厚料小孔冲孔模设计.pdf

模具制造 2023年第9期厚 料 小 孔 冲 孔 模 设 计李吕，况云刚，田仕兴（贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳550009）【摘要】通过分析某型号产品电镀挂架的材料及形状，介绍了其加工工艺性，从模具模架的选择、固定板的选用、冲孔凸模的结构设计与材料确定、卸料弹簧的布局等方面介绍了其冲孔模具设计，详细介绍了冲孔凸模的材料选择和结构设计。最终，解决了钻床手动钻孔效率低下、劳动强度高、钻头寿命低、孔口毛刺外翻等问题。关键词：厚料小孔；冲孔模；冲孔凸模；压料结构中图分类号：TG385.2文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.004Design of Small Hole Piercing Die for Thick MaterialLi L，Kuang Yungang，Tian Shixing（Guizhou Aerospace Electronics Co.,Ltd.,Guiyang,Guizhou 550009,CHN）【Abstract】In this paper,through the analysis of the material and shape of a certain type of productelectroplating hanger,introduced its processing technology,from the selection of die frame,theselectionoffixedplate,thestructuredesignandmaterialdeterminationofpiercingpunch,unloadingspring layout and other aspects of the piercing punch design,introduced in detail the materialselection and structure design of punching punch.Finally,the problems such as low efficiency ofmanualdrilling,highlaborintensity,lowlifeofdrillbitandholeburroverturningaresolved.Key words:thick material hole;piercing die;piercing punch;press structure1引言冲压技术作为一种现代加工技术，应用于各行各业的生产加工，特别是在汽车工业的配件制造过程中广泛应用，模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。而对冲压模具的认识是为今后模具设计打好基础，故而冲压模具的认识至关重要。2工艺分析图1所示是我公司某产品电镀工具-挂架，材料为黄铜，外形为正六边形，长为500mm的棒料，电镀挂架需加工 1822 个孔不等，要求加工后挂架表面及孔内应光滑、平整、无毛刺，且孔位均匀，大小一致。因批次数量大，钻加工效率低，故而选择模具冲压代替钻孔工艺，虽是对于原钻孔工艺的改进，但6mm 厚的小孔棒料冲裁对模具的结构要求较高，18Peng W X,Li M,Lu B,et al.Experimental and finiteelement investigation of overbending phenomenon indoublesided incremental forming(DSIF)of aluminiumsheetsJ.Procedia Manufacturing,2019,（29）:596619 Trzepieciski T,Kubit A,Dzierwa A,et al.Surfacefinish analysis in single point incremental sheet formingofribstiffened2024T3and7075-T6alcladaluminium alloy panelsJ.Materials,2021,14(7):164020 Wang Z W,Cai S,Chen J.Experimental investigationson friction stir assisted single point incremental formingoflowductilityaluminumalloysheetforhigherformability with reasonable surface qualityJ.Journal ofMaterials Processing Technology,2020,（277）:116488第一作者简介：刘红燕，女，1979年生，硕士，副教授。（收稿日期：2023-06-20）冲 模 技 术13模具制造 2023年第9期所以，在设计时需考虑压料方式和凸模的损耗等问题。图1零件图3模具结构（1）模架选择。普通铸铁模架采用车床加工组装，其平面度、垂直度较差，在模具后续冲压过程中，铸铁模架本身强度不足，因应力集中导致产生裂纹；又因平面度、垂直度误差过大导致凸、凹模间隙不均匀产生单边毛刺，凸模易断裂，导柱导套也易拉伤。考虑模具成本与效益，选用45钢材料模架，并配用标准滚珠导柱导套，模架强度精度较之铸铁模架提高，形位公差也得以保证，提高模具整体寿命。（2）固定板选用。固定板选用标准模板605016mm，常规模具为节省成本，固定板选用无热处理钢材便满足使用要求。该副模具为冲裁厚料小孔，凸模细且长，若选用常规固定板与凸模配合，在多次冲压过程中凸模侧面会磨损固定板上的孔，导致凸模松动，冲裁时与凹模发生碰撞，凸模断裂、损害凹模，降低模具寿命。故选用热处理过的45钢材，保证长久固定凸模，以防凸模断裂，提高模具寿命。（3）冲孔凸模结构设计与材料确定。a.凸模总长设计为31mm，因模具为冲裁厚料小孔，凸模细且长，易发生断裂，故采用三级台阶的形式，分别为 4mm 挂台部分（4mm）、12mm 夹持部分（3mm）和15mm冲裁部分（1.5mm）。三级台阶增加了夹持部分，从而缩短冲裁部分的长度，使其抗压强度提高，凸模不易断裂，如图2所示。图2凸模结构b.由于冲裁零件材料为H62黄铜，厚度为S6mm的正六方体。上下模冲裁间隙为双面0.45mm，这就对凸模材料的刚性、硬度有一定的要求，公司常用冲孔凸模材料为SKD61或SKD11，硬度分为5258HRC和6264HRC，故而优选硬度较高的SKD11材料加工冲孔凸模，经加工后试模，冲凸凸模易发生凸模变形、刀口钝化及断裂的现象，材料硬度、刚性不够，耐磨性较差。后改用6264HRC的SKH-9材料加工，实际硬度为64HRC，其刚性、硬度、塑性及耐磨性能较佳，改进后的凸模未发生变形及断裂的现象，很好的满足冲裁厚板小孔模对凸模材料的使用要求。（4）卸料弹簧的布局。首先为达到所需卸料力，初选1623mm黑色弹簧为卸料弹簧，但黑色弹簧压缩量不足以确保凸模成功冲裁，故选择相同规格的红色弹簧，并配合上823mm的蓝色弹簧进行卸料。红色弹簧分布在卸料板4个角落，套在吊钉外侧与之共同移动，蓝色弹簧则均布在凸模四周，如图3所示，同时也防止冲压时凸模断裂飞出模具伤人，起到保护操作者的作用。图3弹簧布局（5）卸料板。卸料板选用标准模板605010mm，材料选用DC53，不易磨损。卸料板与卸料螺钉等配合对零件进行卸料，同时，由于该零件截面形状为正六边形，为了更好的使零件在冲裁时不发生挪动偏移的情况，故将卸料板与零件贴合的部分设计成与模具外形尺寸一致的槽，如图4所示。图4压料结构1.卸料板2.凹模板31164341.5大弹簧孔4-168-R12-M534小弹簧孔4-82034502044602-5.01+0.0102-6.01+0.010125001.5S6冲 模 技 术14模具制造 2023年第9期（6）凹模设计。凹模选用标准模板605012mm，材料选用M2，较之DC53硬度和抗压强度都更高。凹模设计思路与卸料板一致，即保证模具合模时卸料板与凹模将零件固定在与之外形一致的槽中，使冲裁的孔的尺寸和位置更精确，零件固定也能减少冲孔凸模的摆动，降低凸模断裂的可能性。（7）模具结构。综合上述分析，可确定成形图的模具结构如图5所示。图5模具结构1.上模座2.上垫板3.凸模固定板4.卸料板5.凹模板6.下垫板7.下模座8.冲孔凸模9.外弹簧10.内弹簧4实施效果通过设计、加工、组装、试模、批量加工之后，与原钻孔工艺进行效果对比，有以下几个明显增效：（1）将工艺改为模具冲孔后，只需将棒料放置到定位块处进行冲孔。省时省力，方便快捷，实现工装化，且孔壁光滑，孔口无翻边毛刺，无需后续倒角去毛刺、排屑，生产效率大幅提高，质量一致性良好。（2）钻头冲孔对操作者的经验有较高要求，又因孔径小，钻头易折断，磨削钻头费时费力。且长时间操作钻床劳动强度较大。而模具的凸模通过材料选取、长度、强度分析等各方面进行设计，且有卸料装置进行卸料，凸模也不易折断，操作简便，生产效率通过实操对比提高了7倍以上，合格率达到100%。（3）模具在冲制时，由于制件材料硬度不高，若长时间冲制其中一面，冲制完成后棒料会呈弧状，影响制件使用。故在冲制时将棒料进行反复翻转，使正反两面都受冲压，受力均匀，保证棒料最后仍笔直。（4）通过此次厚料冲细孔的模具设计，实施之后效果良好，故可对该类型零件的解决方法进行推广，即遇到厚料冲孔问题时，选择用模具代替传统钻孔工艺，解决批量生产问题。5结束语介绍了挂架冲孔模具设计亮点，同时也提供了相关难点的解决方案并确立了相关设计数据。本模具经制造完成试模，成形良好，卸料顺利，冲裁制件满足使用要求。本文所提供的冲裁间隙、上下模压料结构，模具材料、凸模结构、弹簧布局等参数对今后的厚板小孔冲裁模具开制具有一定的参考价值。对于不同孔径、厚度，只要是黄铜类材料冲孔提供定型模具设计方式。本次开制模具所生产的制件有成形情况良好、孔壁光滑、孔口无毛刺、加工效率高、劳动强度低、生产时操作简单等优点，为公司后续冲裁厚板小孔类产品的研发及生产提供了强有力的技术保障。参考文献1王鹏驹，成虹.冲压模具设计师手册M.北京：机械工业出版社，2008.2薛啟翔.冲压模具与制造M.北京：化学工业出版社，2004.3陈炎嗣.冲压模具实用结构图册M.北京：机械工业出版社，2009.4杨占尧.最新冲压模具标准及应用手册M.北京：化学工业出版社，2010.5姜银方，袁国定.冲压模具工程师手册M.北京：机械工业出版社，2011.6郝滨海.冲压模具简明设计手册M.北京：化学工业出版社，2005.7模具实用技术丛书编委会编.冲模设计应用实例M.北京：机械工业出版社，2000.8钟翔山等.冲压模具精选88例设计分析M.北京：化学工业出版社，2010.9陈炎嗣.冲压模具设计手册M.北京：化学工业出版社，2013.10薛啟翔.冲压模具设计结构图册M.北京：化学工业出版社，2005.11钟翔山.冲模及冲压技术实用手册M.北京：金盾出版社，2015.12王新华，袁联富.冲模结构图册M.北京：机械工业出版社，2003.第一作者简介:李吕，男，1991年2月生，彝族，从事模具制造、组装工作。（收稿日期：2023-04-11）1110987654321冲 模 技 术15