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摘要：通過對連接塊孔徑為2．5mm、3．2mm，孔邊距為3mm、3．25mm的兩組加工圓孔的分析，并依據尺寸及沖裁力的計算，設計了一種由上模與下模組成的深孔沖模，其特點是以直通式結構避免凸模自由度過長帶來的隱患，同時以防脹圈的結構解決沖孔脹邊的問題。以沖孔工藝代替改鉆孔，一次沖裁成形不需二次裝夾，大大提高生產效率。
關鍵詞：沖深孔；沖裁力；孔邊距
0引言
連接塊作為常用的機箱零件，在實際生產中，一年需要幾萬塊的數量，因此需要特別設計模具進行加工。在一般的生產中，以鉆孔的方式對零件上的圓孔進行加工，但由于本文所需要的連接塊零件中，需要加工兩種不同規格的孔，在加工中，需要兩道工序進行沖孔，不僅降低加工效率，而且對零件的定位也產生一定的影響。因此設計一種沖孔模具，改鉆孔工藝為沖孔工藝，一次成形，可減少工序，大幅度提升工作效率。
1沖裁分析
1．1連接塊分析
連接塊如圖1所示。連接塊長18．5mm，寬13．5mm，厚度為3mm，由于功能的需要，需在連接塊中沖出兩組圓孔，直徑分別為2．5mm，3．2mm。沖孔特點：（1）由于孔邊距過小，即小孔中心距離邊界為3mm，大孔中心距離邊界3．25mm，小于模具加工推薦值，因此在沖裁過程中，容易發生脹孔現象，在加工過程中需采取一定措施，避免脹孔變形；（2）連接塊的厚度為3mm，厚度較大，沖孔為深孔沖裁，在設計中，需保證凸模的工作自由長度（即凸模固定板與卸料板間的空隙）不因過長而發生折斷；（3）沖孔零件容易出現走樣、擴張、沖偏等加工缺陷，加工精度受到很大影響，所以在模具的設計中必須考慮零件的定位。根據工藝要求：對于2．5mm孔，凸模直徑取2．6mm；對于3．2mm孔，凸模直徑取3．3mm。由于2．5mm孔的精度較高，孔壁要求光亮帶較長，該孔選取模具間隙0．1～0．12mm，3．2mm孔選取模具間隙0．35～0．4mm［1］。
1．2沖裁力分析
凸模沖裁如圖2所示。當凸模下降至與板料接觸時，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：F1、F2———凸、凹模對板料的垂直作用力；F3、F4———凸、凹模對板料的側壓力；μF1、μF2——凸、凹模端面與板料間的摩擦力，其方向與間隙大小有關，一般從模具刃口指向外；μF3、μF4———凸、凹模側面與板料間的摩擦力。因為模具間隙存在，所以F1、F2不在同一直線上，沖壓件受到彎矩M（M≈F1×Z2）作用從模具表面翹起，模具表面與加工件接觸面僅在刃口附近，接觸面寬度約為板厚的0．2～0．4?？拷＞呷锌诮佑|面間相互作用的垂直壓力越大。在工作過程中，沖裁力的大小隨著行程而變化，變化如圖3所示。（1）在A到B之間，沖裁力變化較大，此為沖裁過程中零件彈性變形的階段，因為在凸模開始接觸零件后受到的力急劇增加。（2）在B到C之間，凸模進入零件材料，在此過程中，零件屬于塑性變形階段，材料硬化加劇，載荷變化變慢。同時出現刃口裂紋。（3）隨著塑性變形的增大，材料硬化加劇，載荷變大，承載面積變小，當達到C點時，即沖裁力達到最大值。（4）在C到D之間，凸模繼續向下運動，零件內部出現裂紋擴張，后受承載面積超過了加工硬化面積的影響，此時沖裁力很快減小，稱為沖裁斷裂階段。為合理選擇壓力機和設計模具，需進行沖裁力計算。選擇平刃口模具沖裁時，由于4個孔同時進行沖裁，故沖裁力F為：K———安全系數（考慮刃口的磨損、模具間隙的波動、材料力學性能變化、波動材料力學性能變化厚度的偏差等因素而設置的安全系數），取1．3。經計算得：F＝48163．5N。
2模具設計
根據連接塊的特點，設計了一副深孔沖裁模具，如圖4所示。主要包括上模與下模，并利用對稱的4根導柱6對上模、下模及卸料板進行定位導向。
2．1上模結構設計
上模結構中主要包括：卸料彈簧、墊板、凸模固定板、卸料套、卸料板、凸模，如圖5所示。圖5所示的上模結構，依靠卸料彈簧1和卸料板5對連接塊零件進行卸料，同時卸料板還能夠對工作中的凸模6具有導向的作用；兩個彈簧以對稱的形式分布于兩側，設計在卸料套4的上端面，保證卸料的平穩性；由于需要對孔一次性進行沖裁，所以凸模設計為四根，直徑分別為2．6mm、2．6mm、3．3mm和3．3mm。上模結構采用直通式的結構，通過卸料板5對凸模進行導向，可以避免因凸模自由度過長而引起折斷現象。將懸臂梁結構轉變為加簡支梁的結構形式，減少凸模過長帶來的隱患，并且不影響卸料。
2．2下模結構設計
下模結構主要分為凹模防脹圈結構及斜楔滑塊結構，結構如圖6、圖7所示。圖6中防脹圈3結構主要防止零件沖裁后，脹邊部位發生脹出現象。固定限位釘4分布于零件四周邊線中點外側，并與零件間隙配合，起到初始定位作用，同時可在沖壓后阻擋零件隨滑塊2及防脹圈3運動。為了便于以后的拆卸和更換，防脹圈和滑塊采用燕尾結構連成一體。圖7中復位彈簧3的作用是：連接塊零件在沖孔后被擠壓在防脹圈內，使模具滑塊的回退需要較大的橫向拉力，利用彈簧拉緊力對滑塊的初始位置進行固定，防止因沖床的振動使初始位置發生變化。斜楔8作用是在沖程中驅動滑塊7運動，帶動防脹圈向待加工毛坯靠攏，使防脹圈緊緊包裹在被加工件四周?；爻讨校鼓；赝?，卸料板2離開零件，斜楔8驅動滑塊7復位，防脹圈脫離零件（由于固定限位釘的阻擋，零件不會滯留在防脹圈內）。通過復位彈簧3，復位定距套4，復位螺桿5保證滑塊的橫向初始位置不受沖床振動的影響，使斜楔8能夠順利導入滑塊。
2．3模具設計特點
此模具的設計特點如下。（1）該模具以沖裁的方式對連接塊進行加工，改變了深孔加工方式。（2）采用防脹圈的形式解決了在沖孔過程中由于孔邊距過小而帶來的脹孔現象。（3）直通式的結構，減少由于凸模自由度過長帶來的折斷發生的現象，通過卸料板對凸模進行導向，解決了凸模剛度不足帶來的隱患。
3模具工作原理
圖4所示為模具整體結構，其工作過程如下。（1）將零件通過限位釘13進行固定，凸模14向下運動，滑塊11受到來自斜楔12的作用力而運動，防脹圈3移向被加工件。（2）斜楔12移動到達一定距離后，即相對于滑塊11的接觸由斜面變為垂直面時，滑塊停止運動，加工件被防脹圈3（見圖6）包圍。（3）凸模14繼續向下移動，卸料板5受到來自卸料彈簧1與卸料套4的作用力，壓緊加工件，凸模14開始沖孔。（4）沖孔完畢，滑塊11回程，凸模14向上回行，卸料板5不再壓向加工件，斜楔12脫離滑塊，滑塊在復位彈簧3（見圖7）的作用下保持在初始位置。
4結論
在深孔的加工中，對于孔的加工精度和表面質量都有相應的要求，對于不同材料、不同加工件需采取不同的加工手段。本文所設計的深孔沖裁模具，以凸模對零件進行沖裁，利用滑塊防脹圈的結構形式對零件進行防脹，避免加工過程中的脹邊現象；同時利用卸料板進行導向，減少了凸模的自由長度。采用沖孔工藝代替鉆孔工藝，通過一次沖裁，加工出兩組不同的孔，解決了鉆孔工藝中因要加工不同大小的孔，需分兩次裝夾進行鉆孔的問題，提高了生產效率。
參考文獻：
［1］《沖模設計手冊》編寫組．沖模設計手冊［M］．北京：機械工業出版社，1988．
［2］董冠文．沖裁凸?？箟簭澞芰π：说奶接懀跩］．模具工業，2010（7）：31－36．
［3］金國松．鋼絲夾級進模設計［J］．模具工業，2007，33（4）：38－41．
作者:李亮 杜祥哲 尹東海 孫克華 單位:常州博瑞電力自動化設備有限公司 南瑞繼保電氣有限公司