基于Solidworks的罩殼復(fù)合模設(shè)計(jì)

宋增梅

（濰坊學(xué)院 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，濰坊 261061）

模具在機(jī)械制造生產(chǎn)中不但占據(jù)重要的地位，而且發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用。在機(jī)械制造生產(chǎn)中，使用高質(zhì)量的模具會(huì)使機(jī)械加工生產(chǎn)變得更加容易，使得機(jī)械制造生產(chǎn)的效率得到提升，同時(shí)也能夠節(jié)約材料，降低生產(chǎn)成本。另外，使用質(zhì)量高的模具也能夠保證被加工零件的質(zhì)量。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)的模具制造技術(shù)得到了快速發(fā)展，其應(yīng)用的方面愈來愈廣，而且模具在設(shè)計(jì)及制造的水平上也有了很大提高[1]。

本文所設(shè)計(jì)的玉米收獲機(jī)苞葉剝離裝置中的“罩殼復(fù)合模”沖壓復(fù)合模具，采用復(fù)合方式將落料、拉深、成型三道工序一次合模完成，通過Solidworks三維設(shè)計(jì)軟件繪制出罩殼復(fù)合模三維模型，能夠?yàn)槠渌嗨屏慵募庸ぬ峁﹨⒖肌?/p>

1 零件的工藝性分析

如圖1所示，該材料厚度為2mm，兩垂直平面之間過度圓弧的半徑為10mm，底部圓弧的半徑為4mm，拉深的高為32mm，長為107mm，寬為104mm。

圖1 零件15號(hào)鋼

盒形件不是通過旋轉(zhuǎn)得到的，所以其拉深的過程會(huì)比那些旋轉(zhuǎn)得到的零件復(fù)雜。盒形件由四個(gè)直邊和四個(gè)圓角組成。在拉深時(shí)，直邊和旋轉(zhuǎn)型零件的拉深差不多，圓角和零件的彎曲差不多。該零件為有凸緣的方形盒，在拉深過程中，方形盒的厚度不變，而且零件的形狀比較簡單，兩邊對(duì)稱。零件用的是15號(hào)鋼，該材料具有較好的塑性、強(qiáng)度以及拉伸性能。

2 工藝方案的確定

2.1 毛坯尺寸的計(jì)算

盒形零件由直角和圓邊構(gòu)成。在材料拉深過程中，方形盒圓角的變化和圓筒狀產(chǎn)品在拉深時(shí)的變化幾乎相同。因此，在拉深盒形的零件時(shí)，正確計(jì)算出毛坯零件的尺寸和形狀是非常重要的，這樣不僅可以節(jié)約原材料，還能提高拉深的質(zhì)量。

2.1.1 確定拉深次數(shù)

拉深次數(shù)為：

查表得相對(duì)高度H/B為0.60mm[2]。

實(shí)際相對(duì)高度為：

所以，該盒形零件只需拉一次。

2.1.2 確定修邊余量

方盒件在拉深過程中，材料的高度可表示為：H=H0+Δh。式中，H0為盒形件的高度，Δh為零件修邊時(shí)的余量。該零件只需要拉深一次即可，故Δh=（0.03～0.08）H0=1.6mm，所以H=32+1.6=33.6mm。

2.1.3 計(jì)算毛坯尺寸

盒形件的直邊展開后的長度為：

盒形零件的角部展開后毛坯的半徑為：

2.1.4 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)

盒形零件毛坯的長邊為：LA=A+2L-2r=182.2mm，由此可以推斷出盒形零件毛坯的短邊為：LB=B+2L-2rp=179.2mm。

2.2 工藝方案

通過對(duì)罩殼沖壓過程的研究，并結(jié)合沖壓件的特征以及現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)情況，從成本、模具的使用期限、效率、安全性以及罩殼特點(diǎn)等多種因素進(jìn)行分析比較。在分析各工序模的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合此次設(shè)計(jì)的零件形狀，最終決定采用落料、拉深、成型三個(gè)工序復(fù)合沖裁。

壓力機(jī)噸位大小的選擇是基于工作過程中所必需的總壓力。壓力機(jī)所需要的壓力按式（6）進(jìn)行計(jì)算[3]：

經(jīng)計(jì)算∶P0=1.3FZ=908.87kN。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以選擇壓力機(jī)的噸位在908.87kN以上的壓力機(jī)。查閱相關(guān)的壓力機(jī)參數(shù)表，選擇壓力為1000kN的J23-100開式壓力機(jī)。

3 復(fù)合模的刃口尺寸及相關(guān)公差計(jì)算

3.1 落料模的刃口尺寸及公差計(jì)算

毛坯的外形通過落料獲得，計(jì)算時(shí)將凹模作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，計(jì)算落料[4]：

式中，LA、LT為落料時(shí)凹模、凸模的尺寸；Lmax為落料零件的極限尺寸；Δ為工件制造公差；Zmin為最小合理間隙；x為磨損系數(shù)，工件精度為IT14時(shí)，x=0.5；工件精度為IT11～I(xiàn)T13時(shí)，x=0.75；工件精度為IT10以上時(shí)，x=1。δA、δT為凹、凸模的制造公差，零件形狀如圖2、圖3所示[5]。

圖2 凹模

圖3 凸模

3.2 長邊落料

校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin，即：0.75mm＜0.114mm（滿足間隙公差條件）。

3.3 短邊落料

校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin，即：0.07mm＜0.114mm（滿足間隙公差條件）。

3.4 毛坯圓角的展開半徑

校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin，即：0.045mm＜0.114mm（滿足間隙公差條件）。

3.5 拉深模的刃口尺寸及公差計(jì)算

式中，LA、LT為拉深時(shí)凹模、凸模的尺寸；Lmax為拉深零件的極限尺寸；Δ為零件的公差；δA、δT為拉深零件的制造公差；Z為拉深模雙面間隙[6]。

3.6 確定拉深模間隙

3.6.1 直邊部分的單邊間隙

所以，直邊部分的雙面間隙為4.4mm。

3.6.2 圓角部分的間隙

罩殼與筒狀零件的拉深不同，其圓弧單邊的間隙需要比直邊大0.1t。所以，圓角部分的單邊間隙為2.42mm。

3.6.3 凹模圓角的半徑

罩殼在拉深過程中，其陰模圓角的半徑按rA=（4～8）t選取，所以rA=6t=12mm。罩殼在拉深過程中，罩殼底邊的圓角直徑要比直邊的大一些。

3.6.4 凸模的圓角半徑

因?yàn)樵O(shè)計(jì)的零件只需拉一次，所以取rt=4mm。

3.6.5 凹、凸模刃口的尺寸計(jì)算

長邊拉深：

圖4 凹凸模

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 模具結(jié)構(gòu)形式

本次設(shè)計(jì)中采用的是復(fù)合模。其中，凹凸模的厚度為：b=（179.2-104）÷2=37.6mm，對(duì)于鋼材來說要求的壁厚為：1.5t=1.5×2=3mm，很明顯，該設(shè)計(jì)的凹凸模壁厚遠(yuǎn)大于所要求的壁厚，所以采用復(fù)合模，且為正裝。

4.2 落料凹模

通常，凹模刃口的形式分為很多種，在此次設(shè)計(jì)中用的是直壁型的刃口，并且刃口高度H為20mm。

4.3 凹模的厚度

式中，H為凹模的厚度，mm；F為沖裁力，N；K1為原料的修改系數(shù)，取1.3；K2為凹模刃口的周長修正系數(shù)，查表 K2取 1.37[7]。

所以，凹模的厚度為：

4.4 凹模的壁厚

對(duì)于凹模的壁厚，可以根據(jù)材料的厚度以及板料的寬度來選取，通過查表取42mm[7]。知道凹模厚度和凹模壁厚之后，落料凹模的基本形狀就可以確定。

4.5 距離

長邊為：L=182.2+2×42=266.2mm，短邊為：B=179.2+2×42=263.2mm。所以，凹模的外面尺寸為：L×B×H=266.2mm×263.2mm×63.79mm，然后將計(jì)算的尺寸按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)取接近此尺寸的模板。因此，凹模的尺寸為：260mm×260mm×65mm。凹模的原料用Cr12并淬火，HRC為60～62。

4.6 拉深凸模

拉深凸模的高度等于拉深的深度與壓邊圈的厚度之和，即：H=32+25=57mm。

凸模的原料用Cr12并淬火，HRC為60～62。

4.7 凸凹模

凸凹模在實(shí)際生產(chǎn)中，可以作為落料過程的凸模使用，也可以作為拉深過程的凹模使用。凹凸模的厚度為拉深的深度與推料板的厚度之和，即H=32+18=40mm。凸凹模的原料用Cr12并淬火，HRC為62～64。上下模如圖5、圖6所示。

圖5 下模

圖6 上模

5 模具總體結(jié)構(gòu)

上座厚度為45mm；墊板厚度為12mm；凹凸模厚度為50mm；壓邊圈厚度為25mm；下座厚度為55mm。

該模具的裝配如圖7所示，在工作時(shí)，板料沿兩個(gè)導(dǎo)料板28送入，導(dǎo)料板的作用就是導(dǎo)向。開始工作時(shí)，上模開始向下運(yùn)動(dòng)，凸凹模8和凹模9同時(shí)動(dòng)作完成落料。然后上模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，凸模10和凸凹模8相互作用完成罩殼引伸的過程，這時(shí)凸凹模8起到罩殼引伸凹模的作用。待整個(gè)工作完成后，上模開始回程，由于橡膠墊的反彈力作用，零件隨著凸凹模8上升，然后打桿3和推塊7共同作用將零件推下。

6 結(jié)語

本文所設(shè)計(jì)的玉米收獲機(jī)苞葉剝離裝置中的罩殼復(fù)合模沖壓復(fù)合模具，采用復(fù)合方式將三道工序一次合模完成，生產(chǎn)效率高。通過Solidworks軟件設(shè)計(jì)出罩殼復(fù)合模，計(jì)算了主要零部件的相關(guān)參數(shù)并設(shè)計(jì)了罩殼復(fù)合模的結(jié)構(gòu)。

圖7 總裝配圖