斜面蓋沖孔工藝及模具設計

文／鐘翔山·江西省新余市長林集團長林機器公司

李松林·江西省新余市賽維太陽能高科技有限公司

斜面蓋沖孔工藝及模具設計

文／鐘翔山·江西省新余市長林集團長林機器公司

李松林·江西省新余市賽維太陽能高科技有限公司

通過對沖切凸模在斜面沖切過程中受力及其所產生影響的分析，設計了合理的模具結構。同時，針對斜面沖孔的加工難點，系統歸納了在斜面沖孔模設計時，在模具結構中可采取的措施及方法。

零件結構

圖1為某改進產品上的斜面蓋，由料厚為1mm的Q235-A鋼板制成，該產品已小批量生產，根據安裝要求，需要在已彎曲好的斜面蓋頂部沖切出矩形孔。

斜面沖切工藝難點

與在平面上沖孔相比，在斜面或錐面上沖孔（斜沖），其凸、凹模的受力情況和工件材料的變形及分離過程要復雜得多。平面沖孔時，凸模與沖孔平面垂直，盡管剪斷面上除剪應力外還有側向拉應力或壓應力，但對于封閉輪廓線而言，各向的側應力基本上可相互抵消，所以凸凹模仍然處于穩定的平衡狀態，不會發生明顯的橫向偏移。但斜沖時，凸模處于傾斜位置，不垂直于沖孔平面，凸模沿被切輪廓線無論是同時切入還是由局部切入后再逐漸推移都會產生較大的側向力。對矩形斷面凸模來說，斜面最上與最下兩條邊和普通平板的沖裁變形相同，而對兩條斜邊的沖載，除了垂直向上的沖裁變形抗力FC外，還將水平受到一個作用在凸模上的側向分力FS，受力如圖2所示。

側壓力的存在將使凸模工作時發生歪斜，造成間隙不均勻。當斜面角大時，產生的側壓力就大，對凸模零件的影響也就越大，為此，在模具設計中須有針對性地采取措施。

模具設計

模具結構及工作原理

采用的模具結構如圖3所示。

模具工作時，將彎曲好的半成品安裝在凹模上，并使之與凹模較好地吻合。隨著壓力機滑塊的下移，在凸模與凹模共同作用下將矩形孔沖切出來。

設計要點

圖1 斜面蓋結構圖

圖2 沖切凸模受力分析圖

在模具設計時，為保證斜沖時零件的穩定、可靠，模具間隙a取單面間隙的0.5倍，b則取標準查表間隙的1.5 倍，以減小側向力FS的影響。該間隙分配的目的是當凸模在受側向力向外偏移時，能使單邊間隙都在標準間隙值上、下限之內，以保證沖切斷面良好，沖切順利進行。

圖3 斜面蓋沖孔模

結構設計分析

在斜面上沖孔時，沖孔凸模不可避免地要承受側向力的作用，進而使凸模承受該力所引起的彎矩，造成凸模的偏移。當彎矩過大時可將凸模折斷。當偏移較大時就破壞了凸、凹模間隙的均勻性，使模具磨損加劇，模具壽命降低，同時也使工件毛刺增大，導致切斷面質量和尺寸精度降低。當偏移進一步增大時將導致凸、凹模相互卡死，甚至擠裂，引發模具、設備等安全事故。因此，應盡量將工件的斜沖改為平沖，將凸模由傾斜改為垂直于沖孔平面。具體可考慮以下兩種方法：將工件翻轉，使斜面處于水平位置，但應注意工件定位的可靠性；將凸模安裝在斜面的法線方向，利用楔塊傳動推動凸模進行垂直沖裁，但該方法將直接導致模具結構的復雜化。

在企業生產中，為簡化模具結構，降低制造成本，當工件的斜面傾斜角度不是很大（α＜45°）時，仍可直接采用斜沖方式，但必須采取措施以減小側向力引起的彎矩和防止凸模的橫向偏移，在模具結構上可采取的對策主要有：

⑴凸模加裝固定護套。護套固定在凸模固定板上，與凸模緊密配合，為了充分發揮護套的保護作用，凸模露出護套的刃口部分應盡可能縮短，模具結構如圖4所示。

圖4 凸模加裝固定護套

圖5 彈壓導板導向

圖6 斜刃凸模的刃口斜角

圖7 沖切大斜面角時凸模的結構

⑵采用彈壓導板。利用彈壓導板對凸模進行導向和平衡側壓力，模具的彈壓導板與凸模制成小間隙配合，模具結構如圖5所示。

⑶提高導向精度。采用滾動式導柱、導套模架進行導向，有助于平衡并減小側向力引起的彎矩，從而防止凸模的橫向偏移，為消除壓力機精度對模架導向精度的影響，也可在滑動式導柱、導套模架結構中采用浮動模柄。

⑷確定合理的凸模形狀。當α＞15°時，由于側向力較大，可采用0＜β＜α的斜刃凸模結構來減小側向力所造成的影響，β與α的差值可按α－β＝(1°～3°)確定，其結構及受力分析如圖6所示。圖中，β為斜刃凸模的傾斜角度，F為沖裁力，Q為側向力，F合為F和Q的合力。

之所以采用這種結構，因為當0＜β＜α時，能保證凸模右邊刃部先切入板料，而該刃部呈鈍角形狀，強度較好。特別是此時F和Q對凸模產生的彎矩方向正好相反，即MF為逆時針方向，MQ為順時針方向，二者可以抵消一部分，從而降低了凸模所受的總彎矩，提高了凸模的抗彎強度。

當α≤15°時，也可取β＝0，此時仍然是凸模右邊刃部先切入板料，其受力情況與0＜β＜α時類似，且這種平口凸模形狀簡單，加工方便。

此外，在沖切斜面零件時，要仔細分析考慮側向力對凸模造成的偏移，這種偏移對小凸模產生的后果就更為嚴重，甚至可能影響到沖切的斷面質量及沖切過程的順利進行，適當地調整初始間隙值，保證模具工作時的合理間隙。

當15°＜α＜45°時，由于凸模斜角較大，尖角過于尖銳，沖切時容易崩刃。因此，采取如圖7所示的處理方式，將尖角磨掉1mm，形成一微小平臺，從而解決崩刃問題。

結束語

在斜面沖孔中，針對模具結構設計以及模具加工過程中出現的難點，采取合理有效的措施來加以解決，可有效提高模具使用壽命及產品質量的穩定性。