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1 引言
某船舶附件公司依据客户要求设计了一种安装于海船外表面的，用来防止各类海盗爬上海船的新型产品——鱼刺骨架，如图1所示。该产器由图1中3种零件焊接而成，件1是尺寸为250×20×6mm的Q235A板，件2是φ12×250mm的圆钢，件3是一个由厚度为3mm的Q235A板制成钝角三角形零件。对于件1、件2来说该单位采用成型材料直接切割就可以实现了，但对于件3来说，如果也采用切割的方法，那生产效率太底了，而且件3的批量是属于最大的，每条船上大约需要两万片左打，共计八条船的订单，数量就是16万片。 （图片） 看到他们一小片一小片的在现场剪切情形，而且该公司里拥有现成的设备63t的压力机，从内心得到启发，就建议负责人投资一副冲裁模，冲裁模的成本也不算高，不会超过2500元，但是生产效率可以提高十几倍了，大大节省了人工成本，同时还可以提前完成生产任务，提前交货。负责人听了我们的建议后，就让我们为他设计一副冲裁模，要求尽可能节省材料，同时又能满足他的形状要求，达到防盗的目的。负责人首先提供了图2a所示的外形尺寸图，我们一看，这一图形结构不合理，因为对于冲裁模不可能设计成这么尖锐的角，否则其凹模的寿命就特别短，冲不了几次，其凹模就会在尖角处裂开，就此又建议负责人将鱼刺片的外形尺寸改为图2b所示，增加了3个R角，因为从冲裁模的设计经验看，冲裁件的尖角处倒圆角的直径一般要大于或等于其材料的厚度，我们将尖锐角改为R1.5mm圆角，冲裁后再增加一道工序，将此冲裁件再拿到砂轮上砂一下，左上端的R1.5mm圆角就可砂掉了，其它两个圆角就留着等到焊接时就可覆盖了，同样能达到尖角的目的。（图片） 2 模具结构的设计
2.1 产品排样的优化
鱼刺片外形结构的修改得到负责人的同意后，现在的工作就是开始设计冲裁模具结构了。对于这种板件冲裁模，当工件外形尺寸确定下来后，设计人员最重要的工作就是排样了，合埋的排样，可以最大限度地利用有效的材料，为用户节省大量的材料成本。考虑到该公司现有一台63吨的压力机，吨位不算大，冲裁件的料厚为3mm，但经计算，如果设计成一模一件的冲裁模，还是可行的。
经过几种排样方案的对比，我们选定如图3所示的排样方法。产品的左右方向搭边量各放4mm，考虑到该产品的外形尺寸和外形形状都没有太高的精度要求，进料方向采用无搭边，用户购买材料时，选取1260×550×3mm的Q235A板，再由剪板机在宽度方向剪成五条，每条尺寸为1260×104.5mm，再将每条板料拿到压力机上冲裁，按图3所示的排样冲裁，步进量为23.77mm，在长度方向可以排样量为1260÷23.77×2=106片，也就是说，每条板料可以得到106片制件，每块板可以冲裁106×5=530片。如果在纵向放搭边的话，纵向搭边量至少要放到3mm，这样每条上排样量只能达到1260÷29.77×2=84片。每块板料就少冲裁了106×5-84×5=110片。因此选取了纵向无搭边的排样方案。（图片） 2.2 确定定位销的位置和送料方式
排样的方案就确定为按照图3所示的形式实施，下面的工作就是确定定位销的位置和迭料方式。
原来负责人的送料方案是，先冲裁第一个，翻身冲第二个，再翻身冲第三个，如此重复着翻身动作，就象图3中的1→2的顺序，这样由于每一个零件间增加了一个翻身动作，就增加了操作时间。因此我们否决了这一方案。我们设计的送料方案是排样中同一个方向的制件先冲完，旋转180°，调头，再连续冲下另一方向的制件，也就是说，每冲裁53个零件才需要调头一次，这样连续冲裁可以大大节省操作时间，提高生产效率。纵向定位销的放置位置就按照图3中尺寸80mm所示位置设计，横向定位销的放置位置就需要慎重考虑一下了，如果也按图3所示的方式定位，先冲下序号1，再步进23.77mm，冲下序号2下面的一块，这样调头后的纵向定位边就找不到了。现在设计的是按照图4所示的方式定位和送料，第一步，先按照图4a所示的方式从1→2的顺序送料，以活动定位销A定位于条料的上边界冲下序号1，缩回收起活动定位销A，将条料步进23.77mm，以固定定位销B定位于条料的C边，冲下序号2，再以固定定位销B定位于序号2的斜边，冲下序号3，如此重复下去，一直等冲完第一方向的所有制件，旋转180°，调头进行第二步，按照图4b所示的方式从1→2的顺序送料，以固定定位销A定位于条料上第二个孔的斜边界冲下序号1制件，将条料步进23.77mm，再以固定定位销A定位于条料上第三个孔的斜边界冲下序号2，以固定定位销A定位于条料上第四个孔的斜边界冲下序号3，如此重复下去，切记在此不能以B处的边定位。（图片） 2.3 模具总体结构的设计
模具的总体结构如图5所示，上模部分由上模座、模柄、上垫板、卸料板、凸模固定板、凸模等组成；下模部分又下模座、下垫板、凹模、定位销等组成。
模架设置4个导拄导套导向，以保证模具的刚度、精度和稳定性。凹模3与下垫板2合成整个凹模部分，依据这批产品的批量，约需16万件，为确保刃磨量，刃口高度设计为12mm，落料孔部分设计在件2上，这样设计件2、件3全部都为直边孔（而不是阶梯孔），既方便了加工，直接采用线切割机床割成成形孔，又节省了模具材料的成本，凹模3采用Cr12MoV，热处理58～62HRC，下垫板2采用45钢热处理28～32HRC。由于该冲裁模冲裁的工件比较厚(3mm)，在凸模固定板上方增加设计了上垫板8，以加强模具结构的强度，上垫板8同样采用45钢热处理28～32HRC。凸模13采用Cr12MoV，热处理56～60HRC，外形也是采用线切割成形。（图片）
图5 模具总装图
1.下模座 2.下垫板 3.凹模 4.卸料板 5.卸料橡皮 6.卸料钉 7.凸模固定板
8.上垫板 9.上模座 10.横柄 11.导套 12.导柱 13.凸模 14.定位销 4 结束语
本模具在使用过程中，由于排样时纵向采用了无搭边方式，制件上可明显看出有些毛刺，但这并不影响该制件的使用，只要在锉刀上刮一下，就可送过去焊接制成产品了。因此模具设计时，要从多方面考虑，如果说制外形尺寸要求不是太高。就可从节省材料、节省成本的角度考虑，尽可能将模具简化设计，排样时考虑尽可能提高材料的利用率。
8/23/2012
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