上板沖壓工藝及模具改進設計

浙江威爾金森電梯有限公司 (永康 321300) 潘 欣

江西省新余市長林集團長林機器公司 (338029) 鐘翔山

上板沖壓工藝及模具改進設計

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圖1所示上板是某批量生產的軍用裝甲車輛上的零件，采用2 mm厚的616裝甲鋼制成，由于結構及功能上的需要，其板面需拉延出兩個階梯淺筒，同時在筒底要成形出多處加強筋，成形后的底面要求保證平面度為0.5 mm，以便與相應結構的下板組合后，能在其結合面間添加適當的復合材料，通過特殊處理后，達到既有抵抗槍彈沖擊能力，同時又具有“三防”的功能。

圖1 上板結構簡圖

1.工藝分析及原加工的不足

該零件外形尺寸較大，二處拉延階梯筒體直徑分別為1100 mm及600 mm，拉延高度均僅為4 mm，屬于淺拉延。

根據工件高度h與最小直徑d之比h/d及材料的相對厚度 (t/D)×100、凸緣相對直徑等參數，依照階梯形件拉延次數的判斷條件可知:該件可以一次拉延成功。

考慮到零件外形尺寸較大，各筒體拉延高度僅為4 mm，約等于 (1.5～2)t=3～4 mm，基本上屬于局部成形，零件的成形難度不大，因此，模具設計成上下模結構，通過直接壓制而獲得形狀，由于模具結構較為簡單，此處不再詳述。

模具設計、制造后，加工出的零件出現較大翹曲，導致平面度嚴重超差，為保證產品要求，需手工校正保證，由于所用616裝甲鋼既有良好的韌性又有較高的強度，加之料較薄，彈性大，使手工校正困難，而對零件中心孔φ350 mm的加工，由于整個零件外形尺寸及加工孔的直徑較大，使鉆床難以裝夾、無法加工，必須在大型立式車床或鏜床上才能完成，這種機械加工方式不但造成了裝夾的困難，而且生產效率也十分低下，費工費時，不利于批量生產及企業效益的提高。

2.原因分析

針對零件平面度超差，結合零件結構分析后認為:幾處拉延部位距外形邊緣直邊距離及板料中心孔的距離均不大，拉延時易引起邊緣材料的部分轉移，也易造成外形收縮的畸形，而多處不對稱布置的各種成形筋的存在，一方面加重了板料各處受拉部位中的不均勻性，使整個板料所受拉應力不平衡，另一方面，又一定程度上加劇了拉延過程中，材料流通的不暢趨勢，而在模具結構設計中，為降低模具成本，又沒有采用壓邊及校正措施，從而未從模具結構上對板料的平整性進行控制，這一切最終導致了零件過大的不平整。

3.工藝方案改進

為滿足零件平面度要求，增加材料拉延時的流動性能顯然是一種行之有效的方法，經過在坯料中部率先加工出φ200 mm的預制孔，然后再成形出各階梯筒及成形筋的試驗表明:該工藝措施有助于零件平面度的較大改善，由于零件中心部位的筒底材料向筒壁發生了流動，使預制孔出現了嚴重變形。

由此可見，采用在坯料中部先加工出φ200 mm的預制孔后，再進行成形的工藝方案是可行的，對提高零件平面度是有效的，但板料中部的φ350 mm孔仍需要成形后加工。

考慮到該零件不便于機械加工，對中部孔宜采用壓力加工，但零件外形大，模具外形也大，必將造成模具費用的增加，經分析零件結構，查閱資料后決定:改進模具結構，使模具在完成拉延及成形后，通過適當的變化，實現零件的中部孔沖切及零件平面的校正，達到一模多用。

4.模具設計改進

(1)改進后的模具結構 針對加工上板出現的工藝難點，通過在拉延上模1中部加裝預沖孔凸凹模3，在拉延下模2中部適當位置加裝與預沖孔凸凹模3相配的預沖孔凸模4后，原模具結構便被改進設計成上板拉延及沖中心孔兩用模，圖2為上板預沖孔及拉延狀態結構簡圖。

圖2 上板拉延模結構圖

(2)預沖孔及拉延工作原理 改進后的模具仍置于Y28—450液壓機上加工，工作過程分零件成形及卸料二階段。

首先，坯料置于拉延下模2上平面的適當位置，壓力機下移，預沖孔凸凹模3內形與拉延下模2上與之相配合的預沖孔凸模4刃口接觸，首先將坯料的預沖孔沖切出來，隨著壓力機的緩緩下移，拉延上模1與拉延下模2共同作用，將預沖孔后的坯料拉延并成形出來，由于拉延與成形過程中，材料能從坯料的外緣及內孔較自由地流動，因而，零件的平整性得到了較好的保證。

隨著壓力機滑塊的上行，聚氨酯塊5發生彈性回復，將成形好的坯料部分翹起，整個零件通過手工卸下。至此，整個卸料完成，壓力機轉入下一個工作循環。

(3)沖中心孔工作原理 當該批零件全部成形后，半成品轉入沖中心孔工序，圖3所示為上板中心孔沖切及零件平面校正結構圖。

圖3 上板中心孔沖切及平面校正結構圖

模具工作時，首先在預沖孔凸凹模3及上模板之間開設的缺口處安放墊塊6，同時用固定螺釘5與上模板聯接好，隨后將成形好的半成品置于模具拉延下模2型腔中，隨著壓力機滑塊的下行，預沖孔凸凹模3外形與拉延下模2中與之相配合的拉延下模2中的刃口接觸，將坯料中心孔沖切出來，隨著壓力機的再次緩緩下移，拉延上模1與拉延下模2共同作用，對已拉延及成形后的零件進行校正，進一步控制并保證零件大平面的平面度要求。

隨著壓力機滑塊的上行，聚氨酯塊7發生彈性回復，將沖切中心孔的廢料推離型腔，整個零件卸料通過手工進行。至此，完成整個零件的加工。

(4)設計要點 該套模具，既能完成坯料的拉延和成形，又可實現零件中心孔的加工和整個成形零件校正，其中預沖孔凸凹模3內孔是成形預沖孔的凹模，外形為沖切中部中心孔的凸模，它與拉延下模相應部位配合完成預沖孔及中部孔的沖切，保證單面間隙為0.11～0.15 mm。

該套模具在進行零件中心孔加工時，必須先在預沖孔凸凹模3及上模板之間開設的缺口處安放墊塊6，同時用螺釘5與上模板固定聯接好，以防止墊塊6在工作中移動。

考慮到模具外形大，拉延上模1、拉延下模2均采用分塊結構，直接固定在相應的固定板上 (結構簡圖中未表示)，以節省材料費用。

5.結語

上述工藝方案及模具改進完成后，零件一次試沖合格，生產的零件經檢驗，完全達到圖樣要求。由于實現了一模兩用，從而使一套模具能完成拉延及成形、沖孔兩套模具的工作任務，既減少了模具數量，生產效率又得到了提高，操作人員工作條件得到改善。目前，模具工作正常，產品質量穩定。

20140123)