季小輝，裘劍峰，杜佳東，丁華天，王 蕾

（臺(tái)州學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000）

1 引言

圖1 所示為按鈕罩外殼零件，材料08 鋼，料厚2mm，要求制造精度為IT14 級(jí)，并保證孔間距相對(duì)位置，筒壁邊緣光滑無(wú)毛刺，筒底平整，彎曲部位無(wú)褶皺及劃傷，大批量生產(chǎn)。從外形上看，此零件為淺桶形類(lèi)，成形相對(duì)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)復(fù)合模一次成形零件筒底分布著八個(gè)孔，數(shù)量多，形狀種類(lèi)多，相對(duì)位置精度要求高，造成成形難度大，若采用多次沖孔成形則難以保證相對(duì)位置。因此用一套模具并設(shè)計(jì)為階梯沖孔，既保證相對(duì)位置精度又降低沖壓力。同時(shí)，零件筒底平整、無(wú)刮痕的要求進(jìn)一步提高了模具設(shè)計(jì)的難度。

2 成形工藝與仿真分析

2.1 成形工藝分析

根據(jù)零件分析，初步擬定需進(jìn)行落料、拉深、沖孔及切邊工序。為保證零件表面平整且無(wú)劃痕的精度要求，先用一套模具進(jìn)行落料、拉深兩工序。從圖2所示的零件毛坯圖可知，因筒壁較淺，其拉深系數(shù)為0.76＞0.6，可以一次拉深成形。其次，如圖2 所示的首次拉深的筒形又為下一步模具的沖孔起到了定位作用（圓形件旋轉(zhuǎn)不影響定位）。而第二套模具采用8個(gè)工位的階梯沖孔模，為定位方便將沖孔凹模做成與工件相配合的外形。在一塊推件板及一根延遲推桿的作用下順利進(jìn)行沖孔及推件，其中沖孔凹模與毛坯工件之間保證H7/e6 的間隙配合。

2.2 仿真分析

本設(shè)計(jì)還對(duì)該拉深過(guò)程進(jìn)行了Deform 分析，研究其拉深過(guò)程中的等效應(yīng)力、應(yīng)變及破壞情況，保證所設(shè)計(jì)的模具滿足零件表面平整且無(wú)拉裂、起皺現(xiàn)象提供一個(gè)更有利的理論依據(jù)。

由圖3 可知，零件拉伸過(guò)程中拉深凸模圓角處破壞最嚴(yán)重處，是極易發(fā)生拉裂的部位。其與拉深理論相符，表明仿真結(jié)果符合實(shí)際。該零件破壞最大處為 0.461＜0.772，說(shuō)明該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，符合成形要求。

由圖4 可知，零件拉深過(guò)程中等效應(yīng)變最大處出現(xiàn)在筒壁和凸模圓角部分。原因在于筒壁部分是由材料塑性流動(dòng)轉(zhuǎn)移而成的,而凸模圓角部分承受著徑向和切向拉應(yīng)力的作用，因此變薄現(xiàn)象比筒壁部分嚴(yán)重得多。圖示處也是筒壁和凸模圓角部分等效應(yīng)變最大，最大值0.4032＜1.41，說(shuō)明模具符合設(shè)計(jì)要求。

由圖5 可知，零件等效應(yīng)力最大處在凸模圓角部分。該部分承受徑向和切向拉應(yīng)力的作用，同時(shí)在厚度方向由于凸模的壓力和彎曲作用而受到壓應(yīng)力的作用。仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，再據(jù)圖中所示最大應(yīng)力545MPa＜606MPa，不會(huì)產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。說(shuō)明模具符合設(shè)計(jì)要求。

3 模具設(shè)計(jì)

（1）模架及導(dǎo)向

模具結(jié)構(gòu)如圖6 所示。為方便加工及降低成本，采用標(biāo)準(zhǔn)模架，模具采用后側(cè)導(dǎo)柱滑動(dòng)導(dǎo)向模架，包括后導(dǎo)向滑動(dòng)導(dǎo)向組件（主導(dǎo)柱21、導(dǎo)套22）、上模座18、模柄14、下模座4。上模部分由上模座18、上墊板19、上模固定板11、卸料板23 等組成，其中上模座、上墊板、上模固定板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)緊固件和定位銷(xiāo)聯(lián)為一體。為保證模具制造精度和裝配精度，卸料板采用4 根卸料螺釘，另外，主導(dǎo)套與上模座采用厭氧膠粘接固定，以適當(dāng)降低導(dǎo)套孔的加工精度，避免多導(dǎo)向組件重復(fù)定位，保證模具的整體裝配精度。下模部分由下模座4、凹模板8、下墊板6、拉深凸模26、下模固定板7 等組成并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)緊固件和定位銷(xiāo)聯(lián)為一體。

（2）導(dǎo)料和定位

該級(jí)進(jìn)模具為卷料供料生產(chǎn)，送料粗定距依靠送料機(jī)的送料精度，精確定位則由模內(nèi)的擋料銷(xiāo)完成。由于采用復(fù)合模，因此只需保證送料步距精度即可，其定位累積誤差可控制在0.02mm 以?xún)?nèi)。模具閉合沖裁一次完成后由兼取導(dǎo)料和浮料作用的導(dǎo)料銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)順利送進(jìn)。另外，在適當(dāng)位置添加浮料機(jī)構(gòu)，盡可能使料帶整體脫離凹模表面向前送進(jìn)。

（3）壓料與卸料

模具壓料與卸料彈力由推件塊10、壓邊圈24及卸料板23 組成，三個(gè)部件都能起卸料作用，其中推件塊和壓邊圈既起推件作用又起壓邊作用。通過(guò)調(diào)節(jié)下端的止付螺母1 的位置可以調(diào)節(jié)壓料彈簧的預(yù)壓力，從而實(shí)現(xiàn)壓料力的平衡調(diào)節(jié)。另外，利用分別安裝在上下模座上的限位柱來(lái)控制閉模間隙，既可為防止工作時(shí)因壓力過(guò)大而導(dǎo)致料帶嚴(yán)重壓薄，又可避免初始送料時(shí)模具尾端無(wú)料帶而引起的模具不平衡，從而保護(hù)模具。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)合理安排零件成形工序，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的輔助成形機(jī)構(gòu)和模具結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)的零件質(zhì)量良好，可為此類(lèi)零件的復(fù)合模設(shè)計(jì)提供參考。

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