薄壁圆管件端部缺口及孔的冲裁模设计

薄壁圆管件端部缺口及孔的冲裁模设计 曹文知 湖南中烟工业有限责任公司 郴州卷烟厂 湖南 郴州 423000 1薄壁圆管件端部缺口形式 生产应用中 薄壁管件端部附带缺口或孔是一类形 状比较典型的冲件 其缺口或孔可以用于螺栓固定 防转 向卡口或其它功用 应用广泛 而实现其加工的冲裁模具 与普通冲模相比 其显著区别在于工作时冲裁方向不一 定正冲能够实现 而有可能通过侧冲或倒冲的方式通过 机构设计以提高效率和保证精度 带缺口管件按缺口数量可分为单缺口 双缺口和多缺 口 按缺口分布特点可分为 等角均布缺口 非均布缺口 180 对向分布缺口等 按缺口尺寸精度和形位公差的要求 可分为 普通精度和较高精度 按管件长度可分为 长管件 和短管件 如图 1 所示 a 是 180 对向分布双缺口形式 b 是 360 等角均布多缺口形式 c 是非均布多缺口形 式 在实际模具设计中 我们必须根据以上内容综合分析 缺口特点和尺寸精度 以采用合适的模具结构 达到既保 证制件质量 又能够提高效率 提高模具寿命之目的 2圆管端部缺口或孔冲裁模典型结构 2 1悬臂式冲裁模结构 如图 2 所示是圆管端部缺口 或孔 冲裁模中采用正 冲的唯一可能的结构 悬臂式结构 相对于普通制件 而言 圆管端部孔因为分布在管壁四周 要以正冲方法冲 裁 只有采用悬臂式的模具结构 才可能以管内壁支承和 定位制件 实现冲裁 对于多孔位 缺口 的制件 因为正 冲方向的局限性 该结构只能通过逐孔顺序进行 最后完 成全部孔位冲裁 其工作过程 手压摇臂 1 下端压缩弹簧 13 使定位销 2 向外打开 将制件内壁套在凹模体 7 外圆 上 前端顶住支架 8 上的定位止口面 冲裁第一孔 再将 制件逆时针方向旋转 定位销 2 在接触第一孔后 在压缩 摘要 文中对常见的薄壁圆管端部带缺口一类制件冲裁模设计进行了论述 着重分析了三种典型的模具结构形式 通 过其结构特点的对比分析 阐述了圆管端部缺口冲模的设计要点 难点 优缺点 关键词 圆管缺口 正冲 侧冲 倒冲 悬臂冲 分度定位 中图分类号 TG385 2文献标识码 A文章编号 1002 2333 2011 03 0051 03 51 机械工程师2011 年第 3 期 学术交流 理论 研发 设计 制造 ACADEMIC COMMUNICATION u21 2g 表示单位重量水流体在 1 1 有效断面中心点所 具有的动能 u 2 2 2g 表示单位重量水流体在 2 2 有效断面中 心点所具有的动能 g 为重力加速度 在稳定流线中 流经 1 1 2 2 有效断面的水流体的流量相同 所以 Q u1A1 u2A2 A1为高压管内孔面积 A2为宝石喷嘴通孔面积 u1 A2 A1 u2 d 2 2 d21 u 2 0 3 2 32 u2 0 01u2 u21 2g 仅为 u22 2g 的万分之一 所以 u21 2g 可以忽略不计 综合以上内容 并将相关参数代入式 1 得 p1 u22 2g 2 式中 g 代入式 2 得 p1 u 2 2 2 式中 为水的密度 其值为 1000kg m3 p1的单位为 Pa u2的单位为 m s 则u2 0 0447p1姨 3 计算时如果取 p2的单位为 MPa 则 u2 44 7p1姨 4 所以当调整水刀增压缸的输出压力 使高压水管压 力表 p1的读数为 200MPa 时 应用式 4 在宝石喷嘴出 口处形成的水射流速度为 u2 44 7200姨 632m s 当压力表读数为 300MPa 时 水射流速度为 u2 44 7300姨 774m s 4结语 计算实际水射流速度时由于受到管道阻力 紊流 流体发热造成能量损失等因素的影响 准确计算水射流 的速度显得非常困难 我们将对水射流速度影响较少的 因素排除 找出影响水射流速度的主要因素 将计算公 式简化 经过计算 从中让我们认识到可以通过调整水刀增 压缸的输出压力 来控制水刀水射流速度 从而做到如何 控制水射流的切割速度 以达到最大的切割效率和精度 参考文献 1 孙家骏 水射流切割技术 M 中国矿业大学出版社 1992 2 薛胜雄 等 高压水射流技术与应用 M 北京 机械工业出版 社 1998 编辑 明涛 作者简介 温赞江 1968 男 机械工程师 主要从事科技展品的研 发 制造与维护工作 收稿日期 2010 12 05 1 2 3 4 5 6 准200 100 12 8 4 R4 四周 均布 材料 08F 图 3圆管端部孔 缺口 侧向冲裁模 1 斜楔2 座板3 弹簧板4 滑块5 凸模6 凹模 1 图 4圆管立式双向对冲模 1 下模板2 8 凸模固定板3 垫圈4 蝶形弹簧5 中间导套 6 滑块7 定位销9 上模板10 导柱11 导套12 螺母13 紧 定螺钉14 模柄15 24 螺钉16 垫圈17 蝶形弹簧18 上凸 模19 上压柱20 圆柱销21 凹模轴22 下凸模23 下压柱 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1312 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 15 准50 4 材料 08F 120 1 1 160 12 2 R3 准50 160 准60 4 R3 12 1 a 180 对向分布双缺口形式 b 360 等角均布多缺口形式 1 120 12 45 45 准260 c 非均布多缺口形式 图 1端部缺口典型分布形式 6 R4 图 2圆管端部孔 缺口 悬臂式冲裁模 1 摇臂2 定位销3 上模座4 10 螺钉5 凸模6 凹模 7 凹模体8 支架9 底座11 导板12 销钉13 压缩弹簧 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 20 360 6 准10 均布 准180 材料 08F 1 弹簧作用下套住已冲孔 进行周向定位 冲裁第二孔 手 按压簧 将定位销 2 打开 制件再沿逆时针方向旋转 使 定位销 2 套住第二孔定位 冲裁第三孔 依次下去 直到 冲裁最后一个孔后 完成全部冲裁 2 2侧向冲裁模结构 如图 3 所示 是冲裁制件端部 4 个缺口模具 在周边 布局了如图示斜楔 滑块机构各四个 图中只表示了一个 工位 从而可以将机床滑块正冲力转化为模具侧冲分 力 实现对四缺口位的一次定位 一次冲裁 模具工作过 程 上模上移时 斜楔 1 和弹簧板 3 随上模一起上移 将 管件内圆套在凹模 6 外圆上径向定位 冲裁时 弹簧板 3 首先接触制件上端部 制件下端顶住下止口面进行轴向 定位 模具继续下行 斜楔 1 驱动滑块 4 使周边四个冲头 同时内移 完成四个缺口位的一次同时冲裁 模具上移 制件从下模取出 完成一个冲次 2 3圆管立式双向对冲模结构 如图 4 所示 当缺口为 180 对向分布时 可以采用该 模具结构 一次冲裁上下一对缺口 如图示 凹模轴 21 固 定在滑块 6 上 并通过中间导套 5 导向 组成可上下活动 的凹模 其上下各有一上凸模 18 下凸模 22 模具工作过 程 当模具开启时 将制件圆管套进凹模轴 使它与定位 销 7 贴紧 压力机滑块下行 上压柱 19 压着滑块 6 下行 在滑块作用下 下压柱 23 和蝶形弹簧 4 受力向下压缩直 至滑块 6 的下死点 将圆管下缺口冲出 接着压力机滑块 继续下行 上压柱 19 迫使蝶形弹簧 4 向上压缩 进而冲 出制件圆管的上缺口 至此 双缺口冲裁完毕 压力机回 程 滑块 6 和上下压柱 19 23 也相继复位 废料从凹模轴 锥形孔排出 完成一个冲次 3圆管端部缺口冲模的应用特点及设计要点 在端部缺口冲模设计时 应该综合分析制件缺口形 状的分布特点 管径大小 圆管轴向长度 缺口或孔间形 位公差以及生产批量等 3 1悬臂式冲裁模 如图 2 1 应用特点 a 模具结构简单 造价低 适于批量 小的冲件 b 制件横向摆放 不受设备闭合高度限制 适 于长短管件 c 端部各缺口是逐次顺序冲裁 后次以前 次缺口为基准用定位销 2 分度和定位 所以累积误差大 机械工程师2011 年第 3 期52 ACADEMIC COMMUNICATION 学术交流 理论 研发 设计 制造 图 8180 对冲模分度定位装置 1 凹模轴2 定位块3 固定板4 弹 簧5 垫板 13245 A A 5 4 3 1 2 图 7卸料和取件机构的优化 1 双面斜楔2 滑块3 凸模4 凸 模固定板5 传力柱 图 6滑块的导滑形式 斜楔 b 滑块 S1 S2 S S a 图 5斜楔 滑块水平运动几何关系 S 滑块行程S1 斜楔行程a 5mm b 滑块斜面长度 5 适于精度和形位公差要求不高的制件 d 操作时定位销 2 需手动打开 操作难度大 效率低 制件易报废 2 设计要点 a 悬臂冲裁时下模产生较大弯曲力 矩 该力矩会使凸模和凹模出现间隙不均 严重时甚至会 损坏刃口 设计时 支架 8 与凸模 5 轴线间距应尽量小 以减小力臂 降低力矩 b 凹模 6 应采用镶件结构 以便 于更换和维修 c 分度定位销 2 及分度机构 摇臂 1 压 缩弹簧 13 等 对操作稳定性极其关键 对减少劳动强度 也极其重要 应着重考虑机构的灵活性 定位准确性 操 作的方便性和稳定性 3 2侧向冲裁模 如图 3 1 应用特点 a 模具周边各工位均布置了斜楔 滑 块机构 生产效率较高 但结构复杂 模具成本较高 适于 中 大批量生产 b 各缺口一次冲裁 无需分度和多次定 位 适于冲裁非均布多缺口制件 如图 1 c c 冲裁时 制件竖放定位 会受压力机闭合高度限制 所以 仅适于 较短圆管制件冲裁 d 当缺口较多 且缺口间要求保证 形位公差或角度公差时 为避免悬臂冲裁时缺口间误差 累积太大 应采用该种结构一次定位 一次冲裁 通过控 制模具精度来保证制件精度 以提高产品质量稳定性 2 设计要点 a 斜楔机构 的优化设计 斜楔 滑块结 构如图 5 所示 滑 块水平运动行程 S 和水平冲裁分 力是一对相互矛 盾的问题 均与楔 角 有关 对薄壁 管件 所需冲裁力较小 主要考虑滑块水平行程 S 与斜楔 行程 S1的关系 S S1tan 楔角 一般取 40 为增大滑块 行程 S 也可取用 45 50 等 一般要求斜楔的有效行程 S1应大于滑块的行程 S 即取 45 另外 滑块与导滑槽间应 上 下和左 右各有一对平面呈 动配合 配合精度为 H8 g7 或 H8 h8 常用结构如图 6 所示 b 卸料与取件机构的优化 对环四周缺口较多的管 件 其工位较多 当采用图 3 所示侧冲模结构时 一方面 因复位橡胶或弹簧疲劳 老化而失效 引起各工位动作不 稳定 不同步 不可靠 另一方面 四周斜楔将制件围在中 间 在设备闭合高度受限的情况下 会造成取件困难 因 此 常需优化其动作同步性和拓展取件空间 如图 7 所示结构 是一种优化方案 其思路如下 将 上模斜楔 1 移至下模 与滑块 2 始终配合 不完全脱离 斜楔 1 由单面驱动改为双面驱动 右面驱动冲裁 左面驱 动复位 复位位置由斜楔下端竖直面限制 所有斜楔均与 同一模板固定 并 由统一的压缩弹 簧提供卸料力 各 工位卸料动作即 可同步 并且 原 来的弹性卸料变 为刚性斜楔驱动 卸料 可靠性提 高 另外 在模板 上方安装三根传 力柱 5 可根据取件方便确定其安装角度和位置 极大地 拓展了取件空间 3 3立式双向对冲模结构 如图 4 1 应用特点 a 省去了繁琐的斜楔机构 与侧冲模 相比结构简单 与单一悬臂冲模相比效率更高 可用于 中 大批量生产 b 制件横放定位 可用于长 短管件冲 裁 c 凹模轴 21 上下活动 无法安装固定的分度定位装 置 多用于一对孔或缺口对冲 d 采用正冲和倒冲相结 合 均为悬臂式 双面不一定同时进入冲裁状态 易受力 不均 适于薄壁小缺口制件 2 设计要点 a 凹模轴 21 右端悬臂长度应尽量短 以减少弯曲力矩 避 免凹模轴弯曲引起 刃口错位 b 滑块 6 凹模轴 21 尺寸设 计均应保证有足够 的强度和刚度 以避 免悬臂产生的弯曲 力矩影响 c 中间 导套与导柱采用小 间隙配合 H8 h8 或 H7 h7 d 对于多孔 多缺口对冲时 因凹模活动 必须在凹模轴上解决分度定位问题 对于多 对孔对冲 这较难做到 但对于多对缺口对冲 还是可以 做到 因此该模具可以用于等角均布的 180 对向分布多 对缺口的冲裁 如图 1 b 其定位装置结构如图 8 所示 冲裁时 首次冲应将管件前端顶住定位块 2 将弹簧 压缩 冲裁首对缺口 后次冲时 将制件旋转 角度 当已 冲缺口对中定