Abstract：In this paper,it describes the structure,work principle,design methods of the key parts and the parameter calculation of a new three-process composite die for the cradle.By using it,the cut,punding and bending can be finished in a procedure with high efficiency and good quality.
　　Keywords：stamping　　composite die　　oblique plane bending

前言

　　圖1所示支承座是某新型設備上的重要鈑金沖壓件，使用材料是1Cr18Ni9Ti鋼板，材料厚度δ=1.5mm．該零件的沖壓特點是：材料屈服強度高，外形尺寸大，毛坯在彎成U形件后，還需將兩個邊都向內折彎，并沖出Φ20mm的小孔．對于這mm種典型的U形件，在單件或小批量生產且技術要求不高時，可采用條料在折板機上成形，小孔在鉆床上制出；反之，則應采用沖模成形．按照舊工藝，U形帶孔零件的沖壓工藝加工，一般都是采用落料、成形和沖孔3套模具，這種工藝方法生產效率低、工藝裝備多、經濟效益差．由此新設計的三工序復合沖壓模具，可以高效優質地完成支承座的沖壓工作．

圖1　支承座（L－120mm）

1　模具結構與工作原理

1.1　模具結構

　　支承座三工序復合沖壓模具結構見圖2，主要工作部件由：固定斜楔、凹模、活動斜楔、成形凸模和沖孔凸模等組成，并采用導柱導套導向形式的標準模架．

1安裝板　2彈簧　3模柄　4拉桿　5工件　6上模座　7固定斜楔
8側板　9導柱導套　10凹模　11下模座　12活動斜楔　13彈簧Ⅱ
14成形凸模　15沖孔凸模　16壓料板　17定位銷
圖2　支承座三工序復合沖壓模具

1.2　工作原理
　　支承座三工序復合沖壓模具的工作原理是^[1，2]，當模具處于上極限待工作位置時，將毛坯條料（B=120^0.0_-0.5）放置在落料凹模和成形凸模上，并通過側板和定位銷定位．模具工作時，上模隨壓床滑塊下行，首先，在彈簧的作用下，壓料板壓緊毛坯，固定斜楔與凹模共同完成毛坯的落料工序、沖孔凸模完成ΨΦ20mm小孔的沖制工序；隨著壓床滑塊的繼續下行，固定斜楔對毛坯施實向下U形彎曲；同時，固定斜楔推動活動斜楔向模具中心移動，使毛坯向里彎曲，完成工件的最終成形工序．最后，模具到達下死點并隨滑塊開始向上運動，固定斜楔和沖孔凸模分別退出落料凹模和成形凸模，彈簧回復推動活動斜楔向模具兩側移動．此時，即可將已成形的工件從模具中取出，沖壓工作完成．

2　主要零件的設計

2.1　沖孔凸模
　　沖孔凸模材料為Cr12MoV鋼，熱處理硬度HRC58～62．因沖孔直徑較大，故該凸模屬于細長桿，在設計時應進行承壓和失穩彎曲強度校核．在結構上，力求提高凸模的強度和剛度，可將凸模設計為階梯軸或加裝凸模護套．

2.2　成形凸模
　　成形凸模可用T10A鋼制造，熱處理硬度HRC56～60．成形凸模形狀較復雜，壁厚不均，故在熱處理時務必謹慎．在實際操作時可采用預冷淬火或內孔填塞石棉繩來減輕工件的熱處理變形和開裂傾向．

2.3　凹模
　　落料凹模可采用拼鑲式結構，凹模磨損后，只須拆下鑲塊刃磨，再加裝適宜的墊片，即可保持凸、凹模間隙不變．凹模刃口處采用T10A鋼，熱處理硬度 HRC56～60，用螺釘和柱銷固定；本體用45鋼，熱處理硬度HRC28～32為．這樣可以減少貴重材料的使用，提高經濟效益．

2.4　斜楔
　　模具中有固定斜楔和活動斜楔兩種．
2.4.1　固定斜楔
　　固定斜楔是重要的工作零件，有雙重作用．在毛坯落料時充當凸模；還可推動活動凹模向模具中心移動，使工件完成最終成形．固定斜楔工作頻率高，受力較大，推薦使用T10A鋼制造，并淬硬至HRC56～60，使其能獲得較高的強度、耐磨性和韌性．
2.4.2　活動斜楔
　　活動斜楔采用45鋼，熱處理硬度HRC43～48，要求具有良好的耐磨性和運動穩定性．

3　設計計算

3.1　沖裁力

P₁=K₁τL₁t　　(1)

式中　P₁－沖裁力，N；
　　　K₁－系數，取1.3；
　　　τ－材料剪切強度，MPa；
　　　t－板厚，mm；
　　　L₁－材料輪廓長度（落料和沖孔之和），mm．
　　將τ=550MPa、t=1.5mm、L=302.8mm代入式（1），可得到P₁=324753N。

3.2　彎曲力
　　支承座毛坯先彎成U形件后，再接著將兩個邊都向內折彎時，所需彎曲力是相等的。對于U形接觸彎曲有：

P₂=K₂Bt2σ_b/(R+t)　　　　　(2)

式中　P₂－彎曲力，N；
　　　K₂－系數，取0.9；
　　　σ_b－材料抗拉強度，MPa；
　　　B－彎曲件寬度，mm；
　　　R－凸模圓角半徑，mm；
　　　t－板厚，mm．
　　將　σ_b＝700MPa、B=120mm、t=1.5mm、R=4mm，代入式（2）可得到P₂=30927N。

3.3　斜楔行程
　　固定斜楔行程主要根據與之配對活動斜楔（滑塊）行程確定：

　　　(3)

式中　W_r－固定斜楔行程，mm；
　　　W_s－活動斜楔行程，mm；
　　　β－固定斜楔角度，（°）；
　　　α－活動斜楔角度，（°）
　　一般情況下，β值取標準值為40°，則α=50°，可得到W_T=1.19W_s．

3.4　毛坯尺寸
　　當彎曲件的彎曲半徑較大時（r/t>0.5），彎曲件毛坯長度可取等于中性層的長度．對于圖1所示工件有：

L=∑L₁+2π(r+kt)　　　　(4)

式中　L－彎曲件展開長度，mm；
　　　k－系數，取0.45；
　　　∑L－工件平直部分長度，mm；
　　　r－彎曲件內半徑，mm；
　　　t－板厚，mm．
　　將∑L₁=316mm、r=4mm、t=1.5mm代入式（4）可得到L=345mm．
　　上述有關計算結果，可作為支承座三工序復合沖壓模具的結構設計，工序安排及設備選型參考．

4　結束語

　　使用新型三工序復合沖壓模具，可以在一個工步中完成支承座毛坯的落料、沖孔、彎曲成形，生產率提高了6～8倍，減少了工藝裝備，零件沖壓工藝質量也得到了顯著提高．對于典型的U形件彎曲成形具有重要借鑒作用．