铰链多工位级进模的优化设计

图2-39 负角度弯曲成形前后工序件比较

1—前一工序“U”形弯曲工序件 2—后一工序60°及70°弯曲工序件

1.工艺分析

图2-40所示的铰链卷圆件，材料为SUS-430不锈钢，板料厚为1.2mm。由于需求量庞大，年产量为230多万件，故采用多工位级进模来冲压。该制件有毛刺方向的要求，须向上卷圆成形。计算出毛坯总长度L=40.63mm。制件展开图见图2-41。

图2-40 铰链卷圆件

图2-41 制件展开图

从图2-40可以看出，制件内孔精度要求较高（内孔为φ4.8±0.04mm）。为此，在多工位级进模设计时，要重点考虑卷圆弯曲成形问题。经分析，材料在垂直于纤维方向和平行于纤维方向，均满足卷圆件的要求。该制件卷圆成形要经过头部弧形弯曲、90°弧形弯曲及卷圆弯曲来完成。

2.载体设计

载体设计必须有足够的强度和刚性，不变形，能够运载带料上冲出的制件，并且使送进平稳。一般有三种形式：双侧载体、单侧载体和中间载体。单侧载体、中间载体省料，但稳定性不好；双侧载体送料稳定性可靠，是使用最广泛的形式，但材料利用率低。本模具由于材料厚度为1.2mm，因此采用了单侧载体结构。

3.排样设计

为了简化级进模结构，降低制造成本，保证带料送进刚性和稳定性，在对该制件排样时，主要考虑以下因素：①生产能力与生产批量；②送料方式；③冲压力的平衡（压力中心）；④材料利用率；⑤正确安排导正销孔；⑥凹模要有足够的强度；⑦载体形式；⑧空工位的确定；⑨制件从载体上切下的方式等。在充分分析图2-40铰链卷圆特点的基础上，决定采用单排排列较为合理。排样图见图2-42。

为了弯曲、卷圆等成形不发生干涉，以及简化模具的结构，该模具共分为10个工位来冲压成形。具体工位如下：

图2-42 排样图

工位①：冲侧刃，冲孔。

工位②：冲切外形废料。

工位③：冲切长方槽。

工位④：空工位。

工位⑤：弧形弯曲。

工位⑥：圆弧弯曲（90°圆弧弯曲）。

工位⑦：空工位。

工位⑧：卷圆。(www.xing528.com)

工位⑨：空工位。

工位⑩：切断。

4.模具结构设计

铰链卷圆件多工位级进模结构如图2-43所示。

（1）模具结构

该模具结构紧凑，设计巧妙。为了保证模具的冲压精度，采用四导柱滚珠导向通用模架。除采用侧刃定距外，在每隔2～3个工位还设置导正销定位。这样可以保证带料上的工件，在经过多个工位冲压及弯曲后，仍有很高的成形精度。在模具内部设置有3个空工位，以确保各模板的强度。

由于该模具存在弯曲及卷圆等工序，当弯曲结束后，弯曲部分留在模腔内将阻止带料的送进。需采用浮料装置，在冲压回程时，将带料从弯曲凹模内顶出，使送料能够顺利地进行。

（2）设计要点

1）凸模设计。由于板料厚度为1.2mm，冲孔凸模结构设计成台阶式，可以改善凸模强度，且经过校核，该凸模在冲裁力作用下不会发生抗压失稳；冲切废料凸模、弯曲及卷圆凸模等，均采用直通式，并用螺钉固定在上模，方便制造和快速更换。

2）凹模设计。为了方便维修，冲切、弯曲及卷圆等，凹模全部采用镶拼式结构，并用螺钉固定在凹模板垫板上，方便拆装。对于形状比较规则的镶件（如方形镶件），需要采用一些防错措施，防止镶件装错方向而造成模具损坏。例如，将方形镶件的其中一个角，设计成过渡圆角或C角等。

3）卸料方式。卸料板采用弹压卸料装置，可在冲裁前将板料压平，防止冲裁件翘曲，可保证较高的送料精度。

4）为了很好地克服铰链卷圆件的头部回弹问题，在工位⑤设计了头部圆弧预弯工序，

图2-43 铰链多工位级进模结构

1—上模座 2—固定板垫板 3、31—小导套 4—小导柱 5—冲孔凸模 6—导正销 7、11、16—弹簧 8—弹顶器 9、1O—异形凸模 12、38—成弧形凸模 13、15—斜滑块顶杆 14、41—斜滑块 17、45—卷圆凸模 18—固定板 19—切断凸模 2O—卸料板垫板 21—卸料板 22—凹模板 23—切断凹模 24—卷圆凹模 25—凹模板垫板 26、42—9O°圆弧弯曲凹模 27、39—成弧形凹模 28、29—异形凹模 3O—冲孔凹模 32—螺钉 33—下模座 34—垫块 35—承料板 36—外导料板 37—带料 4O、43—凹模顶块 44—上限位柱 46—导套 47—保持圈 48—导柱 49—卷圆凹模 5O、51—圆柱销 52—下限位柱

其结构较为简单（见图2-43的D—D视图）。

5）工位⑥为90°圆弧弯曲（见图2-43的E—E视图）。此结构给卷圆件提供了可靠的卷圆基础。其工作过程：上模下行，斜滑块41将工件压入凹模顶块43，上模继续下行，工件随着凹模顶块43进入弯曲凹模42成形工作。上模回程时，由凹模顶块43将工件抬起，斜滑块41随着卸料板斜度导轨滑下，工件能很好地进行卸料。

6）卷圆设计（见图2-43的F—F视图）。为了确保卷圆件内孔φ4.8±0.04mm的精度，其凹模工作区尖角部分的圆弧，与卷圆件的圆弧相等，能很好地控制内孔的圆度。其工作过程：上模下行，卸料板在弹簧力的作用下首先压住工件；上模继续下行，卷圆凸模45的导向部分先进入凹模，再进行卷圆工作。

（3）模具零件的制造与装配

1）模板材料的选用及热处理。此模具结构中的固定板垫板、卸料板垫板及凹模板垫板选用Cr12，热处理硬度为50～53HRC；固定板选用45钢，调质硬度达320～360HW；卸料板及凹模板选用高铬合金钢Cr12MoV，热处理硬度为55～58HRC；凸模及凹模选用SKDII，热处理硬度为60～62HRC。为了保证模具的使用寿命，各模板的加工精度尤为重要。各垫板采用快走丝切割加工，主要模板采用慢走丝切割加工。

2）模具的装配

①上模部分装配。首先把各凸模、小导柱等安装在固定板上；再把固定板垫板与已装有凸模的固定板一起安装在上模座；用螺钉初步把固定板通过固定板垫板固定在上模座；再把卸料板的小导套孔对入固定板的小导柱上，拧紧卸料螺钉即可。

②下模部分装配。首先把凹模板与凹模板垫板安装在下模座，打入定位销，用螺钉固定在下模座上；再把凹模固定在凹模板上，拧紧固定螺钉即可。

③上、下模的装配。把已装配的上模配入在已装配的下模上；将上模部分进行上下滑动，并带动凸模反复进入凹模，直到凸模顺利进入凹模为止；再拧紧上模螺钉，拆下卸料板，把上模部分的销钉配绞后，打入定位销，放入弹簧等零件；最后安装卸料板及卸料螺钉即可。