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1、横梁厚板冲裁模具设计 摘 要：介绍了一种横梁模具冲裁工序通过对工艺方案调整和两种模具结构设计优化，大大降低了冲裁力，满足了现有设备的加工能力要求，最后介绍了两套模具的结构设计。 关键词：冲裁力；斜刃；阶梯凸模；模具设计 1 产品图纸分析 图1为某种重型卡车底盘横梁的展开料图，工艺要求通过现有冲压设备完成冲孔和外形加工。现有使用机床压力630吨闭式单点机械压力机，而零件坯料为16MnL，厚度为6mm。从图中可以看出零件结构虽不复杂，但存在冲裁线长、板料厚度较厚等问题，因此需要对工艺方案和冲裁过程中的冲裁力进行特殊考虑和设计。 2 冲裁力计算和工艺方案选择 经过对零件的特性分析，采用以下经验公式计
2、算冲裁力： F冲=F修边+F冲孔 =L修边tb+L冲孔tb =17810037N 式中：F-冲裁力（N）；L修边-修边轮廓长度；L冲孔-冲孔轮廓长度；t-料厚（mm）；b-材料抗拉强度（630N/mm2）。 计算后冲裁力约为1781吨，现有的冲压设备630吨远无法无法满足要求。使用现有设备一个工序无法完成加工，需分为两个工序进行加工。经过对冲裁力计算和模具结构设计要求考虑，可以将零件的冲孔和切边分为两个工序进行加工。但由于两个60孔由于位置原因容易导致漏料孔与其余零件干涉，因此需要将2X60孔改为在切边工序时一同加工。这时需要对两个工序的冲裁力重新进行计算。 根据经验公式，一工序冲裁力为： F
3、1=L冲孔tb =6201657N 式中：F1-一工序冲裁力（N）；L冲孔-冲孔轮廓长度（mm）；t-料厚（mm）；b-抗拉强度（630N/mm2）。 根据经验公式，二工序冲裁力为： F2=F修边+F冲孔 =L修边tb+L冲孔tb =11608380 式中：F2-二工序冲裁力（N）；L修边-修边轮廓长度（mm）；L冲孔-冲孔轮廓长度（mm）；t-料厚（mm）；b-抗拉强度（630N/mm2）。 最终一工序冲裁力为620吨，二工序冲裁力为1160吨。考虑加工能力后确定一、二工序冲裁力仍不满足要求机床要求。这就要求必须在模具设计上采用特殊设计来降低冲裁力。 3 降低冲裁力的方法 根据冲压加工经验，
4、在冲裁高强度材料或厚度大、冲裁线长的零件时，冲裁力超出现有设备加工能力时需采用特殊方式降低冲裁力。现有比较常见的方法有斜刃刃口、阶梯凸模和材料加热冲裁等方法。由于材料加热冲裁会造成材料表面出现氧化皮且加热冲裁设备复杂，此零件加工只采用斜刃刃口和阶梯冲裁方式降低冲裁力。 3.1 斜刃刃口 普通冲裁模具在设计是都要求刃口同时接触坯料，加工过程中每个点都完成冲裁都是同步进行的。但在板料较厚且冲裁力过大时，可将凸模或凹模刃口平面做成宇冲裁轴线形成一定角度。此时加工过程中每个点的冲裁都不是同步进行的，而是随着刃口的初步切入板料阶梯发生的，因此冲裁力就得到大大降低。为保证坯料平整，落料是一般将凹模做成斜刃
5、，冲孔时将凸模做成斜刃。同时由于侧向力的原因，对称布置的斜刃可以避免凹模偏移啃坏刃口。本次设计的模具结合零件特点，由于不是全封闭的冲裁过程，因此采用的刃口刃口呈波浪型。斜刃的冲裁力采用以下近似的公式计算。 F斜=KL冲孔tb 式中：F斜-斜刃冲裁工序冲裁力（N）；L冲孔-冲孔轮廓长度（mm）；t-料厚（mm）；b-抗拉强度（630N/mm2）；K-斜刃因数。 根据经验，当斜刃高度H=t时，K=0.40.6；H=2t时，K=0.20.4。 由于二工序冲裁力超出设备加工能力84%，而且为保护冲压设备，选的斜刃高度为两个料厚（2t）。此时斜刃因数为0.20.4，斜刃冲裁力最大约为464吨，远小于机床
6、加工能力的630吨，此时冲裁力已符合要求。换算波浪型刃口斜刃角度约为3.43。 3.2 阶梯冲裁 在冲孔孔数较多且冲裁力过大时，往往都采用阶梯布置凸模的方式来降低冲裁力。这是采用阶梯布置的冲裁过程中，最大的冲裁力是在不同时间段出现的，从而降低总体的的冲裁力。同时由于最大冲裁力不是同时出现，冲裁过程中的噪音也得到大大降低。考虑模具寿命和小直径凸模在冲裁过程中受材料流动挤压力作用而倾斜继而折弯，一般都将直径较小的凸模做的短一些。阶梯布置的凸模高度差一般采用以下公式选择： t3mm时，H=t t3mm时，H=0.5t 式中：t-料厚mm；H-重头高度差mm。 阶梯冲裁型凸模的冲裁力一般为F阶梯=1.
7、3F，公式中F为同一高度凸模的冲孔力一直最大值，最后F阶梯=1.3F总/2=0.65F总 根据以上方式可以计算出当凸模高度差H=0.5t=3mm时，阶梯冲裁模具的冲裁力为： F阶梯=0.65F总=403吨 403吨冲裁力远小于现有冲压设备加工能力的630吨，因此采用阶梯冲裁后冲裁力已符合模具设计要求。 4 模具结构设计 根据以上的计算结果，需要在一工序冲裁时采用阶梯布置冲头方式来降低冲裁力，二工序采用波浪线刃口方式来降低冲裁力。设计模具结构如下图所示，模具采用典型的导柱导套模具上弹性压料、退料，一工序采用外形定位方式，二工序采用已有的2X50孔定位，上、下模座位实型铸造。 5 结束语 经生产实践验证证明，该零件的冲裁工艺方案可行可靠，模具结构合理，加工效率和材料利用率均达到工艺要求，同时模具操作简便，产品经多次严格检验均符合图纸和工艺要求，质量可靠稳定，得到多方满意的结果。 参考文献 1王孝培.冲压手册（第2版）M.机械工业出版社，2004. 2李硕本.冲压工艺理论与新技术M.机械工业出版社，2002.
