变截面支架多工位连续式复合模结构设计优化

机电与家电产品的轻型多用薄板冲压结构零件，取代铸、锻、焊、铆及切削加工件，利用了金属板料冲压后冷作硬化而提高其承载能力和刚度的特性，从而使零件尺寸更精、更小，质量更轻，能有效地减轻产品的质量及能耗，因而使产品更耐用，耗材更少，成本更低。图9-15所示零件原本为铸造或锻造毛坯经切削加工而成的变截面支架，后经精化尺寸、缩小变截面厚度差，充分发挥冲压加工优势，改为薄板冲压加工，使零件质量减轻了45%，结构刚度及稳定性得到提高，生产率提高了近20倍，成本大幅度下降。

1.冲压工艺性分析

从图9-15可以看出，该冲压零件采用料厚为1.5mm的10钢冷轧钢板，用两层叠压的方法增加支架臂部厚度，改变部分截面尺寸。欲将板料两层叠压增厚，必先折弯，见图9-16第Ⅲ、Ⅴ工位。因此，实际上该零件是一个多向多角弯曲件。如欲一模成形，叠压前必先进行两次横向施力弯曲，最后在叠压的二层部位冲两个Φ4mm的孔，相当于在料厚不小于3mm板料上冲孔。因材料硬度大幅度提高，冲小孔凸模要承受更大的应力，故凸模应设计加固与导向结构。

图9-15 变截面支架冲压零件图

2.排样图设计

如图9-16所示，该冲压零件的展开平毛坯为宽×长=12mm×86mm的矩形长带条，其中部突出部分约长15.5mm、宽14mm，而宽12mm与14mm的过渡用圆弧连接。该冲压零件需两层叠压增大厚度，改变截面的部位均在冲压零件两个端部。冲压时，需从两端折弯后叠压，故宜采用单列横置有搭边直排排样。考虑到在最后工位冲孔并切开分离，为确保冲压零件尺寸与几何精度，宜实施切搭边分离；为增加切搭边凸模强度，宜将连接两冲压零件的搭边切口适当加宽至3mm。这样，排样图中第Ⅰ工位的切口宽增大到5mm，使凸模断面尺寸明显加大，切口与最后切开凸模强度大幅度提高。

图9-16 排样图

为控制平毛坯长度L=86⁰_-0.1mm，以确保冲压零件外廓尺寸不超差，采用L形成形侧刃切除板裁条料或带料。各工位在同一平面沿送料方向直线排列，均靠原材料入模送进实现送料。第Ⅱ工位后各工位靠送料携带工件入模进行冲压。

3.模具结构

如图9-17所示，该冲模采用四角导柱模架、加厚上下模座及加厚弹压卸料板导向结构。模芯各工位采用拼合结构。除第Ⅰ、Ⅱ工位靠导料板导正送进材料外，其余各工位的导向与定位是靠送进条（带）料，在第Ⅰ工位的成形侧刃冲切料边与导料板控制。

图9-17 变截面支架一模成形七工位连续复合模(www.xing528.com)

1—卸料螺钉 2—弹簧 3—加厚卸料板 4—冲裁凹模接块 5—冲裁凹模 6—导料板 7—成形侧刃凸模 8—切口凸模 9—弯曲上模拼块 10—弯曲凸模 11—弯曲上模拼块

图9-17 变截面支架一模成形七工位连续复合模（续）

12-弯曲模凸模芯 13-弯曲凹模14-楔滑块体 15-压力弹簧 16-斜楔 17-挡块 18一拉力弹簧 19-辊轮 20-支座 21-切开凸模 22、23-切开凹模拼块 24-冲孔凸模

第Ⅰ工位的模具结构细部从图9-17K—K剖视图中可以看出。原材料宽为88mm，经L形成形侧刃与切口凸模冲切后，便可获得尺寸精确的毛坯，其料长L=86^-0.1₀mm，料宽B=（12±0.05）mm。进入第Ⅱ工位，凸模在其固定板上有较宽松的安装位置。第Ⅲ工位是沿冲压方向弯90°角，模具结构细部如图9-17B—B剖视图所示。使用强力弹压卸料板和分体式弯曲上模弯曲板料成三个90°直角，还会推卸工件落在下模表面，并用送料携带法进入第Ⅳ工位。图9-17中F—F剖视图给出了这个工位模具结构的细部，可以看出，在第Ⅲ工位弯曲成三个相连90°弯角的工件。在第Ⅳ工位，由一对在水平方向相向动作的单作用驱动斜楔推动弯曲凹模，使工件由外向里面对面冲弯成形，预弯成叠压前的形状，如图9-16第Ⅳ工位所示。工件的两层叠压在图9-17G—G剖视图所示的Ⅴ工位进行。一对相向旋动的辊轮凹模在平凸模下行冲压时，可将弯折的工件双层叠压起来。最后一个工位冲切分离，并冲出两个Φ4mm的孔，见图9-16Ⅵ工位。切开分离凸模（见图9-17Y—Y剖视图）及冲两个小孔的凹模（见图9-17E—E剖视图），均采用了卸料板导向结构，让卸料板对上述凸模的加粗杆部进行导向，并对凸模有横向支承作用，提高了小凸模的抗纵弯能力。

4.斜楔及楔滑块主要尺寸确定

斜楔行程含有初始行程、空行程和工作行程的W_T值，可按式（9-4）计算。将上述已知数据代入式（9-4）得：W_T=23.8mm。

斜楔的长度，如果也同模具中的主凸模一样，固定在同一上模座下表面上，则其长度L_楔应为

L_楔=L_凸+W_T+（5～10）mm

因为模具中主凸模长度L_凸为设计确定，W_T可按式（9-4）计算求得，故L_楔可方便算出。虽设计时，应依模具结构设计需要适当调整，但一般波动不大。

楔的断面尺寸可按式（9-10）、式（9-11）计算。

楔滑块尺寸是按弯曲件尺寸、弯曲工位及其弯曲行程，以及与楔配对要求确定的。楔滑块高度应与模具中相应工位匹配。