Abstract：In this paper,it describes the structure,work principle,design methods of the key parts and the parameter calculation of a new three-process composite die for the cradle.By using it,the cut,punding and bending can be finished in a procedure with high efficiency and good quality.
　　Keywords：stamping　　composite die　　oblique plane bending

前言

　　圖1所示支承座是某新型設(shè)備上的重要鈑金沖壓件，使用材料是1Cr18Ni9Ti鋼板，材料厚度δ=1.5mm．該零件的沖壓特點是：材料屈服強度高，外形尺寸大，毛坯在彎成U形件后，還需將兩個邊都向內(nèi)折彎，并沖出Φ20mm的小孔．對于這mm種典型的U形件，在單件或小批量生產(chǎn)且技術(shù)要求不高時，可采用條料在折板機上成形，小孔在鉆床上制出；反之，則應(yīng)采用沖模成形．按照舊工藝，U形帶孔零件的沖壓工藝加工，一般都是采用落料、成形和沖孔3套模具，這種工藝方法生產(chǎn)效率低、工藝裝備多、經(jīng)濟效益差．由此新設(shè)計的三工序復(fù)合沖壓模具，可以高效優(yōu)質(zhì)地完成支承座的沖壓工作．

圖1　支承座（L－120mm）

1　模具結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1　模具結(jié)構(gòu)

　　支承座三工序復(fù)合沖壓模具結(jié)構(gòu)見圖2，主要工作部件由：固定斜楔、凹模、活動斜楔、成形凸模和沖孔凸模等組成，并采用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向形式的標(biāo)準(zhǔn)模架．

1安裝板　2彈簧　3模柄　4拉桿　5工件　6上模座　7固定斜楔
8側(cè)板　9導(dǎo)柱導(dǎo)套　10凹模　11下模座　12活動斜楔　13彈簧Ⅱ
14成形凸模　15沖孔凸模　16壓料板　17定位銷
圖2　支承座三工序復(fù)合沖壓模具

1.2　工作原理
　　支承座三工序復(fù)合沖壓模具的工作原理是^[1，2]，當(dāng)模具處于上極限待工作位置時，將毛坯條料（B=120^0.0_-0.5）放置在落料凹模和成形凸模上，并通過側(cè)板和定位銷定位．模具工作時，上模隨壓床滑塊下行，首先，在彈簧的作用下，壓料板壓緊毛坯，固定斜楔與凹模共同完成毛坯的落料工序、沖孔凸模完成ΨΦ20mm小孔的沖制工序；隨著壓床滑塊的繼續(xù)下行，固定斜楔對毛坯施實向下U形彎曲；同時，固定斜楔推動活動斜楔向模具中心移動，使毛坯向里彎曲，完成工件的最終成形工序．最后，模具到達(dá)下死點并隨滑塊開始向上運動，固定斜楔和沖孔凸模分別退出落料凹模和成形凸模，彈簧回復(fù)推動活動斜楔向模具兩側(cè)移動．此時，即可將已成形的工件從模具中取出，沖壓工作完成．

2　主要零件的設(shè)計

2.1　沖孔凸模
　　沖孔凸模材料為Cr12MoV鋼，熱處理硬度HRC58～62．因沖孔直徑較大，故該凸模屬于細(xì)長桿，在設(shè)計時應(yīng)進(jìn)行承壓和失穩(wěn)彎曲強度校核．在結(jié)構(gòu)上，力求提高凸模的強度和剛度，可將凸模設(shè)計為階梯軸或加裝凸模護(hù)套．

2.2　成形凸模
　　成形凸模可用T10A鋼制造，熱處理硬度HRC56～60．成形凸模形狀較復(fù)雜，壁厚不均，故在熱處理時務(wù)必謹(jǐn)慎．在實際操作時可采用預(yù)冷淬火或內(nèi)孔填塞石棉繩來減輕工件的熱處理變形和開裂傾向．

2.3　凹模
　　落料凹模可采用拼鑲式結(jié)構(gòu)，凹模磨損后，只須拆下鑲塊刃磨，再加裝適宜的墊片，即可保持凸、凹模間隙不變．凹模刃口處采用T10A鋼，熱處理硬度 HRC56～60，用螺釘和柱銷固定；本體用45鋼，熱處理硬度HRC28～32為．這樣可以減少貴重材料的使用，提高經(jīng)濟效益．

2.4　斜楔
　　模具中有固定斜楔和活動斜楔兩種．
2.4.1　固定斜楔
　　固定斜楔是重要的工作零件，有雙重作用．在毛坯落料時充當(dāng)凸模；還可推動活動凹模向模具中心移動，使工件完成最終成形．固定斜楔工作頻率高，受力較大，推薦使用T10A鋼制造，并淬硬至HRC56～60，使其能獲得較高的強度、耐磨性和韌性．
2.4.2　活動斜楔
　　活動斜楔采用45鋼，熱處理硬度HRC43～48，要求具有良好的耐磨性和運動穩(wěn)定性．

3　設(shè)計計算

3.1　沖裁力

P₁=K₁τL₁t　　(1)

式中　P₁－沖裁力，N；
　　　K₁－系數(shù)，取1.3；
　　　τ－材料剪切強度，MPa；
　　　t－板厚，mm；
　　　L₁－材料輪廓長度（落料和沖孔之和），mm．
　　將τ=550MPa、t=1.5mm、L=302.8mm代入式（1），可得到P₁=324753N。

3.2　彎曲力
　　支承座毛坯先彎成U形件后，再接著將兩個邊都向內(nèi)折彎時，所需彎曲力是相等的。對于U形接觸彎曲有：

P₂=K₂Bt2σ_b/(R+t)　　　　　(2)

式中　P₂－彎曲力，N；
　　　K₂－系數(shù)，取0.9；
　　　σ_b－材料抗拉強度，MPa；
　　　B－彎曲件寬度，mm；
　　　R－凸模圓角半徑，mm；
　　　t－板厚，mm．
　　將　σ_b＝700MPa、B=120mm、t=1.5mm、R=4mm，代入式（2）可得到P₂=30927N。

3.3　斜楔行程
　　固定斜楔行程主要根據(jù)與之配對活動斜楔（滑塊）行程確定：

　　　(3)

式中　W_r－固定斜楔行程，mm；
　　　W_s－活動斜楔行程，mm；
　　　β－固定斜楔角度，（°）；
　　　α－活動斜楔角度，（°）
　　一般情況下，β值取標(biāo)準(zhǔn)值為40°，則α=50°，可得到W_T=1.19W_s．

3.4　毛坯尺寸
　　當(dāng)彎曲件的彎曲半徑較大時（r/t>0.5），彎曲件毛坯長度可取等于中性層的長度．對于圖1所示工件有：

L=∑L₁+2π(r+kt)　　　　(4)

式中　L－彎曲件展開長度，mm；
　　　k－系數(shù)，取0.45；
　　　∑L－工件平直部分長度，mm；
　　　r－彎曲件內(nèi)半徑，mm；
　　　t－板厚，mm．
　　將∑L₁=316mm、r=4mm、t=1.5mm代入式（4）可得到L=345mm．
　　上述有關(guān)計算結(jié)果，可作為支承座三工序復(fù)合沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，工序安排及設(shè)備選型參考．

4　結(jié)束語

　　使用新型三工序復(fù)合沖壓模具，可以在一個工步中完成支承座毛坯的落料、沖孔、彎曲成形，生產(chǎn)率提高了6～8倍，減少了工藝裝備，零件沖壓工藝質(zhì)量也得到了顯著提高．對于典型的U形件彎曲成形具有重要借鑒作用．