軸用彈簧擋圈的沖壓工藝分析及模具設(shè)計(jì)5

1、-作者xxxx-日期xxxx軸用彈簧擋圈的沖壓工藝分析及模具設(shè)計(jì)5【精品文檔】軸用彈簧擋圈的沖壓工藝分析及模具設(shè)計(jì)袁泉，劉光超（四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，四川 自貢 643000）摘 要：介紹一副用于制造軸用彈簧擋圈的模具，對其工藝方案、排樣及壓力中心作了詳細(xì)的分析，設(shè)計(jì)出多工位級進(jìn)模結(jié)構(gòu)，并對模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，模具結(jié)構(gòu)合理可靠，對同類零件的加工具有一定參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：軸用彈簧擋圈；沖壓工藝；模具設(shè)計(jì)；級進(jìn)模中圖分類號：TG386.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：Shaft circlip stamping die design and process analysisYuan Q

2、uan, Liu Guangchao （School of Mechanical Engineering，Sichuan University of Science & Engineering，Zigong 643000，China）Abstract：Introduced a pair of spring retainer shaft used in the manufacture of molds for stamping in the process, the process plan and basic layout analysis, the design of the mul

3、ti-position progressive die stamping partition structure, and mold design key points a summary of the mold structure, reliable, high precision and productivity, as part of the same process provides a reference.Key words：spring sheet; stamping process; die design; Progressive Die 0 引言軸用彈性擋圈是一種安裝于槽軸上，

4、肪止零件軸向竄動的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件，在機(jī)械工程領(lǐng)域需用量大且使用廣泛，適宜采用沖壓模具大批量生產(chǎn)。由于該擋圈的內(nèi)徑比裝配軸徑稍小，安裝時(shí)須用卡簧鉗插入擋圈的鉗孔中擴(kuò)張擋圈，才能放入預(yù)先加工好的軸槽上，因此國家標(biāo)準(zhǔn)中對擋圈的結(jié)構(gòu)和尺寸精度有較高的要求。下面以適配軸徑32mm規(guī)格的軸用彈性擋圈為例，介紹該類零件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)。1 工藝性分析如圖1所示，軸用彈性擋圈工件較小，厚度僅為1.2 mm。沖裁輪廓由內(nèi)外圓弧段、開口處直線段及2個(gè)鉗孔組成，其內(nèi)、外圓弧的中心在橫向有一偏心距，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。由公差等級表確定其加工精度為：擋圈內(nèi)圓弧mm為IT8級，偏心距mm為IT10級，其余尺寸未注公差，按IT14

5、級確定。普通沖裁所能達(dá)到的精度一般為IT10-14級，故除內(nèi)圓弧尺寸外的其余尺寸均可采用IT8級的普通沖裁模。由于內(nèi)圓弧尺寸精度等級較高為IT8級，其對應(yīng)模具尺寸可采用IT7-6級精度設(shè)計(jì)。材料為彈簧鋼65Mn，其延伸率為14-22.5%，屈強(qiáng)比為0.63-0.75，沖壓性能與Q275接近，適合沖壓成型，且綜合力學(xué)性能優(yōu)于碳鋼。但彈簧鋼沖裁過程中彈性變形量大，彈性回復(fù)值較高，使得擋圈上尺寸為3mmm的開口不易保證，因此模具應(yīng)考慮回彈設(shè)計(jì)。圖1 零件圖Fig.1 Parts Figure2 沖壓工藝方案的確定mm，而擋圈上相應(yīng)部位的最小寬度約為2 mm，故受到擋圈結(jié)構(gòu)尺寸的限制和凸凹模壁厚強(qiáng)度的

6、要求，不能采用復(fù)合模結(jié)構(gòu)；級進(jìn)模是一種工位多，效率高的沖模，廣泛應(yīng)用于尺寸較小沖件的生產(chǎn)，其沖孔和落料分別安排在2個(gè)工位進(jìn)行，從而保證了刃口的壁厚強(qiáng)度要求，因此，綜合比較，采用沖孔-落料級進(jìn)模沖裁是最佳方案。3 排樣設(shè)計(jì) 合理的排樣是提高材料利用率、降低成本，保證沖件質(zhì)量及模具使用壽命的有效措施。軸用彈性擋圈輪廓為簡單圓結(jié)構(gòu)，其排樣主要有單排，雙排，三排方式。單排方式材料利用率較低不予考慮，計(jì)算出雙排利用率22.86%，三排利用率24.69%，因此采用三排。送料方式為側(cè)刃定距，為保證料尾材料的充分利用，側(cè)刃采用對角布置。如圖2所示。工作時(shí)，條料每次送料距離為40 mm，從左向右工位順序如下：第

7、1工位沖2個(gè)中間排鉗孔，第2工位沖中間排內(nèi)輪廓圓孔、上下排4個(gè)鉗孔及下側(cè)刃，第3工位空工位+導(dǎo)正銷，第4工位沖上下排2個(gè)內(nèi)輪廓圓孔，第5工位中間排外輪廓落料，第6工位空工位，第7工位上下排外輪廓落料,第8工位沖上側(cè)刃。圖2 三排排樣圖Fig.2 Three in a row like Figure4 壓力中心的確定 級進(jìn)模屬于多凸模沖裁模具，各凸模合力的作用點(diǎn)就是級進(jìn)模的壓力中心。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心線重合，否則因滑塊承受偏心載荷，模具合理間隙不能保證,從而影響工件質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。根據(jù)力學(xué)原理，合力對某軸的力矩等于各個(gè)分力對同軸力

8、矩的代數(shù)和，可建立圖3所示坐標(biāo)系，壓力中心坐標(biāo)按以下公式計(jì)算： 圖3 壓力中心計(jì)算圖Fig.4 Calculation of the center of pressure將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入，計(jì)算出壓力中心坐標(biāo)為X。=77mm，Y。=0。級進(jìn)模由于工位多，且沖裁力最大的落料工序一般在最后工位，若嚴(yán)格按壓力中心與滑塊中心重合來布置模具，模具在工作臺上的尺寸會出現(xiàn)沿送料方向前短后長的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，還會影響其他結(jié)構(gòu)的布置空間（如模具漏料孔與壓力機(jī)工作臺孔）的布置，為此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，允許壓力中心與滑塊中心有合理偏離，原則上偏離值不超過壓力機(jī)模柄孔的投影范圍。本設(shè)計(jì)中模柄孔尺寸為50，故壓力中心可偏離滑塊中心

9、25 mm以內(nèi)。結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)工作原理模具總裝圖見圖5。條料從右向左進(jìn)料，每次送料距離為40mm，由前后對角排列的兩個(gè)側(cè)刃控制步距。工作時(shí)，上模下行，彈性卸料板壓住板料，隨后沖鉗孔凸模、沖內(nèi)輪廓孔凸模，外輪廓落料凸模分別在不同的工位完成沖裁。為了消除送進(jìn)導(dǎo)向和送料步距的定位誤差，模具在第3工位設(shè)置了導(dǎo)正銷，導(dǎo)正條料位置，保證后續(xù)工位外輪廓落料外形與內(nèi)孔的相對位置公差要求。從第9個(gè)工位開始，每向前送1個(gè)步距，就可得到3個(gè)擋圈零件。圖4模具總裝圖Fig. 4 The mold assembly diagram5.2沖鉗孔小凸模設(shè)計(jì)由于擋圈鉗孔的尺寸較小，為2.5mm，需對其縱向抗彎曲能力和承壓能力

10、進(jìn)行校核，具體指標(biāo)為自由長度和直徑是否滿足要求。凸模采用無導(dǎo)向凸模結(jié)構(gòu)，計(jì)算出凸模允許的最小直徑為2.13.mm，最大自由長度為7.3mm，計(jì)算如下：沖鉗孔凸模設(shè)計(jì)直徑為>2.13.mm，凸模工作段設(shè)計(jì)長度為 mm，所以凸?？箯澕俺袎耗芰鶟M足要求。本模具結(jié)構(gòu)中，小凸模整體長度較長，為80mm，仍需要考慮一些措施來防止小凸模的折斷和失穩(wěn)彎曲： mm,4 mm,6 mm,8 mm進(jìn)行過渡，從而增加小凸模整體的工作強(qiáng)度和剛度；在各個(gè)直徑臺階過渡部位，為防止削弱小凸模根部的強(qiáng)度，要求必須用圓角過渡，而不能加工倒角；選用精度和剛度好的四角導(dǎo)柱模架，保證模具間隙的均勻；適當(dāng)選用較大的沖裁間隙，可降

11、低部分沖裁力，減小對小凸模的沖擊力。小凸模結(jié)構(gòu)圖見圖5。圖5小凸模結(jié)構(gòu)圖Fig. 5 The mold assembly diagram5.3異形凸、凹模設(shè)計(jì)擋圈外輪廓落料工序，由于落料輪廓為非圓形，其凸、凹模的工作部分均為異形，考慮到安裝固定的方便，以異形凸模為例，將其中間配合部位和尾部固定部分設(shè)計(jì)為圓形，配合部位尺寸44按過渡配合H7/m6設(shè)計(jì)，尾部固定部分尺寸48用于形成臺階式固定。異形凸模工作中不允許轉(zhuǎn)動，通常是添加防轉(zhuǎn)銷防止轉(zhuǎn)動，但考慮到拆裝的方便性，本設(shè)計(jì)采用將尾部固定臺階圓周兩端銑削成防轉(zhuǎn)面，與凸模固定板上固定孔對應(yīng)的防轉(zhuǎn)面配合固定，即可實(shí)現(xiàn)防止轉(zhuǎn)動的目的，見圖6。異形落料凹模的

12、防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與異形落料凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類似。圖6異形凸模結(jié)構(gòu)圖Fig.6 The mold assembly diagram5.4擋圈開口防回彈設(shè)計(jì)擋圈開口處材料產(chǎn)生切斷變形，會使得材料內(nèi)部應(yīng)力的平衡受到破壞，材料因彈性恢復(fù)易產(chǎn)生回彈，由于材料為彈簧鋼，更加劇了回彈的變形程度。結(jié)果使得擋圈上尺寸為3mm的開口因回彈而大于3mm，并形成錐形開口，將對擋圈的安裝使用產(chǎn)生影響。為了得到開口尺寸精確的擋圈，在凸、凹模刃口尺寸設(shè)計(jì)上，可選用較大的沖裁間隙，因?yàn)槁淞线^程中材料除受剪切外，還受較大的拉伸和彎曲變形，當(dāng)增大間隙，在落料后，尺寸向?qū)嶓w方向收縮，起到補(bǔ)償開口回彈的作用，合理的較大間隙可在試模時(shí)逐步修模確

13、定。5.5斜排料漏料孔的設(shè)計(jì)計(jì)算擋圈所需的沖裁力并考慮裝模高度要求，選擇公稱壓力為250KN 的壓力機(jī)，其工作臺漏料孔尺寸左右260 mm，前后130 mm，直徑180 mm。模具工作時(shí)，必須確定好制件或廢料的排出位置，原則上該位置需對應(yīng)位于漏料孔尺寸范圍的上方，才能確保產(chǎn)生的制件或廢料均通過該漏料孔向下排出。經(jīng)合理安排，在模具壓力中心偏離壓力機(jī)滑塊中心20mm時(shí)，外輪廓落料后得到的工件可由下模座外輪廓輪廓孔漏料區(qū)排出，沖擋圈內(nèi)輪廓孔廢料可由下模座內(nèi)輪廓孔漏料區(qū)排出，而沖鉗孔廢料的位置則偏離了工作臺漏料孔范圍區(qū)14.8mm，此時(shí)，可考慮將在下模座對應(yīng)位置開一斜排料孔，將鉗孔廢料導(dǎo)入內(nèi)輪廓孔漏料區(qū)排出。至于側(cè)刃沖裁廢料，由于位置離工作臺漏料孔區(qū)太遠(yuǎn)，可考慮直接在下模座開一斜排料槽排出到工作臺上，達(dá)到一定量時(shí)人工清理。6 結(jié)束語經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)驗(yàn)證，模具結(jié)構(gòu)合理、布局緊湊，方案可行。模具生產(chǎn)效率高、安全可靠，所沖工件尺寸精度達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求，對同類零件的模具設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。 參考文獻(xiàn)1 周美蓉,呂孟春.汽