接觸環在機械行業中應用廣泛，形狀多樣，需求量大，但制件精度一般要求不高。圖1為某企業玉米聯合收割機所用的接觸環。材料H62，厚度1mm，精度要求為IT13級，大批量生產。

圖1 接觸環

1 確定工藝方案

    1.1 分析沖壓工藝性

    制件材料H62雖然常溫下塑性不高，但該制件厚度較小(1mm)，可以采用冷沖壓進行生產。而且制件的形狀比較簡單，精度要求不高(IT13)級，利用普通沖裁加工方式就可以達到零件的圖樣要求。

    1.2 確定接觸環的工藝方案

    通過對接觸環的結構分析可以得出，該制件所需的基本工序為落料、沖孔和沖槽。由此得出3種沖壓工藝方案：

    第1種方案：先落料、沖孔復合，再沖槽。第2種方案：沖孔、沖槽和落料的級進沖壓。第3種方案：沖孔、沖槽和落料的一次復合沖壓。

    對3種工藝方案進行比較分析：采用第1種方案，雖然模具的結構比較簡單，模具制造的周期較短，但需要模具數量較多，最終使得成本較高且生產率較低，難以滿足零件大批量生產的要求。采用第2種方案，級進沖壓的生產率比較高，但是連續模的結構比較復雜，制造難度較大，另外模具的尺寸比較大，模具的成本比較高，最終使得制件的成本也較高，且級進沖壓造成工件尺寸的累積誤差較大。采用第3種方案，1次復合沖壓加工而成，制件的生產率比較高，精度比較高，且比連續模的結構簡單，模具的尺寸比較小，模具的成本比較低。另外，操作方便，通過合理的排樣設計和模具結構設計可以獲得較好的零件質量。

    通過以上的工藝方案分析可以得出，第3種方案是比較合理的，即該制件采用沖孔、沖槽和落料的1次復合沖壓而成。

    1.3 設計搭邊和裁板

    為了盡量提高材料的利用率和降低制件的成本，排樣可采用交叉排樣，且可采用1次沖制兩個制件的工藝。制件的排樣圖如圖2所示。

圖2 制件的排樣圖

    查參考文獻之，可以查得各個搭邊的數值，側面的搭邊尺寸為1.0mm，工件之間的距離為0.8mm，從而可以得出條料尺寸：條料寬度b=22.4+2=24.4mm；進料步距h=12+0.8-2=10.8mm。選用板料規格為1.0mm×700mm×1400mm，采用橫排排樣，在適宜的剪床上剪切成所要求的條料尺寸：24.4mm×700mm。

2 計算所需壓力選設備

    根據制件材料查出抗拉強度σb=500MPa，系數K卸=0.02～0.06，K頂=0.03～0.09。計算得出各部分沖壓力：落料力P1為43kN；沖孔力P2為14kN；卸料力P卸為1.72kN；頂料力P頂為2.58kN；總沖裁力P總為61.3kN。根據總沖裁力，可以選用160kN壓力機。

3 模具設計要點

    3.1 模具結構類型確定

    根據對接觸環的工藝方案分析，擬采用落料、沖孔、沖槽1次復合沖壓。復合模與單工序模級進模相比，結構上的主要特點是必須借助有雙重作用的結構零件一凸凹模，凸凹模裝在上模部分的復合模稱為正裝式復合模。采用正裝式復合模壓料效果比較好，得到的制件平整度較高，而且可以防止孔料積存引起的凸凹模漲裂，因此采用正裝式復合沖裁模。模具的總裝圖如圖3所示。

圖3 接觸環的模具裝配圖

    3.2 模具工作過程

    模具采用正裝，1次沖制2個工件，凹模為組合結構，由凹模和凹模鑲塊組合而成。開模狀態下，條料緊貼兩個導料銷送進，前端抵住擋料銷。上模下行時，凸凹模與沖孔凸模完成沖孔，與此同時凸凹模與凹模和凹模鑲塊完成落料和沖槽。沖壓完成后，壓力機滑塊上行，沖孔后的廢料由推桿在上模上行時借助打桿頂住壓力機的橫梁而推出凸凹模的表面，卡在凹模內且箍在沖孔凸模上的制件，由頂板將其頂出下模表面，落料和沖槽后的廢料由彈性卸料版卸下。

    3.3 模具結構設計要點

    (1)模架結構與導向裝置的設計：為了盡量保證制件質量和降低工作零件之間、導柱與導套之間的磨損，采用中間式導柱導套導向，前后送料。

    (2)定位方式的設計：由于制件厚度為1mm(>0.5mm)，所以側面可以采用導料銷導料，采用圓形固定式導料銷2個，選用規格為φ6mm×12mm。送料定距由擋料銷擋住搭邊實現，采用圓形固定擋料銷1個，選用規格為咖4mm×10mm，這種定位裝置形狀簡單，加工方便，定位準確可靠，安裝在凹模鑲塊上。

    (3)凹模設計：為了盡量保證刃口強度，滿足工件向上頂出等要求，凹模和凹模鑲塊采用直刃口。凹模采用矩形板狀結構，可以用螺釘和銷釘與下模座板和下模固定板固定連接起來。為了保證凹模的強度和壽命，須注意螺釘和銷釘與凹模內孔壁之間的距離不能太小。凹模板為長150mm×寬150mm×高30mm。為了保證凹模的壽命能夠達到要求，凹模的材料可以選用碳素工具鋼T10A。為了保證工作部分的耐磨性，刃口部分必須淬硬，表面需達到58～62HRC。

    (4)凸凹模固定形式的設計：凸凹模由上模固定板采用掛臺固定法實現固定。為了便于加工，固定部分設計為圓形。由于工作部分為非圓形，必須設計防轉銷。為了提高上模座板對于凸凹模傳來的沖擊力的承載能力，在上模座板與上模固定板之間設計了一塊墊板。凸凹模采用過渡配合H7/m6定位固定于凸凹模固定板上。為了保證凸凹模的壽命能夠達到要求，凸凹模的最小壁厚不應小于3mm。凸凹模的材料采用碳素工具鋼T10A，淬硬至56～60HRC。

    (5)沖孔凸模設計：沖孔凸模安裝固定在下模，以臺肩和過渡配合定位。為了提高下模座板對于凹模鑲塊和沖孔凸模傳來的沖擊力的承載能力，在下模座板與下模固定板之間設計了1塊墊板。沖孔凸模的刃口部分為圓形，為了便于沖孔凸模和凹模鑲塊的加工，將沖孔凸模設計成工作端小、固定端大的臺階式結構。為了保證沖孔凸模的強度、剛度以及考慮便于加工和裝配，圓形凸模的尺寸過渡部分設計成圓滑過渡的階梯形，小端圓柱部分具有鋒利刃口，是工作部分，中間圓柱部分以過渡配合H7/m6實現與凹模鑲塊的安裝。為了保證卸料時沖孔凸模不致被拉出，尾部設計成臺肩結構。為了保證沖孔凸模的壽命能夠達到要求，材料采用TlOA：熱處理采用固定端和工作端分別局部淬火，固定端淬火后的硬度達到43～48HRC即可，而沖孔凸模工作端(即刃口部分)淬火后的硬度需達到56～60HRC。

4 結束語

    (1)經生產驗證，該復合模生產的零件能滿足要求，可為同類零件的加工提供參考。

    (2)采用復合模“1落2”成形，既實現了大批量生產，提高了生產率，又降低了產品的生產成本，提高了產品的市場競爭力。