斜角座连续式复合模结构的优化设计方案

图9-10a所示斜角座冲压零件（材料为25钢冷轧板），其展开平板毛坯外廓较复杂（见图9-10b），需冲3个Φ3.5mm小孔，并要求向两个方向弯曲。若不用具有横向冲压机构的多工位连续式复合模，便不可能用一套冲模冲制完成。由于该零件年总产量240万件，月投产批量20万件以上，故应设计并使用高效的、一模成形的多工位连续式复合模，才能满足生产要求。

图9-10 冲压零件图与排样图

a）冲压零件图 b）排样图

下面简单介绍这种冲模结构的设计。

1.排样及工位设置

根据冲压零件的形状及其展开平毛坯的外廓形状与特点，并考虑生产批量等因素，用裁搭边排样，即搭边与沿边组合冲切排样，不仅制模方便，而且生产率高。在设计排样时，考虑如下几点：

1）先冲孔后落料（冲裁弯曲部位外廓），以便简化冲孔工位和凸、凹模结构。若弯曲后冲孔，将使冲孔工位结构复杂化，弯曲成形会引起孔形改变或使工件变形，造成冲压零件不合格。一般均应先冲孔，尤其是小孔。

2）弯曲成形切断分离。就该零件而言，不宜采用整体落料出平板毛坯，再进行弯曲。否则，材料送进以及各工位间的毛坯传递，就不能利用送进材料携带，落料后的平板毛坯送进，只能采用另一套专门送进机构解决，整个冲模结构将更加复杂。因此，用裁搭边排样获取毛坯大部分外廓，将工件留在材料上，用送料携带至各工位冲压，最后工位切断分离。

3）工位设置应考虑冲模制造的工艺性。展开平板毛坯成对组合冲裁，不仅6个孔位均布对称，冲裁两圆头外廓和弯曲两个圆耳也分别对称。冲模制造简便，冲压时冲模受力均匀，修理与更换冲模易损件也较方便。

4）考虑冲模结构及工作元件安装位置要求，可以适当加一些空挡工位。例如，冲制6个Φ3.5mm的孔，其凸模杆部和固定端需要加固，将其直径放大；在送进方向上，除两个相邻毛坯中间在最后切断的搭边加宽外，尚需留出适当空工位。据此，排样设置工位及工步顺序如下：

1）冲6个Φ3.5mm小孔，一次行程冲制完成。

2）采用成形侧刃，根据裁搭边法，冲裁出工件两个弯角部位的外廓。两成形侧刃完全相同，制造方便。

3）同时一次弯出端部两个圆耳，考虑弯角沿纵向的10°倾角，必须由下向上弯曲。

4）弯中部两边90°角，呈形。

5）冲切T形口，一次切断分离，冲制完成两件。

2.结构设计

（1）整体结构 斜角座七工位连续式复合模结构见图9-11。该模具采用四导柱滑动导向标准模架，用整体式强力弹压卸料板，进料端口部设对称的导料板，构成导料槽；冲裁凹模及各工位下模，均按工位用镶块拼合后，装在凹模框中或组合紧固在下模座上。为了在Ⅴ工位由下向上弯出圆耳，设计了图9-11中B—B剖视图所示的单作用驱动斜楔传动结构。用单作用驱动斜楔19向下推动楔滑块15横向水平移动，再由楔滑块15推动弯曲凹模14向上弯曲圆耳。由压力机垂直向下的冲压力变为水平横向动作后，再改变成由下向上的冲弯动作。如果不采用斜楔传动机构，要两次改变冲压力的方向，并按实际需要传递足够的冲弯力，弯出斜置圆耳非常困难。

成形侧刃5是单面冲裁，为平衡向外的侧向压力，并确保其稳定，特意在冲裁凹模外侧及相应卸料板外侧，设置弹压卸料板30和限位挡块31，见图9-11H—H剖视图。Ⅵ工位弯形的系统结构，见图9-11F—F剖视图。切断分离成两个工件后，由拨杆卸件器卸除工件，并推出冲模，其系统结构见图9-11E—E剖视图。至于单作用驱动斜楔件19，与其配套的楔滑块15中，压簧与限控销的连接则示于图9-11I-I剖视图中。

（2）设计计算

1）冲孔凸模强度校核。Ⅰ工位6个Φ3.5mm小孔的冲孔凸模，是在厚1.5mm的25钢冷轧钢板上冲制的，应对其抗压强度和抗纵弯能力进行校核。

6个小孔凸模断面小而冲孔力较大，故必须按式（9-13）对其抗压强度进行验算，并选取最佳制造材料。

图9-11 斜角座七工位

1—Ⅶ工位切断分离凸模镶块 2—弹压卸料板 3—切断分离凸模 4—冲裁凸模固定板 10—镶块 11—出件滑槽 12—卸料螺栓 13、16、26—压力弹簧 14—弯曲凹模 21—切断分离凹模 22—固定板 23—拉力弹簧 24—固定柱 25—拨杆(https://www.xing528.com)

连续式复合模结构

5—成形侧刃 6—冲孔凸模 7—凹模框 8—冲孔凹模镶块 9—冲裁凹模镶块 15—楔滑块 17—限控销 18—斜楔挡块 19—单作用驱动斜楔 20—拨杆卸件器压块 27—弯形上模 28—弯形下模 29—限位挡块 30—弹压卸料板 31—限位挡块

式中，d_min为许用凸模最小直径（mm）；t为冲孔件料厚（mm）；τ_b为冲孔件材料抗剪强度（MPa）；[σ]为凸模材料的许用压应力（MPa）。

从有关手册中查得τ_b=485MPa。选用冲模相关标准中的圆凸模，其材料为Cr12MoV，热处理硬度为60～62HRC，则[σ]值查有关手册为2000MPa。

将以上数值代入式（9-13）得：

故d_min=3.5mm＞1.455mm，设计可行、合理。

该模具采用四导柱滑动导向模架，且冲孔凸模用卸料板在其工作端导向，还起到横向支承凸模的作用。该冲孔凸模设计成台阶式结构，固定端设凸缘压入固定板固定。其全长为64mm。其中，冲孔工作段为Φ3.5mm×14mm，中间杆部为Φ7mm×20mm，固定段为Φ14mm×30mm。该凸模固定板厚度为25mm，则凸模在固定板以外的总长度，减去该凸模插入卸料板导向部分长度10mm的1/2，可得该冲孔凸模的实际承载的最大自由长度，即L_max=64mm-24mm-5mm=34mm。

当用直杆式凸模时，许用最大自由长度为

式中，F为冲裁力（N）。

将已知数据代入式（9-14）得

当采用台阶式凸模时，许用最大自由长度为

式中，C为系数，按台阶式凸模直径加粗部分长度与L_max之比值，以及加粗直径d₀与冲孔直径d之比值，查有关手册可得，此例中，C=0.12；E为凸模材料的弹性模量（MPa）。

代入系数C，即可求出：L_max=38.64mm。

用式（9-14）及式（9-15）校核的结果，都大于凸模实际的自由长度34mm，故设计可行、合理。

2）斜楔主要尺寸及参数的计算。图9-11B—B剖视图中斜楔的主要设计参数为：楔滑块的导向平面与水平面的夹角θ=0°，通常情况下，可用图9-5图算出β最小值为35°，标准值为40°，最大值为45°。当F_AT=F_AS时，建议取β=40°；对于大型冲模，每分钟冲次大于20次，优先选取β=35°；当需要使斜楔支承面上保持较小的支承力F_AT时，取β=45°有利。图9-11B—B剖视图中取β=40°，则其对应的α=90°-β=50°。当θ≠0°时，即楔滑块导向平面与水平面有+θ或-θ夹角为倾斜面时，则α=90°-β±θ。

楔滑块15作为压力传递的中间滑块，设计成等腰梯形结构。腰与下底夹角均为α=50°。这样可使楔滑块15推动弯曲凹模14向上的高度也等于W_T。根据弯圆耳变形的需要和结构系统的连接尺寸计算结果，设计确定W_S=20mm。已知β=40°、θ=0°、摩擦角e=5°，则可按式（9-3）～式（9-6），求得F_T、W_T、F_AS、F_AT等主要参数值。

将上述各已知数代入式（9-4）得：W_T=23.83mm。

按弯圆耳形状及尺寸，经常规简单计算，便可求得楔滑块的横向冲压力，即弯曲凹模14向上的弯曲力，含复位压力弹簧13、16的复位压力以及摩擦力，合计为25kN。将上述各已知数代入式（9-3）得：F_T=29.8kN

再将上述各已知数代入式（9-5）、式（9-6），即得F_AS、F_AT值：F_AS=27.5kN，F_AT=27.5kN。