底盤沖壓件成形工藝分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

□趙峰

陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 西安 710300

1 沖壓件產(chǎn)品圖及設(shè)計(jì)要求

沖壓件零件圖如圖1所示。

2 工藝方案分析

由圖1可知，該零件的成形包括：落料、拉伸、脹形、沖孔、壓平6道工序，在各工序的總體安排上，依據(jù)沖壓工藝可確定為：先落料，再進(jìn)行成形工序（拉伸、脹形），最后切邊、壓平、沖底孔和沖側(cè)孔，以保證孔的精度要求。

2.1 工序數(shù)的確定

2.1.1 圓筒形狀一次拉伸成形的判定

（1）修邊余量的確定。工件的相對高度：h/d=29.5/159=0.186（由零件圖可知，材料厚度t=1mm，故計(jì)算時按中心線尺寸計(jì)算），由計(jì)算可知，該零件的相對高度較小，原則上可不用切邊工序，但考慮到坯料公差，為了保證零件的成形質(zhì)量，故選取1.5mm的修邊余量。

▲圖1 沖壓件零件圖

產(chǎn)品材料：08F鋼，材料厚度：t=1mm。

技術(shù)要求：①落料毛刺小于0.1mm，成形后平整光滑；

②表面拋光處理；

③未注圓角為R0.5mm。

（2）坯料直徑計(jì)算：

（3）判斷能否一次拉成。零件的相對高度由以上計(jì)算可得：h/d=0.186，坯料的相對厚度t/D=1/208.5=0.479%，可得一次拉伸成形的條件為 ［H/D］=0.62～0.5，顯然 h/d﹤［H/D］，故圓筒形件可一次拉伸成形。

2.1.2 一次起伏成形的判定

① 判斷沖壓件底部凸臺I（如圖2所示）能否一次成形。

一次成形的條件：（L-L0）/L0﹤0.75σ，其中，L 為凸臺I的展開長度，L0為平臺的長度。

08F鋼的單向伸長率σ=0.32，由圖2可知，L=4.1+4.1+39.9=44.1mm，L0=42mm，故材料的實(shí)際伸長率為0.05﹤0.75×0.32=0.24，因此該凸臺可一次成形。

② 判斷底部5個高1.5mm的凸臺Ⅱ （如圖3所示）能否一次成形。

此處材料的實(shí)際伸長率為：（1.1+1.1+8-10）/10=0.02﹤0.24，同樣可以一次成形。

③判斷零件底部 φ5mm 及 φ4.5mm的孔能否同時成形。

▲圖2 沖壓件局部凸臺Ⅰ

▲圖3 沖壓件底部凸臺Ⅱ

零件底部沖孔φ5mm 及 φ4.5mm的相鄰位置如圖4所示，分析零件圖1可知，零件上如圖4所示孔的分布有3處，若同時沖φ5mm和 φ4.5mm的孔，則在如圖4位置處的凹模刃壁間的距離為3.75mm，強(qiáng)度不夠，故這兩種孔至少在如圖位置處不能同時沖，也就是說底部的孔要分兩次沖制。

2.2 工藝方案的確定

依據(jù)零件的結(jié)構(gòu)及工序數(shù)，可采用的方案有以下幾種：

（1）落料-拉伸-脹形-沖底部孔（φ5與φ4.5兩種孔分兩次沖）-切邊-壓平-沖側(cè)孔；

（2）落料與拉伸復(fù)合-脹形-沖底部孔 （兩種孔分兩次沖）-切邊-壓平-沖側(cè)孔；

（3）落料與拉伸復(fù)合-脹形與沖5個小凸臺上的孔復(fù)合-分別沖剩余的兩種孔-切邊-壓平-沖側(cè)孔；

（4）落料-拉伸-脹形與沖5個小凸臺上的孔復(fù)合-分別沖剩余的兩種孔-切邊-壓平-沖側(cè)孔；

（5）落料-拉伸與脹形（大凸臺）復(fù)合-脹形與沖5個小凸臺上的孔復(fù)合-分別沖剩余的兩種孔-切邊-壓平-沖側(cè)孔。

5種方案中，最后的3道工序是確定的。而方案（1）是純粹的單工序模，模具結(jié)構(gòu)簡單，但生產(chǎn)率相對較低，消耗的資源也較多；方案（2）、方案（3）首先將落料與拉伸復(fù)合，生產(chǎn)率較方案（1）有所提高，但由于落料尺寸較大，所需的沖裁力也較大，加之與拉伸工序相復(fù)合所需的沖裁力也更大，使所需壓力機(jī)的噸位增加，同時模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修復(fù)起來也較為困難，并且在實(shí)際生產(chǎn)中，模具都是按加工任務(wù)設(shè)計(jì)制造的，如果生產(chǎn)批量不是特別大或并不長期生產(chǎn)，一般不采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合模。對于方案（4）來說，脹形與沖孔復(fù)合，看似合理，但由于脹形時大小凸臺的方向不同，且同時要對小凸臺上沖孔，不僅模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且成形的精度也難以保證。

分析方案（5），首先拉伸成圓筒狀時連帶將大凸臺成形，兩者的成形方向一致，且該模具與純粹的拉伸模比較并不復(fù)雜，另外由于小凸臺的高度并不高，材料厚度只有1mm，完全可以在脹形的同時將其上的孔沖出來，而前道工序中成形的凸臺可以很好地完成定位，以保證成形精度，同時方案（5）的加工效率最高。綜上所述，選擇方案（5）。

▲圖4 φ5mm與φ4.5mm孔的相鄰位置

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 拉伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

▲圖5 拉伸模具設(shè)計(jì)圖

圖5為拉伸模具打開狀態(tài)的設(shè)計(jì)圖，當(dāng)模具打開時，使用手動方式將圓形落料件放入卸料板上的定位沉孔內(nèi)，上模下行，模具開始閉合，在閉合過程中，推件塊下平面最先與坯料上平面接觸，并完成壓料，模具繼續(xù)閉合，拉伸凸模把坯料帶入拉伸凹模，完成拉伸工序，同時，卸料板被壓下行至于拉伸凸模固定板接觸，彈頂器被壓縮，積蓄能量，此時模具閉合動作結(jié)束。隨后模具開始打開，推件塊把拉伸件推出拉伸凹模，卸料板使拉伸件脫離拉伸凸模，完成自動卸料。

▲圖7 沖孔工序模具設(shè)計(jì)圖

▲圖6 脹形、沖孔復(fù)合模具設(shè)計(jì)圖

3.2 脹形、φ4.5mm沖孔復(fù)合模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖6為脹形沖孔復(fù)合模具（閉合狀態(tài)）設(shè)計(jì)圖，模具打開時，將上道工序的拉伸件套在凹模上完成坯料的定位，模具閉合后完成工件的沖壓工作（即脹形、沖孔），隨后模具開始打開，卸料板在橡膠彈力作用下完成自動卸料。由于凸模的刃口尺寸較小，所以把凸模設(shè)計(jì)成臺階式的結(jié)構(gòu)，以加強(qiáng)凸模的強(qiáng)度，增加使用壽命。

3.3 φ5mm沖孔模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖7為φ5mm沖孔模具（閉合狀態(tài)）設(shè)計(jì)圖，模具打開時，將上道工序的脹形沖孔件套在凹模上完成坯料的定位 （必須保證高度為5mm的底部凸臺套入正確位置，以保證φ5mm孔沖壓位置的精度，模具閉合結(jié)束后完成工件的沖孔，隨后模具開始打開，卸料板在橡膠彈力作用下完成自動卸料。

4 結(jié)束語

模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了要考慮產(chǎn)品的形狀、尺寸精度、成形工藝性外，還要掌握模具結(jié)構(gòu)盡量簡單化原則，產(chǎn)品的生產(chǎn)批量是一個重要考慮的因素。該套模具經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)表明，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，動作穩(wěn)定可靠，沖壓件完全達(dá)到技術(shù)要求，可為同類型模具設(shè)計(jì)提供參考。

［1］翁其金.冷沖壓技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

［2］王孝培.沖壓手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.