夹头垫片冲孔落料复合模设计研究

0 前言

以某企业电器产品中的夹头垫片为例，该产品生产需要相配套的10个夹头垫片零件，材料选取08F钢材，厚度1.50mm，年产量约11万个。零件生产需经过如下三道工序，包括落料、冲中间孔与四个方孔、钻模八个小孔，该方案在生产过程中需要数副模具，无法有效确保钻孔精度，操作相对复杂，生产效率较低。为此笔者对该零件的生产模具进行了加工改进，针对产品特点采用复合模具加工方案，确保产品在生产过程中能够一次性冲压成形，且保证产品各零件尺寸均符合预设规定，模具使用时长要求＞40万冲次，单次刃磨使用期间＞1万次。为了提高生产和维修的便捷性，要求在保证生产效率的同时，简化模具结构。

1 工艺简析

零件外部呈方形结构，棱角以圆弧(R=3mm)过渡；内部为三种尺寸不同的圆孔，包括1个圆孔(φ11±0.10mm)，4个方孔(6×4mm)，8个小孔(φ20.1 0+ mm)，内部结构相对复杂，各孔间距依此为25±0.10mm，40±0.15mm；材料厚度1.50mm，冲压性优良，可经复合模具成型。初步分析后可知，复合模设计重难点在于8个小孔的精确冲裁，由于各孔径尺寸相对较小，因此解决小孔冲裁是复合模具设计的关键问题。

2 工艺设计方案

为了提高零件生产效率，采用复合冲压方案完成落料、冲孔操作，通常复合模具结构包括正装式和倒装式两种结构类型[1]。结合冲压件生产需求、质量要求、精度要求和操作简单化等方面因素分析后发现，该零件尺寸较厚，精度要求一般，为了达到高产目标，可采用倒装复合式结构进行方案设计。

3 预设排样

（1）根据《冲压模具设计手册》[2]确认工件双侧搭边尺寸，a1=1.80mm；模具边缘搭边a=2mm。（2）模具送料步距为51.80mm。（3）考虑到在模具设计中需采用无侧压装置进行送料结构设计，因此在送料应用中极有可能出现条料摆动引发的侧面搭边减少现象，为了改善此现实问题，有效弥补侧搭边缺失量，可适当增加条料宽度，据《冲压模具设计手册》可知，Δ=0.10mm，条料宽度为（4）据GB70865中规定的板材标准可知，可采用尺寸1000×800×1.5mm的板材进行材料结构设计，单位步距尺寸中的材料利用率预设为η=88.60%；单条钢板条数为18条，剩余34.80mm；每条钢板上的弓箭数为15个，钢板宽度800mm；单条钢板上的总工件数为270个，单张板材利用率η=66.20%。

4 预设参数

（1）冲裁间隙是保证冲裁效果的关键参数，直接影响到工件冲裁的精度、横断面质量、冲裁力、推件力和生产模具的使用寿命，因此为了寻找到最佳预设间隙值，需要结合电器行业对零件尺寸精度的需求，采用较小间隙进行材料设计。据《冲压模具设计手册》可知，Z的取值范围在0.15～0.19mm内，预设间隙值0.15mm。（2）结合《冲压模具设计手册》中的钢材(08F)取值范围，τ=300MPa；落料力1462.50kN；冲孔力105.80kN；推件力355.80kN；卸料力80.40kN，卸料力系数0.055；总冲裁力=落料力+冲孔力+推件力+卸料力=2000.40kN。（3）该工件结构呈完全对称格状态，因此压力中心位于零件中心部位。（4）冲孔凸模人口尺寸分为为冲孔凹模尺寸分别为落料凹模尺寸分别为孔距尺寸分别为尺寸40±0.15、25±0.10、40±0.038、25±0.025mm。

5 设计模具结构

（1）模具为倒装式复合结构，采用弹压卸料装置进行冲裁零件设计，这是因为该装置既能发挥有效的卸料作用，还可有效提高冲裁零件质量，平直度相对较高，因此在薄板冲裁或质量要求高的冲裁零件中适用性良好[3]。（2）推件装置通常采用弹性推件和刚性推件两种类型，其中后者应用较为广泛，它主要包含推件块、推板连接推杆和打杆部分构成。本模具在设计中应用刚性推件结构装置，在装置作业时，模具可于冲压完毕上模回程过程中，借助压力机滑块中的打料杆撞击上模内部的推件板和打杆，推出凹模工件，具有工作可靠、推力大的特点，同时必须确保4支连接推杆长短一致、材料分布均匀。（3）结合模具冲裁应用要求和精度要求，采用对角滑动模架进行方案设计，精度Ⅰ级，提高模具使用寿命。

6 试模应用中存在的问题及改进方法

（1）存在问题：模具设计工作完成后实行试模时，发现存在小孔凸模损耗严重问题，经分析后认为导致此现象发生的主要原因包括：小凸模预设高度过高，尽管为台阶式结构，但在冲裁过程中比较容易损耗；小凸模预设应用Cr12型材料，硬度约为60HRC。由于该种材料在淬火处理等高温条件下极易出现表面脱碳现象，且加工应对相对较高，脆性较大，因此容易发生折损情况。（2）改进方案：降低小凸模高度，改为54mm，为了提高凸模刚度和稳定性，可采用推件块作为小凸模导向使用，令凸模和推荐块呈H7：h6配比，增加小凸模刚度。同时将材料变更为Cr12MoV，并在热处理条件下采取防氧化措施对材料加以保护，适当调整硬度，范围58～59HRC，经改进后发现小凸模使用寿命得到显著提高，满足了单次刃磨1万冲次的应用需求。

7 总结

综上所述，笔者就夹头垫片冲孔落料复合模进行了完整的设计研究，设计完成后在试模过程中对存在的小凸模损耗严重问题进行了相应的改进，投产6个月后，模具生产的零件质量、单次刃磨使用时间均符合预设要求，且模具结构相对简单，操作简便，因此该模具设计在小孔冲裁、结构选择方面具有积极的参考作用。