過濾器端蓋的級進(jìn)模設(shè)計(jì)與數(shù)值分析

陳鎮(zhèn)惠，楊 亙

（順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 佛山 528333）

1 零件工藝分析

零件為某電子產(chǎn)品的端蓋，其結(jié)構(gòu)尺寸見圖1；料厚d=0.5 mm，材料為08F鋼，未標(biāo)注圓角R=0.3 mm。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式簡單，典型的淺延旋轉(zhuǎn)體拉深件。根據(jù)產(chǎn)品的尺寸精度查標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表GB/T1800.4-1999，該公差等級為IT14；即零件的尺寸精度不高，可用普通沖壓工藝方法生產(chǎn)。由于產(chǎn)品大批量生產(chǎn)，而且需要多道工序完成、拉深中間不退火；因此，在生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率的兼顧下，采用級進(jìn)模進(jìn)行沖壓生產(chǎn)。

圖1 產(chǎn)品零件圖

為了節(jié)省生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，首先分析零件的結(jié)構(gòu)，然后假設(shè)加工方案，并采用通用有限元軟件Dynaform對各方案的拉深工序進(jìn)行模擬分析，通過模擬結(jié)果和結(jié)合實(shí)際情況，再篩選出最佳的工藝方案。

2 零件的加工工藝分析

2.1 加工方案假設(shè)

1）該零件底部的圓角半徑r比較小（r=0.3 mm

2）零件帶有階梯結(jié)構(gòu)，由工藝計(jì)算m2=D2/D1=47.5/100=0.475<[m2]=0.78（[m2]為無凸緣筒形件用壓邊圈拉深時(shí)的第二次拉深系數(shù)），得相鄰直徑D1與D2相差較大。因此，為了提高拉深時(shí)材料具有較好的流動性，其拉深順序由小直徑階梯到大直徑階梯拉深。并且拉深時(shí)按有凸緣的拉深辦法成形。

3） 零件中間凸起的部分（Ф47 mm與Ф42 mm之間的凸臺，見圖1）間距△H=2.5 mm過小。在拉深成形時(shí)，不但拉深凹模的壁厚減小，而凹模的圓角也隨之減??；不利于材料的流動，增加成形的難度，因而影響零件的質(zhì)量。

綜上所述，零件的加工難度在于中間的凸臺。對此提出兩種加工方案的設(shè)想：

方案1）毛坯拉經(jīng)過連續(xù)兩次拉深成Ф46.5 mm的半成品后，再反拉深Ф42.5 mm。

方案2）毛坯經(jīng)過四次拉深成Ф42.5 mm的半成品后，再正拉深Ф46.5 mm。

2.2 加工方案分析

零件的材料為08F鋼，根據(jù)其材料性能參數(shù)查找相關(guān)資料，與之相近的材料為DQSK36號軟鋼板，見表1。屈服強(qiáng)度σs，抗拉強(qiáng)度σb，總伸長率δ，硬化系數(shù)n，塑性應(yīng)變比R，彈性模量E。

表1 DQSK36號軟鋼板的材料參數(shù)

經(jīng)過一系列的工藝分析與計(jì)算，確定了在模具間隙Z（取料厚d的1.1倍）、凹模圓角半徑R（取1 mm）相同的情況下，正、反拉深工藝方案。方案1）：反拉深—拉深直徑Ф42.5 mm—拉深高度13.5 mm—拉深力2680N。方案2）：正拉深—拉深直徑Ф46.5mm—拉深高度3 mm—拉深力2 178 N。通過建立兩種方案的模型，再利用Danyform軟件對其進(jìn)行逐一分析，得到的FLD圖如圖2。

方案1）：由FLD圖2a）得出，反拉深的半成形件嚴(yán)重變薄，甚至有拉裂的趨勢；而且在凸緣部分不平整。因此說明了反拉深毛坯與凹模的接觸面積比正拉深的大，材料的流動阻力隨之增大，反拉深力也相應(yīng)地比正拉深力多，變薄的程度更大。而且?guī)捦咕壍幕虼笾睆奖×戏蠢顣r(shí)，雖然拉深力與阻力都較大，但為避免起皺，還需壓料。

方案2）：由FLD圖2b)得出，拉深后的半成形件理想。盡管因拉深凹模壁厚過小，而使其圓角半徑也減小，但是在拉深過程材料是由Ф42.5 mm半成形件凸緣部分補(bǔ)給的；大大降低應(yīng)力。因而零件能夠順利地一次性成形。故選擇方案2）。

3 模具設(shè)計(jì)分析

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀以及相關(guān)的工藝計(jì)算，排樣的設(shè)計(jì)圖如圖3所示。采用單列直排、雙側(cè)載體搭邊排樣。帶料寬度140mm，步距128mm。共有16個(gè)工位。

圖2 拉深結(jié)果分析圖 （FLD圖）

圖3 端蓋排樣設(shè)計(jì)圖

1）整套模具共采用18組導(dǎo)向浮頂式裝置，其分布靈活，具有側(cè)向?qū)蚝晚敿p重作用；浮力的大小由下面的螺塞4調(diào)節(jié)。由于拉深凹模上的凸臺高于凹模固定板平面3mm，如果浮頂裝置的浮頂高度過小，將影響到卷料的送進(jìn)。因此，浮頂裝置必須將卷料抬高到使成形件的底部離凹模固定板平面不小于3 mm。其各結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系如圖4所示。導(dǎo)向槽寬h1=1.25 mm；槽深L=2 mm；頭高h(yuǎn)2=3 mm；導(dǎo)向浮頂器直徑D=12 mm；導(dǎo)向槽與帶料的間距Z1=0.2mm；浮頂高度h=21.5mm。

圖4 導(dǎo)向槽浮頂器與凹模固定板及凹模凸臺的關(guān)系

2）由于端蓋最終的成形是無帶凸緣的拉深件，即在落料時(shí)，需要切去凸緣邊料。因此可采用直接切邊模完成此工序；但由于切邊凹模與零件存在間隙而發(fā)生回彈現(xiàn)象，從而影響到端蓋的最終質(zhì)量。故需調(diào)整切邊模的設(shè)計(jì)參數(shù)，即切邊凹模刃口處的圓角R取0.5 mm、模具間隙Z取0.62 mm。最后結(jié)構(gòu)形式見圖5。其工作原理是利用導(dǎo)正銷對卷料進(jìn)行精定位，并且用切邊凸模和切邊凹模將多于的凸緣部分切去。

圖5 直接切邊模結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

用專業(yè)CAE軟件Dynaform模擬分析端蓋的拉深過程，從而改進(jìn)拉深工藝，提高沖壓質(zhì)量，并減少試模次數(shù)。而采用級進(jìn)模沖壓，既能保證零件精度與質(zhì)量的穩(wěn)定，而且能提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效率。

[1]鐘翔山.沖模模具精選88例設(shè)計(jì)分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：242-245.

[2]陳錫棟，周小玉.實(shí)用模具沖壓技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001:140-144.

[3]鐘翔山，鐘翔嶼，孫東紅，等.沖壓模具設(shè)計(jì)技巧、經(jīng)驗(yàn)及實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011:84-86.