基于數(shù)值模擬的筒蓋沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)

胡道春

（1.臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000；2.百達(dá)機(jī)電研究所，浙江 臺(tái)州 318000）

1 前言

如圖1所示為無(wú)凸緣圓筒拉深-沖孔件，生產(chǎn)批量為大批量，零件外形較復(fù)雜，需要有正反拉深和沖孔工序。材料08F，材料厚度1mm。

08F強(qiáng)度低，硬度、塑性、韌性好，易于深沖、拉深、彎曲和焊接。08F鋼主要用來(lái)制造冷沖壓件，易于軋成薄板、薄帶、冷變形材、冷拉鋼絲。成形過(guò)程中應(yīng)注意拉裂問(wèn)題。本設(shè)計(jì)采用理論計(jì)算結(jié)合模擬軟件確定拉深次數(shù)及成形工藝，確定所設(shè)計(jì)模具是否會(huì)拉裂，以減少不必要的損失。經(jīng)過(guò)分析與比較，采用兩道工序，第一道工序采用落料和拉深復(fù)合模，第二道工序采用拉深和沖孔復(fù)合模，成形難點(diǎn)為防止拉裂和起皺。

圖1 筒蓋零件圖

2 基于模擬的成形工藝分析及制定

該零件需落料、多次拉深、沖孔等多道工序，多次拉深又需一次三級(jí)階梯拉深，一次淺反拉深和一次淺正拉深。首先確認(rèn)階梯拉深次數(shù)。

因t=1mm，應(yīng)按中間尺寸計(jì)算。

確定修邊余量Δh。根據(jù)制件相對(duì)高度h/d1=0.28<0.5（d1為階梯拉深直徑的最大部分），可以不加修邊余量。

確定毛坯尺寸。因工件形狀分多個(gè)部分，計(jì)算復(fù)雜，可使用UG求沖孔前零件的體積來(lái)確定毛坯尺寸。零件體積如圖2所示。

圖2 零件三維圖

πD2t/4=10589.39mm3

已知厚度t為1mm，故D=116.15mm2

由t/D×100=0.86，查表得其相對(duì)高度范圍在0.57～0.71，而制件的總相對(duì)高度H=h/d3=24.5/56=0.44<0.57-0.71，故該制件能一次拉深成形。又t/D×100=0.86<1.5，查表可知需要壓邊圈。

圖3 模擬分析拉深前

圖4 模擬分析結(jié)果圖

圖5 落料-階梯拉深-反拉深工序圖

圖6 拉深-沖孔工序圖

通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，階梯拉深可一步拉深，但為了減少損失，對(duì)階梯拉深進(jìn)行模擬分析，圖3、4是模擬結(jié)果圖，可以看出階梯拉深可以一次拉深成形。

經(jīng)過(guò)以上工藝計(jì)算和模擬分析，零件沖壓基本工序如圖5、6所示。

零件首先需要由條料落料，制成直徑D=116.15 mm2的圓板，然后進(jìn)行階梯拉深和反拉深，未注公差，精度按IT12考慮，第二道工序?yàn)槔?沖孔復(fù)合模，普通拉伸可以實(shí)現(xiàn)，不需整形工藝。因此制定工藝如下：

第一道工序：落料和拉深復(fù)合模。模具結(jié)構(gòu)上，材料由導(dǎo)料銷定邊距，擋料銷定步距，橡膠壓邊、彈簧卸料和打桿出件；條料橫向送料；為方便操作，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。

第二道工序：拉深和沖孔復(fù)合模。模具結(jié)構(gòu)為墊板定位，彈簧出件，打桿卸料。為方便操作，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 落料和第一次拉深?？傃b圖

根據(jù)以上確定的模具結(jié)構(gòu)類型，為落料和拉深復(fù)合模，模具總裝圖如圖7所示。

圖7 落料拉深復(fù)合?？傃b圖

模具工作原理：材料從右側(cè)送入，以擋料銷控制步距，導(dǎo)料銷確定邊距。上模下行，卸料板與條料接觸，在彈簧作用下，條料被壓緊，上模繼續(xù)下行，凸凹模進(jìn)入落料凹模使材料切斷，隨著凸凹模下行，與凸模壓緊落料毛坯進(jìn)行拉深，由模具封閉高度控制完成拉深高度。上?；爻?，壓機(jī)頂出機(jī)構(gòu)中下彈簧回復(fù)，通過(guò)打桿和打板將工件推出拉深凹模。由于初選J23-40壓機(jī)下止點(diǎn)即模具封閉狀態(tài)到上止點(diǎn)的距離即壓機(jī)滑塊行程為65mm，大于拉深零件高度的2倍，故零件可以方便地從上、下模之間取出。

3.2 沖孔和第二次拉深?？傃b圖

根據(jù)以上確定的模具結(jié)構(gòu)類型，為沖孔和拉深復(fù)合模，模具總裝圖如圖8所示。

圖8 沖孔拉深復(fù)合模總裝圖

模具工作原理：材料直接放入下墊板固定孔中，上模下行，凸凹模接觸板料，上模繼續(xù)下行，與凸模壓緊沖孔，同時(shí)拉深，由模具封閉高度控制完成拉深高度。上?；爻?，壓力機(jī)通過(guò)打桿和打板將落料件推出。零件由彈簧頂出。由于初選J23-40壓機(jī)下止點(diǎn)即模具封閉狀態(tài)到上止點(diǎn)的距離即壓機(jī)滑塊行程為66mm，其值大于拉深零件高度值的2倍，故零件可以方便地從上、下模之間取出。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)合理布置零件的成形工序，并利用仿真進(jìn)行模擬輔助，設(shè)計(jì)出可行的模具結(jié)構(gòu)。該模具經(jīng)試模量產(chǎn)后，產(chǎn)品成形精度高，生產(chǎn)效率好，可為此類零件的模具設(shè)計(jì)提供參考。

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[2]賈 倫.基于FASTAMP的汽車覆蓋件拉延模具設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，47（4）.

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[4]姜奎華.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[5]模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會(huì).沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

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[7]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì),中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì).中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典數(shù)據(jù)庫(kù).南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[8]吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，1999.

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