百花嶺選礦廠LAROX壓濾機(jī)板框組輥軸密封件模具設(shè)計(jì)

劉學(xué)軍

（金堆城鉬業(yè)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(jìn)了芬蘭LAROX壓濾機(jī)，應(yīng)用于鉬精礦脫水工藝。輥軸密封件是壓濾機(jī)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(tǒng)的鑄造加工工藝、機(jī)加工工藝帶來諸多不便。本文在選取拉深成型加工的基礎(chǔ)上，結(jié)合該零件的形狀、尺寸、材料、產(chǎn)量、熱處理與表面處理要求以及其他技術(shù)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(jié)合必要的工藝計(jì)算（展開料、各種成形系數(shù)等），選擇一個最合理的壓型方案；然后根據(jù)所選定的工藝方案，進(jìn)行了拉伸模具的工藝計(jì)算。

1 輥軸密封件結(jié)構(gòu)分析

產(chǎn)品名稱：壓濾機(jī)板框組輥軸密封件。

材料：LF21M

［防銹鋁（退火）］

厚度：1.5 mm

數(shù)量：10件/架標(biāo)準(zhǔn)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(yù)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(shù)

查閱參考文獻(xiàn)［1］，鋁的最小翻邊系數(shù)為Kmin=0.64，因?yàn)镵＜Kmin，所以方案①不能實(shí)現(xiàn)。

方案②采用先進(jìn)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(xiàn)［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(jié)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(jì)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(jì)算

3.3 排樣、搭邊、進(jìn)距與條料寬度

采用直排，側(cè)搭邊值a=2 mm，搭邊值a1最小為1.5 mm，取a1=3 mm；

進(jìn)距h=D+a1=134+3=137 mm。條料寬度公差Δ=0.7 mm，條料與導(dǎo)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(shù)

階梯形拉深后工件高度：H'=H+r4=28+5= 33 mm

查閱參考文獻(xiàn)［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?yàn)樵摿慵橹行膶ΨQ零件，故沖裁件的壓力中心在圓心處。

3.6 沖壓力計(jì)算

3.6.1 沖裁力計(jì)算

LF21M的抗剪強(qiáng)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(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算卸料力F卸、推件力F推、頂件力F頂：

3.6.5 壓機(jī)額定壓力

3.7 沖壓設(shè)備的選擇

壓力機(jī)的公稱壓力為：

F壓力機(jī)≥1.4F壓=130 kN

由估算的公稱壓力來選取壓力機(jī)，選用公稱壓力為250 kN的開式壓力機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)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(diào)節(jié)量：55 mm；工作臺尺寸：370 mm（前后）560 mm（左右）；

參考（1）根據(jù)式2.23，確定模具閉合高度的范圍：

Hmax－5 mm≥H?！軭min+10 mm

由上述壓機(jī)的參數(shù)，可知：Hmax=270 mm，M=55 mm，Hmin=Hmax－M=215 mm。將數(shù)據(jù)代入上式得：365 mm≥H?！?25 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(jié)構(gòu)要求的前提下，保證所選用的彈簧應(yīng)該能給出足夠的作用力和行程，且在沖模不工作時(shí)，有預(yù)壓縮量。

工作行程hI=33 mm，需要的卸料力F卸=1 310 N。

根據(jù)所要設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)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(fù)荷Fj≥P卸；

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

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

彈簧最大壓縮量hj=66.2 mm；

彈簧預(yù)壓縮量h預(yù)=（218/552）×66.2 =26.14 mm；

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

彈簧總的壓縮量h總=h預(yù)+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(huán)預(yù)=110－26.14= 83.86≈83 mm（取小化整）

4 模具工作部分尺寸計(jì)算

4.1 落料刃口尺寸計(jì)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(shù)：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(xiàn)以凹模為基準(zhǔn)件，參考（1）查表2.16，根據(jù)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(jì)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(nèi)形尺寸，則以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，凸模的尺寸計(jì)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(yīng)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(tài)而無法卸件。查閱參考文獻(xiàn)［1］氣孔直徑d=6.5 mm。

5 模具的總體設(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)

根據(jù)主要部件的尺寸、結(jié)構(gòu)以及彈性原件的尺寸，可選中間導(dǎo)柱模架：

上模座：315 mm×250 mm×50 mm

下模座：315 mm×250 mm×60 mm

導(dǎo)柱：A40h5×230 mm A45h5×230mm

導(dǎo)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(jù)彈簧尺寸及凹模結(jié)構(gòu)，綜合考慮模具結(jié)構(gòu)，最終卸料板結(jié)構(gòu)尺寸為315 mm×250 mm。

圖4 拉深凸模

6 模具的裝配和檢驗(yàn)

6.1 裝配技術(shù)要求

參照GB/T 14662－93

①裝配時(shí)應(yīng)保證凸、凹模之間的間隙均勻一致，配合間隙符合設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)必須靈活，卸料板或推件器在沖模開啟狀態(tài)時(shí)，一般應(yīng)突出凸、凹模表面0.5～1.0 mm。

③當(dāng)采用機(jī)械方法聯(lián)接硬質(zhì)合金零件時(shí)，連接表面的表面粗糙度參數(shù)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(shè)計(jì)要求制造，其漏料孔應(yīng)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(yīng)平穩(wěn)靈活，無滯止現(xiàn)象，滑塊、楔塊在固定滑動面上移動時(shí)，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(yīng)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?shù)亩嗣娌煌怀錾舷履Ｗ矫妗?/p>

⑨各卸料螺釘、頂桿的長度應(yīng)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(nèi)。

6.2 裝配順序

裝配時(shí)以裝配和調(diào)整過程中受限制最大的部件優(yōu)先安裝，并以其為基準(zhǔn)調(diào)整其它部分的零件位置。本模具裝配時(shí)以下模座的拉深凸模為基準(zhǔn)調(diào)整上模座的凸凹模，進(jìn)而以凸凹模為基準(zhǔn)調(diào)整落料凹模。當(dāng)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(yàn)和驗(yàn)收

裝配好的沖模須進(jìn)行下列驗(yàn)收工作：

①沖模設(shè)計(jì)的審核；②外觀檢查；③尺寸檢查；④試模和沖件檢查⑤質(zhì)量穩(wěn)定性檢查。

經(jīng)初步檢查合格的沖?？蛇M(jìn)行試模并按正常生產(chǎn)條件試模，試模用的沖床應(yīng)符合有關(guān)的技術(shù)要求，試模所用的材質(zhì)應(yīng)與要求符合。

試沖時(shí)沖件取樣應(yīng)在沖壓工藝穩(wěn)定后進(jìn)行，沖件的尺寸和形狀應(yīng)符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣的要求，成形沖件表面不允許有傷痕、裂紋和皺折等現(xiàn)象，試沖件尺寸不得達(dá)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(jié)束語

壓濾機(jī)板框組輥軸密封件模具的每個部件都經(jīng)過理論公式計(jì)算并進(jìn)行修正，然后根據(jù)裝配順序進(jìn)行裝配，裝配時(shí)以裝配和調(diào)整過程中受限制最大的部件優(yōu)先安裝，并以其為基準(zhǔn)調(diào)整其它部分的零件位置。本模具裝配時(shí)以下模座的拉深凸模為基準(zhǔn)調(diào)整上模座的凸凹模，進(jìn)而以凸凹模為基準(zhǔn)調(diào)整落料凹模。

拉深加工的輥軸密封件在壓濾機(jī)板框組的使用，基本與原零件的使用周期一致。認(rèn)為通過模具拉深加工的輥軸密封件的機(jī)械性能可以達(dá)到預(yù)期效果。

［1］ 王秀鳳.冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［2］ 吳瑞祥.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

［3］ 殷國富.SolidWorks二次開發(fā)實(shí)例精解［M］.沖模標(biāo)準(zhǔn)件3D圖庫.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［4］ 路純紅.CAXA電子圖版2007基礎(chǔ)與實(shí)例教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［5］GB/T 14662－93沖模技術(shù)條件［S］.