厚板小孔冲裁模

图1为电装品上的关键零件，要求产量很大，材料为35钢，料厚为5.4mm，加工前进行调质处理，硬度17～23HRC，它上面的6个Ø5.20+0.15mm通孔是零件装配用的关键孔，位置精度要求较高。过去一直采用钻削加工工艺：各台阶尺寸加工到位(数控车床)→钻6个预孔(Ø4mm台钻)→扩6个孔(Ø5.20+0.15mm台钻)→后续工序。生产效率较低，而且存在位置精度差、孔径不易控制等缺点，无法满足大批量生产的要求。经分析，设计了一副小孔冲裁模，经试制基本满足了产品图要求，生产效率得到了大幅度的提高，取得了一定的经济效益。

图1 零 件

2 工艺分析

小孔冲裁与普通冲裁的主要区别为：①凸模需要可靠的导向结构；②压料力很大，约为冲裁力的10％～15％；③冲裁间隙很小，约为料厚的1.7％；④模具的卸料精度好。

考虑到工厂的实际情况和产品的工艺要求，该模具设计在普通1000kN冲床上进行生产，对于凸模没有采用精度很高的全长导向结构，而在压料板和上模板之间增加了一对小导柱，以提高凸模在冲裁全过程中的运行精度。

为使产品材料在冲裁中处于三向受压状态，以降低在冲裁初期因材料的拉伸作用而造成的凸模受力不均的影响，设计中压料弹簧选用了日本产的极重载荷的矩形弹簧，在凸模接触材料的瞬间压料力约为72kN。

对于冲裁间隙，按资料介绍2z=0.017t=0.0901mm，但考虑到模具的加工精度和产品的工艺性(孔两面要倒1mm×45°的角)，如完全按照资料推荐的冲裁间隙设计和加工，则可能使凸模的磨损加剧，而且对加工精度和设备精度要求太高；但如盲目的加大冲裁间隙，则会使产品的光亮带长度不够，无法满足产品质量要求。在实际试生产中经过多次调试，发现冲裁间隙控制在2z=0.15～0.2mm，孔的光亮带约为料厚的80％，能满足产品要求。

凸模长度校核：

Lmax≤270d2/P

式中 d——凸模的最小直径

P——冲裁力

Lmax——允许的凸模最小自由长度

冲裁力P=1.3τt×6×2πR=405kN,d=Ø5.3mm。

将各值代入式中得出Lmax≤60mm。而设计中凸模采用阶梯凸模，因此完全可行。

凸模压应力校核：

d≥4tτ/σ压

式中 t——材料厚度 τ——材料的抗剪强度 σ压 ——凸模材料的许用应力 d——凸模的最小直径

将各值代入式中得出σ压 ≥2350MPa，方能满足冲裁要求。在模具试用阶段，由于没有能满足该条件的材料，冲孔凸模暂时采用优质合金工具钢Cr12MoV。

3 模具设计

3.1 模具工作过程

图2为模具结构简图,将工件放在卸料器上，由凹模定位。上模下行， 压料板先压住工件， 使其贴紧凹模面，上模继续下行，增大压料力，进行冲裁。冲裁完后，上模上行，压料弹簧帮助凸模从材料中退出，卸料弹簧将工件顶出凹模面。

图2 模具结构1.下模座 2.专用螺母 3.卸料弹簧 4.卸料器 5.冲孔凹模6.导柱 7.导套 8.冲孔凸模 9.限位螺钉 10.压料弹簧11.上模座 12.浮动模柄 13.垫板 14.固定板 15.小导柱16.小导套 17.压料板

3.2 模具零件的设计

(1)凸模的设计和制造是本模具的关键，如图3所示，凸模由三阶梯组成，每级阶梯连接处不允许有应力集中点，R处全部由磨床靠磨出，并抛光。冲裁刃口由R0.1mm的圆角圆滑过渡，不允许有锋利的刃口，刃口尺寸Ø5.32-0.0150mm。另外冲孔凸模的硬度不应过高，硬度控制在55～58HRC。

图3 凸 模

(2)4根限位柱的长度应保证压料弹簧有足够的预压力，一般以压缩弹簧总长度的3％～5％为宜，而且4根限位柱的长度应保证一致，长度公差应控制在0.02mm为宜，以保证力量的均匀性。

(3)凹模的定位间隙应控制在0.02～0.04mm，6个凹模孔的位置度应严格控制，加工时以凹模定位圆为基准，各凹模孔的位置度公差控制在0.02mm为宜，以保证产品的位置度。

(4)压料板上的各个冲孔凸模过孔的位置精度应比较高，而且与冲孔凸模的配合间隙应很好，双边间隙控制在0.02mm以内。

3.3 注意事项

(1)模具必须安装限位柱，以最大限度地减少人为因素造成的模具损坏。

(2)因为冲裁力比较大，下模座应较正常模板厚一些。限位螺钉也要大一些，在试模过程中，曾经出现限位螺钉拉断的情况，应引起重视。

(3)模具的模柄最好采用浮动模柄，以减少设备精度对冲裁间隙和产品质量的影响。

(4)模具的装配精度应严格控制，特别是各孔冲裁间隙的均匀性，因为它对降低冲孔凸模的磨损程度十分重要。在装配中，要注意保证压料弹簧的预压量，以能在冲裁前对材料产生足够的静水压力。

4 结束语

该模具已生产2万多件产品，质量稳定，运行可靠，工效提高10倍以上。这说明只要注意各工艺参数的控制和调整，在比较简陋的生产条件下也能生产出较好的产品。在生产过程中凸模没有出现折断的现象，但凸模的工作部分磨损较为严重，平均每冲1500次，凸模磨损0.01mm。估计是凸模的许用应力没有达到要求的原因，目前已采购了瑞典的一胜百钢材做凸模，应能从根本上解决凸模的磨损。