朱明浩，張 輝，韓 果

（鄭州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州 450064）

1 引言

多工位級(jí)進(jìn)模具有工位多、細(xì)小零部件多、鑲塊多、機(jī)構(gòu)多、動(dòng)作復(fù)雜、精度高、效率高等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的單工序模具或復(fù)合模相比，多工位模具存在著制造成本高、材料利用率較低的弱點(diǎn)[1]。其零部件的設(shè)計(jì)，除應(yīng)滿足一般沖壓模具的設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)依據(jù)多工位級(jí)進(jìn)模的成形特點(diǎn)和成形要求合理安排沖壓工序[2]。

種樹機(jī)腳輪支架如圖1所示，該制件材料為08F，具有較好的可塑性，此外該類型的材料在韌性上相對(duì)較好，在特定的條件下，較為容易發(fā)生變形。所以，在加工的時(shí)候能夠適用于熱沖、拉伸、彎曲以及冷沖等各種不同類型的加工方式。由于制件為中心對(duì)稱，為了提高生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)一副可同時(shí)完成沖孔、落料和彎曲工序的級(jí)進(jìn)模。

2 制件工藝分析

在沖壓模具中，沖裁加工的工藝主要包含形態(tài)、構(gòu)造、公差、大小等方面。通過圖1的制件圖，可以得出該種樹機(jī)腳輪支架制件的在結(jié)構(gòu)尺寸上與常見的制件大小相似，在形態(tài)上呈現(xiàn)U形結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上一共有兩個(gè)彎曲位置，在進(jìn)行成形加工的時(shí)候，該部位會(huì)十分容易與相鄰端面產(chǎn)生干涉作用，但由于制件精度要求并不高，因此該制件的中間U形彎曲位置的彎曲可以在沖裁后通過一次彎曲工序來完成成形過程，采用這種類型的加工方式，一方面可以較好的避免不同工序的干涉；另一方面也可以確保生產(chǎn)的高效率，同時(shí)還能夠使得模具在結(jié)構(gòu)上更加穩(wěn)定。

圖1 種樹機(jī)腳輪支架制件圖

3 工藝方案的確定

通過對(duì)制件結(jié)構(gòu)工藝分析，可以得出該制件的加工工藝主要包括沖孔、落料、彎曲工藝，因此，本次設(shè)計(jì)可選擇的加工方案有以下幾種：

方案一：選用多個(gè)不同的加工步驟對(duì)該制件進(jìn)行加工，先通過落料得到該制件的外部結(jié)構(gòu)，隨后通過第二副模具對(duì)該制件進(jìn)行沖孔，最后通過彎曲工序完成制件的彎曲成形，從而得到完整的制件。

方案二：使用兩副模具完成該制件的成形，在設(shè)計(jì)中先選用沖孔→落料復(fù)合模完成該制件的沖孔-落料步驟。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一副彎曲模，對(duì)該制件進(jìn)行彎曲成形，完成制件的加工。

方案三：使用多工位的級(jí)進(jìn)模完成制件的成形加工過程，在排樣方式上選取單列直排方式。

該制件為標(biāo)準(zhǔn)件且大批量生產(chǎn)，通過對(duì)各個(gè)不同的方案進(jìn)行分析，可以得出，方案一選用的是多副單工序模，該類型的加工周期相對(duì)比較長，加工的時(shí)間成本相對(duì)較高，因此，不適用于大批量制件的生產(chǎn)。方案二選用的是一副復(fù)合模具加一副彎曲模具的方法，主要劣勢有兩點(diǎn)，一是沖裁到彎曲時(shí)工件的轉(zhuǎn)移耗時(shí)；二是沖裁后工件的重新定位，受兩者影響大大降低了制件的生產(chǎn)效率，也難以滿足大批量的生產(chǎn)要求。而方案三沖裁和彎曲工序在同一副模具上完成，適合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大批量生產(chǎn)，雖然初期模具投入成本較高，但總體仍能夠有效降低加工成本。結(jié)合上述分析，最佳方案是多工位級(jí)進(jìn)模的加工方式。

4 排樣設(shè)計(jì)

采用CAD軟件進(jìn)行排樣設(shè)計(jì)，步驟如下：

4.1 選定沖壓方向

通過計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)本次加工的制件展開之后的各個(gè)部位以及結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行測定，可以發(fā)現(xiàn)，該制件所存在的毛邊方向在加工的時(shí)候會(huì)對(duì)沖裁和成形方向具有較大的影響，在制件不存在對(duì)毛刺方向有要求的時(shí)候，對(duì)制件的加工就不會(huì)產(chǎn)生影響；但是，如果制件在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)γ碳胺较蛴幸欢ǖ囊?，那么其在加工沖裁以及成形的方向上一定要確保是相同的。為了該制件在外觀上能夠更加美觀，在加工的時(shí)候需要盡可能的將其設(shè)計(jì)在內(nèi)表面，這種加工形式不僅能夠提高制件的美觀性能，同時(shí)在對(duì)制件進(jìn)行彎曲加工的時(shí)候也可以盡可能的降低裂紋出現(xiàn)的概率。此外還要考慮材料的紋理方向，防止彎曲線方向和紋理在同一個(gè)方向。

4.2 工序順序設(shè)計(jì)

根據(jù)該沖壓模具排樣方式的相關(guān)要求以及結(jié)合該制件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，在沖壓模具的初始步驟設(shè)計(jì)為沖孔，通過該步驟對(duì)材料進(jìn)行切割，在此基礎(chǔ)上，在適當(dāng)?shù)墓ば蛭恢蒙蠈?duì)材料進(jìn)行加工操作，隨后把該制件與載體進(jìn)行分割操作，對(duì)本次設(shè)計(jì)選取的加工方案的可行性進(jìn)行分析，此外，在兩個(gè)相鄰的加工工位間不能相互產(chǎn)生干擾。此外也不能出現(xiàn)后一工序無法完成條料加工的現(xiàn)象，以及凸?；虬寄Ｉ蠜]有符合要求的強(qiáng)度完成該制件的加工。詳細(xì)的加工工序如下：沖側(cè)刃→沖導(dǎo)正銷孔→沖孔→落料→彎曲→分離。

4.3 排樣設(shè)計(jì)

結(jié)合該制件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)軟件，對(duì)各個(gè)工位的工位圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出的工位數(shù)量共計(jì)6個(gè)，同時(shí)每個(gè)工位的加工操作步驟詳見圖2所示。

圖2 腳輪支架排樣圖

通過對(duì)導(dǎo)正銷的使用，對(duì)條料進(jìn)行導(dǎo)正，用來保證制件加工的品質(zhì)，此外為了防止彎曲回彈對(duì)制件加工產(chǎn)生精度誤差，選取相應(yīng)的措施來補(bǔ)償回彈數(shù)值。

4.4 材料利用率的計(jì)算

在對(duì)材料的利用率進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，通常情況下，計(jì)算一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率。

式中 S1——一個(gè)步距內(nèi)零件的實(shí)際面積

S0——一個(gè)步距內(nèi)所需毛坯面積

A——送料步距

B——調(diào)料寬度

結(jié)合該模具的排樣設(shè)計(jì)，可以得出該模具的步距A=31.8mm，該制件的條料寬度大小為B=80mm。

采用CAD軟件，對(duì)制件的面積進(jìn)行自動(dòng)測量，可以得出制件的面積大小為：

將各項(xiàng)參數(shù)代入公式中，可以得出：

因此，通過計(jì)算得出其材料利用率為50.64%。

5 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工作過程

模具裝配圖如圖3所示。模具工作過程：通過導(dǎo)料板的作用把該沖壓模具中使用的材料放置到相對(duì)應(yīng)的地方，隨著上模向下運(yùn)動(dòng)，凸模將其壓入凹模中，完成對(duì)導(dǎo)孔的沖壓，并且沿著該材料的條料邊界切除一塊長度和送料進(jìn)距均相同的料邊，這樣能夠更加方便下一次的沖裁定位工作，然后上模逐步向上運(yùn)動(dòng)，這個(gè)時(shí)候彈性卸料板會(huì)卸掉凸模的條料，完成沖裁后，最后由彎曲模完成兩側(cè)直角部位的成形，不斷的重復(fù)加工，一直到?jīng)_壓完成，得到相應(yīng)制件。

圖3 種樹機(jī)腳輪支架級(jí)進(jìn)模裝配圖

6 結(jié)束語

本次設(shè)計(jì)采用沖壓成形工藝加工種樹機(jī)腳輪支架，經(jīng)過多方案比較采用多工位級(jí)進(jìn)模沖壓成形，可以在同一副沖壓模具中實(shí)現(xiàn)沖裁和彎曲等多個(gè)不同的加工工序，實(shí)現(xiàn)了高效率、高精度沖壓生產(chǎn)目標(biāo)，對(duì)類似模具的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值[3～4]。