摇臂精密冲裁模具的设计与应用

姚红梅，周华锋，秦秀秀

精密冲裁是一种先进的精密成形技术，采用塑性加工少无切屑工艺技术，通过一次冲压行程即可获得低表面粗糙度值与精度高的冲裁零件的工艺方法。

与普通冲裁相比，经过精密冲裁后的零件表面粗糙度可达R a0.8~0.4μm，尺寸精度在IT8~IT9以上，且断面质量比普通冲裁要好很多。如果冲裁件要求的尺寸精度及表面粗糙度较高，采用精密冲裁工艺要比普通冲裁工艺后再整修生产率大幅提高，节约工时还能降低成本。

1. 产品分析

摇臂零件料厚5mm，侧面表面粗糙度要求达到0.8μm以上，且侧面对底面有个垂直度的要求，若用一般冲裁模再进行钳工修整，表面粗糙度能保证但垂直度无法保证，且效率极低。如果采用精密冲裁模具，零件具有非常精确的尺寸，精冲后零件上下表面非常平整，毛刺很小，既能保证侧面的表面粗糙度又能满足侧面对底面的垂直度要求。此外，精冲件剪切面在精冲中得到硬化，延长了精冲件的使用寿命。零件具体形状如图1所示。

2. 工艺分析

精冲件在投入生产前必须经过工艺性审查，确定其是否进行精冲，是否需要修改以符合精冲要求。由于零件厚度为5mm，其圆角半径应该为1.5～3mm，避免尖角，否则在尖角处塌角会增大并产生破断面，凸凹模在使用不久就会磨损与崩裂。该零件最小圆角为R3mm，符合精冲要求。考虑到加工零件精度，采用先粗冲后精冲的工艺路线。

3. 精冲模具结构设计

该零件外形简单，因此选用简易精冲模结构，在普通压力机上完成。

（1）精冲间隙与凸凹模刃口尺寸 精冲间隙：精冲模凸凹模间隙很小，一般约为普通间隙的1/10。精冲时不允许凸模进入凹模型孔，凸模最终位置与凹模距离为0.01mm。由于零件只落外形，双边间隙查表可得到

式中 t——材料厚度5mm；

Z——凸凹模双边间隙 （mm）。

凸凹模刃口尺寸。精冲模刃口尺寸设计与普通冲裁模刃口设计基本相同，落料以凹模为准，不同的是外形要比凹模小0.01mm以下，还要考虑到使用中的磨损。

式中D凹——凹模尺寸（mm）；

Dmin——工件最小极限尺寸 (mm);

Δ——工件公差(mm)。

由于工件厚5mm属于厚料冲裁，凸模刃口圆角应取0.05mm左右；凹模取0.05～0.1mm。

图 1

（2）工件定位 零件粗冲后再进行精冲，用粗冲外形进行定位，设计两个活动定位板靠零件外形进行定位，定位板长槽沿着导向销可在水平方向滑动，当向中心方向滑动到不能再滑动为止，此时就是零件的定位尺寸。由于零件定位尺寸与冲后尺寸只有0.5mm余量，废料都将留在定位板中间，有的还将挤进定位板底面的缝隙中，因此设计成活动的定位板便于排除废料，如图2所示。

（3）凸凹模设计 材料的选择。由于此精冲模冲压零件料厚比较厚，冲裁力相应比较大，一般比普通冲裁模的冲裁力大1.5～3倍。凹模的材料选择要与一般模具有所不同，要求是高耐磨性、高韧性材料，VANADIS-4E是一种长寿命精冲模具材料，符合要求。

凸凹模设计。为节省凹模材料，凹模采用镶拼式结构，紧密配合压入凹模固定板中。凹模刃口高度不能超过一个料厚t，避免刃口过高存料太多，使刃口受到张力，影响凹模刃口寿命。凸模采用固定式，凸模刃口尺寸与凹模配制，保持单边间隙0.025mm，如图3所示。

（4）导向机构设计 因为精冲凸凹模间隙很小，为确保凸凹模对正，使间隙均匀，要求有精确稳固的导向装置，因此选择滚动式导柱导套，外加两个导板，保证模具导向的精确度。两个导板设计在上模两侧，导板三侧面与凹模两侧开的凹槽进行滑动配合，保证凸凹模对正精度，如图4所示。

（5）限位机构设计 首先，为了避免刃口损坏，要严格控制凸模进入凹模的深度，设置两个限位柱，如图3所示，当上模下降，压料板接触到限位柱时上模就应该停止下行，此时已完成冲裁。由于精密冲裁的冲裁力大，限位装置必不可少，为了保险起见，在模具外侧的两个导板下又各设置了一个限位柱，当导板与限位柱保持1mm的距离时停止，如图4所示。

（6）齿圈设计 齿圈就是压板上V形凸起圈，其围绕工件剪切周边，并离刃口有一定距离。作用就是阻止剪切区外金属板料，在冲裁过程中进入到剪切区，以便在剪切区内材料处于三向压应力状态，压紧被冲材料，避免板料弯曲和拉深变形，冲裁完后又起卸料作用。

料厚大于3.5mm时，采用双面齿圈，即凹模、压料板上都有齿圈，具体齿圈的设计，如图5所示。

图 2

图 3

图 4

4. 模具运输的保护设计

为了保证模具在运输过程中凸凹模刃口不被磕碰，要求模具应是闭合状态，但凸凹模刃口不能接触，设计两套固定式、铰链式限位机构，在不工作时将铰链支柱转到竖直位置与固定支柱接触，上模被限制，从而保证了凸凹模之间的距离。

5. 精冲模具运动过程

零件送入模具，放入定位板中，调整两个定位板将零件定位，上模下行，零件被齿圈压板、凸凹模压紧，在受压状态下被冲裁，当上模与限位柱相差1mm，上模停止下行，冲切完毕，上下模分开，齿圈压板卸下废料, 总装配示意如图6所示。

6. 结语

精密冲裁适用于板料较厚、尺寸精度及表面粗糙度要求较高零件，采用精密冲裁工艺，比普通冲裁工艺后再整修生产率大幅提高，节约工时且降低成本，是一种提高冲裁件质量，既经济又有效的加工方法。

图 5

图6 装配图