杯蓋沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)

武艷軍 許波 張宏武

摘 要： 杯蓋零件板料薄，需要多種工序進(jìn)行沖壓，應(yīng)根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，圍繞如何提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，制訂復(fù)合模沖壓成形的工藝方案。本文通過(guò)對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，設(shè)計(jì)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(fù)合模的過(guò)程及工作過(guò)程。該模具能保證零件質(zhì)量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作安全方便、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 杯蓋 沖壓工藝 模具設(shè)計(jì)

沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)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(guò)程中重要的工藝裝備，采用模具生產(chǎn)產(chǎn)品，可以提高生產(chǎn)效率、節(jié)約材料、降低成本，并且可以保證加工質(zhì)量，所以模具在汽車(chē)、飛機(jī)、電器、儀表、玩具等工業(yè)、民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]。

圖1 杯蓋

1.沖壓工藝方案的確定

圖1所示為一個(gè)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(chǎn)；方案二：拉深——沖孔——擠邊復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)；方案三：拉深——沖孔——擠邊連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。三種方案的比較見(jiàn)表1。

表1 三種方案的比較

方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要三道工序，三幅模具，生產(chǎn)效率較低，難以滿(mǎn)足該零件的年產(chǎn)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(chǎn)效率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單，模具制造并不困難。方案三只需一副模具，生產(chǎn)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(shè)置導(dǎo)正銷(xiāo)導(dǎo)正[3]，故模具制造安裝較復(fù)合模復(fù)雜，且成本高。通過(guò)對(duì)三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。

2.沖壓工藝參數(shù)計(jì)算

2.1排樣設(shè)計(jì)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(duì)材料利用率的大小有直接影響[4]。結(jié)合本沖壓件的形狀、尺寸、材料，選取有廢料的直對(duì)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(jì)算

沖裁凸、凹模按配作法加工。沖孔工序，以凸模為基準(zhǔn)，配作凹模；落料工序，以凹模為基準(zhǔn)，配作凸模。這種配作加工方法的特點(diǎn)是模具間隙由配作保證，可以放大基準(zhǔn)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(jì)算

通過(guò)計(jì)算得出拉深件所需坯料尺寸為？準(zhǔn)47.5mm，進(jìn)一步計(jì)算沖壓件的相對(duì)高度和毛坯相對(duì)厚度，根據(jù)拉深次數(shù)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(guò)程中起皺現(xiàn)象，因?yàn)樵摿慵儆跍\拉深，所以用彈簧作為彈性原件。

3.模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

模具結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(jí)后側(cè)導(dǎo)柱模架。

1.下模座 2.內(nèi)六角螺釘 3.彈簧 4.導(dǎo)柱 5.卸料板 6.活動(dòng)擋料銷(xiāo) 7.拉深凸模 8.凹模 9.上模座 10.圓柱銷(xiāo) 11.頂桿 12.頂板 13.模柄 14.推桿 15.內(nèi)六角螺釘 16.墊板 17.凸模固定板 18.凸模 19.推件器 20.導(dǎo)套 21.沖孔凹模 22.擠邊凸模 23.圓柱銷(xiāo) 24.卸料螺釘 25.導(dǎo)料銷(xiāo)

圖3 杯蓋復(fù)合模

模具工作過(guò)程如下：上模下行，導(dǎo)套20與導(dǎo)柱4滑動(dòng)配合，保證上下模的位置精度。通過(guò)拉深凸模7和凹模8對(duì)工件進(jìn)行拉深，當(dāng)拉深行程快結(jié)束時(shí)，沖孔凸模18和沖孔凹模21對(duì)拉深件底部進(jìn)行沖孔；同時(shí)，在拉深行程結(jié)束時(shí)，擠邊凸模22和凹模8對(duì)拉深件多余的筒壁高度進(jìn)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(guò)裝在上模的剛性打料裝置推出。

4.結(jié)語(yǔ)

采用復(fù)合沖壓成形可以完成杯蓋類(lèi)零件的沖壓，保證零件質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作安全方便，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)同類(lèi)零件的沖壓模具設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王孝培.沖壓手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]朱正才.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3]楊太德.支架沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù)，2007（10）.

[4]郝濱海.沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

基金項(xiàng)目：江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（CXS1316）。