钢管冲孔模具设计的思路

钢管是汽车安全气囊上的一个重要零件,材质 为08AL。工 件 经 机 械 加 工 后,需 要 在 距 左
端 25 mm 处的侧壁冲出1个直径为 ?3.17mm 孔,在距右端45mm 处的侧壁由外向内均匀压4个深度为
1.5mm 的凹坑 (定位用),要求孔的位置位于相邻 2个凹坑所在圆周的中心线上,孔与相邻2个凹坑
的空间位置夹角为45°,如图1所示。 

1. 模具的设计思路 
根据企业现有设备条件和工件的加工特点,选择扬州锻压机床有限公司生产的 JL21-45A 压 力 机
。其技术参数:压力为450kN,行程为110mm, 闭合高度≥232mm,行程次数≤70次/min,有光电 安保装
置。因冲孔和压凹不在工件的同一截面上,且位置相距较远,所以将冲孔机构和压凹机构在模具的上
、 下2部分分开布局。在上模部分,着重考虑冲压4个凹坑的机构设置和布局。因为冲4个凹坑不同
于冲孔,所以将冲 4凹的浮动楔块机构放在上模部分,压凹成形的 过程依照x=ytan36°的轨迹运动
(x 表示压凹凸模 水平方向的坐标值,y表示滑块运动方向的坐标值, 36°为斜楔的斜面角度)。压
凹楔块34在固定板26 的4个孔中上下滑动,其回程动力使用规格为 M40x 63的弹簧,压凹凸模 1 的
回程动力用小弹簧 2 提 供。在下模部分,着重考虑冲侧孔机构的设置和布 局。为保证楔块机构工
作行程的进、退可靠,采用了 共轭式楔块机构。为方便操作,模架用后侧导柱 形式,尽量将模具的
形体设计紧凑。 
2.模具图的设计 
压凹机构布置在主视图的右上角,采用的是一个比较新颖的浮动楔块机 构。参照右面的仰视图,可
以看到有4个相同的 压凹机构均匀地分布在模具的同一圆周上。冲孔机 构布局在2个压凹机构的中
间位置,与压凹机构的 夹角为45°,确保了产品符合图纸要求。在模具的设计过程中,模具工作图的
内容需要通过各个零件图体现,特别是关键零件,更需要周密思考、反复推敲和精确计算。
被加工对象的孔径为 ?3.17±0.1mm,材质为 08AL,钢管内径为 ?21.7±0.1 mm,壁厚为 2.17 mm,孔
的定位尺寸为25 mm。在设计此件时应注 意以下问题:确保凹模强度;保证废料顺利排出;保 证 凹
模 与 凸 模 准 确 对 中 等。例 如:凹 模 材 料 用 Cr12MoV,热处理后的硬度为60~63HRC;凹模
工作 孔径为 ?3.5+0.03(凸模工作尺寸为 ?3.22  -0.02 mm),相对间隙Cz=z/t≈0.07,完全满足冲
孔的质量要求,又可使冲孔阻力减小。凹模中心的出碴孔 径确定为?7.5 mm 和 ?9 mm,这兼顾了凹
模强度又能保证出碴顺利。凹模下半部分设计成带 ?56 mm 直径法兰的带通孔的杆,杆的直径为 ?
26 0 -0.027 mm,这样可增强凹模在冲孔时的稳定性,提高抗侧弯能力。在剖面 A-A 处设计了2个相
互垂直的凹 模孔,如果其中一个孔损坏,经过重新调整旋转90° 后还可重复使用。凹模孔的工作深
度要合适,过长 会导致废料相互粘连堵塞出口。该例的工作深度为 5.5±0.5mm,其余部分的孔径为
?4.1mm。图3 中2个 M6孔是专为凸、凹模对位设计的,使用时调 整孔内螺钉,当凸、凹模准确对中
后用小压板将凹模 压紧,凹模上端的4x30°倒角对工件起导向作用, ?21.5 0 -0.084 mm 作为钢管
内定位,?26 0 -0.03 mm 是与下模板安装配合尺寸等。 
3. 模具零件之间的相互关系 
工件(钢管)与上定位销3和冲侧孔凹模4位于 模具中心,处在同一轴线。上定位销3固定在固定 板26
中,兼有定位中心和工件在侧面压凹成形时起 支撑的作用。冲侧孔凹模4固定在下模板12上,它 作
为凹模,同时还具有定位工件和导向的作用。冲侧孔的滑块机构安装在下模板12上,与固定在上固定
板26中的冲孔楔块19上、下对应。上模部分:上模板25、模柄23和固定板26相 连。在固定板26内装
有压凹模座27。在压凹模座 27的中心孔内安装定位导向套24,在装配定位导向 套24时应保证4个对
应侧孔同轴。在压凹模座27 的4个侧孔内分别安装压凹凸模1、弹簧2和接触块28。4个压凹楔块34
安装在固定板26的孔中。螺钉31在压凹楔块34回程时起限位作用。压凹楔块的回程动力用4个强力
弹簧29提供(弹簧规格: M40暳63)。压盖32固定在压凹模座27上,压盖上 的凸台面与接触块28的平
面接触,起防转作用。 
下模部分:冲孔凸模5安装在滑块7上,用锁紧螺帽6锁紧,2个小轴9安装在滑板7上,减小滑块与冲孔楔
块19 间的磨损。挡板 11 安在冲孔导板 10的左端,与螺钉14和弹簧15一起,防止滑板回 程时错位
。滑板7在冲孔导板10槽中滑动,滑块盖 板16固定在冲孔导板10上。冲孔导板10固定在 下模板12上
。冲侧孔凹模4用小压板37压紧在下 模板12上。安装在下模板上的调节螺杆35与固定 板26中的压
凹楔块34对应,可调整压凹深度。 
4. 模具工作原理 
将工件套在冲孔凹模4上,以自重定位,保持不动(孔的定位尺寸25由模具保证)。工件放好后操控压
力机滑块下行,上模中的上 定位销3先行进入钢管的内径,起着内支撑的作用。压力机的滑块继续下
行,4个压凹楔块34的下端面开始接触安装在下模板12上的调节螺杆35,在其 作用力的推动下,压凹
楔块34向上移动,楔块上的 斜面触及4个接触块28,这时接触块28在压凹楔块斜面的作用是推动4个
压凹凸模1向模具中心水 平移动。当压力机滑块运行到下死点时,压凹过程 结束。在压力机滑块返
回时,压凹楔块机构的零件 在各自弹簧力的作用下,同步返回始点,整个压凹成 形过程在侧向力和
滑块运动方向的合力作用下挤压 成形。压凹凸模1的回程动力用弹簧2实现,压凹 楔块34的回程动
力由强力弹簧29提供。当4个凹 坑深度不符合要求时,可分别转动调节螺杆35调 整。尺寸45±1 mm
不符合要求时, 可调节压力机闭合高度。冲孔与压凹同步进行,当压力机滑块下行时,固定在上模板
25的冲孔楔块19逐渐接触滑板7中的 小轴9,冲孔楔块19推动滑板7,安装在滑板7上的 冲孔凸模5对
工件侧壁冲孔,冲孔产生的废料经过 冲侧孔凹模4的中心孔从模具底面排出。压力机滑块返回上死
点时,冲孔楔块19强制滑板7返回初始 位置。在完成对工件的压凹和冲孔后,将工件从模具上取出。 
 

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