扣片零件冲模设计

文／王晓梅，程晓宇·陕西国防工业职业技术学院

扣片零件冲模设计

文／王晓梅，程晓宇·陕西国防工业职业技术学院

通过分析扣片零件的结构特征，设计扣片零件的冲孔、落料、翻边、弯曲模具。模具结构设计合理，动作稳定可靠，零件可完全达到设计技术要求，可为同类型模具设计提供参考。

产品情况

运用三维软件Pro/E和DynaformCAE分析软件得出的某扣片零件的展开图及尺寸图如图1所示，该产品为校企合作产品，材料为08F，厚度为1.5mm，结构复杂程度中等，未注尺寸公差为IT14，且需批量生产。

零件的工艺性分析

材料分析

08F属于优质碳素结构钢，其强度、硬度较低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，由于08F钢的塑性很好，所以具有良好的冲压成形性能，故主要用来制造冷冲压件。

图1扣片零件的展开图及尺寸图

结构分析

由图1可以看出，该零件形状比较简单，上下对称，对冲裁较为有利，外形没有尖角，对模具的制造和使用寿命有利，零件右边有弯曲部分，查得零件的最小弯曲半径为：rmin＝0.1t＝0.15mm＜2mm，零件的弯曲半径大于最小弯曲半径，故不会弯裂。当弯曲角为90°时，为了保证弯曲件直边的质量，直边高度应大于2t，零件图中直边高度为8.5mm＞2t＝3mm，满足要求。另外弯曲角两边有孔，从孔边到弯曲半径中心的距离为2.5mm，查表可知零件上的孔位于弯曲变形区之外，所以弯曲时孔不会变形，可以先冲孔再弯曲，但是从零件图上看，弯曲件底部的两个孔是以弯曲边为工艺基准，采用先冲孔再弯曲的方法，会造成基准不重合，但是零件图上所给尺寸公差比较大，属于自由公差，通过换算尺寸，可以满足其尺寸要求，所以底部两孔采用先冲孔再弯曲的方法。弯曲侧边上的孔虽然在弯曲变形范围之外，但是其尺寸要求比较高，如果先冲孔再弯曲就会造成基准不重合，不能满足其尺寸的要求，所以弯曲件侧孔采用先弯曲再冲孔的方法。

精度分析

本零件需要成形的尺寸比较多，但精度要求不是很高，零件中未注公差等级的尺寸按IT14级进行计算，所以普通冲裁就可以满足要求。

确定工艺方案

根据零件结构、尺寸、公差以及技术要求，有如下几种冲压成形工艺方案。

方案一：采用落料、冲底孔复合→翻边→弯曲→冲侧孔。（一次冲一个零件）

方案二：采用落料、冲底孔复合→翻边、弯曲复合→冲侧孔→切断。（一次冲两个零件）

方案三：采用落料、冲底孔复合→翻边、弯曲复合→冲侧孔。（一次冲一个零件）

方案四：采用落料、冲底孔、翻边、弯曲级进→冲侧孔→切断。（一次冲两个零件）

4种方案的比较结果如下。

方案一：模具结构简单，加工维修比较方便，但需要4副模具，模具数量较多，产品加工周期长，经济效益差，生产效率较低。

方案二：采用4副模具，但此副模具一次冲两件，保证弯曲时两边对称，不易产生偏移，这样零件就成为左右对称的零件，成形工艺较好，最后采用切断工序把零件分开，此方案比较适合大批量生产，但装配精度难保证。

方案三：采用3副模具，首先落料、冲底孔进行复合，然后以孔定位进行翻边、弯曲，最后再冲侧孔，这样弯曲尺寸精度容易保证，此方案比较适合批量生产。

方案四：采用3副模具，此副模具也是一次可以冲两个零件，但是采用级进模具设计，由于模具较大，所用设备工作台面相应要求也大，若采用侧刃定距则浪费材料，增加成本，若采用其他定位方式，则模具定位元件在长期生产过程中易出现磨损，导致不同步，影响产品质量，考虑到零件精度要求不是很高，而此方案模具维修及制造成本又相对较高，故此方案不宜采用。

通过比较，结合零件的工艺性分析可以知道，零件上的孔应该分开冲，在弯曲之前冲底孔，弯曲之后冲侧孔，保证其尺寸要求，该零件的生产为量产，需要成形的尺寸比较多，但零件的精度要求不是很高，故采用方案三。

图2零件排样图

图3落料、冲底孔复合模

图4翻边、弯曲复合模

下料排样

根据工件的形状特点，从材料利用率（经过计算为88.8％，比其他排样方式的材料利用率高）、操作的方便性及工作效率考虑，采用纵剪进行剪料，如图2所示。

模具工作原理

落料、冲底孔复合模

落料、冲底孔复合模工作原理：工作时，条料由导料销22和固定挡料销21定位，上模下压，凸凹模16外刃口与落料凹模13进行落料，同时冲孔凸模与凸凹模的内刃口进行冲孔。上模回程时，原来在冲裁时被压缩的弹性元件恢复，通过顶出机构将卡在落料凹模的零件顶出凹模面，如图3所示。

翻边、弯曲复合模

翻边、弯曲复合模工作原理：当上模在上极限位置时，模具处于待工作状态，模具工作时，上模随着冲床滑块下行，首先翻边凸模7即可完成毛坯的翻边成形，同时弯曲凸模14完成毛坯的弯曲，顶杆18完成顶件，如图4所示。此复合模需要注意的是：⑴刃口配合间隙要均匀，Zmin＝0.10mm，Zmax＝0.14mm（双向）；⑵工件毛刺高度不得大于0.05mm。

王晓梅，高级工程师，主要从事模具设计与制造等方面的研究。