李秋伟
（伟创力（上海）金属件有限公司，200131）
【摘 要】随着社会的发展、科技的进步，模具工业迅速发展，每年的发展速度可达15%以上。冲压模具又称为冷冲压模具，是采用一种特殊工艺对零件进行加工的工艺装备，对技术水平的要求极高，已经成为一个重要发展方向，在各制造企业中广泛应用并发展壮大。现以具体零件加工为例研究其制件冲压模具的设计方案。
【关键词】冲压；冲压模具；设计
冲压模具作为冲压生产中的一个重要组成部分，严重影响着冲压件生产的质量和水平[1]。一个国家模具设计的水平往往是衡量这个国家生产制造能力的关键因素，因此对于冲压模具的设计和开发极为重要。现以某汽车制造单位的一个复杂的零配件产品为例，分析它的制件工艺及冲压方案。具体如下。
一、制件冲压模具的设计方案
下图1是某汽车单位的一个零配件的制件图样，该零配件图形极不规则，制作程序较为复杂，生产批量适中。在生产制造该配件时，除了采用正常的冲压制造外，还要运用一定的冲孔技术。制件的材料选取碳素钢（Q235A），这种材料的塑性和韧性强，更能符合该零件的制造要求，厚度约为3mm，采取人工送料的方式进行生产。
图1制件图样
根据对图样的观察及分析可以拟定三种该零配件的设计方案，具体情况如下：
方案一：采用落料—冲压的复合模式进行生产，这种复合模式生产程序相对集中，促进了生产模具结构紧凑，避免了不必要的人力、空间的耗费，生产效率高。这种模式操作成本较高，对材料的浪费量大，适合生产较为复杂、且精准度高的模具。小批量生产则会浪费大量材料，因此适合中、大批量生产。
方案二：采用冲孔—落料连续冲压的级进模式进行生产，这种生产模式避免了方案一中半成品的存放和搬运环节，一定程度上实现了生产自动化，适用于模具的大批量生产。
综合两种方案的分析可以得出方案一的复合式生产更适合此配件的上模具生产。
二、制件冲压模具方案的计算
1．冲裁力、卸料力及推荐力的基础计算
制件冲压模具方案的计算精准度直接影响着制造配件的质量和品质，因此对此环节一定要加以重视。
对模具冲压里的计算包括计算.冲裁力、卸料力及推荐力三部分[2]。具体计算过程直接采用公式带入的方式进行计算，公式如下：
F冲= K×t×L×τ F卸=F冲×K卸 F推=F冲×K卸
上述公式中，冲切线长度用L表示，材料厚度用t表示，材料抗剪强度用τ表示，推料力系数用K推表示，卸料力系数用K卸表示，顶料力系数用K顶表示，通过查阅数据表，可知τ为345Mpa。通过计算得到L为741.64mm，F冲为997876.62N，F卸为29936.297N，F推为134713.34N，那么可以计算出总冲裁力，F=F推+F卸+F冲=1162526.3N。
产品技术要求中，选用JC21-160A型号压力机作为电器设备，压力机最大闭合高度用x表示，为450mm，最小闭合高度用表示，那么可以计算出为250mm，根据与公式Hmin+10≤H0≤Hmin，可以计算出260≤225+100≤445。
2．冲裁件排样计算
确定搭边值，工作间a和侧搭边值b分别为3mm和3.5mm。条料宽度计算以存在侧压装置为主，经过计算条料宽度为mm。材料利用率（η）的计算，利用公式×100%，经计算η=73.81%。总的材料利用率（η总）的计算，利用公式×100%=η总，经计算，η总为77.53%。
上述公式中，冲裁件面积用A表示，材料宽度用B表示，板材长度用L表示，一张板上冲件数目用N表示，进距用h表示，一个进距内冲裁件数目用n表示[3]。制件材料质量用G表示，利用公式G=V?ρ，经计算，G为516.22g。条料总重量由8个制件构成，G总为4129.76g。
因为该配件要采取人工送样的方式进行，所以排样的重量不宜过重，这样才能保证生产的正常进行，因此要对条料重量进行考虑。经过计算材料钢板选取1400*700规格，能够促进条料利用率的提升，排样方式选为5*8，有利于钢板裁剪成符合重量的条料，经计算，确定这种方案是可行的。
3．凸模强度计算
冲孔钢板，钢板厚度为3mm，利用合金工具钢凸模，直径设置为5.5mm，凸模材料许用应力用σ压表示，为1800Mpa，板材抗剪强度用σb表示，为750Mpa。首先，校核压应力，借助公式，经过计算约为2.3mm，因2.3mm低于设置直径5.5mm，故表明设计合理。其次，校核弯曲应力，利用公式85≤，经计算约为16.86mm，借助公式F冲=K×t×L×τ，对直径为5.5mm的圆凸模冲裁力进行计算，F冲=1.3×3×17.279×345=23248.89（N），通过计算可以发现，设计的模具长度为16.86mm，超过15mm，符合弯曲长度要求，故表明模具设计是合理的。
4．模具刃口尺寸计算
配做凸模时，把凹模作为外形尺寸标准[4]。磨损凹模后，尺寸O1、O2、O3、O4、O5的尺寸增加，转化工件外形尺寸，使其变为单向公差，那么C O1、O2、O3、O4、O5分别为124mm、48mm、mm、75mm和131mm，查阅相关数据表，可以确定x1、x2、x3、x4、x5分别为1、1、0.75、1、1。利用公式，计算出O1、O2、O3、O4、O5分别为124mm、48mm、mm、75mm和131mm。
磨损凹模后，尺寸P减小，但尺寸P无公差需求，故P1为10mm。磨损凹模后，尺寸Q不发生变化，那么Q1、Q2、Q3、Q4分别为24mm、2mm、19mm和23mm。因此，参照上述凹模尺寸制作零件凸模刃口，需要控制双边间隙值为0.33～0.39mm。
配做凹模时，把凸模作为中间冲孔部分基准[5]。磨损凸模后，尺寸R1、R2和R3均减小，但无公差要求，故R1、R2和R3，分别为6mm，5.5mm和22mm。
三、制件冲压模具设计构成
首先，选取模架。将HT200作为上下模板材料，上模板与下模板尺寸分别为240×200×50mm和240×200×60mm。选取的导套、导柱、模柄的直径分别为40×95mm，4h6×200×58mm，60×180mm。其次，选取凹模、凸模和凸凹膜尺寸。凸模长度设置为60mm，采用固定板实行化学固定，因冲头尺寸偏大，长期冲压过程中，可能出现脱落、松动，因此需要用螺钉进行固定。凹模厚度设置为40mm，实施销、螺钉固定。凹模刃口尺寸设置为9mm。第三，选取垫板和固定板。垫板和固定板厚度分别设置为15mm和20mm。然后，选取卸料装置，顶板厚度与推件器厚度分别设置为10mm和14mm，螺钉固定顶板与推件器，卸料板厚度设置为15mm，将其固定于模座。最后，选取定位装置。定位主要利用三个活动挡料销，活动挡料销和弹簧直径分别为10×20mm和1.2×12×35mm。
结束语：
冲压模具设计过程中，首先要依据零配件制作实际情况，制定科学合理的冲压方案。方案实施过程中，要对推件力、卸料力、冲裁力、冲裁件排样等进行计算，校核凸模强度，确定模具刃口尺寸。设计模具时，要科学合理的选取模架、垫板、固定板等，以保证冲压模具设计的合理性。
参考文献：
[1]杨昌林.制件冲压模具的设计[J].决策与信息旬刊，2014（17）：157.
[2]金华军,李宝贵.一种基于冲压模具的制件防呆装置设计[J].锻压技术,2015,40(6):22-24.
[3]林有智，傅高升，赵仕宇，等.冲压模具设计与制造教学设计与实践[J].宁德师范学院学报：自然科学版，2014，26（4）：433-436.
[4]赵艳龙，齐晓冬.高精度薄板冲压模具的设计与加工[J].模具制造，2014，14（8）：16-18.
[5]牛忠贺.冷冲压模具中的废料处理[J].文摘版：工程技术，2015（17）：21.
论文作者:李秋伟
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/13
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