董云廷++雍小凤
[摘 要]通过在未折断模具上加垫和在折断模具上加套的方法，使数控冲床上的A、B工位上模具使用寿命大大提高，进而节约生产成本。
[关键词]数控冲床冲模 工作原理 报废形式 理论分析 强度校核
中图分类号：F145 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0128-01
一、冲模的形式见附录图1。
二、工作原理。
根据图1可知，当冲头受到F床的打击力后，克服弹簧力向下移动，直到冲透工件，至下检测开关后，F床力消失，在弹簧力F弹作用力下，沖头克服冲头与工件的摩擦力F摩后，冲模恢复原状。
三、数控冲床冲模的两种报废形式。
1、在附录图1中，A部分是冲头，也是冲模最主要的部分。由于长期使用，它会变钝，经过多次刃模后，逐渐变短，当磨掉三分之一的时候，由于受冲床打击头的限制，就不能再用了。
2、在附录图1中，BC和CD连接处由于受横截面的实变及长期的循环应力的作用，有时会因为“疲劳失效”发生脆断而使模具报废。
四、延长冲模使用寿命的两种方法。
1、在BC连接处加垫（见图2），使轴肩右移，增加AB的长度，必要时磨短B的长度，最终结果能把A的有效长度全部用完，提高模具的使用寿命至少一倍。
2、对于脆断的模具可以进行修补。方法是在c处或B处增加一个外套，采用过盈的方法装入。此方法的理论依据见后面论述。
五、两种方法的理论分析和强度校核。
1、理论分析（见图1）：
冲头在工作时，主要是受到来自机床的打击力F床和冲透工件后来自弹簧的回复力F弹。在第一个办法里，要求所加垫的屈服应力与受力面积的乘积大于F弹。在第二个办法里，要求连接后的两个部件由于过盈所产生的摩擦力F摩与被包容件顶部所受力之和大于冲透δ6钢板时，所需要的冲裁力。
值得说明的是，公司加工的钢板厚度通常小于等于δ4mm。这里设计的垫和外套是按δ6厚钢板为工作对象的，材质采用的是常见的45#钢。
2、垫和外套的设计及其强度校核。
垫和外套的尺寸见图2、图3、图4
⑴先设计冲模弹簧工作时最大压缩量：
设λ总为弹簧总压缩量，δ6为6mm厚钢板，L原为模具预紧力后的压缩量。则冲模工作时的最大压缩量是：λ总=δ6+L原=6+6=12mm。
（2）计算F弹：根据公式λ=8PD3N/Gd4进行计算，已知λ=λ总=12mmD=27.75mm（弹簧中心直径）d=9.25mm（弹簧直径）G=80GPa（弹簧材料切变量）n=7圈（弹簧圈数）P=F弹（所求）
计算结果：F弹=5873N。
（3）校核垫的强度。
查有关资料知45#钢σS=353MN/m2，根据图2知道垫的受力面积为：πr12-πr22=π*82-π*（6.25）2=78.3mm2；则垫受到的应力为：5873/78.3=75N/mm2=75MN/m2，显然75MN/m2<353MN/m2
结论：垫符合使用要求。
（4）求连接件符合使用要求时，被包容件（与图3，图4连接的脆断后的模具）所受最小应力Pmin。
根据公式：F摩=πdlPminf=F弹
已知：π=3.14，d=12mm（被包容件直径）l=30mm（连接面的长度）f=0.15（摩擦系数），代入数值后得：Pmin=45.2MPa<σs（45#钢）.
（5）计算装配时，所需要最小过盈量
根据公式：δ=cpx103.其中c=d/E*2d2/d22-d2，已知：E钢=2.1x105MPa（弹性模量），d=12 d2=18，d d2分别为配合直径，包容件外径。代入数值δmin= cp103=7.385um
在本次设计中，根据实际情况取δ=15um，连接面取l=36mm。
（6）根据（5）中的数据，校核冲工件时，连接件是否满足使用要求。
在图3中设计的外套是用来冲φ12圆孔的（冷轧钢板），则根据公式计算出冲裁力：冲裁力（kN）=0.245*周长（毫米）*厚度（毫米）*材料系数*剪切系数。已知周长=π*12=37.68mm；厚度=6mm；材料系数=1；剪切系数=1；结果冲裁力=55.38kN，由δ=15um，根据δ=cp103得Pmin=77MPa；由F摩=πdlPminf，代入数值得：F摩=19584.18N，被包容件顶部F顶=δs*S面积=353*πr2=39903.12N；则：F摩+F顶=59487.3=59.5kN，显然59.5>55.38
结论：连接件符合使用要求。
六、效果分析与经济效益评价
1、效果分析。
我公司采用我设计的图纸外协加工，共加工垫20套，外套15套。用修好的模具试冲钢板没有问题，试用一个月后，没有问题，模具达到了使用要求。
2、经济效益评价
加外套修好的模具共15套，节约资金约500元，加垫的模具18套，节约资金约6000元，使模具的使用寿命提高一倍，每年就可节约资金10000元
参考文献
[1] 吴宗泽编《机械零件》中央广播电视大学出版社1962.
[2] 单辉祖编《材料力学》北京航空学院材料力学教研室1996.
[3] 饶孝权编《工程材料》中央广播电视大学出版社1996.
[4] 《数控液压回转头压力机使用说明书》济南铸造锻压机械研究所.
