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摘 要：复合模是指在压力机的一次工作行程中，在模具的同一位置同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。本文详细介绍了冲裁复合模异形垫片的工艺分析、冲压工艺方案的确定及冲裁工艺计算，具有很好的代表性。
关键词：异形垫片；冲裁复合模；冲裁工艺
一、原始资料
图1所示异形垫片的材料为Q235钢，料厚t=2.0mm，大批量生产。试设计成形所需的模具。
二、冲压件的工艺分析
图1所示的垫片结构简单、对称，转角处有R1的圆弧过渡，整个零件最窄处的宽度为15mm，而当材料厚度为2mm时，复合模凸凹模允许的最小壁厚为4.9mm；图中所注尺寸全为未注公差尺寸，按IT14级选取，精度要求不高；材料为Q235，料厚t=2mm，冲裁工艺性较好。经分析该零件具有良好的冲裁工艺性。
三、冲压工艺方案的确定
由于该零件包括落料、冲孔两个基本工序，因此有以下三种工艺方案：方案一：先落料、后冲孔，采用单工序模生产。方案二：落料、冲孔同时进行，因冲裁件平整度要求不高，为简化模具结构，采用倒装复合模生产。方案三：先冲孔、再落料，采用连续模生产。方案一的模具结构简单，但需两道工序和两副模具，生产效率不高，同时落料后再冲孔会产生定位误差，导致冲裁件的尺寸精度低。方案二只需一副模具，生产效率高，因冲裁件的尺寸精度全由模具保证，因而冲裁件的尺寸精度高，但模具结构复杂。方案三也只需一副模具，生产效率高，冲裁件尺寸精度比方案二的差，且模具结构更为复杂，制造和维修成本都比较高。通过对以上三种方案的比较和生产批量的具体情况，决定采用方案二进行生产。
四、选择模具的结构形式
第一，模具类型的选择。由冲压工艺分析可知，采用倒装复合模。第二，定位方式的选择。因该模具采用的毛坯是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置；控制条料的进给步距采用挡料销。第三，卸料、出件方式的选择。冲裁件材料为2.0mm的Q235，材料相对较软，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料；制件由推件机构直接从凹模内推出，冲孔废料则直接由冲孔凸模将其从凸凹模孔中推出。第四，导向方式的选择。为了提高模具寿命和冲裁件质量，方便操作及模具安装和调整，该模具采用后侧滑动导柱、导套的导向方式。第五，模架的选择。根据工件的要求和模架的特点，选用后侧导柱模架。第六，工作零件的结构与固定。包括三个部分：一是冲孔凸模，冲孔凸模设计为阶梯式，与固定板的安装孔采用H7/m6的配合形式。二是凸凹模，凸凹模采用直通式结构，线切割加工，由固定板固定，采用螺钉拉紧以免被卸料力拔出。三是凹模，凹模采用整体式结构，与上模直接用螺钉和销钉联接和固定。
五、工艺计算
1.排样设计
（1）排样方式。根据冲裁件的结构特点和技术要求，为提高材料的利用率，采用有废料斜排的排样方式。
（2）搭边值的确定。工件间搭边a1=2.2mm，侧搭边a=2.5mm。
（3）送料步距和条料宽度的计算。送料步距S的计算
S=D+a1=40+2.2=42.2mm条料宽度B的计算B0-Δ=（Dmax+2a）0-Δ=（47.8+2×2.5）0-0.6=52.80-0.6mm（工件在垂直于送料方向的最大值为47.8mm，条料采用剪板方式获得：Δ=0.6mm。）
（4）材料利用率的计算。一个步距内的材料利用率：
η=■×100%=■=60.7%
（5）排样图。排样图如图2所示。
■
2.冲压力的计算
该模具采用弹性卸料，冲孔废料下推的结构，冲压力的相关计算如下：
（1）冲裁力。冲裁力由两部分组成，即落料力和冲孔力。落料力：F落=KLtτ=1.3×150.7×2×350=137137N（L=150.7mm，得τ=350MPa）冲孔力：F孔=KLtτ=1.3×31.4×2×350=28574N（L=31.4mm，得τ=350MPa）冲裁力：F冲=F落+F孔=137137+ 28574=165711N
（2）卸料力。由公式2-1-16可知：F卸=K卸F落0.05×
137137=6856.8N（K卸=0.05）
（3）推件力。F推=nK推F孔=3×0.05×28574=4286.1N（取凹模直壁高度h=6mm，n=■=■=3，得K推=0.05）
（4）冲压力。F总=F冲+F卸+F推=165711+6856.8+4286.1=
176853.9N=177KN
（5）压力中心的确定。选择如图3所示的直角坐标系xOy，并将图形分成l1、l2、l3、l4、l5五段，因冲压件对称于x轴，所以y0=0。计算各段的压力中心x1、x2、x3、x4、x5如下：
l1=（■×π×40）=111.64mm
x1=20×■
=2.45mm
l2=l4=30-20=10mm
x2=x4=（■）cos20°=-23.49mm
l3=■×π×60=20.94mm，
x3=-30×■=-29.41mm
l5=π×10=31.4mm，x5=0
x0=■=-5.32mm其压力中心为（-5.32，0）。
（6）初选压力机。根据计算结果，初选压力机的型号为J23-25。
3.工作零件刃口尺寸计算
该冲压件外形为落料，以凹模为基准，内孔为冲孔，以凸模为基准；由于外形轮廓形状比较复杂，采用配作加工，落料凹模、凸凹模、凸凹模固定板、卸料板均由线切割加工，因此只需计算凹模刃口尺寸，其它零件的尺寸只要正确确定其间隙或配合关系后，调整钼丝的偏移量即可；￠10孔的形状简单，其凹模和凸模采用分开加工，圆形凸模采用车→磨加工，设计为阶梯式，与固定板采用H7/m6的配合，凹模与凸凹模一起采用线切割加工，加工时通过调节钼丝的偏移量保证其加工尺寸。
零件图中所注尺寸均为未注公差尺寸，按IT14级查取，查公差表可知各尺寸对应的公差为：￠40→0.62，R30→0.52，￠10→0.36，40°→2°。
（1）落料凹模。该模具的落料凹模与凸凹模采用配作加工，因落料凹模刃口磨损后尺寸都增大，所以可计算凹模刃口尺寸，具体见表1。
表1 落料凹模刃口尺寸计算 单位：mm
■
冲裁双面间隙Zmax=0.36mm，Zmin=0.246mm。凸凹模外形刃口尺寸按凹模实际的刃口尺寸配作，保证两者的双边间隙值为0.246mm～0.36mm。
（2）冲孔凸模、凹模。冲孔凸模与凹模采用分开加工可知：δT=0.02，δA=0.02；因Zmax-Zmin=0.36-0.246=0.114mm，|δT|+|δA|=0.04mm，满足|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin的条件；将￠10转化为φ100+0.36工艺尺寸为，根据工件的精度取x=0.5。
冲孔凸模的尺寸：dT=（dmin+xΔ）0-δt=10.180-0.02mm
冲孔凹模的尺寸：dA=（dT+Zmin）0+δA=（dmin+xΔ+Zmin）0+δA=
10.430+0.02mm
参考文献：
[1]冲模设计手册编写组.冲模设计手册（模具手册之四）[M].北京：机械工业出版社，1998.
[2]陈黎明，李淑宝.冲压工艺与模具设计[M].北京：电子工业出版社，2012.
关键词：异形垫片；冲裁复合模；冲裁工艺
一、原始资料
图1所示异形垫片的材料为Q235钢，料厚t=2.0mm，大批量生产。试设计成形所需的模具。
二、冲压件的工艺分析
图1所示的垫片结构简单、对称，转角处有R1的圆弧过渡，整个零件最窄处的宽度为15mm，而当材料厚度为2mm时，复合模凸凹模允许的最小壁厚为4.9mm；图中所注尺寸全为未注公差尺寸，按IT14级选取，精度要求不高；材料为Q235，料厚t=2mm，冲裁工艺性较好。经分析该零件具有良好的冲裁工艺性。
三、冲压工艺方案的确定
由于该零件包括落料、冲孔两个基本工序，因此有以下三种工艺方案：方案一：先落料、后冲孔，采用单工序模生产。方案二：落料、冲孔同时进行，因冲裁件平整度要求不高，为简化模具结构，采用倒装复合模生产。方案三：先冲孔、再落料，采用连续模生产。方案一的模具结构简单，但需两道工序和两副模具，生产效率不高，同时落料后再冲孔会产生定位误差，导致冲裁件的尺寸精度低。方案二只需一副模具，生产效率高，因冲裁件的尺寸精度全由模具保证，因而冲裁件的尺寸精度高，但模具结构复杂。方案三也只需一副模具，生产效率高，冲裁件尺寸精度比方案二的差，且模具结构更为复杂，制造和维修成本都比较高。通过对以上三种方案的比较和生产批量的具体情况，决定采用方案二进行生产。
四、选择模具的结构形式
第一，模具类型的选择。由冲压工艺分析可知，采用倒装复合模。第二，定位方式的选择。因该模具采用的毛坯是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置；控制条料的进给步距采用挡料销。第三，卸料、出件方式的选择。冲裁件材料为2.0mm的Q235，材料相对较软，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料；制件由推件机构直接从凹模内推出，冲孔废料则直接由冲孔凸模将其从凸凹模孔中推出。第四，导向方式的选择。为了提高模具寿命和冲裁件质量，方便操作及模具安装和调整，该模具采用后侧滑动导柱、导套的导向方式。第五，模架的选择。根据工件的要求和模架的特点，选用后侧导柱模架。第六，工作零件的结构与固定。包括三个部分：一是冲孔凸模，冲孔凸模设计为阶梯式，与固定板的安装孔采用H7/m6的配合形式。二是凸凹模，凸凹模采用直通式结构，线切割加工，由固定板固定，采用螺钉拉紧以免被卸料力拔出。三是凹模，凹模采用整体式结构，与上模直接用螺钉和销钉联接和固定。
五、工艺计算
1.排样设计
（1）排样方式。根据冲裁件的结构特点和技术要求，为提高材料的利用率，采用有废料斜排的排样方式。
（2）搭边值的确定。工件间搭边a1=2.2mm，侧搭边a=2.5mm。
（3）送料步距和条料宽度的计算。送料步距S的计算
S=D+a1=40+2.2=42.2mm条料宽度B的计算B0-Δ=（Dmax+2a）0-Δ=（47.8+2×2.5）0-0.6=52.80-0.6mm（工件在垂直于送料方向的最大值为47.8mm，条料采用剪板方式获得：Δ=0.6mm。）
（4）材料利用率的计算。一个步距内的材料利用率：
η=■×100%=■=60.7%
（5）排样图。排样图如图2所示。
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2.冲压力的计算
该模具采用弹性卸料，冲孔废料下推的结构，冲压力的相关计算如下：
（1）冲裁力。冲裁力由两部分组成，即落料力和冲孔力。落料力：F落=KLtτ=1.3×150.7×2×350=137137N（L=150.7mm，得τ=350MPa）冲孔力：F孔=KLtτ=1.3×31.4×2×350=28574N（L=31.4mm，得τ=350MPa）冲裁力：F冲=F落+F孔=137137+ 28574=165711N
（2）卸料力。由公式2-1-16可知：F卸=K卸F落0.05×
137137=6856.8N（K卸=0.05）
（3）推件力。F推=nK推F孔=3×0.05×28574=4286.1N（取凹模直壁高度h=6mm，n=■=■=3，得K推=0.05）
（4）冲压力。F总=F冲+F卸+F推=165711+6856.8+4286.1=
176853.9N=177KN
（5）压力中心的确定。选择如图3所示的直角坐标系xOy，并将图形分成l1、l2、l3、l4、l5五段，因冲压件对称于x轴，所以y0=0。计算各段的压力中心x1、x2、x3、x4、x5如下：
l1=（■×π×40）=111.64mm
x1=20×■
=2.45mm
l2=l4=30-20=10mm
x2=x4=（■）cos20°=-23.49mm
l3=■×π×60=20.94mm，
x3=-30×■=-29.41mm
l5=π×10=31.4mm，x5=0
x0=■=-5.32mm其压力中心为（-5.32，0）。
（6）初选压力机。根据计算结果，初选压力机的型号为J23-25。
3.工作零件刃口尺寸计算
该冲压件外形为落料，以凹模为基准，内孔为冲孔，以凸模为基准；由于外形轮廓形状比较复杂，采用配作加工，落料凹模、凸凹模、凸凹模固定板、卸料板均由线切割加工，因此只需计算凹模刃口尺寸，其它零件的尺寸只要正确确定其间隙或配合关系后，调整钼丝的偏移量即可；￠10孔的形状简单，其凹模和凸模采用分开加工，圆形凸模采用车→磨加工，设计为阶梯式，与固定板采用H7/m6的配合，凹模与凸凹模一起采用线切割加工，加工时通过调节钼丝的偏移量保证其加工尺寸。
零件图中所注尺寸均为未注公差尺寸，按IT14级查取，查公差表可知各尺寸对应的公差为：￠40→0.62，R30→0.52，￠10→0.36，40°→2°。
（1）落料凹模。该模具的落料凹模与凸凹模采用配作加工，因落料凹模刃口磨损后尺寸都增大，所以可计算凹模刃口尺寸，具体见表1。
表1 落料凹模刃口尺寸计算 单位：mm
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冲裁双面间隙Zmax=0.36mm，Zmin=0.246mm。凸凹模外形刃口尺寸按凹模实际的刃口尺寸配作，保证两者的双边间隙值为0.246mm～0.36mm。
（2）冲孔凸模、凹模。冲孔凸模与凹模采用分开加工可知：δT=0.02，δA=0.02；因Zmax-Zmin=0.36-0.246=0.114mm，|δT|+|δA|=0.04mm，满足|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin的条件；将￠10转化为φ100+0.36工艺尺寸为，根据工件的精度取x=0.5。
冲孔凸模的尺寸：dT=（dmin+xΔ）0-δt=10.180-0.02mm
冲孔凹模的尺寸：dA=（dT+Zmin）0+δA=（dmin+xΔ+Zmin）0+δA=
10.430+0.02mm
参考文献：
[1]冲模设计手册编写组.冲模设计手册（模具手册之四）[M].北京：机械工业出版社，1998.
[2]陈黎明，李淑宝.冲压工艺与模具设计[M].北京：电子工业出版社，2012.