技 天 地浅谈搭接件连续模设计
广东省潮州市技工学校 陈 超
摘 要：
通过分析搭接件的工艺性，详细介绍连续模排样方案和总体结构，阐述关键部件的设计与计算方法。充分给予学生实在的设计实战参考，开阔思维，提高INTELLIGENCE
了学生连续模具的设计能力。
关键词：
搭接件 连续模 排样设计
引言：图1所示搭接件产品图，材料为Q215（A2），厚
度4mm，生产批量为大批量。
图1 搭接件 1、工艺分析
零件展开外形较复杂，成形工艺较多，包括冲孔、切边、压包、弯曲等工序，此外，成形较为困难的是制件上的轴需采用压制、冷镦等工艺完成。如果此时采用单工序冲裁模，固然可以成功完成零件冲压加工，但存在缺点是较多的：①零件相互间的位置精度较难保证；②工序较多，定位复杂繁琐，且模具成本投入较大；③不能连续送料，生产效率低；④劳动力投入大，增加存放、运输等辅助生产工序。
故此零件适宜采用多工位连续模制造。优点在于；①零件内孔与外形的相互位置精度较高，产品精度容易保证；②送料定位较易实现，并且定位精度较高；③采用自动送料，提高模具生产效率及生产安全。
零件上有一直径 Φ5.5mm的孔，因料较厚，直径与料厚相近属小孔冲裁，冲裁工艺性不好，冲孔凸模要有可靠的保护装置以免冲裁过程中凸模折断。制件上的Ｒ0.5mm 弯曲半径， Q215在弯曲方向与纤维垂直时得最小弯曲半径为0.1t, 因此可1次弯出（平行纤维时，最小弯曲半径为0.4t）。
由于零件材料为热轧钢，表面质量差，氧化皮多，也给冲压带来了许多问题，如模具内腔可能因充满氧化皮而胀裂，模具活动部分易被污垢阻塞等，因此合理安排冲裁间隙，保证模具寿命非常重要。
2、排样设计 搭接件属对称件，
为避免冲切侧向力和提高材料利用率，采用了双排排列。排列方向如采用纵排如图1-1所示。
图1-1 纵向排样
则减少了条料宽度，但增大了步距，降低了条料刚性和稳定性且后续弯曲工位的凹模必须设计较大的避让孔，大大降低了凹模强度，因此决定采用横排排列。对于制件裁体的连接形式，为了提高材料利用率，可采用图2所示的无桥、无载体排样方案。
图2 无桥、无载体排样图
其设计思路是：依靠制件本身作为载体和桥，最后两
步分离制件。此设计的优点是节省材料，经计算（η=F 0
F ×100%），材料利用率达60％，（相对于其它方法的排样效果，而且由于L 型零件没有利用来加工其它产品且作废料计算，故材料利用率达60℅可算是节省材料，在一般情况下大面积废料应尽量合理利用，作为相关产品加工，提高材料的利用率、提高经济效益。）但缺点是模具在分离工序上要冲出制件圆角，造成十字凸模很小，且带尖角，极易损坏或崩断定。另外，最后分离制件时必须采用单侧冲切，侧向力很大，导致材料受力变形及使模具寿命降低。
综上所述，为克服图
2排样方案带来的缺点，并要求达到出产品时有完整的外形轮廓且不存在毛刺或搭边，材料利用率达60℅，并且为避免带尖角的十字小孔凸模冲裁时造成容易崩或断，及由于十字小孔凸模崩、断现象使模具经常拆装更换影响模具精度和生产效率，以及最后一步的单侧冲切使材料单向受力，金属性能受力不均匀而造成材料变形扭曲，影响产品精度。所以，根据经验设计了如（图3）所示的无载体全桥连接的排样方案，从而大大减小了模具因结构上和受力上的不利因素，而提高了模具寿命。
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INTELLIGENCE
科 技 天
图 3 无载体全桥连接排样图
图3所示排样方案包括冲裁、弯曲、压印、冷镦等工序，工序设计的总体原则是应先完成带有材料流动的成形工序，以避免小直径凸模由于受挤压力的作用而产生折断或倾斜和材料流动导致排样变形，故先进行压印、冷镦、弯曲等工序，再进行冲裁工序。为使材料很好定位，还安排了条料侧刃和冲导正销孔工位，具体工位如下：①冲侧刃和导正销孔；②压印；③冲L 形；④切废料；⑤冷镦；⑥压包切边；⑦弯曲；⑧冲圆孔、一字孔、T形孔；⑨冲十字孔。排样图步距为46mm。
3、冲压力计算
1）冲载力计算公式：P=L•t•δb (N)
P—冲裁力；L—冲裁件周边长度；δb —材料抗拉强度；t—材料厚度kbt 2
2）弯曲力计算公式：P=r p +t δb (N)
δb —材料抗拉强度；rp—凸模圆角半径；b—弯曲线长度；
t—材料厚度；k—系数，单角弯曲取0.6，双角弯曲取0.7。3）校正弯曲力计算公式：P校=F•q (N)
P 校—校正弯曲力；F—校正部分投影面积；q—单位校正力
计算如下：第1工位196kN、第2工位 82kN ；第3工位340kN ；第4工位115kN；第5工位 130kN；第6工位 70kN ；第7工位113kN；第8工位228kN ；第9工位178kN。
则： P总=1452 kN
1）卸料力计算：第5工位冷镦力和第7工位弯曲力在回程时没有卸料力所以F1= P 总-（130+113）。根据料厚，系数取K 卸=0.04
F 卸 =K卸χF1
=0.04χ1209 =48 kN
2）推料力：第2工位压印力、第5工位冷镦力和第6工位压包力及第7工位弯曲力在进程时没有推料力所以F2= P 总-（82+130+38+113）。料厚为4 mm，故h=8，则n=2件；取K 推=0.045，则
F 推=K推χF2χn
=0.045χ1089χ2=98 kN
故：F总= P 总+ F 推+ F 推=1598 kN（则选用的压力机额定压力不小于160Tf）。
3）压力中心计算：将计算压力中心的坐标原点定在第九工位“十字孔”中心，因为图形在X 轴为对称轴，所以Y 方向压力中心坐标为零。
则：Y0 = 0
X0 =L 1+L 2+...... L n
=202mm4）冲裁间隙：冲裁质量要求较高精度，所以确定双面始用间隙为Zmim=0.52 mm Zmax=0.60 mm。
4、连续模总体结构设计
模具为9工位连续模，步距长46 mm，模具长660
mm，搭接件连续模结构如图4所示，采用四导柱导向钢板模架。
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图4 搭接件连续模结构
1. 圆形凸模 2.一字形凸模 3.圆销柱 4.圆销柱 5.螺塞 6. 弯曲凸模 7. 螺钉 8. 压包凸模 9. 模柄 10. 压边凸模 11.圆柱销12. 圆柱销 13.矩形凸模 14.圆柱销 15.L形凸模 16.圆柱销 17.弹簧 18.螺塞 19.圆柱销 20.圆柱销 21. 上模座 22. 导正销 23. 弹簧 24. 上垫板 25. 冲销孔凸模 26. 固定板 27. 限位柱 28卸料板 29. 螺钉 30. 导料板 31. 承料板 32. 凸模护套 33. 凹模板 34. 下垫板 35. 托料销 36.弹簧 37.下模座 38. 凸模护套 39.凹模镶块 40.卸料块 41.弹簧 42.螺塞 43.凹模镶块44. 凸模护套 45.T型凸模 46.十字凸模 47.圆柱销 48.定位销
其中凸模与固定板为双面过盈配合，过盈量为0.02～0.04mm，凸模与卸料板为双面间隙配合，间隙为0.06～0.10mm。导正销与固定板，卸料块与卸料板，浮顶器与凹模，圆形凸模与固定板为H7∕h6间隙配合，小导柱与小导套为H7∕h5配合，模柄与模架，小导柱与卸料板，圆柱销与凹模、上、下模座、固定板、导料板均为H7∕m6配合，圆形镶件块与凹模为H7∕n6过渡配合，小导套与固定板、凸模护套与卸料板为H7∕r6配合。
模具内始末端装有局部导尺，始端导尺至第7工位为止，末端导尺设在第7工位之后所开的槽，其目的是避免条料弯曲后能顺利继续进料并且
起到导向作用。在第2工位、第7工位放置了2组4支Φ6托料销，其作用是具有向上浮料的作用，使条料在运行过程中从凹模上浮起2.5mm，以有利于条料运行。同样在第2工位“压印”、第6工位“压包”内装有Φ4托料销，以及在“压包”产生后的工位内装有Φ5托料销使条料顺利上浮。
5、模具关键零件设计
5.1压印模块设计 为提高制件上轴的强度、刚度和抗疲劳性，连续模采用了压制、冷镦等工序在4mm 厚的条料上完成轴的成形，轴的尺寸及技术要求允许下偏差。压印模块工作尺寸按体积不变原则确定，因压印过程中材料横向阻力很大，材料主要在横向发生流动，可忽略长度方向材料的流动，压印出的截面积与制件上轴的截面积相等。图5所示压印凸、凹模在第2工位即在4mm 厚条料上压印成形出近似圆的八边形，上下为圆弧过渡，以利于第五工位冷镦成形。在第五工位冷镦成形时，将压印成形的八边形镦成圆形，出件后，抛光处理制件轴的表面达到图纸要求即可。
图5 压印凸、凹模
5.2凹模设计 因冲裁零件较复杂尺寸较小，故凹模由凹模基体和凹模镶块组成。如图6 搭接件凹模。（后附）
6、结束语
该搭接件连续模设计时考虑较为全面，且模具结构灵活、可靠，具有代表性，在教学中能给学生很大启发。并且能使学生对此类零件连续模设计有一定的参考价值。
技 天 地浅谈搭接件连续模设计
广东省潮州市技工学校 陈 超
摘 要：
通过分析搭接件的工艺性，详细介绍连续模排样方案和总体结构，阐述关键部件的设计与计算方法。充分给予学生实在的设计实战参考，开阔思维，提高INTELLIGENCE
了学生连续模具的设计能力。
关键词：
搭接件 连续模 排样设计
引言：图1所示搭接件产品图，材料为Q215（A2），厚
度4mm，生产批量为大批量。
图1 搭接件 1、工艺分析
零件展开外形较复杂，成形工艺较多，包括冲孔、切边、压包、弯曲等工序，此外，成形较为困难的是制件上的轴需采用压制、冷镦等工艺完成。如果此时采用单工序冲裁模，固然可以成功完成零件冲压加工，但存在缺点是较多的：①零件相互间的位置精度较难保证；②工序较多，定位复杂繁琐，且模具成本投入较大；③不能连续送料，生产效率低；④劳动力投入大，增加存放、运输等辅助生产工序。
故此零件适宜采用多工位连续模制造。优点在于；①零件内孔与外形的相互位置精度较高，产品精度容易保证；②送料定位较易实现，并且定位精度较高；③采用自动送料，提高模具生产效率及生产安全。
零件上有一直径 Φ5.5mm的孔，因料较厚，直径与料厚相近属小孔冲裁，冲裁工艺性不好，冲孔凸模要有可靠的保护装置以免冲裁过程中凸模折断。制件上的Ｒ0.5mm 弯曲半径， Q215在弯曲方向与纤维垂直时得最小弯曲半径为0.1t, 因此可1次弯出（平行纤维时，最小弯曲半径为0.4t）。
由于零件材料为热轧钢，表面质量差，氧化皮多，也给冲压带来了许多问题，如模具内腔可能因充满氧化皮而胀裂，模具活动部分易被污垢阻塞等，因此合理安排冲裁间隙，保证模具寿命非常重要。
2、排样设计 搭接件属对称件，
为避免冲切侧向力和提高材料利用率，采用了双排排列。排列方向如采用纵排如图1-1所示。
图1-1 纵向排样
则减少了条料宽度，但增大了步距，降低了条料刚性和稳定性且后续弯曲工位的凹模必须设计较大的避让孔，大大降低了凹模强度，因此决定采用横排排列。对于制件裁体的连接形式，为了提高材料利用率，可采用图2所示的无桥、无载体排样方案。
图2 无桥、无载体排样图
其设计思路是：依靠制件本身作为载体和桥，最后两
步分离制件。此设计的优点是节省材料，经计算（η=F 0
F ×100%），材料利用率达60％，（相对于其它方法的排样效果，而且由于L 型零件没有利用来加工其它产品且作废料计算，故材料利用率达60℅可算是节省材料，在一般情况下大面积废料应尽量合理利用，作为相关产品加工，提高材料的利用率、提高经济效益。）但缺点是模具在分离工序上要冲出制件圆角，造成十字凸模很小，且带尖角，极易损坏或崩断定。另外，最后分离制件时必须采用单侧冲切，侧向力很大，导致材料受力变形及使模具寿命降低。
综上所述，为克服图
2排样方案带来的缺点，并要求达到出产品时有完整的外形轮廓且不存在毛刺或搭边，材料利用率达60℅，并且为避免带尖角的十字小孔凸模冲裁时造成容易崩或断，及由于十字小孔凸模崩、断现象使模具经常拆装更换影响模具精度和生产效率，以及最后一步的单侧冲切使材料单向受力，金属性能受力不均匀而造成材料变形扭曲，影响产品精度。所以，根据经验设计了如（图3）所示的无载体全桥连接的排样方案，从而大大减小了模具因结构上和受力上的不利因素，而提高了模具寿命。
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INTELLIGENCE
科 技 天
图 3 无载体全桥连接排样图
图3所示排样方案包括冲裁、弯曲、压印、冷镦等工序，工序设计的总体原则是应先完成带有材料流动的成形工序，以避免小直径凸模由于受挤压力的作用而产生折断或倾斜和材料流动导致排样变形，故先进行压印、冷镦、弯曲等工序，再进行冲裁工序。为使材料很好定位，还安排了条料侧刃和冲导正销孔工位，具体工位如下：①冲侧刃和导正销孔；②压印；③冲L 形；④切废料；⑤冷镦；⑥压包切边；⑦弯曲；⑧冲圆孔、一字孔、T形孔；⑨冲十字孔。排样图步距为46mm。
3、冲压力计算
1）冲载力计算公式：P=L•t•δb (N)
P—冲裁力；L—冲裁件周边长度；δb —材料抗拉强度；t—材料厚度kbt 2
2）弯曲力计算公式：P=r p +t δb (N)
δb —材料抗拉强度；rp—凸模圆角半径；b—弯曲线长度；
t—材料厚度；k—系数，单角弯曲取0.6，双角弯曲取0.7。3）校正弯曲力计算公式：P校=F•q (N)
P 校—校正弯曲力；F—校正部分投影面积；q—单位校正力
计算如下：第1工位196kN、第2工位 82kN ；第3工位340kN ；第4工位115kN；第5工位 130kN；第6工位 70kN ；第7工位113kN；第8工位228kN ；第9工位178kN。
则： P总=1452 kN
1）卸料力计算：第5工位冷镦力和第7工位弯曲力在回程时没有卸料力所以F1= P 总-（130+113）。根据料厚，系数取K 卸=0.04
F 卸 =K卸χF1
=0.04χ1209 =48 kN
2）推料力：第2工位压印力、第5工位冷镦力和第6工位压包力及第7工位弯曲力在进程时没有推料力所以F2= P 总-（82+130+38+113）。料厚为4 mm，故h=8，则n=2件；取K 推=0.045，则
F 推=K推χF2χn
=0.045χ1089χ2=98 kN
故：F总= P 总+ F 推+ F 推=1598 kN（则选用的压力机额定压力不小于160Tf）。
3）压力中心计算：将计算压力中心的坐标原点定在第九工位“十字孔”中心，因为图形在X 轴为对称轴，所以Y 方向压力中心坐标为零。
则：Y0 = 0
X0 =L 1+L 2+...... L n
=202mm4）冲裁间隙：冲裁质量要求较高精度，所以确定双面始用间隙为Zmim=0.52 mm Zmax=0.60 mm。
4、连续模总体结构设计
模具为9工位连续模，步距长46 mm，模具长660
mm，搭接件连续模结构如图4所示，采用四导柱导向钢板模架。
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图4 搭接件连续模结构
1. 圆形凸模 2.一字形凸模 3.圆销柱 4.圆销柱 5.螺塞 6. 弯曲凸模 7. 螺钉 8. 压包凸模 9. 模柄 10. 压边凸模 11.圆柱销12. 圆柱销 13.矩形凸模 14.圆柱销 15.L形凸模 16.圆柱销 17.弹簧 18.螺塞 19.圆柱销 20.圆柱销 21. 上模座 22. 导正销 23. 弹簧 24. 上垫板 25. 冲销孔凸模 26. 固定板 27. 限位柱 28卸料板 29. 螺钉 30. 导料板 31. 承料板 32. 凸模护套 33. 凹模板 34. 下垫板 35. 托料销 36.弹簧 37.下模座 38. 凸模护套 39.凹模镶块 40.卸料块 41.弹簧 42.螺塞 43.凹模镶块44. 凸模护套 45.T型凸模 46.十字凸模 47.圆柱销 48.定位销
其中凸模与固定板为双面过盈配合，过盈量为0.02～0.04mm，凸模与卸料板为双面间隙配合，间隙为0.06～0.10mm。导正销与固定板，卸料块与卸料板，浮顶器与凹模，圆形凸模与固定板为H7∕h6间隙配合，小导柱与小导套为H7∕h5配合，模柄与模架，小导柱与卸料板，圆柱销与凹模、上、下模座、固定板、导料板均为H7∕m6配合，圆形镶件块与凹模为H7∕n6过渡配合，小导套与固定板、凸模护套与卸料板为H7∕r6配合。
模具内始末端装有局部导尺，始端导尺至第7工位为止，末端导尺设在第7工位之后所开的槽，其目的是避免条料弯曲后能顺利继续进料并且
起到导向作用。在第2工位、第7工位放置了2组4支Φ6托料销，其作用是具有向上浮料的作用，使条料在运行过程中从凹模上浮起2.5mm，以有利于条料运行。同样在第2工位“压印”、第6工位“压包”内装有Φ4托料销，以及在“压包”产生后的工位内装有Φ5托料销使条料顺利上浮。
5、模具关键零件设计
5.1压印模块设计 为提高制件上轴的强度、刚度和抗疲劳性，连续模采用了压制、冷镦等工序在4mm 厚的条料上完成轴的成形，轴的尺寸及技术要求允许下偏差。压印模块工作尺寸按体积不变原则确定，因压印过程中材料横向阻力很大，材料主要在横向发生流动，可忽略长度方向材料的流动，压印出的截面积与制件上轴的截面积相等。图5所示压印凸、凹模在第2工位即在4mm 厚条料上压印成形出近似圆的八边形，上下为圆弧过渡，以利于第五工位冷镦成形。在第五工位冷镦成形时，将压印成形的八边形镦成圆形，出件后，抛光处理制件轴的表面达到图纸要求即可。
图5 压印凸、凹模
5.2凹模设计 因冲裁零件较复杂尺寸较小，故凹模由凹模基体和凹模镶块组成。如图6 搭接件凹模。（后附）
6、结束语
该搭接件连续模设计时考虑较为全面，且模具结构灵活、可靠，具有代表性，在教学中能给学生很大启发。并且能使学生对此类零件连续模设计有一定的参考价值。