分析快换结构在精冲模中的应用

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引言图1所示为汽车门锁一典型精冲件。该零件市场需求量非常大，每月100,000件，零件厚度5±0.1mm，小孔直径φ3.2±0.1mm。对小孔采用钻孔的办法加工，效率太低，无法保证零件每月能按时交货。为保证零件的交期，我们决定采用精冲级进模来生产，模具设计时对小孔凸模采用快换结构，生产过程中一旦小孔凸模折断，就能在很短的时间内更换，该结构已取得了成功，收到了预期的效果。
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2 工艺性分析
    图1所示的精冲件，使用的材料为合金钢，最大抗剪强度τmax=450N/mm2，材料厚度5±0.1mm，零件要求外形和φ8+0.05mm孔剪切面光亮带不小于料厚的75%，为此必须采取精冲的工艺来生产。理论上精冲零件最小孔径要大于料厚的60%，本例中孔径与料厚的比值为3.2/5＝64%，同时，按下述公式对小孔凸模允许承受的最大压应力进行校核：
' H0 d7 l+ w7 ~) K. x5 J0 O+ R  }σd＝Ps/A=(πdtτ)/(1/4πd2)=4tτ/d≤［σd］，
式中，［σd］—凸模许用压应力（合金工具钢［σd］＝1600-1800N/mm2，
高速钢［σd］＝3000N/mm2）；
2 ?" L# @* ]$ V2 e6 H/ ~1 C) QPs —理论冲裁力，N；
A —凸模最窄处的断面积，mm2；
. {6 k( @) z: ^( ~- [% r9 e  z) e! Qt —材料厚度，mm；
& h' t8 r* [9 c" k- sτ—材料抗剪强度，N/mm2；
σd—凸模承受的压应力，N/mm2。
则σd＝4tτ/d＝4×5×450/3.2＝2812.5 N/mm2＜［σd］＝3000N/mm2。通过上述计算，可见，虽然零件孔径比在理论范围内，采用高速钢能承受相应的承载能力，但冲孔凸模的寿命也不容乐观。生产实践证明，该冲孔凸模采用国产材料高速钢W18Cr4V的寿命为800件，采用日本材料DC53的寿命为1000件，采用德国材料ASP2005的寿命为1500件。如果将凸模做成传统的台阶式结构，则每次更换凸模时必须将模具从精冲机上卸下，这样每更换一次凸模耗费时间至少需要1h，严重影响生产进度。为此，我们设计了一种快换的凸模结构，如图2所示，实现了快换的目的。同时，因零件上两孔中心距较小，不可能将两个孔同时与外形复合，考虑到零件的使用功能，我们决定采取精冲跳步的模具结构，将φ3.2±0.mm1孔先行冲出，再将φ8+0.05mm孔与外形复合。
3 模具结构
    模具结构如图3所示。模具设计时凸模固定套与上固定板采用螺纹连接紧固，便于拆卸。制造过程中只需保证小孔凸模固定套的外圆与齿圈压板配合段成无间隙滑动配合，同时保证外圆与装配小孔凸模段的内孔同心即可。为了保证小孔凸模的寿命，冲小孔时采取下漏料的方式，在下模板的上表面加工通槽，小孔废料用压缩空气从通槽中吹出，以改善小孔凸模的受力状况。生产过程中更换小孔凸模时，不需要将整套模具从精冲机上卸下，只需将齿圈固定板上的4个卸料螺钉松开，将齿圈固定板（连同齿圈压板）向下滑动一定距离，将小孔凸模固定套旋下，取出折断的凸模，换上预先做好的备份凸模即可，整个更换过程最多15min，大大节省了换模时间，确保了生产的顺利进行，而且小孔凸模的制造成本也因凸模使用材料的减少而降低。为保证零件的交期，我们设计了一模两腔，确保了零件每个月的产量。目前该模具已用于大批量生产，效果较好，收到了非常可观的经济效益。
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