形弯曲件连续式复合模结构的设计考虑

1.支架形弯曲件六工位连续复合模结构设计

图5-73所示是一个典型形弯曲件及其一模成形用连续式复合模。下面就其模具结构设计进行简要介绍。

（1）工位安排及排样图设计（见图5-73排样图） 从图5-73冲压零件图可知，其结构形状与尺寸，以及该工件需要冲压加工的主要作业内容如下：

1）冲孔：两个Φ20mm孔及Φ2.5mm中心底孔。

2）切角：端头四角倒C6角。

3）切槽口：底部中心两边3.5mm×9mm半圆槽口。

4）弯形：弯脚长×宽=29mm×26mm，两边全等。

按零件图绘出展开毛坯图后，可以看出，Φ20mm孔边距及Φ2.5mm孔与两槽口间壁厚均≤3mm。对于料厚t=1.5mm的10钢板来说，不推荐同一工位或用复合冲裁工艺冲出，否则，因冲裁凹模或凸凹模壁厚小，小孔Φ2.5mm凸模与3.5mm×9mm冲槽口凸模距离太近，在其固定板上安装困难且凹模强度不足等，故制模难度大且模具寿命短。因此，应将上述3种冲裁部位安排3个工位连续作业。

为了用条料携带半成品坯件送进，实施工位间传递，特将切槽口3.5mm×9mm工位放在弯曲工位后，实现各工位的直线布置，简化模具结构。

采用侧刃、埋入式可伸缩活动挡料销，对送进条料定距限位，便于自动连续冲压。将切角、侧刃及搭边组合考虑，设计成对称的两组T形成形侧刃，可进一步简化冲模结构；为了增加T形成形侧刃的强度，可将其冲裁宽度（搭边）适当加大。

图5-72 槽板连续式复合模

1—托盘 2—橡胶体 3—导料板 4—始用挡料装置 5—下模座 6—凹模 7—落料凸模 8—导套 9—导柱 10—螺钉 11—垫板 12、19—弹簧 13—卸件器 14—模柄 15—冲孔凸模 16—切三角凹口凸模 17—圆柱销 18—切窄长槽凹口凸模 20—卸料板 21—弯曲剪切凸模 22—弯曲下模 23—承料板 24—挡料销 25—上模座

图5-73 支架形弯曲件六工位连续式复合模

1—模柄 2—切槽口凸模 3—弯曲凸模 4—冲Φ2.5mm小孔凸模 5—冲Φ20mm大孔凸模 6—活动挡料销 7—凹模 8—成形侧刃 9、12—弯曲凹模 10—搭边框（原材料） 11—切开凸模 13—垫板 14—上模座

排样所需基本工艺参数按工件图样计算而得：

展开毛坯尺寸：长×宽=L×B=69.64mm×26mm。

取搭边宽度考虑加固成形侧刃强度后，放大为b=5mm。

取侧搭边（沿边）宽度b₁=2.68mm。

料宽B=L+2b₁=69.64mm+2×2.68mm=75mm。

步距（进距）S=B_件+b=26mm+5mm=31mm。

根据上述工位安排和计算所得基本工艺参数，便可绘制出排样图，见图5-73。

（2）冲压力计算及设备选择

1）冲裁力F_O。先按下式求出各冲裁工位的冲裁力F：

F=1.3Ltτ≈LtR_m （5-2）

式中，L为冲裁线长度（mm）；t为冲裁料厚（mm）；τ为冲裁材料抗剪强度（MPa）；R_m为冲裁材料抗拉强度（MPa）。

总的冲裁力为第Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ工位冲裁力F_Ⅰ、F_Ⅲ、F_Ⅴ之和，即

F_O=F_Ⅰ+F_Ⅲ+F_Ⅴ=68059.5N+97246.8N+16821.9N=182131.2N

2）卸料力F_C。卸料力F_C可按下式计算：

F_C=KF_O （5-3）

因该工件3个冲裁工位凹模孔结构相同，F_C计算方法也相同，故用总冲裁力F_O进行计算。系数K查有关手册得K=0.055，代入上式便得

F_C=0.055×182131.2N=9106.56N

3）弯曲力F_W。设计采用强力弹压校正弯曲，故可按下式计算弯曲力F_W：

F_W=Aq （5-4）

式中，A为工件压料校正部位的投影面积，可依工件尺寸计算求得；q为单位校正弯曲力（N/mm²）。根据该工件材料、料厚，查手册得q=80～100N/mm²，取q=100N/mm²，则可求出：

F_W=Aq=14×26×100N=36400N

4）总冲压力∑F。总冲压力∑F可按下式计算：

∑F=K（F_O+F_C+F_W+…） （5-5）

取安全系数K=1.3并将上述已知量代入式（5-5）便可求得

∑F=1.3×（182131.2+9106.56+36400）N=295929N

5）选用设备公称压力。该工件使用多工位连续模冲制，必然进行连续冲压。一般机械压力机在连续冲压时，因其飞轮转速下降，输出冲压力和冲压功减小，约为间断冲压时的一半，故在选用设备公称压力时，应将计算冲压力增加一倍，参考压力机的标准公称压力系列，就高弃低，选定设备公称压力。该工件所有设备公称压力F_G应为

F_G≥2∑F=2×295.929kN=591.858kN

根据以上计算，该工件用多工位连续模冲制时，所用机械压力机公称压力应选最接近计算F_G而又稍大一些的标准系列规格630kN。此外，还需对冲压功、冲压行程、工作台面尺寸、闭合高度等，按工件图样、排样图、冲模尺寸等，对照压力机使用说明书逐项进行校核后，才能最后确定所选用压力机是否合适。

国产公称压力为630kN的J23-63型开式双柱可倾压力机，滑块行程为120mm，最大闭合高度为370mm，闭合高度调节量为80mm，工作台垫板厚度为90mm，台面尺寸：长×宽=710mm×480mm，行程次数有40、50、70、90～100次/min等多种。

根据机械压力机标准化经验数据及计算公式，可由表5-3求出其有效功W、许用最大冲裁料厚t_max。国产机械压力机就其行程次数可分为三种。例如，J23-63型630kN和J21-63型630kN两系列同吨位压力机，标准行程数为65～70次/min。大于标准行程数即属“较快行程”，而小于标准行程的为“慢行程”。表5-3的计算公式基本适合国产压力机。

表5-3 机械压力机的有效功W及其最大冲裁料厚t_max与其公称压力F_G的关系

根据表中的计算公式，可得到公称压力为630kN的标准行程压力机在连续冲压时的能力。

有效功W按下式计算并代入已知数据得

许用最大冲裁料厚按下式计算并代入已知数据得

已知工件t、F_O、F_C，则其冲裁功为

式中，K_O为系数，查有关手册得K_O=0.63；F_S为实际冲裁力，应为F_O与F_C之和，即

F_S=F_O+F_C=182131.2N+9106.56N=191237.76N则

已知F_W，弯曲凸模负载行程h_w=29mm/1000以及双角形弯曲件，采用接触镦压弯曲，系数K_W为0.63，则可按以下公式求得该工件弯曲工位所需的冲压功：

W₁=K_WF_WH_W （5-7）

代入已知数据得

该工件用多工位模连续冲压时总冲压功为

∑W=W₀+W₁=180.7J+665J=845.7J(www.xing528.com)

经以上计算可得出如下结论：

压力机有效功为：1120.1J＞∑W=845.7J

许用最大冲裁料厚t_max=3.57mm＞t=1.5mm

选用630kN压力机能满足该工件用多工位连续模在冲压力、功及料厚等方面的要求。

（3）结构设计 整体结构采用原JB/T 8065.4—1995《冷冲模固定卸料典型组合 横向送料典型组合》，配用滑动导向四导柱模架。除弯曲工位另设具有强力弹压顶件器的凹模，直接装在上模座上外，采用整体凹模和整体固定卸料板，凸模采用铆开法和压入法嵌装入固定板并加垫板装在上模座上。选用JB/T 7646.1—2008压入式模柄，加厚固定卸料板至20mm，以保证卸料板兼有对冲裁凸模的导向及横向支撑作用。

为使原材料在模具中进出保持在一个平面，将弯曲凸模置于下模，弯曲凹模在上，由上向下弯曲，冲裁毛刺均在弯曲件内侧。弯曲工位采用镶嵌结构，在弯曲凹模底部装强力弹顶校正装置，弯曲上模亦靠固定卸料板导向。

该模具闭合高度h=220mm。已知选定的J23-63型630kN开式双柱可倾压力机最大闭合高度H_max=370mm，闭合高度调节量=80mm，工作台垫板厚h₁=90mm，压力机装模空间与冲模匹配关系为

（H_max-h1）-5mm≥h≥（H_max--h₁）+10mm （5-8）

将上述已知数据代入式（5-8），则得

（370-90）mm-5mm≥220mm≥（370-80-90）mm+10mm

275mm≥220mm≥210mm

该模具下模座尺寸为：长×宽=320mm×270mm，远小于选定压力机台面尺寸：710mm×480mm，留有足够的冲模装夹面积，故所选压力机合适。

（4）冲裁凸模的强度计算

1）抗压强度计算。选择孔径最小的凸模，该冲模中Φ2.5mm冲孔凸模断面最小，受力最大，选其进行抗压强度计算。因凸模为圆断面且d<2t，故按平均压应力考虑：

凸模满载冲压时危险断面上的平均压应力σ，必须小于或等于凸模材料按要求热处理后的许用抗压强度[σ]。该凸模选用Cr12MoV合金模具钢制造，[σ]=2200MPa。d、δ、τ均为已知，代入上式则得

计算结果表明，凸模抗压强度足够。其他冲裁凸模危险断面A均较上述Φ2.5mm凸模大，亦用Cr12MoV材料制造，故不必再验算。

2）凸模抗纵弯稳定性校核。用Euler公式计算冲孔凸模纵弯许用最大自由长度L_max的通式如下：

现将凸模看作承压杆件，最大冲孔力F，即为压杆产生纵弯时的临界应力F_K。已知凸模材料为Cr12MoV，取其弹性模量E=210000N/mm²，圆形凸模断面的最小惯性矩J₀=πd⁴/64。上式中，L即为凸模纵弯许用最大自由长度L_max。μ为压杆支座系数，因该冲孔凸模为使用导柱模架的卸料板导向凸模，可视为“两端铰接”的承压杆件，取_μ=1。

则有：

设计实际采用Φ2.5mm冲孔凸模总长度为L∑=78mm。其中，装入凸模固定板一段长等于固定板厚度H_a=24mm；插入固定卸料板导向部分长度等于卸料板厚度H_s=20mm；则其实际最大自由长度L′_max为

L′_max=L∑-（H_a+H_s）=78mm-（24+20）mm=34mm

因L_max＜L′_max，故必须对Φ2.5mm凸模采取加固措施。设计采用如图5-73所示Φ2.5mm台阶式（即带台肩的）凸模；L∑=78mm，工作端Φ2.5mm长度取10mm，杆部及装入固定板内一段均采用Φ6mm，长度为68mm。带台肩凸模许用最大自由长度可按下式计算：

式中，C为直杆与台阶式凸模尺寸比系数，查有关手册可得。

此例中，C=0.216。式中其余符号均同前，其数值已知，则有：

设计采用的Φ2.5mm凸模将其杆部加固至Φ6mm后，露在凸模固定板外的长度L=L∑-H_a=78mm-24mm=54mm，则L_max＞L=54mm。

Φ2.5mm凸模杆部加粗后满足了抗纵弯稳定性的要求。

3）冲压精度。推荐按下式近似计算多工位连续模工件尺寸精度：

每一工位的送进误差m_δ，对于制造公差为IT8，送进料宽B=30～250mm的普通结构多工位冲模，m_δ=0.025～0.046mm；n为工位数。图5-73所示六工位形支架件连续模冲压精度为

2.簧夹弯曲件六工位连续式复合模

图5-74所示的形弯曲件，由于弯曲件腿部端头具有Φ31mm弧形爪，腿部中间又有3mm×3.5mm扳边，故比图5-73所示形件具有更大的冲压难度。该工件需要的基本工艺工序如下：

1）冲孔：底部Φ5.6mm孔及腿部两个Φ3.5mm孔。

2）扳边：两腿部中间3mm×3.5mm切口、扳边。

3）弯圆弧夹爪：Φ31mm弧爪，口部两处。

4）弯形：腿长约26mm，形宽30.2mm。

（1）工位布置及排样 按照先冲孔、切口扳边而后弯曲，以及在多向弯曲中，先弯变形小和容易成形的部位等原则，初步排定各工位的顺序：冲孔、切两口并扳边、弯两端弧爪、弯形。外廓落料有以下两个方案：

1）分段分次逐步切出，并在最后工位才能切断分离。目的是用送进材料携带加工件到达最后工位，将成品工件切断分离出模。另外，还可保持各工位沿送料方向在同一平面直线布置，以简化模具结构。同时，可保证工件毛坯在模具各工位表面随材料送进，在工位间平面传递。

图5-74 簧夹弯曲件六

1—弹顶销 2、9—压簧 3—导正压料切口上模 4—切口扳边凸模 10—卸料板 11—限位块 12—弯形凸模 13—导正销

工位连续式复合模

5—切断凹模 6—出件斜块 7—斜面滑板 8—切断凸模 14、17—冲孔凸模 15—侧刃 16—弯圆弧上模

2）一次将展开毛坯落料冲出，弯曲工位便不能沿送料方向直线布置。因为落料毛坯从凹模漏出后，必须用专门送料系统，一般采用楔驱动滑板机构、楔驱动摆杆机构或楔驱动拉杆机构等，将单个毛坯送到弯曲工位。由于落料毛坯在凹模底面漏出，其推送系统必然要装在毛坯出模平面以下，与弯曲工位保持在同一平面，故弯曲与冲裁工位呈台阶布置。又因沿送料直线方向模具上装有承料板，并考虑送出料空间已不可能再装斜楔、摆杆之类等推送毛坯的机构，故只能垂直或倾斜于送料方向，设置展开毛坯送进系统与弯曲工位，这使模具结构较复杂且不易制造。

图5-74所示工位布置及排样采用了第一方案。为此，只能采用裁搭边法逐步切除工件外廓废料。最后工位切断中间搭边，分离出成品工件。

（2）进距限位及导正定位 为了增加裁搭边凸模的强度，以适应连续冲压及大量生产的需要，将搭边宽度a适当加宽至4mm；为制模方便并增加侧刃强度，取侧搭边即沿边b₁=b。侧刃与裁搭边凸模组成成形侧刃，实现第Ⅰ工位的送进限位，并冲出展开毛坯的端头大部轮廓。经计算展开毛坯尺寸：长×宽=L×b=72mm×12mm；取搭边b=4mm=侧搭边（沿边）b₁，料宽B=L+2b=72mm+8mm=80mm，步距（进距）S=B+b=12mm+4mm=16mm。

为确保各工位送进精度，采取以下结构措施：

1）送料进距均由图5-74所示送进定位面控制。

2）在Ⅲ工位上模设导正定位块，在切口扳边压料之前，先插入Ⅱ工位搭边切缝中导正定位。

3）在Ⅴ工位利用工件底部Φ5.6mm孔，设导正定位销，确保Ⅵ工位切断尺寸精确。

（3）卸料系统 该模具采用标准后侧导柱模架，使用强力弹压卸料板并加厚卸料板，用于对冲裁凸模导向。在模体外加设较长的承料板，以便于自动送料。为出件方便，除在切断凸模旁设弹顶器之外，还在切断凹模表面设计出落料斜面，并增设一滑落斜面板，切断分离出的工件可利用自重沿斜面板滑落入零件箱。为使工位间送进顺畅，在Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ工位凹模内均设有弹顶器，可以把坯件及材料在模具开启后立即顶出。

为提高冲压精度，首先要保证并提高冲模制造精度。除增加导向定位装置外，凹模采用按工位拼块组合结构，弯曲凸模采用拼合镶嵌。

该模具的设计计算方法同图5-73所示模具。