電機(jī)端蓋沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高育森，張 翔，胡建平，張祖明

（福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州350002）

1　零件的工藝分析

圖1所示為電機(jī)的一種端蓋，材料為冷軋鋼板，厚度為1.2 mm.端蓋底部有φ31 mm的中心孔，為了增強(qiáng)端蓋的剛度，設(shè)計(jì)有R2 mm的弧度。φ41 mm的孔徑側(cè)壁與底部連接的弧度為R4 mm.大孔的配合尺φ0.06 mm.端蓋凸緣上有3個(gè)φ10 mm的孔。該端蓋的成形工藝包括切口、拉深、翻邊、沖裁、落料等工位。由于它是相對(duì)復(fù)雜的帶有凸緣的回轉(zhuǎn)體，所以要求所用的材料應(yīng)具有較好的沖壓成形性[1]。

圖1　零件圖

2　零件的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1　毛坯尺寸的計(jì)算

由圖1可知，零件為旋轉(zhuǎn)體拉深件，對(duì)于毛坯直徑的計(jì)算可先選擇修邊余量，再把毛坯分解成多個(gè)簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)體組成，分別求出相應(yīng)旋轉(zhuǎn)體的中性層面積，最后用各旋轉(zhuǎn)體面積之和求出相應(yīng)的直徑。根=181 mm.

2.2　拉深次數(shù)的確定

毛坯的相對(duì)厚度：t/D×100=1.25/181×100=0.69；總的拉深系數(shù)：m總=d0/D=41/181=0.227；df=120 mm；d=41 mm；df/d=120/50=2.92；根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]查表4-4的修邊余量△h=3 mm；所以df=120+2△h=126 mm；求的凸緣相對(duì)直徑df/d0=126/41=3.07，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]查表4-14取 m1=0.38 m總＜m1，故需要多次拉伸；由參考文獻(xiàn)[3]查表4-16二次拉深系數(shù)為m2=0.76；因?yàn)?m總＞m1×m2，所以需要兩次拉深。

2.3　翻邊力計(jì)算

式中，dm為翻邊后豎邊的中徑，dm=33 mm，d0為孔初始直徑，d0=9.69 mm；t0為毛坯厚度，t0=1.25 mm；σs為屈服強(qiáng)度，σs=350 MPa；帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得F翻=35.24 kN.

3　端蓋排樣方案的設(shè)計(jì)

3.1　端蓋排樣方案

由于t/D×100=1.25/181×100=0.69＜1，所以采用有工藝切口帶料級(jí)進(jìn)模[4]。根據(jù)端蓋的結(jié)構(gòu)、尺寸、模具的使用壽命等因素考慮，采用單排排列。材料寬度計(jì)算如下。

式中：B為材料寬度；dj為首次拉深展開(kāi)直徑

n2為側(cè)面搭邊，根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]查表4-13，n2＝2.5 mm.

代入數(shù)據(jù)算得dj=181 mm；B=181+2×2.5＝186 mm；

式中：p為步距；n1為切口間搭邊見(jiàn)根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]查表4-13取n1=2 mm；代入數(shù)據(jù)算得：

p=181+2=183 mm.

3.2　端蓋沖壓工位設(shè)計(jì)

本端蓋的成形包括切口、拉深、翻邊、沖裁、落料等工位，本次采用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了確保工件的銜接，具體工位為：切口—空工位—次拉深—二次拉深—反拉深—沖孔—翻邊—落料。具體排樣圖圖如2所示。

圖2　端蓋沖壓排樣圖

3.3　沖模壓力中心的確定

壓力中心是壓力合力的作用點(diǎn)，壓力中心點(diǎn)的錯(cuò)誤將會(huì)便滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常而導(dǎo)致磨損，同時(shí)會(huì)使合力間隙得不到保證，從而影響到制件的質(zhì)量和降低模具的壽命[2]。如圖3所示為該端蓋模具設(shè)計(jì)的壓力中心位置。

圖3　壓力中心位置圖

根據(jù)合力對(duì)軸線的力矩等于各分力對(duì)該軸線的力矩之和的原理，得出壓力中心的坐標(biāo)位置[2]。

式中，L0為相應(yīng)的周長(zhǎng)，代入數(shù)據(jù)算得 x0＝ 674.964 mm，y0＝ 0.

4　電機(jī)端蓋模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該模具的設(shè)計(jì)主要由拉深和沖裁組成，用側(cè)刃切口來(lái)實(shí)現(xiàn)定位、確定步距。進(jìn)料從右邊到左邊，為了實(shí)現(xiàn)模具下落時(shí)法蘭邊緣在同一水平線上，第三次拉深采用倒裝結(jié)構(gòu)[1]。整個(gè)加工工序?yàn)榍锌凇展の弧卫睢卫睢蠢睢獩_孔—翻邊—落料。整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　總裝配圖

5　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電機(jī)端蓋沖壓成型工藝的分析，確定該端蓋的沖壓工藝的方案。并進(jìn)行壓力工位的設(shè)計(jì)，選擇合適的拍樣方案，畫(huà)出了相應(yīng)的拍樣圖，最后設(shè)計(jì)出模具的結(jié)構(gòu)圖。通過(guò)此端蓋設(shè)計(jì)的整體思路，為模具設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)設(shè)計(jì)的思路及方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]康俊遠(yuǎn).電機(jī)端蓋沖壓工藝分析與級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)[J].模具工業(yè)，2007，33（3）：34-38.

[2]沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)編寫(xiě)委員.會(huì)沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1993：125-129.

[3]賈俐俐.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2008：27-230.

[4]陳炎嗣.多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：145-186.