锁片零件多工位级进模设计

郭光宜，周

（南通职业大学 机械工程学院，江苏 南通 226008）

1 产品的工艺性分析

图1所示为锁片冲裁件图，材料Q235，厚度2mm，具有较好的可冲压性能，大批量生产，年产200万件。零件在折弯转角有自然R角过渡，比较适合冲裁。工艺方案及模具结构类型：零件包括落料、冲孔两个基本冲裁工序，可以采用以下三种方案：①先落料，再冲孔，采用单工序模生产。②落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。③冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。

图1 产品图

方案①模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。方案②相对方案①效率有所提高，但远远低于级进模，同时对加工及装配的要求较高，在实际的生产过程中，只有产品的外形与内孔的同心度或同轴度要求高的情况下，才予以考虑，所以最后确定用级进模方式进行生产。级进模的特点是生产效率高，生产周期短，占用的操作人员少，非常适合大批量生产。

2 产品的排样设计

设计排样图的过程，就是确定模具结构的过程，如果排样图确定了，那么模具的基本结构也就确定下来了。所以,在进行排样设计时,要从全局进行详尽的考虑,不能受限于局部结构,而且还要多注意细节。

级进模的最后工位也是很重要的工位，因为它涉及到产品如何从模具中取出。一般的出件方式主要包括吹出和落下，有的特殊产品也需要机械手取件。不论哪种方式，都需要进行切断，切断处的大小尺寸和位置要经过仔细考虑，因其不但影响到模具的出件，还影响到条料能否稳定、顺利地送进。设计排样时，在保证条料能顺利送进和稳定生产的前提下,应尽量减小料宽和步距,以降低钣金零件的成本。综上，针对该零件得出了以下四种可行的方案。

图2 排样方案一

2.1 产品并排

材料利用率n是指实际面积与所用材料的百分比：

式中：A——一个步距内冲裁的实际有效面积（因是进行有相对性的择优比较，小圆孔、腰圆孔的面积可不考虑）；

B——条料的宽度；

C——产品步距。

2.2 产品纵排

图3 排样方案二

2.3 产品斜排

图4 排样方案三

2.4 产品对排

图5 排样方案四

对并排、纵排、斜排和对排四种方案进行比较，方案四的生产效率是其他三种的2倍，同时其材料利用率最高，所以选取方案四作为本设计的排样。

根据方案四的排样，把4个圆孔、4个腰圆孔、2个侧刃及切边、折弯、整形和切断等工位进行合理的安排，尤其充分利用产品的外形来设计成形侧刃，以节约材料。详见图6的排样图设计。

3 模具结构特点及主要零件设计

锁片的多工位级进模模具结构如图7所示。主要特点如下：

（1）模具利用6个定距套可一起加工高度尺寸，并且能获得较高的精度（精度可达±0.005mm），使卸料板下平面对凹模上平面的平行度较好，保证了各凸模与卸料板型孔和护套的配合间隙为双边0.03mm时，仍然能灵活运动。

图6 产品排样图

（2）带料经整平后可由冲床的自动送料机构送进，步距精度由侧刃和导正钉控制，侧刃确定步距的粗定位，导正钉确保步距的精定位，侧刃可采用成形侧刃的形式（如图6所示）。这种形式的好处在于可直接参与产品外边的倒角成形节约材料，而且可以确保步距的准确送进。根据产品的特点，可以直接借用零件上ø4.0的圆孔作为导正钉孔。

（3）在冲压过程中，为了保证弯曲成形部分连同带料的正常送进，必须将带料抬起高出悬浮于凹模表面，本模具采用了13个ø6的弹钉（见图7中的26）和两个弯曲成形的凹模弹块。弹钉力求分布对称性，力争弹力的均衡化。

图7 装配图

（4）凹模板的设计，模具的关键工位：切边和弯曲成形的凸、凹模设计成镶块结构，当冲裁刃口磨损或因调整尺寸需要更换时，只需拆下镶块便于模具的调整与维护，提高了生产效率。另外在上模的固定板与卸料板上同样设计了相应的冲裁凸模护套，这样不但能保证冲裁凸模与固定板0.02mm、与卸料板0.03mm的配合间隙，且护套外形简单可简化固定卸料两板的加工，对保证两板上各型孔间的相对位置尺寸非常有利。凹模板上的切边镶块型孔的四周尽量以圆角R过度，避免应力集中增强凹模强度，弯曲成形的力相对切边而言要小得多，从简化加工角度考虑可以直边连接。凹模板是模具的核心所在，凹模板的设计依据主要取决于排样图，在排样图的基础上，充分考虑镶块的工艺性，模板的强度，弹块位置排布等综合设计而成，其上有4个用于精密导向的导柱孔、2个销钉孔、6个固定用螺纹孔、13个浮料钉孔、17个工作型孔、外形尺寸为460×200×30.0mm，在最后切断凹模旁设计一斜10度的斜坡，便于产品的落下，凹模板的设计见图8。

（5）切边的设计。在设计切边时，要超出产品的边线1mm，并以R0.5过渡，如图9中的排样局部放大图，目的是为了让最后落料产品时，尽可能不留或少留少接刀的痕迹，起到美观的效果，这也是设计的一个注重点。

（6）落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。即以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。本设计中，冲切掉的均是废料,产品是留在带料上的,故都属于冲孔类尺寸，以凸模为基准进行设计，相应型孔的加工以文字说明的形式写在图纸的相应处，值得一提的是在实际设计中，常不对每个尺寸进行计算，而是标注基准件的尺寸，收放冲裁间隙的形式来进行凸、凹模的设计。

图8 凹模板

4 结束语

通过锁片零件的冲压设计，针对产品的具体特点，采用级进模进行大批量生产，可以减少设备和模具数量，确保产品的质量，有效提高零件精度和生产效率。模具投入生产实践证明：设计合理可靠，可满足大批量自动化加工的需求。

图9 切边的设计

[1]贾俐俐.冲压工艺与模具设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.

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