轴用弹簧挡圈的冲压工艺分析及模具设计5(5页).doc

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1、-轴用弹簧挡圈的冲压工艺分析及模具设计5-第 5 页轴用弹簧挡圈的冲压工艺分析及模具设计袁泉，刘光超（四川理工学院机械工程学院，四川 自贡 643000）摘 要：介绍一副用于制造轴用弹簧挡圈的模具，对其工艺方案、排样及压力中心作了详细的分析，设计出多工位级进模结构，并对模具结构及设计要点进行了总结，模具结构合理可靠，对同类零件的加工具有一定参考价值。关键词：轴用弹簧挡圈；冲压工艺；模具设计；级进模中图分类号：TG386.1 文献标志码：A 文章编号：Shaft circlip stamping die design and process analysisYuan Quan, Liu Guan

2、gchao （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 multi-position progr

3、essive 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 引言轴用弹性挡圈是一种安装于槽轴上，肪止零件轴向窜动的机械标准件，在机

4、械工程领域需用量大且使用广泛，适宜采用冲压模具大批量生产。由于该挡圈的内径比装配轴径稍小，安装时须用卡簧钳插入挡圈的钳孔中扩张挡圈，才能放入预先加工好的轴槽上，因此国家标准中对挡圈的结构和尺寸精度有较高的要求。下面以适配轴径32mm规格的轴用弹性挡圈为例，介绍该类零件的冲压工艺及模具设计。1 工艺性分析如图1所示，轴用弹性挡圈工件较小，厚度仅为1.2 mm。冲裁轮廓由内外圆弧段、开口处直线段及2个钳孔组成，其内、外圆弧的中心在横向有一偏心距，结构较复杂。由公差等级表确定其加工精度为：挡圈内圆弧mm为IT8级，偏心距mm为IT10级，其余尺寸未注公差，按IT14级确定。普通冲裁所能达到的精度一般

5、为IT10-14级，故除内圆弧尺寸外的其余尺寸均可采用IT8级的普通冲裁模。由于内圆弧尺寸精度等级较高为IT8级，其对应模具尺寸可采用IT7-6级精度设计。材料为弹簧钢65Mn，其延伸率为14-22.5%，屈强比为0.63-0.75，冲压性能与Q275接近，适合冲压成型，且综合力学性能优于碳钢。但弹簧钢冲裁过程中弹性变形量大，弹性回复值较高，使得挡圈上尺寸为3mmm的开口不易保证，因此模具应考虑回弹设计。图1 零件图Fig.1 Parts Figure2 冲压工艺方案的确定mm，而挡圈上相应部位的最小宽度约为2 mm，故受到挡圈结构尺寸的限制和凸凹模壁厚强度的要求，不能采用复合模结构；级进模是

6、一种工位多，效率高的冲模，广泛应用于尺寸较小冲件的生产，其冲孔和落料分别安排在2个工位进行，从而保证了刃口的壁厚强度要求，因此，综合比较，采用冲孔-落料级进模冲裁是最佳方案。3 排样设计 合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具使用寿命的有效措施。轴用弹性挡圈轮廓为简单圆结构，其排样主要有单排，双排，三排方式。单排方式材料利用率较低不予考虑，计算出双排利用率22.86%，三排利用率24.69%，因此采用三排。送料方式为侧刃定距，为保证料尾材料的充分利用，侧刃采用对角布置。如图2所示。工作时，条料每次送料距离为40 mm，从左向右工位顺序如下：第1工位冲2个中间排钳孔，第2工位冲

7、中间排内轮廓圆孔、上下排4个钳孔及下侧刃，第3工位空工位+导正销，第4工位冲上下排2个内轮廓圆孔，第5工位中间排外轮廓落料，第6工位空工位，第7工位上下排外轮廓落料,第8工位冲上侧刃。图2 三排排样图Fig.2 Three in a row like Figure4 压力中心的确定 级进模属于多凸模冲裁模具，各凸模合力的作用点就是级进模的压力中心。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线重合，否则因滑块承受偏心载荷，模具合理间隙不能保证,从而影响工件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。根据力学原理，合力对某轴的力矩等于各个分力对同轴力矩的代数和，可建立图3所示坐标系，

8、压力中心坐标按以下公式计算：图3 压力中心计算图Fig.4 Calculation of the center of pressure将相应数据代入，计算出压力中心坐标为X。=77mm，Y。=0。级进模由于工位多，且冲裁力最大的落料工序一般在最后工位，若严格按压力中心与滑块中心重合来布置模具，模具在工作台上的尺寸会出现沿送料方向前短后长的不协调现象，还会影响其他结构的布置空间（如模具漏料孔与压力机工作台孔）的布置，为此，在生产实践中，允许压力中心与滑块中心有合理偏离，原则上偏离值不超过压力机模柄孔的投影范围。本设计中模柄孔尺寸为50，故压力中心可偏离滑块中心25 mm以内。结构及设计要点工作原

9、理模具总装图见图5。条料从右向左进料，每次送料距离为40mm，由前后对角排列的两个侧刃控制步距。工作时，上模下行，弹性卸料板压住板料，随后冲钳孔凸模、冲内轮廓孔凸模，外轮廓落料凸模分别在不同的工位完成冲裁。为了消除送进导向和送料步距的定位误差，模具在第3工位设置了导正销，导正条料位置，保证后续工位外轮廓落料外形与内孔的相对位置公差要求。从第9个工位开始，每向前送1个步距，就可得到3个挡圈零件。图4模具总装图Fig. 4 The mold assembly diagram5.2冲钳孔小凸模设计由于挡圈钳孔的尺寸较小，为2.5mm，需对其纵向抗弯曲能力和承压能力进行校核，具体指标为自由长度和直径是

10、否满足要求。凸模采用无导向凸模结构，计算出凸模允许的最小直径为2.13.mm，最大自由长度为7.3mm，计算如下：冲钳孔凸模设计直径为2.13.mm，凸模工作段设计长度为 mm，所以凸模抗弯及承压能力均满足要求。本模具结构中，小凸模整体长度较长，为80mm，仍需要考虑一些措施来防止小凸模的折断和失稳弯曲： mm,4 mm,6 mm,8 mm进行过渡，从而增加小凸模整体的工作强度和刚度；在各个直径台阶过渡部位，为防止削弱小凸模根部的强度，要求必须用圆角过渡，而不能加工倒角；选用精度和刚度好的四角导柱模架，保证模具间隙的均匀；适当选用较大的冲裁间隙，可降低部分冲裁力，减小对小凸模的冲击力。小凸模结

11、构图见图5。图5小凸模结构图Fig. 5 The mold assembly diagram5.3异形凸、凹模设计挡圈外轮廓落料工序，由于落料轮廓为非圆形，其凸、凹模的工作部分均为异形，考虑到安装固定的方便，以异形凸模为例，将其中间配合部位和尾部固定部分设计为圆形，配合部位尺寸44按过渡配合H7/m6设计，尾部固定部分尺寸48用于形成台阶式固定。异形凸模工作中不允许转动，通常是添加防转销防止转动，但考虑到拆装的方便性，本设计采用将尾部固定台阶圆周两端铣削成防转面，与凸模固定板上固定孔对应的防转面配合固定，即可实现防止转动的目的，见图6。异形落料凹模的防转结构与异形落料凸模的结构设计类似。图6异

12、形凸模结构图Fig.6 The mold assembly diagram5.4挡圈开口防回弹设计挡圈开口处材料产生切断变形，会使得材料内部应力的平衡受到破坏，材料因弹性恢复易产生回弹，由于材料为弹簧钢，更加剧了回弹的变形程度。结果使得挡圈上尺寸为3mm的开口因回弹而大于3mm，并形成锥形开口，将对挡圈的安装使用产生影响。为了得到开口尺寸精确的挡圈，在凸、凹模刃口尺寸设计上，可选用较大的冲裁间隙，因为落料过程中材料除受剪切外，还受较大的拉伸和弯曲变形，当增大间隙，在落料后，尺寸向实体方向收缩，起到补偿开口回弹的作用，合理的较大间隙可在试模时逐步修模确定。5.5斜排料漏料孔的设计计算挡圈所需的冲

13、裁力并考虑装模高度要求，选择公称压力为250KN 的压力机，其工作台漏料孔尺寸左右260 mm，前后130 mm，直径180 mm。模具工作时，必须确定好制件或废料的排出位置，原则上该位置需对应位于漏料孔尺寸范围的上方，才能确保产生的制件或废料均通过该漏料孔向下排出。经合理安排，在模具压力中心偏离压力机滑块中心20mm时，外轮廓落料后得到的工件可由下模座外轮廓轮廓孔漏料区排出，冲挡圈内轮廓孔废料可由下模座内轮廓孔漏料区排出，而冲钳孔废料的位置则偏离了工作台漏料孔范围区14.8mm，此时，可考虑将在下模座对应位置开一斜排料孔，将钳孔废料导入内轮廓孔漏料区排出。至于侧刃冲裁废料，由于位置离工作台漏

14、料孔区太远，可考虑直接在下模座开一斜排料槽排出到工作台上，达到一定量时人工清理。6 结束语经现场生产验证，模具结构合理、布局紧凑，方案可行。模具生产效率高、安全可靠，所冲工件尺寸精度达到产品质量要求，对同类零件的模具设计具有一定的参考价值。参考文献1 周美蓉,吕孟春.汽车连接板级进模设计.J. 热加工工艺，2007，42（11）：150-152.2 钟江静,梁士红.接触簧片冲压工艺及模具结构设计.J.锻压技术，2008，38（4）：106-110.3 刘建超,张宝忠.冲压模具设计与制造M.北京：高等教育出版社，2002：238-272.4 郑家贤编著. 冲压模具设计实用手册M .北京：机械工艺出版社，5 卢险峰. 中国模具设计大典-冲压模具设计基础M.江西：江西科学技术出版社