一种基于压板生产的双工位级进模设计

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　　摘 要
　　基于压板生产要求，本文设计了一套实现冲孔、切断、弯曲的双工位级进模。根据压板图样对压板进行工艺性分析，制定工艺方案，采用冲孔工位，切断、弯曲复合工位的双工位级进模，提高生产效率;采用少废料排样，提高材料利用率，降低生产成本。计算冲压过程所需的冲裁力、卸料力和弯曲力等，选择合适的压力机。设计模具结构，并对模具工作过程进行说明。该设计满足生产要求，具有一定的参考价值。
　　关键词
　　压板;双工位;级进模;冲压力
　　中图分类号： TG386                        文献标识码： A
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.053
　　1 工艺性分析
　　压板材料为10钢，10钢为优质碳素结构钢，塑性好，焊接性能好，适合冲孔、剪断、弯曲加工。
　　压板上的冲孔为长26mm、宽10mm的槽形孔，形状简单，大小适中，符合冲裁的要求。压板的形状简单、结构对称，无复杂弯曲曲线，符合弯曲要求。
　　弯曲件内外转角，避免尖角且尽量圆弧过渡，可以避免磨损过快、方便模具加工以及减少冲压与热处理时的开裂。弯曲件的圆角半径一般应满足R≥0.5t，其中t为板料厚度。该压板无尖角，且圆角半径合理。
　　压板未给出公差要求，故多数尺寸公差按照GB/T 15055—2007规定处理。
　　2 工艺方案制定
　　2.1 级进模工位方案设计
　　为提高生产效率，减少工位数，防止在加工过程中出现偏移、错位现象，采用双工位级进模。第一工位为冲孔工位，第二工位为切断、弯曲工位，采用复合模完成。
　　其中，第二工位的复合模的冲压过程是先进行切断，再分两次U型弯曲完成整个弯曲过程。两次U型弯曲示意如图1，图2所示。
　　2.2 排样设计
　　压板精度并未做出较高的精度要求，为提高材料利用率，减少工艺废料，便于完成加工，本文采用少废料排样[1]，并且采用横向排样布置。
　　3 工艺设计计算
　　3.1 压板展开尺寸计算
　　查阅[2]可得展开长度
　　L=l1+2l2+2l3+2πR （1）
　　其中，l1=54mm，l2=17mm，l3=10mm，R3=3mm。故L= 127mm。
　　由于采用少废料排样，步距大小可直接采用工件长度的值，即为127mm。对于宽度尺寸，条料下料宽度偏差Δ在t=3，B=30的条件下取0.5mm。
　　所以，条料宽度为：
　　B  =30  mm（2）
　　导料板之间的距离为：
　　A=B+c（3）
　　其中，c为条料与导料板之间的间隙，由于设置侧压装置，故c为条料与导料板之间的单边间隙。经查表[3]可得在t=3，B=30且有侧压装置时，c=5mm。故可得A=35mm。
　　3.2 冲压力的计算
　　模具共有两个冲裁区，冲裁力可通过下式进行求解：
　　F=KLtτb（4）
　　其中，K——安全系数，一般取1.3;
　　  L——剪切长度;
　　  t——板料厚度，为;
　　 τb——板料的抗剪强度，板料为10钢，此处取360MPa。
　　式（4）中两个冲裁区的L是不相同的，第一个冲裁区的剪切长度是冲孔的孔轮廓长度，为30mm。
　　第二个冲裁区的剪切长度是切断的长度，此处即单侧的条料宽度，为30mm。
　　分别将剪切长度数值带入求得：
　　F =117093.6，F =42120
　　又卸料力
　　F =K F （5）查表，K 取0.03，故可得F =3512.8N
　　推件力
　　F推=K推F （6）
　　其中，凹模孔口內的料的件数为1。K推经查表可知应取0.045，故：
　　F推=5269.2N
　　下面对第二工位的弯曲力进行计算。
　　第二工位第一次弯曲力的计算公式[2]为：
　　F = （7）
　　其中，K ——安全因数，取1.3;
　　B ——弯曲件宽度，30;
　　t  ——弯曲件厚度，3;
　　r ——内圆弯曲半径（等于凸模圆角半径）;
　　 σ ——材料的抗拉强度，335MPa。
　　第二次弯曲为校正弯曲，弯曲力经查阅[3]可得
　　FJ =qA（8）
　　其中，q——校正应力，经查表，取50
　　 A——工件被校正部分在凸模运动方向上的投影面积为1800mm2
　　故可得：Fz=13718.3N;FJ=90000N。
　　由于顶件力和压料力与压力机的选择无直接关系，故本文不对顶件力和压料力的大小进行具体计算。
　　由于压力机的公称压力必须大于冲压工艺所用的冲压工艺力的总和，故先求出冲压工艺力之和为：
　　P =F +F +F +F +F +F （9）
　　代入数值得：P总=271713.9N
　　3.3 压力机的选择
　　一般情况下， 压力机的公称压力应大于或等于冲压总压力的1.3倍。所以，P ≥1.3P =353228.1N。故选择公称压力为400KN的 J23-40型号压力机。
　　4 模具结构及工作过程
　　由于本设计采用少废料排样，直接使用导料板进行导料以避免使用其他导料零件损伤压板。由于排样方式限制，不宜使用挡料销进行挡料，故在冲孔工位和切断、弯曲复合工位分别设有一个挡料块以实现挡料。其中冲孔工位在连续生产中只需挡料一次，故可将挡料块手动推出，必要时也可以加装自动化设备。
　　5 结语
　　本文设计的双工位级进模，具有一定的创新性，以一个复合工位取代原来两个工位来实现对压料的切断、弯曲，可以提高生产效率。采用少废料排样，可以降低生产成本，减少废料浪费。模具设计合理，操作简便，能满足压板零件的生产要求，设计思路具有一定的推广价值。
　　参考文献
　　[1]文建平.压板冲孔、切断、弯曲级进模设计[J].锻压技术，2012，37（04）：90-93.
　　[2]王哲英，王可，姜杰.智能卡板的冲压工艺与级进模设计[J].锻压技术，2010，35（06）：92-94.
　　[3]柯旭贵，张荣清.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2012：40-172.
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