检测套冲压工艺及模具设计

  1 零件分析

图1所示检测套为某私营企业从外商处承揽的某检测装置上的零件，采用1mm厚的优质低碳钢10制成，生产批量较大。

2 工艺计算

这是一常见的典型拉伸件，零件结构并不很复杂，按照零件的加工顺序，首先要对零件进行工艺计算，才能制订出合理的工艺方案。

选取合适的修边余量后，根据拉伸前后毛坯与工件的表面积不变原则，依据毛坯直径D计算公式：

 

（∑f为拉伸零件各部分的表面积之和）。

可求得D=38.5。

那么，该零件的拉伸系数m=d/D=15.1/38.5=0.39。

根据资料中的判断条件，确定是否采用压边：

毛坯相对厚度t/D×100=1/38.5×100=2.6

(0.09～0.17) (1-m)=0.0549～0.104

因t/D＜(0.09～0.17)(1-m)

故需采用压边圈。

查表得，极限拉伸系数m极=0.48～0.5。

因m＜m极，故需多次拉伸。

根据资料，可选取各次拉伸系数m1=0.52，m2=0.76。

即第一次拉伸：d1=m1D=0.52×39=20。

第二次拉伸：d2=m2d1=0.76×20=15.1（式中各零件直径为中心层直径）。

3 工艺方案的确定

考虑到该零件锥形部分成形高度h=7.5＜(0.25～0.3)d2=9.75～11.7，属于浅锥形件，毛坯的变形程度不大，故能一次拉成，但按锥形件成形规律，须先拉伸成直径等于锥形件大端直径的圆筒形。

由于锥形底部及侧面的3个φ5mm孔的冲切直接与锥形拉伸成形有关，因此宜在锥形部分成形后加工，否则易产生孔变形。

根据上述分析及工艺计算，按传统工艺一般可制定出如下工艺方案：落料→第一次拉伸→第二次拉伸→拉成锥形→修边→冲各孔。

即：整个零件的加工由6个工序、6副模具完成。

考虑到锥形拉伸为浅锥形件拉伸，变形量不大，对已拉伸的零件口部影响很小，可以考虑将第二次拉伸与修边复合；又由于落料直径φ38.5mm与第一次拉伸筒形外径φ21mm两尺寸相差较大，能保证落料-拉伸上模壁厚有足够的强度，两工序有复合的条件；锥形拉伸与冲底孔及侧孔两工序通过合理的模具设计当然也能实现复合，但使模具设计变得复杂，模具制造也很困难。

为进一步提高企业效益，同时针对企业生产加工能力，决定对上述6个工序进行有效复合为4个，制订工艺方案如图2所示，即：先落料并首次拉伸(图2a)→第二次拉伸并挤边(图2b)→拉成锥形(图2c)→冲底孔及侧孔(图2d)。

因此，整个零件由4个工序完成加工，需要设计4副模具，即：落料-首次拉伸复合模→第二次拉伸-挤边复合模→锥形成形模→冲孔模。

4 模具设计

4.1 落料-首次拉伸复合模设计

设计的落料-首次拉伸复合模结构如图3示。

模具工作过程为：坯料送入，上模下行，落料下模8及落料-拉伸上模2分别与坯料接触落料，落下的圆形毛坯被卸料板7及落料-拉伸上模2压紧校平，当滑块继续下行时，坯料分别通过凸模4及落料-拉伸上模2的向上、向下运动完成拉伸，拉伸好的零件通过卸料器3推下。

图3 落料-首次拉伸复合模结构图
1.聚氨酯橡胶 2.落料-拉伸上模 3.卸料器 4.凸模 5.顶杆 6.压料板 7.卸料板 8.落料下模

由于其结构较为典型，此处不再详述。

4.2 拉伸-挤边复合模

设计的拉伸-挤边复合模，结构如图4所示。

图4 拉伸-挤边复合模结构图
1.上模座 2.拉伸挤切凹模 3.压边圈 4.卸料板 5.打杆 6.模柄 7.拉伸挤切凸模 8.调节螺母 9.限位柱 10.顶杆 11.螺杆 12.下模座 13.顶板 14.弹簧 15.调整板 16.调整螺母

冲床滑块上行，模具开启，顶杆10、顶板13将弹簧14的弹力传递到压边圈3而被顶起。此时，将首次拉伸好的半成品套于压边圈3上，当冲床滑块下行，拉伸挤切凹模2与压边圈3作用进行压边，其压边力大小可通过适当调节限位柱9与压边圈3台阶处的距离进行控制。随着冲床滑块的逐渐下移，拉伸挤切凹模2与拉伸挤切凸模7共同作用对拉伸半成品进行第二次拉伸，当拉伸完成，拉伸挤切凸模7上的挤切刃口部位开始与拉伸挤切凹模2作用将挤切口部挤切出来，完成修边。零件及废料由卸料板4从拉伸挤切凹模2内推出，工件与切边料自行分离。

模具设计中，采用的套筒式压边圈3同时起压边及定位作用，同时考虑到料薄易起皱，设置了调整弹簧14来达到足够的压紧力，在拉伸挤切凹模2上安有限位柱9来调节压边圈3的合适压紧力，因此，能使压边力保持均衡同时又可防止将坯料夹得过紧。

整副模具拉伸单边间隙取1.1mm，挤切凸凹模挤切的双边间隙取0.04～0.06mm。

4.3 锥形模设计

设计的锥形模结构如图5所示。

模具开启，卸料块2在压机缓冲器作用下顶起至于锥形凹模3型腔的锥形面平齐，此时将拉伸切边好的半成品套入锥形凹模3上半部分定位，随着锥形凸模1下降，其与卸料块2、锥形凹模3共同作用，逐渐将简体部分拉伸成锥形，随着冲床滑块继续下降，锥形凹模3与锥形凸模1完全接触，卸料块2对简体进行校平、校正，整个成形好的简体也得到校正，随着压机滑块上升，卸料块2在压机缓冲器弹力作用下将拉伸好的零件推出型腔，整个模具工作到位。