罩殼沖壓件成形工藝與模具設計探析

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摘要：為了保證罩殼零件順利成形，并降低模具的設計成本，通過對沖壓工藝分析，確定沖壓方案，設計了落料拉深復合模與切邊彎曲沖孔復合模來實現(xiàn)零件的成形。所設計的兩套復合模既減少了成形工序，使成形過程易于控制，同時可提高外殼沖壓件的生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：沖壓工藝分析；落料拉深；復合模；成形工序

1沖壓件的工藝性分析

罩殼零件如圖1所示，材料為Al，料厚0.3mm，中批量生產(chǎn)。該零件形狀較復雜，零件尺寸均為自由公差，精度等級為IT14級。鋁用拉深、沖裁、沖孔、彎曲的加工方法是完全可以成型的。本產(chǎn)品對于厚度和表面質(zhì)量沒有嚴格要求，所以盡量采用國家標準的板材。經(jīng)以上分析，零件材料性能符合冷沖壓加工要求。

2工藝方案的確定

成形此罩殼零件需經(jīng)過多種工序（落料，拉深，整形，沖孔，彎曲）來完成沖壓成形。因罩殼圓筒形拉深部分筒壁與筒底圓角半徑與料厚的比值大于1，故此沖壓件經(jīng)過拉深后不需要增加整形工序。對小階梯筒形部分采用壓凸脹形工序的方法壓制成帶凸緣的小直徑筒形件，然后再拉深大直徑筒形件的工藝方法[1]。對此沖壓件擬采用多工序復合沖壓，即先落料-拉深復合沖壓，再切邊-彎曲-沖孔的復合沖壓。

3工藝計算

3.1坯料展開尺寸

將整個罩殼零件分為小直徑圓筒形部分，帶凸緣的大直徑圓筒形部分和彎曲部分（兩頭），對毛坯尺寸進行分開計算。3.1.1小直徑圓筒形部分坯料小直徑部分的形狀是由材料變薄后局部成形的，由于坯料厚度相對于坯料的外形尺寸極小，脹形后，料厚方向上的變化很小，在坯料的內(nèi)外表面分布較均勻，不會影響毛坯尺寸的大小[2]。因此將可帶凸緣的大直徑圓筒形部分的拉深可看做是由毛坯拉深成的不帶小直徑圓筒形部分的筒形件。3.1.2帶凸緣的大直徑圓筒形部分坯料直徑根據(jù)公式（1）[3]，當R=r時，（1）式中，D———坯料直徑，mm；d4——帶修邊余量的筒形件的凸緣直徑，18.2mm；d2———筒形件的筒壁部分中徑，8.4mm；H———筒形件的高度，6.4mm；r———筒形件的圓角半徑中徑，0.75mm。經(jīng)計算，取帶凸緣的大直徑圓筒形部分的坯料直徑為23mm。3.1.3彎曲部分坯料尺寸因r≥0.5t，按無圓角半徑的彎曲計算彎曲部分坯料尺寸，根據(jù)公式（2）[4]，（2）式中，L—彎曲部分坯料尺寸，mm；l1—彎曲部分直邊尺寸，取7.7mm；l2—彎曲部分直邊尺寸，取1.7mm；t—料厚，取0.3mm。經(jīng)計算，彎曲部分（單邊）坯料長為9.5mm。故下料尺寸為42mm×23mm。

3.2判斷能否一次拉深成形

零件的坯料相對厚度t/D為0.85%，凸緣相對直徑為2.9，經(jīng)查表[4]其第一次拉深的極限拉伸系數(shù)[m1]為0.21，計算零件的總拉深系數(shù)為0.27，大于[m1]。所以可以一次拉深成形，無需多次拉深。

4模具結(jié)構(gòu)

4.1落料拉深復合模

4.1.1設計要點。①定位裝置。采用導料銷配合固定擋料銷來保證條料的正確送進。②卸料壓料裝置。為得到質(zhì)量較好，平直度較高的沖裁工序件，同時滿足薄板要求，設置了彈性卸料裝置。此彈壓卸料裝置既起卸料作用又起壓料作用，采用導柱和導套配合的導向方式還可以確保上下模沖裁時的正確定位。4.1.2落料拉深復合模結(jié)構(gòu)。開模后，為防止送偏定位零件，由導料銷進行送進導向，由擋料銷3擋住搭邊，以限定條料的送進距離，起定位作用。上模下行，凸凹模13與落料凹模17進行落料工序，得到拉深工序毛坯件。上模繼續(xù)下行，頂件塊16壓緊坯料的同時，拉深凸模18與凸凹模13進行拉深工序，完成拉深，得到帶臺階的拉深工序毛坯件。開模后，推件塊將工序件從凸凹模13中推出，由頂件塊16頂至開模面，取走工件、清除廢料后，進行下一次循環(huán)生產(chǎn)。（圖2）

4.2切邊彎曲沖孔復合模

4.2.1設計要點。①工序安排。為防止彎曲時孔的形狀發(fā)生變形，必須保證孔邊到彎曲半徑中心的距離L要滿足條件：t<2mm時，L≥t。根據(jù)零件圖知，料厚為0.3mm時，孔邊到彎曲半徑中心的距離L為0.95mm，滿足要求?？紤]料厚較小，將沖孔工序安排在彎曲之后。因所用彈簧為同種型號，且下方彈簧長度大于上方彈簧，故下方作用力大于上方，可保證先彎曲后沖孔。②定位裝置?？紤]到經(jīng)過落料拉深后工序件形狀的特殊性，沒有設置專門的定位裝置，而是采用凸凹模對內(nèi)形進行定位，保證彎曲之后沖孔工序順利進行。4.2.2切邊彎曲沖孔復合模結(jié)構(gòu)。模具在開啟狀態(tài)時，凸凹模5外圈與切邊凹模19在同一水平位置。沖壓前，將工序件毛坯套在凸凹模5上，隨著上模下行，切邊凸模10與切邊凹模19完成切邊。上模繼續(xù)下行，切邊凸模10和凸凹模5壓緊工序件，凸凹模5與彎曲凹模7完成工序件兩頭的彎曲。到行程快終了時，沖孔凸模8與凸凹模5對工序件完成沖孔，沖孔廢料由凹模洞口漏下。開模后，制件留在凸凹模上，至此完成一次沖壓。（圖3）

5結(jié)論

本設計通過對沖壓件成形工藝性、成形工序進行分析，制定了復合模的成形方案，設計了落料拉深復合模與切邊彎曲沖孔復合模兩套模具，并介紹了設計要點與模具的動作過程。所設計的模具保證沖壓件順利成形，并實現(xiàn)了利用少設備實現(xiàn)多種工序（落料，拉深，整形，沖孔，彎曲）的有效結(jié)合，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻：

[1]王艷輝.階梯圓筒形件的拉深工藝研究[J].機械工藝師，2000（1）：24-26.

[2]丁友生，吳治明，等.冷沖模設計與制造[M].浙江：浙江大學出版社，2011（8）：250-251.

[3]石小艷.沖壓模具設計與制造[M].北京：北京理工大學出版社，2013：164-170.

[4]許發(fā)樾.實用模具設計與制造手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：62-370.

作者:羅楠 單位:陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機械工程學院