不锈钢板簧的级进模设计

电加工与模具2013 年第 4 期 设计研究不锈钢板簧的级进模设计胡志华（ 成 都工 业学 院/四 川省 高校 模具 技术 重点 实验 室， 四川成 都 611730 ）摘 要： 主 要从 不 锈钢 板 簧的 制 件工 艺 性 分析 、冲 压 方 案及 排 样 设计 、 模 具总 体 结 构设 计 、 弯曲工 序结 构设 计 等方 面阐 述了 该 模具 的 设计 过程 ，重 点说 明 了侧 面弯 曲 成形 结构 工 作原 理。 在 保证产品 质量 的前 提下 ，同 时考 虑模 具结 构的 合理 性和 成本 的经 济性 来进 行产 品的 模具 结构 设计 。关键 词： 板簧 ；弯曲 ；级 进模中图 分类 号：TG385.2 文献 标识 码：A 文章 编号 ：1009-279X（2013）04-0056-04Design on Progressive Die of Stainless Steel Leaf SpringHu Zhihua（ Chengdu Technological University，Chengdu 611730，China ）Abstract：The design process of the stainless steel leaf springs mold is expounded in this paperaccording to manufacturability analysis, pressing scheme and layout design, totality design of moldstructure, bending process structure design. The side bending mold structures which are difficult toform are illustrated on emphasis. On the condition of quality assurance, the rationality of mold structureand economical efficiency at the same time are considered to design the mold structure.Key words ：leaf spring；bending；progressive die1 制件及工艺性分析设 计 冲 制 如 图 1 所 示 的 某 数 码 复 印 机 上 的 不R5.1341.60.236.3锈钢 板 簧级进 模 。 零 件材 料为 SUS-CSP-1/2H， 料厚1零 件为 一 带 孔弯 曲 件， 其 基本 冲 压工 序 主要 包括 冲孔 、弯曲 及落 料。 零件 上的 直径 3 mm 孔和 宽度3 mm 槽 的 公差 等级 为 IT9，弯 曲后 卷 圆的 边 缘到 直径 3 mm 孔 中 心 的 距 离 为 IT11， 其 余 为 IT14， 符 合1 212619683+0.0303301+0. 0225一般 级进 模冲 压的 精度 要求 。 该 零件 属于 中小 尺寸冲 件 ，复 杂 程 度 中 等 ， 最 小 孔 径 为 3 mm， 尺 寸 精 度要 求不 是 很高 ，因 此 可 采用 普 通冲 裁 工艺 冲 切外 形图 114.9不锈钢板簧和 内孔 。 制件 有两 个弯 曲部 位，一 个是 单角 弯曲，采用 一次 成形 ； 另一 个 为卷 圆 弯曲 ， 分为 两 次弯 曲，一2 冲压工艺方案及排样由 于 该冲 件 尺 寸小 且 属于 大 批量 生 产 ，故 采用次 预 弯 ， 另 外 一 次 可 考 虑 采 用 斜 楔 加 滑 块 进 行 卷级 进 模冲 压 加工 ，初 步 考 虑直 对 排和 斜 排两 种 方式（ 图 2） 。圆。 由 以 上分 析 可知 ，该 冲 件 主要 冲 压工 序 工艺 性直 对 排方 案 的 材料 利 用率 较 高， 但因 为 涉 及到良好。在 凹 模中 间 位置 弯 曲卷 圆 ， 需 用 斜楔 结 构 成形 ，同收稿日期：2013-03-20 时 还 要考 虑 弯曲 成 形后 的 托料 高 度 及让 位 ， 因 此 ，69，未注 圆角 半径 为 ， 月产 量 万件。2. 586 3作者简介：胡志华，女，1980 年生，讲师。 56 模 具 相 对 较 复 杂， 制 造 成 本 增 加 ，且 弯 曲线 与 材 料设计研究轧 制 方 向平 行 ， 材 料 的 相 对 弯曲 半 径 会 减 小 ， 不利于弯 曲成 形。斜 排方 案 虽 然材 料 利用 率 会降 低 ，但 模 具结构相 对简 化 ，且 弯曲 线 方向 与 材 料轧 制 方向 始 终有一定角 度， 有利 于弯 曲成 形。 考 虑到 模具 的复 杂程度，宜选 用斜 排方 案。 初算 材 料利用 率为 31.27 %， 且制件的 外形 需考 虑分 段冲 切（ 图 2b） 。（a ）直对排（b）斜排图 2 坯料初步排样方案零 件属 于 典 型的 有 一侧 弯 曲成 形 ，优 先 考虑在不 变形 的 一侧 设 置 单侧 载 体， 其宽 度 为 4 mm， 并在载体 上冲 直径 3 mm 的 导正 工艺 孔 作间 接导 正 。 产品零 件精 度要 求不 高， 故条 料送 进采 用C 型 侧刃作 粗定 位 零件 ，控 制 送 料步 距 。 送 料 两侧 设 置导料板 ，起 到宽 度 方 向的 导 料作 用 。 工 序 件在 弯 曲工序后 形 成 一 定的 空 间 高 度 ， 弯 曲部 分 面 积 较 大 ， 条料又 是 用的 单 侧 载体 ， 材 料 厚 度为 0.3 mm，故 需 采 用电加工与模具2013 年第 4 期托 料块 将条 料托 起至 送进 线高 度，以 便继 续送 进。综 合 以上 分 析 ， 可 确 定零 件 的冲 制 采 用 11 个工 位级 进模 ，工序 排 样见图 3。 通 过计 算取 条料 宽度68 mm，步 距 30 mm， 步距精 度 为0.015 mm。3 模具结构设计3.1 模具 总体 结构 设计本 模具 采用 正装 式连 续结 构。 零 件属 大批 量生产 ，为 了确 保 其 质量 及 稳定 性 ，选 用外 导 向 模架 ，以及 卸料 板的 小导 柱导 套进 行精 密导 向。 为 了便 于送料 ，选用 四角 导柱 模架 。 该 零件 冲压 工序 含有 冲槽 、冲 孔 ，故 应有 卸 料装 置 。 又 由 于 零件 冲 压还 有 弯曲工 序，且 材料 厚度 较小 ，所 以选 用弹 压卸 料板 。图 3 所示 的 工 序排 样 图中 ，凹 模 工作 区 尺 寸在100 mm300 mm 左右 ，加 上螺 钉、销 钉 和斜 楔 、滑块所 占据 的位 置，取 为 200 mm400 mm。 其 他模 板的尺 寸取 为与 凹模 板平 面尺 寸一 致。零 件 冲压 的 最 大行 程 工位 是 9 的 弯 曲工 序 ，其实 际 弯曲 行 程是 15 mm。 模具 开 启状 态 下， 凸 模下表 面至 凹模 表面 的最 小距 离取 为 17 mm。 经过 分析设 计 ，各 模板 相 关尺 寸 取 值为 ：凹 模 板 厚 30 mm、卸料 板 厚 44 mm、 凸 模 固 定 板 厚 30 mm、 凸 模 垫 板 厚12 mm、凹 模垫 板 厚 10 mm、凸 模高 度（ 冲孔 凸 模）92mm、 模 具 工 作 区 开 启 高 度 大 于 158 mm、 模 具 工 作区 闭合 高度 约 141 mm。6.0480 1300 26分离制件 空工位 弯曲切槽校形 卷圆端部冲切余料 冲孔冲侧刃 +预弯图 3 工序排样图冲孔 冲孔 导正销孔3.2 工作 零件设 计 最 小相 对弯 曲半 径 rmin/t，取 其弯 曲半 径为 1 mm。奥该 零件 既 有 冲孔 又 有落 料 。 冲 孔 时， 选 凸模 为 氏 体不 锈 钢弯 曲回 弹 值与 低碳 钢相 当 ，而在 U 形弯设 计 基 准 件， 按 配 制 加 工 方 法 加 工 ，只 需 计 算 冲孔 凸 模尺 寸 及制 造 公差 ，凹 模 的 刃口 尺 寸由 凸 模的 实0 58际 刃口 尺 寸按 间 隙要 求 配制 即 可 。 落 料 时， 选 凹模为 设 计 基 准件 ， 按 配 制 加 工 方法 加工 ，只 需 计 算落料凹 模的 刃口 尺寸 按间 隙要 求配 制即 可 。因 为制 件 上 未标 注 弯曲 圆 角半 径 ，查 阅 资料得曲 时 ， 回 弹值 随 凸 、 凹 模 间 隙 增大 对 回弹 的 影 响 比20 钢 要小 得多 。 相 对弯 曲半 径为 3.3，属于 小半 径弯曲 （大 变 形程 度 ） 。 弯曲 半 径 的变 化 一般 很 小， 可不予 考 虑， 而仅 考 虑弯 曲 角 度的 回 弹变 化 。 可 运 用查表 法查 取回 弹角 的经 验修 正数 值为 3。弯 曲 工位 及 弯 曲凸 模 、凹 模工 作 部分 形 状 设计 57 电加工与模具2013 年第 4 期见 图 4。 预 弯端 部 圆 弧取 80，为 保 证成 形 ， 将凹 模的 圆弧 中 心向 内 侧偏 移 ，使 其 局部 成 形。 铰 链 卷圆后 会有 回 弹现 象 ， 回 弹 值与 相 对 弯曲 半 径有 关 ，并随 之增 大 ，卷 圆成 形 的凹 模 尺 寸应 比 铰链 外 径减 小0.20.5 mm， 所以 卷圆 部分 的凹模 半 径取 5 mm。由 于采 用 正 装式 结 构， 凸 模一 律 用固 定 板安 装于 上模 ，斜 楔 用螺 钉 和销 钉 固 定在 固 定板 上 。 冲 裁凹 模直 接 加工 在 凹模 板 上， 预 弯凹 模 和单 角 弯曲 凹模 采 用 镶 入式 结 构 ， 用 螺 钉 紧固 于 下模 座 上 ，以 凹模 上的 相 应孔 进 行定 位 。 卷 圆 用 斜楔 和 滑块 成 形，卷 圆部 分 用硬 质 合金 镶 件 ， 用 螺 钉紧 固 在滑 块 上，滑 块 在 圆 柱 销和 斜 楔 的 作 用 下 在 凹 模 的 槽 内 进 行l+图 6 卸料螺钉的安装设计研究H7h6卷圆 工作 ，并 在弹 簧的 作用 下自 动复 位（图 5） 。3.3.2 定位 零件 设计斜楔压板卷圆镶块复位杆图 4 弯曲成形步骤滑块弹簧在 工 序排 样 中 确定 了 侧刃 定 距方 式 ，为 确 保生产 中侧 刃的 刚度 和条 料送 进的 方便 ， 选 用C 型侧刃 。 规 格为 C301095 GB2865.1-81.T10A。 导料板 的宽 度减 小值 等于 侧刃 切去 的条 料宽 度。 条 料的精 定 位由 导 正销 保 证， 共 布置 了 5 个 导 正销 。 导正销 采 用 普 通 的 弹 头型 ， 固 定 在 凸 模 固 定 板 上 ，最 后一 个固 定在 落料 凸模 上。由 于 该模 具 有 较长 的 弯曲 凸 模， 且 条料 较 薄 ，导 正 销 要 比 凸 模 先 行 导入 材 料才 能 起 到 导 正 的 作用 。 如果 导 入部 分 大到 1.52 t 时， 当 上 模上 升 ，条料 的 轻微 窜 动都 有 可能 卡 住导 正 销 ，有 时会 和 导正销 一 起 上 升 ，将 条 料 拉 变 形 ， 这 种 情 况会 使 条料 不能 正 常送 进 。 因 此 ，考 虑在 导 正 销的 附 近安 装 小弹顶 器，保 证送 料顺 利进 行 （图 7） 。图 5 卷圆部分模具结构 螺塞3.33.3.1其他 零部件 设计卸 料机 构设 计在 结构 总 体 设计 中 已确 定 采用 弹 压卸 料 ，卸 料弹簧卸料杆条料板为 整 体 式， 压 料 力 、卸 料 力 都 是 由 卸 料 板 上 安 装的均 匀分 布的 弹簧 受压 而产 生的 。 由 于卸 料板 与各凸 模 的 配合 间 隙 很 小 ， 安 装 卸料 板 较 麻 烦 ， 在 不 必要 的情 况 下， 尽 可能 不 把卸 料 板从 凸 模 上卸 下 来。考 虑到 刃 模时 既 不需 把 卸料 板 从 凸模 上 取下 ， 又要导正销图 7 导正销设计使 卸料 板 低于 凸 模刃 口 端面 以 刃模 凸 模 ，常 采用组装 形式 ，弹 簧 用螺 钉 限位 ，刃 模 时 只需 旋 出螺 塞，弹簧 即可 取 出， 不受 弹 簧 作用 的 卸料 板 随之 可 向上模3.3.3 顶料 及出 件根据 工 序 和 条 料 载 体 情 况 ， 选 用 托 料 块 ， 其托料 高 度为 26 mm。由 工 序 排样 图 可知 ，模 具 最 后工座 方向 移动 ， 露出 凸 模刃 口 端面 ， 即可 重 磨刃 口，同时更 换 弹簧也 十分 方便 。 本 模具 采用 内螺 纹式 卸料螺钉 ，弹 簧压 力通 过卸 料螺 钉传 至卸 料板 （图 6） 。 58 100位 通过 切断 载体 实现 零件 与条 料的 分离 。 冲 件在送料 过程 中 ，由 条 料端 头 顶出 后 ，从 凹模 左 侧 落下，需从 模 具左 侧 收集 制 件， 也 可用 模 外可 动 气嘴 吹 离制设计研究件 ，其 结构 简 单， 固定 方 便 灵活 ，应 用 广泛。 利 用压电加工与模具2013 年第 4 期缩 空气 清 理模 面 的制 件 或废 料 时 ，应 正确 设 计气 嘴位 置 、方 向 和 所 用 气 压 的 大 小 ，同 时 要 注 意 不 要 损伤 制件 （用 软 质袋 承 接 制件 ） ， 其具 体 情况 根 据生 产时的 具体 条件 进行 确定 。3.3.4 检 测装 置在 级进 冲 压 中， 材料 的 自动 送 料装 置 有 时会 因环 境 的 微 小变 化 而 使 送 进 步 距 失 准 ， 若 不 及 时 排除 ，就 会损 坏 制件 或 造成 凸 模 折断 。 为了 防 止级 进模 连续 冲 压加 工 出现 的 送料 步 距 失误 ，在 多 工位 级进 模内 装 入检 测 凸模 。 当检 测 凸 模发 现 误送 时 ，检测 凸模 的 动作 将 推动 顶 杆使 其 与微 动 开 关接 触 ，从而通 过控 制电 路达 到 使冲 床急 速 停止 的目 的 。 图 8是该 模具 所使 用的 导正 孔检 测的 形式 。微动开关顶杆 检测凸模图 9适 当的 弯曲 校正 工位 。参 考文 献：模具装配图3.3.5 零 件选 材图 8 误送检测12冲模设计手册编 写组. 冲模设 计手册M. 北京：机械工业出版社，2002.成虹. 冲压工艺与模具设计 M. 北京： 高 等教育出版社，2006.不锈钢 的 抗 拉强 度 比一 般 钢板 大 ， 冲 压 力 大，3 段来根. 多工位级进模与冲压自 动化M. 北京：机械工增大 了 对 凸、 凹 模 侧 壁 部 分 的 磨 损 ，使 模 具 寿 命大大 降低 。 冲压 不锈 钢零 件时 ，凸、 凹模 材料 一般多选用高 铬工 具 钢， 如 Cr12、Cr12MoV 等 ，以 增加 模 具零件 的 抗 磨 损 能 力 。 该 模 具 的 凸 模 和 凹 模 选用Cr12MoV， 卸 料 板选 用 T10A， 成 形镶 块 选 用 硬 质 合金。 模具 装配 简图 见图 9。4 结语该模 具是 一副 经济 适用 型模 具。 凹模 采用 镶拼式 ，便 于刃 磨 、维 修、 更 换及