，使得传统常规结构复合模难以冲制。为此，设计了非标准结构的倒装综合式复合模（见图4-8）。

2）设计采用高精度加长导柱与导套、加厚上下模座的滑动导向中间导柱模架。导柱直径为Φ15mm，与导套采用H5/h5配合，导向间隙C＜0.008mm，导套长度大于导柱在下模座上表面以上长度的一半。

3）凸模、凸凹模均采用W6Mo5Cr4V2高速工具钢制造，工作硬度：凹模为62～64HRC，凸模为60～62HRC。

4）弹压卸料板设计成弹压卸料导板式结构。为此，卸料螺钉加了止动螺钉，三只压簧最大承载只达到其允许承载的75%。其两端面平行度误差≤0.005mm，端面垂直度误差≤0.01mm，工作行程（承载压缩量）＜允许总压缩量的75%，复位平稳，无偏斜。

5）冲裁凹模洞口为两台阶直壁刃口，凸模冲裁时进入凹模刃口深度≥t。

6）模具工作区外设防护栅，装在下模上。