百花嶺選礦廠LAROX壓濾機板框組輥軸密封件模具設計

劉學軍

（金堆城鉬業股份有限公司百花嶺選礦廠，陜西華縣 714102）

0 前言

百花嶺選礦廠于2009年引進了芬蘭LAROX壓濾機，應用于鉬精礦脫水工藝。輥軸密封件是壓濾機板框組的主要零件，由于其階梯形狀、薄壁等的特殊性，給傳統的鑄造加工工藝、機加工工藝帶來諸多不便。本文在選取拉深成型加工的基礎上，結合該零件的形狀、尺寸、材料、產量、熱處理與表面處理要求以及其他技術條件，以及是否符合拉伸加工工藝要求及安裝尺寸要求，再擬定各種可能的加工工藝方案，結合必要的工藝計算（展開料、各種成形系數等），選擇一個最合理的壓型方案；然后根據所選定的工藝方案，進行了拉伸模具的工藝計算。

1 輥軸密封件結構分析

產品名稱：壓濾機板框組輥軸密封件。

材料：LF21M

［防銹鋁（退火）］

厚度：1.5 mm

數量：10件/架標準公差等級：IT14零件尺寸，見圖1。

凸緣直徑：dt=100 mm，大直徑：d1=83.5 mm

小直徑：d2=61.5 mm，材料厚度t=1.5 mm

高度一h1=12.25 mm，高度二h2=15.75 mm

工件高度H=h1+h2=28 mm，圓角r1=7 mm，r2=5 mm，r3=6 mm，r4=5 mm

2 工藝方案制定

2.1 工藝分析

孔壁至零件直壁間的距離L1≥R3+0.5 t，即L1=5.75 mm；

拉深件筒底和筒壁間的圓角半徑通常要求rt≥（3～5）t。

工件中rt=5 mm＞3 t=4.5 mm，符合工藝要求。

2.2 確定最佳工藝方案

常用的加工工藝方案有以下3種：

①下料→落料拉深→沖孔→翻邊→修邊

②下料→落料階梯形拉深→切底→修邊

③下料→落料階梯形拉深→沖孔→翻邊→修邊

比較上述3種方案：

方案①中，預沖孔直徑

d3=d2－2（h2－0.43r3－0.72t）=61.5－2×（15.75－0.43×6－0.72×1.5）=37.32 mm

翻邊系數

查閱參考文獻［1］，鋁的最小翻邊系數為Kmin=0.64，因為K＜Kmin，所以方案①不能實現。

方案②采用先進行階梯形拉深，再切底得到零件的方法。算出工件高度與最小直徑之比H/d2和t/D，查閱參考文獻［1］可知，可以一次拉深成形，故該方案是可行的，且需要模具少，效率高。

方案③也是可行的，且比方案②要省料，但比方案②多了一套模具，從縮短模具制造周期和節約成本考慮不及方案②。

綜合比較后，選用方案②最為理想。

3 工藝計算

3.1 拉深件的修邊余量

凸緣的相對直徑：

3.2 展開料尺寸計算

3.3 排樣、搭邊、進距與條料寬度

采用直排，側搭邊值a=2 mm，搭邊值a1最小為1.5 mm，取a1=3 mm；

進距h=D+a1=134+3=137 mm。條料寬度公差Δ=0.7 mm，條料與導料板之間的間隙Z1= 0.3 mm；

則條料寬度：B=D+2a+z1=137.65，取B=138 mm。

3.4 拉深成形系數

階梯形拉深后工件高度：H'=H+r4=28+5= 33 mm

查閱參考文獻［1］，最大相對高度0.72～0.56＞0.54，可以一次拉深成形。

3.5 沖裁件的壓力中心

因為該零件為中心對稱零件，故沖裁件的壓力中心在圓心處。

3.6 沖壓力計算

3.6.1 沖裁力計算

LF21M的抗剪強度τ=69～98 MPa，毛料周長L=Πd，沖裁力：

F=1.3Ltτ=1.3×π×134×1.5×80=65.67× 103N

3.6.2 卸料力、推件力、頂件力

根據經驗公式估算卸料力F卸、推件力F推、頂件力F頂：

3.6.5 壓機額定壓力

3.7 沖壓設備的選擇

壓力機的公稱壓力為：

F壓力機≥1.4F壓=130 kN

由估算的公稱壓力來選取壓力機，選用公稱壓力為250 kN的開式壓力機，其主要技術參數如下：

型號：J23－25；公稱壓力：250 kN；滑塊行程：65 mm；最大封閉高度：270 mm；封閉高度調節量：55 mm；工作臺尺寸：370 mm（前后）560 mm（左右）；

參考（1）根據式2.23，確定模具閉合高度的范圍：

Hmax－5 mm≥H模≥Hmin+10 mm

由上述壓機的參數，可知：Hmax=270 mm，M=55 mm，Hmin=Hmax－M=215 mm。將數據代入上式得：365 mm≥H模≥225 mm，H模=240.5 mm符合要求。

3.8 彈簧型號的選取

選擇彈簧的基本原則：在滿足模具結構要求的前提下，保證所選用的彈簧應該能給出足夠的作用力和行程，且在沖模不工作時，有預壓縮量。

工作行程hI=33 mm，需要的卸料力F卸=1 310 N。

根據所要設計的結構要求，選取6根彈簧，則每根彈簧的卸料力P卸=1 310/6=218 N。

選取的彈簧必須滿足：工作極限負荷Fj≥P卸；

工作極限負荷下的變形量hj≥h總=h預+hI+h修（其中h修為凸模的總修磨量4～6 mm）；

預選彈簧為5×35×110（國標GB2089－80）其Fj=552＞218 N；

彈簧最大壓縮量hj=66.2 mm；

彈簧預壓縮量h預=（218/552）×66.2 =26.14 mm；

彈簧的剩余壓縮量h余=hj－h預=66.2－26.14 =40.06 mm＞hI=33 mm；

彈簧總的壓縮量h總=h預+hI+h修=26.14+ 33+5=64.14 mm；

校核hj=66.2 mm＞h總在卸料力作用下彈簧未壓死，所以選取彈簧尺寸合適；

彈簧的安裝長度：h安=h0－h預=110－26.14= 83.86≈83 mm（取小化整）

4 模具工作部分尺寸計算

4.1 落料刃口尺寸計算

沖裁模刃口雙面間隙值：Zmin=0.10 mm，Zmax= 0.14 mm；采用較小的的合理間隙值，落料模刃口始用間隙Zmin=0.10 mm。

磨損系數：x=0.5。

落料凸模和凹模的制造公差：δp=0.03 mm，δd=0.04 mm。

由于δp+δd=0.07 mm＞Zmax－Zmin=0.04 mm，故采用凸模與凹模配合加工的方法。現以凹模為基準件，參考（1）查表2.16，根據凹模磨損的尺寸變化情況，得凹模尺寸：

落料凸模尺寸：

4.2 拉深工作部分尺寸計算

4.2.1 拉深模的間隙

拉深凸模和凹模的單邊間隙可由表4.28中式：

單邊間隙Z/2=t=1.5 mm；

則拉深模的間隙Z=21.5 mm=3 mm。

4.2.2 拉深凸、凹模工作部分的尺寸和公差

由于工件要求內形尺寸，則以凸模為設計基準，凸模的尺寸計算見表4.29，即：dp1=

由于拉深工件的公差為IT14級，故凸、凹模的制造公差可采用IT10級精度。參考（1）查表4.30得：δp=0.070 mm。

將d=182mm，δp=0.070 mm代入上式中得：

4.3 拉深凸模的出氣孔

凸模應鉆通氣孔，這樣會使卸件容易，否則凸模與工件由于真空狀態而無法卸件。查閱參考文獻［1］氣孔直徑d=6.5 mm。

5 模具的總體設計

模具的三維造型如圖2所示。

圖2 模具的三維造型

5.1 模架結構

根據主要部件的尺寸、結構以及彈性原件的尺寸，可選中間導柱模架：

上模座：315 mm×250 mm×50 mm

下模座：315 mm×250 mm×60 mm

導柱：A40h5×230 mm A45h5×230mm

導套：A40H6×140mm A45H6×140mm

5.2 落料凹模

圖3 落料凹模

5.3 拉深凸模

5.4 凸凹模，見圖5

5.5 卸料板

采用彈壓卸料板，其厚度H參考（1）查表2.29得：H=16 mm，卸料螺釘直徑選擇d=12 mm。根據彈簧尺寸及凹模結構，綜合考慮模具結構，最終卸料板結構尺寸為315 mm×250 mm。

圖4 拉深凸模

6 模具的裝配和檢驗

6.1 裝配技術要求

參照GB/T 14662－93

①裝配時應保證凸、凹模之間的間隙均勻一致，配合間隙符合設計要求，不允許采用使凸、凹模變形的方法來修正間隙。

②推料、卸料機構必須靈活，卸料板或推件器在沖模開啟狀態時，一般應突出凸、凹模表面0.5～1.0 mm。

③當采用機械方法聯接硬質合金零件時，連接表面的表面粗糙度參數Ra值為0.8 μm。

④各接合面保證密合。

⑤落料、沖孔的凹模刃口高度，按設計要求制造，其漏料孔應保證通暢，一般比刃口大0.2～2 mm。

圖5 凸凹模

⑥沖模所有活動部分的移動應平穩靈活，無滯止現象，滑塊、楔塊在固定滑動面上移動時，其最小接觸面積不小于其面積的3/4。

⑦各卸料螺釘沉孔的深度應保證一致。

⑧各緊固用的螺釘、銷釘不得松動，并保證螺釘和銷釘的端面不突出上下模座平面。

⑨各卸料螺釘、頂桿的長度應保證。

⑩凸模的垂直高度必須在凸凹模間隙值的允許范圍內。

6.2 裝配順序

裝配時以裝配和調整過程中受限制最大的部件優先安裝，并以其為基準調整其它部分的零件位置。本模具裝配時以下模座的拉深凸模為基準調整上模座的凸凹模，進而以凸凹模為基準調整落料凹模。當所有模具位置確定后，必須擰緊螺釘，不允許松動，最后安放銷釘。

6.3 檢驗和驗收

裝配好的沖模須進行下列驗收工作：

①沖模設計的審核；②外觀檢查；③尺寸檢查；④試模和沖件檢查⑤質量穩定性檢查。

經初步檢查合格的沖模可進行試模并按正常生產條件試模，試模用的沖床應符合有關的技術要求，試模所用的材質應與要求符合。

試沖時沖件取樣應在沖壓工藝穩定后進行，沖件的尺寸和形狀應符合產品設計圖樣的要求，成形沖件表面不允許有傷痕、裂紋和皺折等現象，試沖件尺寸不得達到極限尺寸，須保留一定的模具磨損量，一般情況下保留的磨損量至少為沖件公差的三分之一。

7 結束語

壓濾機板框組輥軸密封件模具的每個部件都經過理論公式計算并進行修正，然后根據裝配順序進行裝配，裝配時以裝配和調整過程中受限制最大的部件優先安裝，并以其為基準調整其它部分的零件位置。本模具裝配時以下模座的拉深凸模為基準調整上模座的凸凹模，進而以凸凹模為基準調整落料凹模。

拉深加工的輥軸密封件在壓濾機板框組的使用，基本與原零件的使用周期一致。認為通過模具拉深加工的輥軸密封件的機械性能可以達到預期效果。

［1］ 王秀鳳.冷沖壓模具設計與制造［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2005.

［2］ 吳瑞祥.機械設計基礎［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2004.

［3］ 殷國富.SolidWorks二次開發實例精解［M］.沖模標準件3D圖庫.北京：機械工業出版社，2003.

［4］ 路純紅.CAXA電子圖版2007基礎與實例教程［M］.北京：電子工業出版社，2007.

［5］GB/T 14662－93沖模技術條件［S］.