接觸環(huán)在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用廣泛，形狀多樣，需求量大，但制件精度一般要求不高。圖1為某企業(yè)玉米聯(lián)合收割機(jī)所用的接觸環(huán)。材料H62，厚度1mm，精度要求為IT13級(jí)，大批量生產(chǎn)。

圖1 接觸環(huán)

1 確定工藝方案

    1.1 分析沖壓工藝性

    制件材料H62雖然常溫下塑性不高，但該制件厚度較小(1mm)，可以采用冷沖壓進(jìn)行生產(chǎn)。而且制件的形狀比較簡(jiǎn)單，精度要求不高(IT13)級(jí)，利用普通沖裁加工方式就可以達(dá)到零件的圖樣要求。

    1.2 確定接觸環(huán)的工藝方案

    通過(guò)對(duì)接觸環(huán)的結(jié)構(gòu)分析可以得出，該制件所需的基本工序?yàn)槁淞?、沖孔和沖槽。由此得出3種沖壓工藝方案：

    第1種方案：先落料、沖孔復(fù)合，再?zèng)_槽。第2種方案：沖孔、沖槽和落料的級(jí)進(jìn)沖壓。第3種方案：沖孔、沖槽和落料的一次復(fù)合沖壓。

    對(duì)3種工藝方案進(jìn)行比較分析：采用第1種方案，雖然模具的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，模具制造的周期較短，但需要模具數(shù)量較多，最終使得成本較高且生產(chǎn)率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的要求。采用第2種方案，級(jí)進(jìn)沖壓的生產(chǎn)率比較高，但是連續(xù)模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造難度較大，另外模具的尺寸比較大，模具的成本比較高，最終使得制件的成本也較高，且級(jí)進(jìn)沖壓造成工件尺寸的累積誤差較大。采用第3種方案，1次復(fù)合沖壓加工而成，制件的生產(chǎn)率比較高，精度比較高，且比連續(xù)模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模具的尺寸比較小，模具的成本比較低。另外，操作方便，通過(guò)合理的排樣設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以獲得較好的零件質(zhì)量。

    通過(guò)以上的工藝方案分析可以得出，第3種方案是比較合理的，即該制件采用沖孔、沖槽和落料的1次復(fù)合沖壓而成。

    1.3 設(shè)計(jì)搭邊和裁板

    為了盡量提高材料的利用率和降低制件的成本，排樣可采用交叉排樣，且可采用1次沖制兩個(gè)制件的工藝。制件的排樣圖如圖2所示。

圖2 制件的排樣圖

    查參考文獻(xiàn)之，可以查得各個(gè)搭邊的數(shù)值，側(cè)面的搭邊尺寸為1.0mm，工件之間的距離為0.8mm，從而可以得出條料尺寸：條料寬度b=22.4+2=24.4mm；進(jìn)料步距h=12+0.8-2=10.8mm。選用板料規(guī)格為1.0mm×700mm×1400mm，采用橫排排樣，在適宜的剪床上剪切成所要求的條料尺寸：24.4mm×700mm。

2 計(jì)算所需壓力選設(shè)備

    根據(jù)制件材料查出抗拉強(qiáng)度σb=500MPa，系數(shù)K卸=0.02～0.06，K頂=0.03～0.09。計(jì)算得出各部分沖壓力：落料力P1為43kN；沖孔力P2為14kN；卸料力P卸為1.72kN；頂料力P頂為2.58kN；總沖裁力P總為61.3kN。根據(jù)總沖裁力，可以選用160kN壓力機(jī)。

3 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

    3.1 模具結(jié)構(gòu)類(lèi)型確定

    根據(jù)對(duì)接觸環(huán)的工藝方案分析，擬采用落料、沖孔、沖槽1次復(fù)合沖壓。復(fù)合模與單工序模級(jí)進(jìn)模相比，結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是必須借助有雙重作用的結(jié)構(gòu)零件一凸凹模，凸凹模裝在上模部分的復(fù)合模稱(chēng)為正裝式復(fù)合模。采用正裝式復(fù)合模壓料效果比較好，得到的制件平整度較高，而且可以防止孔料積存引起的凸凹模漲裂，因此采用正裝式復(fù)合沖裁模。模具的總裝圖如圖3所示。

圖3 接觸環(huán)的模具裝配圖

    3.2 模具工作過(guò)程

    模具采用正裝，1次沖制2個(gè)工件，凹模為組合結(jié)構(gòu)，由凹模和凹模鑲塊組合而成。開(kāi)模狀態(tài)下，條料緊貼兩個(gè)導(dǎo)料銷(xiāo)送進(jìn)，前端抵住擋料銷(xiāo)。上模下行時(shí)，凸凹模與沖孔凸模完成沖孔，與此同時(shí)凸凹模與凹模和凹模鑲塊完成落料和沖槽。沖壓完成后，壓力機(jī)滑塊上行，沖孔后的廢料由推桿在上模上行時(shí)借助打桿頂住壓力機(jī)的橫梁而推出凸凹模的表面，卡在凹模內(nèi)且箍在沖孔凸模上的制件，由頂板將其頂出下模表面，落料和沖槽后的廢料由彈性卸料版卸下。

    3.3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

    (1)模架結(jié)構(gòu)與導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)：為了盡量保證制件質(zhì)量和降低工作零件之間、導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的磨損，采用中間式導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，前后送料。

    (2)定位方式的設(shè)計(jì)：由于制件厚度為1mm(>0.5mm)，所以側(cè)面可以采用導(dǎo)料銷(xiāo)導(dǎo)料，采用圓形固定式導(dǎo)料銷(xiāo)2個(gè)，選用規(guī)格為φ6mm×12mm。送料定距由擋料銷(xiāo)擋住搭邊實(shí)現(xiàn)，采用圓形固定擋料銷(xiāo)1個(gè)，選用規(guī)格為咖4mm×10mm，這種定位裝置形狀簡(jiǎn)單，加工方便，定位準(zhǔn)確可靠，安裝在凹模鑲塊上。

    (3)凹模設(shè)計(jì)：為了盡量保證刃口強(qiáng)度，滿足工件向上頂出等要求，凹模和凹模鑲塊采用直刃口。凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)，可以用螺釘和銷(xiāo)釘與下模座板和下模固定板固定連接起來(lái)。為了保證凹模的強(qiáng)度和壽命，須注意螺釘和銷(xiāo)釘與凹模內(nèi)孔壁之間的距離不能太小。凹模板為長(zhǎng)150mm×寬150mm×高30mm。為了保證凹模的壽命能夠達(dá)到要求，凹模的材料可以選用碳素工具鋼T10A。為了保證工作部分的耐磨性，刃口部分必須淬硬，表面需達(dá)到58～62HRC。

    (4)凸凹模固定形式的設(shè)計(jì)：凸凹模由上模固定板采用掛臺(tái)固定法實(shí)現(xiàn)固定。為了便于加工，固定部分設(shè)計(jì)為圓形。由于工作部分為非圓形，必須設(shè)計(jì)防轉(zhuǎn)銷(xiāo)。為了提高上模座板對(duì)于凸凹模傳來(lái)的沖擊力的承載能力，在上模座板與上模固定板之間設(shè)計(jì)了一塊墊板。凸凹模采用過(guò)渡配合H7/m6定位固定于凸凹模固定板上。為了保證凸凹模的壽命能夠達(dá)到要求，凸凹模的最小壁厚不應(yīng)小于3mm。凸凹模的材料采用碳素工具鋼T10A，淬硬至56～60HRC。

    (5)沖孔凸模設(shè)計(jì)：沖孔凸模安裝固定在下模，以臺(tái)肩和過(guò)渡配合定位。為了提高下模座板對(duì)于凹模鑲塊和沖孔凸模傳來(lái)的沖擊力的承載能力，在下模座板與下模固定板之間設(shè)計(jì)了1塊墊板。沖孔凸模的刃口部分為圓形，為了便于沖孔凸模和凹模鑲塊的加工，將沖孔凸模設(shè)計(jì)成工作端小、固定端大的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)。為了保證沖孔凸模的強(qiáng)度、剛度以及考慮便于加工和裝配，圓形凸模的尺寸過(guò)渡部分設(shè)計(jì)成圓滑過(guò)渡的階梯形，小端圓柱部分具有鋒利刃口，是工作部分，中間圓柱部分以過(guò)渡配合H7/m6實(shí)現(xiàn)與凹模鑲塊的安裝。為了保證卸料時(shí)沖孔凸模不致被拉出，尾部設(shè)計(jì)成臺(tái)肩結(jié)構(gòu)。為了保證沖孔凸模的壽命能夠達(dá)到要求，材料采用TlOA：熱處理采用固定端和工作端分別局部淬火，固定端淬火后的硬度達(dá)到43～48HRC即可，而沖孔凸模工作端(即刃口部分)淬火后的硬度需達(dá)到56～60HRC。

4 結(jié)束語(yǔ)

    (1)經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，該復(fù)合模生產(chǎn)的零件能滿足要求，可為同類(lèi)零件的加工提供參考。

    (2)采用復(fù)合?！?落2”成形，既實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)率，又降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。