基于大批量蓋帽零件生產的沖壓模具設計

李亞超，巴吾東，喬 龍

（新疆大學 機械工程學院，新疆 烏魯木齊 830047）

1 零件工藝分析

沖壓加工是現代機械制造業中先進高效的加工方法之一，在現代制造業，如汽車、拖拉機、農業機械、電機、電器、儀表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生產方面，都占有十分重要的地位。帽蓋零件在各種機械外殼上的應用較為廣泛。如圖1所示，此工件為帶凸緣圓筒形，形狀簡單對稱，且在凸緣上均勻分布4個相同的小孔，中間有大孔。零件材料為10鋼，板材厚度為2mm。

圖1 沖壓零件圖

根據零件的尺寸結構和形狀特征，確定此有凸緣圓筒形件是典型的拉深件，其成形過程包括落料、拉深、沖孔等工序。首先要計算確定它是否能一次拉深成功，若一次不成形則需要幾次拉深。零件的落料圓心和拉伸圓心重合，故加工時要保證圓心精度。中心孔和4個偏心孔在拉伸工序結束后沖裁，以防止孔發生變形。另外沖大孔和小孔應同時進行，以保證位置精度和防止孔變形。為了保證制件的順利加工和取件，模具必須有足夠高度。導柱和導套的高度可根據拉深凸模與拉深凹模工作配合長度決定，設計時可能高度出現誤差，應當邊試沖邊修改高度。

2 成型工藝方案確定

根據工藝分析可知，該工件包括落料、拉深兩個基本工序，落料和拉深應在一副模具中，以保證圓心精度，中心孔與偏心孔應同樣保證圓心精度，還應考慮到生產效率和模具的制作成本以及實際的可操作性，可以有以下3種工藝方案：

（1）先落料，然后拉深、切邊，再沖孔。采用單工序模生產。

（2）落料—拉深復合沖壓，切邊—沖孔復合沖壓。采用復合模生產。

（3）拉深級進沖壓。采用級進模生產。

方案1模具結構簡單，但需要4道工序4副模具，生產效率低，難以滿足該工件大批量生產的要求。方案2只需2副模具，生產效率較高，盡管模具結構較方案1復雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難，工件精度也高，并且適合大批量生產。方案3只需一副模具，生產效率高，但模具結構比較復雜，送進操作不方便，加之尺寸偏大，在生產過程中也容易出現故障。通過對上述3種方案的分析比較，若該工件能一次拉深，采用方案2為佳。

3 落料—拉深復合模和切邊—沖孔復合模的設計

零件的Φ20孔在拉深件底部，而4個Φ5的小孔在帽緣上，這都要求應在拉深成形之后再沖孔，以防止孔在加工過程中的變形。其兩套模具結構分別如圖2、圖3所示。

圖2中的落料拉深復合模的工作流程是：上模在壓力機作用下向下運動，當與板料接觸時，落料拉深凸凹模7繼續向下運動，將拉深的坯料沖出，向下與拉深凸模22接觸，最終將毛坯拉深成形為零件。上?；爻虝r，毛坯由與頂桿23相連的推件塊19頂出，最后再由打桿15將其打下取出。將上一工序的毛坯放入圖3所示的切邊沖孔復合模中進行切邊和沖孔，從而加工出尺寸合格的零件。

圖2 落料拉深復合模結構

圖3 切邊沖孔復合模結構

4 工藝計算

4.1 模具材料的選用

零件材料為10鋼，有很好的沖壓性能。依據沖壓模具材料的選用原則，凸模、凹模的材料選用Cr12MoV，加工后進行調質熱處理，使其硬度達到HRC58～HRC62。

4.2 計算毛坯尺寸

4.3 拉深成形次數的確定

拉深系數d/D＝42/100＝0.42，由文獻［2］得材料的極限拉深系數為0.58～0.48。由于0.42＜0.58～0.48，故可以一次拉深成形。

4.4 壓邊圈的確定

4.5 選取凸模與凹模的圓角半徑

因為圓角R＝2mm屬于過渡尺寸，且R＝2mm＝t可以一次成形，為簡單方便，設計生產中直接按工件尺寸作為拉深凸、凹模該處尺寸。

4.6 壓力計算

由于本模具落料時采用卸料裝置，同時又沒有沖裁件卡在凹模內，所以落料力就是沖裁力。參考文獻［2］，取材料抗剪強度τb＝300MPa，抗拉強度σb＝400 MPa，修正系數K＝1.3，K1＝0.86。則可求得沖裁力、拉深力為：

其中：L為沖裁周邊長度。

5 結語

本設計雖然有兩套模具，使得成本有一定的增加，但這也使生產的可操作性大大增加，產品質量得到提高，完全可以滿足大批量生產的要求。

［1］趙志偉.模具發展現狀［J］.模具制造，2007（6）：2－4.

［2］劉建超，張寶忠.沖壓模具設計與制造［M］.高等教育出版社，2004.

［3］中國機械工程學會，中國模具設計大典編委會.中國模具設計大典［M］.南昌：江西科學技術出版社，2003.

［4］楊玉英.實用沖壓工藝及模具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2005.

［5］付建軍.模具制造工藝［M］.北京：機械工業出版社，2011.

Design of Stamping Die for Mass Production of Cap Parts