第六章 復(fù)合模

第六章復(fù)合模第一節(jié)概述第二節(jié)復(fù)合模設(shè)計示范

第一節(jié)概述前幾章介紹了各種單工序沖壓模具的設(shè)計方法，在實際生產(chǎn)中常常將幾個單工序沖壓過程集中于一套模具來完成，這種在一副模具上、在沖床的一次行程中，在同一工位上完成兩種或兩種以上沖壓工序的模具稱為復(fù)合模。一、復(fù)合模的特點1、生產(chǎn)效率成倍提高2、提高沖壓件的質(zhì)量復(fù)合模的同心度誤差在±0.02~±0.04mm以內(nèi)。3、對模具制造精度要求較高由于復(fù)合模要在一副模具中完成幾道沖壓工序，故模具結(jié)構(gòu)一般比單工序模復(fù)雜，而且各零部件在動作時要求相互不干涉、準(zhǔn)確可靠。這就要求模具的制造精度較高。因此模具的制造成本也就提高了，制造周期相對延長，維修也不如單工序模簡便。二、復(fù)合模的種類按復(fù)合工序的性質(zhì)分類，復(fù)合模有以下幾種：（1）沖裁類復(fù)合模如落料、沖孔復(fù)合模、切斷、沖孔復(fù)合模等。（2）成形類復(fù)合模如彎曲復(fù)合模、復(fù)合擠壓模等。（3）沖裁與成形復(fù)合模如落料、拉深復(fù)合模、沖孔、翻邊復(fù)合模、拉深、切邊復(fù)合模、落料、拉深、沖孔、翻邊復(fù)合模等。按卸料方法分類，復(fù)合模有可分為：

順裝與倒裝兩種。

三、選擇復(fù)合模的原則1、生產(chǎn)批量大批量更適合使用復(fù)合模。2、沖壓工件的精度當(dāng)沖壓工件的精度與同軸度要求高；形狀復(fù)雜，重新定位可能產(chǎn)生較大加工誤差的沖壓工件，應(yīng)考慮采用復(fù)合模。3、復(fù)合工序的數(shù)量一般復(fù)合模的復(fù)合工序數(shù)量在四工序以下，更多的工序?qū)?dǎo)致模具結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，同時模具的強度、剛度、可靠性也將隨之下降，制造及維修更加困難。在分析沖壓件的特點，確定是否采用復(fù)合模時，可參照以上原則及表2-8、表2-9綜合進行考慮。四、復(fù)合模設(shè)計要點

從設(shè)計本質(zhì)與單工序模無區(qū)別，但根據(jù)實際經(jīng)驗，需注意以下幾個問題：1、曲柄壓力機的許用壓力曲線與復(fù)合模壓力曲線的關(guān)系對于單工序沖壓加工，沖壓力曲線不能超過曲柄壓力機許用壓力曲線，否則設(shè)備會因超載而損壞。對復(fù)合模加工也應(yīng)滿足這一要求。但由于復(fù)合沖壓時所用壓力機的行程中有更大比例的工作行程，這樣就容易造成超載。尤其是對落料、拉深復(fù)合模，落料在先，拉深在后，落料力一般較大，拉深力較小，而設(shè)備壓力曲線的變化趨勢則相反，所以極易產(chǎn)生超載，如右圖。因此在選擇設(shè)備時要特別注意。2、復(fù)合模中凸凹模的設(shè)計在復(fù)合模中最具特點的模具零件是凸凹模。由于凸凹模的壁厚是由沖壓工件的尺寸形狀決定的，而凸凹模的壁厚從強度上要求不能過薄，否則模具壽命太短。因此凸凹模的壁厚在設(shè)計時必須進行校核，使之大于壁厚值。最小壁厚值一般由經(jīng)驗定。并且，當(dāng)凸凹模裝于上模時（正裝復(fù)合模），內(nèi)孔不積存廢料，凸凹模受到的脹力小，此時最小壁厚可小一些，其值m可按式（2-27)確定.當(dāng)凸凹模裝于下模時（倒裝復(fù)合模），凸凹?？卓谥蟹e存有廢料，孔口授脹力大，此時最小壁厚要大些。其值m見表6-1。3、復(fù)合模中的卸料、推件裝置在復(fù)合模中由于有較多的動作要在沖床的一次行程中完成，為簡化模具結(jié)構(gòu)，通常將一些輔助動作，如卸料及推件，采用彈性裝置來完成。同時彈性裝置也可使沖壓工件在整個沖壓過程中始終受到壓力，而沖壓工件的平整度更好。4、復(fù)合模選用的模架由于復(fù)合模的精度較高，故復(fù)合模的模架也應(yīng)選用精度較高的模架。滾珠式模架相對于滑動式模架具有導(dǎo)向精度高壽命長的優(yōu)點，因此常選用滾珠式模架。模架中的模座也長選用鋼板模，以代替普通的鑄鐵模座。對要求精度高的復(fù)合模，可采用球面浮動模柄，以減小沖壓設(shè)備或模具安裝時的誤差對模具的不利影響。應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)采用浮動式模柄時，導(dǎo)柱不能離開導(dǎo)套，否則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的機床和人身事故。5、復(fù)合模工作部分零件的材料選用

復(fù)合模的工作部分零件應(yīng)選用加工性較好的材質(zhì)，如應(yīng)選用：耐磨性好、淬透性高、熱處理變形小的材料。第二節(jié)復(fù)合模設(shè)計示范一、落料、沖孔、彎曲復(fù)合模工件名稱：蓋板生產(chǎn)批量：大批量材料：Q235-A鋼，厚度t=3mm工件簡圖：如右圖所示1、沖壓工件的工藝分析一般對于這樣的工件，通常采用先落料、沖孔，再彎曲的加工方法。由于批量大，考慮將三道工序放到一起進行。將三道工序復(fù)合在一起，可以有以下兩個不同的方案：1）先落料，然后沖孔和彎曲在同一工步；2）落料、沖孔為同一工步先完成，然后進行彎曲。采用方案1），不易保證長度尺寸的精度，而且易使內(nèi)孔沖頭磨損，降低模具壽命。經(jīng)分析、比較確定用方案2）。對于彎曲的回彈，可以用減小間隙的方法來避免或減小回彈。該沖壓工件的形狀較為簡單且對稱，彎曲部分有R=2.5mm的圓角過渡。除孔有精度要求外，其余尺寸精度要求不高。材料為Q235-A鋼，其沖壓性能較好，空域外緣的壁厚較大，根據(jù)表6-1知復(fù)合模中的凸凹模壁厚部分具有足夠的強度。因此該沖裁件可選用落料、沖孔及彎曲的復(fù)合模。2、主要工藝參數(shù)計算

1）毛坯的尺寸計算見毛坯的工件展開圖按彎曲件展開來計算，中性層r=R+Kt式中：r—中性層半徑（mm）；R—彎曲內(nèi)半徑，R=2.5mm；K—中性層位置因數(shù)，由表3-2查出K=0.3;t—材料厚度，t=3mm。則中性層半徑r=2.5+0.3mm×3mm=3.4mm。中性層長度直線部分長度為：a=15mm-2.5mm-3mm=9.5mmb=86mm-2.5mm-3mm=80.5mmL=a+b+l=9.5mm+80.5mm+5.34mm=95.34mm按彎曲件展開來計算:

式中：r—中性層半徑（mm）；R—彎曲內(nèi)半徑，R=2.5mm；K—中性層位置因數(shù)，t—材料厚度，t=3mm。則中性層半徑r=2.5+0.3mm×3mm=3.4mm。中性層長度直線部分長度為：a=15mm-2.5mm-3mm=9.5mmb=86mm-2.5mm-3mm=80.5mmL=a+b+l=9.5mm+80.5mm+5.34mm=95.34mm返回則毛坯的外形尺寸為：由表2—16可查得沖裁時的搭邊值a=3mm、a1=2.5mm，則條料寬度為：

b=40mm+2×3mm=46mm送進步距為：h=95.34mm+2.5mm=97.84mm2）壓力中心計算

因該工件是軸對稱零件，所以其中心在對稱中心線上。計算壓力中心時，僅考慮如右下圖所示x方向的值。設(shè)模具的壓力中心坐標(biāo)為xc、yc，則yc=0。3)各部分工藝力計算（1）落料力計算F落=1.3Ltτ式中：F落—落料力(N)；L—工件外輪廓周長(mm);t—材料厚度(mm)；t=3mm；

τ—材料的抗剪強度。由書末附錄A1查得τ=310MPa。L=2×(14.84+80.8)mm+26mm+40mm=257.28mm則:F落=(1.3×257.28×310)N≈311.05kN(2)沖孔力計算

F沖=1.3Ltτ式中L—工件內(nèi)輪廓周長(mm)

則F沖=[1.3×3.14×(18+6)×3×310]N≈91.11kN(3)卸料力F卸=K卸F式中—K卸卸料力因數(shù)，其值由表2-15查得K卸=0.03，則：F卸=K卸F落≈9.33kNF’卸=K卸F沖≈2.73kN（4）推件力

F推=nK推F沖式中K推—推件力因數(shù)，其值由表2-15查得K推=0.045。沖孔凹模刃口直壁高度h=6mm，則：

P推=2×0.045×91.11kN≈8.2kN（5）彎曲力計算按近似壓彎力公式計算：式中：F1—自由彎曲力(N)；B—彎曲件的寬度，B=40mm；t—彎曲件的厚度，t=3mm；R—彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，R=2.5mm；σb—材料的強度極限；由書末附錄查得σb=380MPa；K—安全因數(shù)，一般取K=1.3。則（6）壓料力

FQ的值可近似取自由彎曲力的30%~80%，

即：FQ

=0.8×F1=0.8×22.63×103=18.11kN

則總沖壓力為F總=F落+F沖+F卸+F’卸+F推+F1+FQ=

(311.05+91.11+9.33+2.73+8.2+22.63+18.11)×103N≈465.16kN

4）沖壓設(shè)備的選擇

為安全起見，防止設(shè)備的超載，可按公稱壓力F壓(1.6～1.8)F總的原則選取壓力機。參照書末附錄B3可選取公稱壓力為630kN的開式雙柱可傾壓力機，該壓力機與模具設(shè)計的有關(guān)參數(shù)為：公稱壓力：630kN滑塊行程130mm

最大閉合高度：360mm封閉高度調(diào)節(jié)量：80mm

工作臺尺寸：480mm×710mm模柄孔尺寸：ф50mm×80mm3、主要工作部分尺寸計算

落料凹模、沖孔凸模、凸凹模和彎曲模的工作關(guān)系如圖6-6所示。根據(jù)表2-10查得，沖裁模初始雙面間隙未注公差的毛坯的尺寸按照IT14級精度計算，也可查書末附錄D1。磨損因數(shù)x的值見表2-13。1）落料刃口尺寸計算設(shè)沖裁凸模、凹模分別按IT6和IT7級制造，也可查表2-12。工件尺寸凸模尺寸凹模尺寸校核：對于l1:0.02mm+0.02mm=0.04mm<0.06mm對于l3:0.02mm+0.025mm=0.045mm<0.06mm對于l4：0.02mm+0.03mm=0.05mm<0.06mm對于L：0.025mm+0.035mm=0.06mm證明了所取的δ凸和δ凹是合適的。2）沖孔刃口尺寸計算

對于孔沖裁凸模、凹模的制造公查可由表2-12查得，δ凹=0.02mm，δ凸=0.02mm，則：則取模具的凸、凹模的制造公差為IT5級，查書末附錄E3得δ凸=δ凹=0.008mm，則：對于孔心距C=37±0.3mm，

C凸=C±δ凸=37±(0.3/4)mm=37±0.075mm3）彎曲部分尺寸計算由于該彎曲不易施加側(cè)向壓力，故不能施加校正彎曲力，側(cè)面與大孔的間距又有精度要求，精度等級為IT11級。因此，采用減少彎曲凸、凹模的間隙來減少回彈。凸模的圓角半徑與零件的彎曲半徑相同，R凸=2.5mm。凹模的圓角半徑由表3-7查得，R凹=5mm。凸、凹模單面間隙值Z/2=0.9t=2.7mm。對于工件尺寸，取彎曲凸模、凹模的制造公差I(lǐng)T7和IT8級，查書末附錄的δ凸=0.035，δ凹=0.054。按式（3-9）得，其工作部分尺寸如圖6-5所示。返回4、模具主要零件及結(jié)構(gòu)設(shè)計模具的結(jié)構(gòu)簡圖如6-6，主要由上模座、下模座、落料凹模、沖孔凸模、彎曲凹模、凸凹模、活動凸模、卸料板、壓料板、固定板、墊板等零件組成。1)卸料零件的計算

該模具采用彈性卸料裝置。根據(jù)工廠經(jīng)驗可按所選彈簧的最大工作負(fù)荷，并使來選擇彈簧。下卸料裝置初定9根彈簧，則每根彈簧分擔(dān)的卸料力為：根據(jù)頂壓力F預(yù)（0.5×1073N=536.5N）和模具結(jié)構(gòu)尺寸，由書末附錄C1中可選序號62～67的彈簧，其F1=1120N>1073N。檢驗是否滿足：其中s工作=15mm+1mm=16mm，查附錄C1及負(fù)荷一行程曲線，可得下列有關(guān)數(shù)據(jù)。

故選取66號彈簧，外徑D=40mm，鋼絲值徑d=6mm，自由狀態(tài)下高度H=140mm。彈簧序號HH1S1=H-H1S預(yù)s總=s工作+s預(yù)+s修磨(=6)625036.113.9729637049.320.71133649062.527.514366511075.634.418406614095.444.6224467170115.254.83052返回彈簧的裝配高度H2=H-s預(yù)=118mm。

下卸料板厚度取20mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)選用280mm×170mm×20mm標(biāo)準(zhǔn)模板，內(nèi)孔與凸凹模間隙為0.1mm。

同理，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)尺寸，上卸料裝置由書末附錄C1中選取2個38號彈簧，外徑D=20mm，鋼絲直徑d=3mm，自由狀態(tài)下高度H=65mm；裝配高度H2=123mm。2）凸凹模外形尺寸

該凸凹模的最小壁厚為7mm。

通過表6-1校核，可知凸凹模的壁厚有足夠的強度。根據(jù)下卸料彈簧和下卸料板的厚度及模具結(jié)構(gòu)，可選取凸凹模的高度為78mm。其結(jié)構(gòu)如右圖。3）模架的選擇凹模外形尺寸及彈簧尺寸確定后，可參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取后側(cè)導(dǎo)柱模架280mm×170mm×220mm～265mm(GB/T2851.3—90)。上模座：280mm×170mm×50mm材質(zhì)為HT200下模座：280mm×170