高速列车零件安装板多工位级进模优化方案

1.工艺分析

图4-18所示为高速列车零件安装板，材料为DC03钢（相当于ST12或SPCD），料厚为2.0mm，年产量大。制件总体形状简单，尺寸要求并不高，但成形工艺复杂。从图4-18可以看出，该制件总体为不规则的“Z”字形结构，外形长为275.32mm，宽为112.59mm，高为29.43mm；内形由一个23.5mm×20.2mm的方孔，一个18.7mm×13.5mm的方孔，一个φ15.5mm的圆孔和一个12.2mm×8.2mm的椭圆形孔组成。为了增加制件弯曲处的强度，在制件的中间设有一条加强肋。从制件整体结构分析，需经过冲孔、成形及冲切载体等工序来完成。

图4-18 高速列车零件安装板

该制件的成形工艺不规则，在模具设计时，按公式计算展开。展开出的外形尺寸难以符合制件外形的要求，因此用Dynaform的软件，利用网格划分的方式进行分析和计算展开。制件展开图见图4-19。

分析图4-18并结合制件的外形、尺寸、精度及材料均符合冲压工艺要求的前提下，提出以下三种冲压方案：

方案1：采用四副单工序模进行冲压。工序①为压肋，冲一个23.5mm×20.2mm的方孔，一个φ15.5mm的圆孔、一个12.2mm×8.2mm的椭圆形孔及冲切外形部分废料；工序②冲一个18.7mm×13.5mm的方孔及剩余的外形废料；工序③为预成形；工序④为成形。

图4-19 制件展开图

方案2：采用一副压肋、冲孔及落料的多工位级进模和二副单工序模进行冲压。工序①为一副多工位级进模（压肋，冲出圆孔、方孔和腰形孔）；工序②为预成形；工序③为成形。

方案3：采用一副多工位级进模进行完成整个制件的冲压工序（其冲压工艺需经过冲孔、压肋、成形及冲切载体等工序来完成）。

分析以上三种方案，作出如下结论：方案1的难点：①制件的定位次数多，导致冲压后的制件外形不稳定；②所需模具多（需经过四副单工序模进行冲压），设备利用率低，占用人工成本高；③生产效率低，废品率高。方案2在设备利用率、生产效率及废品率等比方案1有所改善，但还是满足不了大批量生产。方案3可以弥补方案1和方案2的缺点，但增加了模具的复杂程度。

综合上述的分析，采用方案3，用一副多工位级进模在一台压机上完成整个制件的冲压、成形等工序，可以解决方案1和方案2所产生的难点，在保证产量的前提下，还可以确保生产的安全性，降低工人的劳动力和生产成本。

2.排样设计

该制件的排样设计主要应考虑以下几方面：

1）如何优化制件的排样工艺，尽量采用减少废料的排样方式，以便提高材料的利用率和降低制件的成本。

2）如何使设计出的模具便于维修。

3）如何防止制件成形时产生的侧向力。

4）如何使设计出的模具有足够的强度和刚度。

5）将复杂的形孔分解为若干个简单的孔形，并分成几个工位进行冲裁，尽量使模具制造简单化和长寿命。

考虑了以上五方面，并结合制件展开的形状，该排样采用单排排列方式较合理。排样图见图4-20，共分为9个工位来完成。具体工位如下：

工位①：冲导二个正销孔、冲二个方孔、压肋。

工位②：冲切废料、冲圆孔。

图4-20 排样图

工位③：冲方孔。(www.xing528.com)

工位④：预成形。预成形结构图见图4-21的A视图。

工位⑤：成形。成形结构图见图4-21的B视图。

工位⑥：空工位。

工位⑦：冲切端部外形废料。

工位⑧：空工位。

工位⑨：冲切载体（制件与载体分离）。

3.模具结构图设计

图4-21所示为高速列车零件安装板多工位级进模结构。该模具结构紧凑、成形复杂。根据排样图的分析，细化了模具工作零件和成形工位，设置模具紧固件、导向装置、浮料装置、卸料装置，以及制件成形避空空间等。其模具结构特点如下：

1）为了提高生产效率，采用滚动式自动送料机构，传送各工位之间的冲裁及成形等工作。

2）为了保证模具的上、下对准精度，该模具采用内、外双重导向。外导向采用四套φ38mm的钢球导柱。内导向第一组采用四套φ20mm小导柱、小导套导向；第二组上模采用四套φ20mm小导柱、小导套导向，下模采用二套φ20mm小导柱、小导套导向（第二组小导柱上模同下模不贯通）；第三组采用四套φ20mm小导柱、小导套导向。

3）为了使模具结构简单，方便调试、维修，该模具采用三大组独立模板组合而成一副多工位级进模。

4）该模具凸、凹模之间的冲裁间隙单边为0.10mm。凹模直壁刃口高为5mm，锥度单边1.2°。

5）导向顶杆设计。一般的导向顶杆采用圆形，制造方便、造价低。该模具比较特殊，有圆形导向顶杆和方形导向顶杆两种形式。在带料的前部分及一边不冲切边缘部分，采用圆形导向顶杆；另一边的带料经过工位②冲切边缘的废料后，用圆形无法稳定导向，因此采用方形导向顶杆结构较为合理（见图4-21的件号56）。

6）工位④预成形结构设计。为了保证制件稳定性及减少制件的回弹量，该模具在成形前先采用预成形工艺。该工位的预成形结构复杂，为上、下压料结构（见图4-21的A视图）。

其工作过程如下：上模下行，带料中的工序件上表面首先接触卸料板2（件号79），下表面接触下浮料板（件号68）。在卸料板2和下浮料板受两方向弹簧的压力下，紧压着带料中的工序件下行，直到下浮料板（件号68）的底面先贴紧下浮料板垫板（件号74）上，上模继续下行再进行预成形工作。

图4-21 高速列车零件安装板多工位级进模结构

图4-21 高速列车零件安装板多工位级进模结构（续）

1—上托板 2—凸模固定板垫板1 3—快卸凸模垫块 4—上弹簧顶板1 5—压肋凸模 6—凸模固定板1 7—导正销3 8—上垫脚7 9—长圆形凸模 10—卸料板1 11—卸料板垫板1 12—上垫脚2 13—上弹簧顶板2 14—上垫脚3 15—凸模固定板垫板3 16—卸料螺钉组件 17—弹簧顶杆3 18—凸模固定板3 19—上弹簧顶板3 20—切断凸模 21—上垫脚4 22—卸料板垫板3 23—卸料板3 24—下模座 25—下托板 26—下垫脚5 27—凹模板5 28—凹模垫板2 29—异形凸模4 30—下垫脚4 31—导正销1 32—内导料板3 33—下垫脚3 34—方形凸模1 35—下垫脚2 36—圆形凸模2 37—下顶块 38—套式顶料杆 39—凹模垫板1 40—卸料板镶件 41—方形凸模2 42—下垫脚1 43—凹模板1 44—承料板垫板 45—承料板 46—圆形凸模1 47—凸模固定块 48—上模座49—上垫脚1 50—圆形导向顶杆 51—外导料板1 52—外导料板2 53—异形凸模2 54—异形凸模1 55—异形凸模3 56—方形导向顶杆 57—内导料板4 58—内导料板2 59—凹模板4 60—挡块3 61—凸模固定板垫板2 62—导正销2 63—卸料板垫板2 64—成形凸模1 65—内导料板5 66—挡块2 67—凹模板3 68—下浮料板 69—导柱压板 70—弹簧柱 71—弹簧垫圈 72—下弹簧顶板 73—弹簧顶杆2 74—下浮料板垫板 75—挡块1 76—内导料板1 77—模具存放保护块 78—下限位柱 79—卸料板2 80—上限位柱 81—上垫脚5 82—弹簧顶杆1 83—键 84—成形凸模2 85—上垫脚6 86—内导料板6 87—凹模板2 88—凸模固定板2

7）工位⑤成形结构设计见图4-21的B视图。该工位成形时为单向受力，结构是：凹模板2（件号87）固定在下模座上，利用挡块1（件号75）挡住凹模板2的受力一侧，这样可以防止凹模板2成形受力时外移。而成形凸模2（件号84）在螺钉和键（件号83）的固定下，也可以防止成形时承受的侧向力。

8）为了节约模具安装在压机上的时间，该模具在下托板（件号25）上设计有快速定位槽。当模具吊装在压机上时，利用下托板的快速定位槽与压机下台面的快速定位对准，再用压板固定模具即可。

4.冲压动作原理

将原材料宽295mm、厚2.0mm的卷料吊装在料架上，通过整平机将送进的带料整平后，再进入滚动式自动送料机构内（在此之前将滚动式自动送料机构的步距调至125.05mm）。开始用手工将带料送至模具的导料板，直到带料的头部覆盖二个φ10mm的导正销孔、二个方孔及压筋凹模上。这时进行第一次冲二个φ10mm的导正销孔、二个方孔及压肋；依次进入第二次冲切废料及冲一个φ15.5mm圆孔；进入第三次为冲方孔；进入第四次为预成形；进入第五次为成形；第六次为空工位；进入第七次为冲切端部外形废料；第八次为空工位；最后（第九次）为冲切载体（制件与载体分离），使分离后的制件从右边滑出。此时将自动送料器调至自动的状况可进入连续冲压。