杯蓋沖壓工藝與模具設計

武艷軍 許波 張宏武

摘 要： 杯蓋零件板料薄，需要多種工序進行沖壓，應根據該零件的結構特點，圍繞如何提高生產效率、降低制造成本、簡化模具結構，制訂復合模沖壓成形的工藝方案。本文通過對零件進行工藝分析，設計出了用于成形蓋杯零件的沖壓模具，闡述了擠邊、沖孔、拉深復合模的過程及工作過程。該模具能保證零件質量，具有結構簡單、操作安全方便、生產效率高等特點。

關鍵詞： 杯蓋 沖壓工藝 模具設計

沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法[1]。模具是沖壓過程中重要的工藝裝備，采用模具生產產品，可以提高生產效率、節約材料、降低成本，并且可以保證加工質量，所以模具在汽車、飛機、電器、儀表、玩具等工業、民用領域得到廣泛應用[2]。

圖1 杯蓋

1.沖壓工藝方案的確定

圖1所示為一個常用的杯蓋零件圖。材料采用厚度為1mm的1Cr18Ni9Ti板材，是一種集沖孔、擠邊、拉深等多種工藝于一體的沖壓件。該工件有三種工藝方案：方案一：先拉深，再擠邊，后沖孔，采用單工序模生產；方案二：拉深——沖孔——擠邊復合沖壓，采用復合模生產；方案三：拉深——沖孔——擠邊連續沖壓，采用級進模生產。三種方案的比較見表1。

表1 三種方案的比較

方案一模具結構簡單，但需要三道工序，三幅模具，生產效率較低，難以滿足該零件的年產量要求。方案二只需一套模具，沖壓件的形位精度容易保證，且生產效率也高。盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單，模具制造并不困難。方案三只需一副模具，生產效率也高，但零件的沖壓精度較差。欲保證沖壓件的形位精度，需要在模具上設置導正銷導正[3]，故模具制造安裝較復合模復雜，且成本高。通過對三種方案的分析比較，該件的沖壓生產采用方案二為佳。

2.沖壓工藝參數計算

2.1排樣設計方案確定

排樣是指沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式。排樣合理與否，對材料利用率的大小有直接影響[4]。結合本沖壓件的形狀、尺寸、材料，選取有廢料的直對排排樣方式，如圖2所示。

圖2 杯蓋排樣圖

2.2沖裁刃口尺寸計算

沖裁凸、凹模按配作法加工。沖孔工序，以凸模為基準，配作凹模；落料工序，以凹模為基準，配作凸模。這種配作加工方法的特點是模具間隙由配作保證，可以放大基準件的制造公差，制造容易。具體的凸、凹模刃口尺寸如表2所示。

表2 杯蓋沖裁刃口尺寸 單位mm

2.3拉深工藝計算

通過計算得出拉深件所需坯料尺寸為？準47.5mm，進一步計算沖壓件的相對高度和毛坯相對厚度，根據拉深次數判定條件，沖壓件可以一次拉深成形。采用彈性壓邊裝置，防止拉深過程中起皺現象，因為該零件屬于淺拉深，所以用彈簧作為彈性原件。

3.模具結構及工作過程

模具結構見圖3，主要由拉深沖孔凸凹模、拉深凹模、沖孔凸模、彈性卸料裝置、彈性壓料裝置、打桿推件裝置、定位零件、墊板、固定零件等組成，模具采用一級后側導柱模架。

1.下模座 2.內六角螺釘 3.彈簧 4.導柱 5.卸料板 6.活動擋料銷 7.拉深凸模 8.凹模 9.上模座 10.圓柱銷 11.頂桿 12.頂板 13.模柄 14.推桿 15.內六角螺釘 16.墊板 17.凸模固定板 18.凸模 19.推件器 20.導套 21.沖孔凹模 22.擠邊凸模 23.圓柱銷 24.卸料螺釘 25.導料銷

圖3 杯蓋復合模

模具工作過程如下：上模下行，導套20與導柱4滑動配合，保證上下模的位置精度。通過拉深凸模7和凹模8對工件進行拉深，當拉深行程快結束時，沖孔凸模18和沖孔凹模21對拉深件底部進行沖孔；同時，在拉深行程結束時，擠邊凸模22和凹模8對拉深件多余的筒壁高度進行擠切，使工件和廢料斷裂分離，保證工件高度精度要求。沖孔廢料由沖孔凸模直接推下沖孔凹模洞口，拉深工件通過裝在上模的剛性打料裝置推出。

4.結語

采用復合沖壓成形可以完成杯蓋類零件的沖壓，保證零件質量，生產效率高，模具結構簡單，操作安全方便，具有良好的經濟效益，對同類零件的沖壓模具設計具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]王孝培.沖壓手冊[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]朱正才.沖壓工藝與模具設計[M].北京：機械工業出版社，2012.

[3]楊太德.支架沖壓工藝與模具設計[J].鍛壓技術，2007（10）.

[4]郝濱海.沖壓模具簡明設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2004.

基金項目：江蘇省大學生創新訓練項目（CXS1316）。