林振平

（惠東縣技工學(xué)校，廣東 惠州 516300）

基座片拉深、翻邊、沖孔級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)

Design of base sheet deep drawing, fl anging and punching progressive die

林振平

（惠東縣技工學(xué)校，廣東 惠州 516300）

級(jí)進(jìn)模由多個(gè)工位組成，各工位完成不同的加工，各工位順序關(guān)聯(lián)，在沖床的一次行程中完成一系列的不同的沖壓加工。一次行程完成以后，由沖床送料機(jī)按照一個(gè)固定的步距將材料向前移動(dòng)，這樣在一副模具上就可以完成多個(gè)工序，一般有沖孔，落料，折彎，切邊，拉伸等等。

級(jí)進(jìn)模；拉深；沖孔；落料；翻邊

本文主要介紹了基座片沖壓模具設(shè)計(jì)。以基座片沖壓模具設(shè)計(jì)的各組成部分為主線，參照了現(xiàn)代的模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和方法，得出設(shè)計(jì)方案。

1 工件的分析

工件名稱(chēng)：基座片；生產(chǎn)批量：大批量。

材料：可伐合金，厚0.3 mm。

材料說(shuō)明：可伐合金，也稱(chēng)鐵鎳鈷合金，中國(guó)牌號(hào)為4J29等牌號(hào)，本合金為含鎳29%、鈷17%、錳0.5%、碳0.06%、硅0.2%的硬玻璃鐵基封接合金。該合金在20～450 ℃范圍內(nèi)具有與硬玻璃相近的線膨脹系數(shù)，和相應(yīng)的硬玻璃能進(jìn)行有效封接匹配，有較高的居里點(diǎn)以及良好的低溫組織穩(wěn)定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，廣泛用于制作電真空元件、發(fā)射管、顯像管、開(kāi)關(guān)管、晶體管以及密封插頭和繼電器外殼等。

工件簡(jiǎn)圖：如圖1。

圖1 工件簡(jiǎn)圖

由圖1可知，加工這樣的工件，傳統(tǒng)的方法是采用三個(gè)工序來(lái)完成，即第一工序是拉深，第二工序是沖孔，第三工序是落料翻邊，采用這種工藝方法須三套模具，生產(chǎn)率低。采用一套級(jí)進(jìn)模一次完成拉深、沖孔、落料、翻孔成形工序，這樣能大大提高生產(chǎn)效率，操作方便、安全，沖出制件質(zhì)量較好。

本工件的材料厚度為0.3 mm，沖裁間隙取為0.9 t，則單邊間隙值為0.01 mm，因而對(duì)模架精度的要求很同。并且級(jí)進(jìn)模上具有多處沖裁，各處沖裁凸、凹模的制造、裝配也存在誤差，故選用側(cè)刃定位的級(jí)進(jìn)模。

（1）工位安排如下：1.側(cè)刃定位；2.沖兩個(gè)切口；3.切口；4.空工位；5.拉深；6.對(duì)拉深的底面整形；7.沖3個(gè)?3MM孔；8.沖裁成型；9.落料、翻邊。

材料選用條料，手工送料，側(cè)刃定距。由于本件是拉深件，所以不用多設(shè)導(dǎo)正銷(xiāo)，僅在第8工位設(shè)置1個(gè)導(dǎo)正銷(xiāo)。

第3工位的切口采用斜刃切開(kāi)，并不是沖切掉一窗條的方法，這樣對(duì)于矩形工件是適宜的。拉深工序中，拉深凸模、凹模都有圈套的圓角，拉深后的工序件也有相應(yīng)的圓角。第6工位的整形就是整形成工件所需的圓角。

第9工位是個(gè)級(jí)進(jìn)模，包括落料、翻邊兩道工序。工件脫離條料，隨條料從模具側(cè)面滑出。經(jīng)過(guò)工件的幾何形狀分析，是由兩個(gè)半圓和中間的矩形部分組成。圓形部位的成形是拉深。中間矩形部位的成形是彎曲，但在這里則是側(cè)壁凸模的壓力作用下，板料沿凹模的圓角被接進(jìn)去的，或者說(shuō)是流動(dòng)進(jìn)去的。它與兩頭圓形部位的拉深相比，材料在流動(dòng)過(guò)程中雖然沒(méi)有橫向的壓縮變形，也屬于拉深。

工件兩端是半圓形的拉深，在后面的計(jì)算中按圓筒形拉深計(jì)算。

（2）計(jì)算切口尺寸、料寬和步距：本零件在排樣圖上兩件相鄰的部位為直線，而且在拉深過(guò)程中，相鄰部位的材料都需要向零件中間流動(dòng)，則勢(shì)必造成由拉深引起的步距變短，將使定位尺寸難以控制。因此確定使用帶料切口工藝。

（3）料寬的計(jì)算：已經(jīng)計(jì)算出實(shí)際毛坯直徑為10.69 mm，再加上帶料的側(cè)搭邊值側(cè)刃切除量，便得到條料寬度。側(cè)搭邊值每邊取1.0 mm，側(cè)刃切除量取1.25 mm，經(jīng)圓整尺寸，則料寬為28 mm。

（4）步距的計(jì)算：步距的尺寸是毛坯直徑與搭邊值之和。步距取值為13 mm。

（5）凹模與凸模圓角半徑的確定：一般凹模圓角半徑應(yīng)盡可能大些，因大的圓角半徑有利于金屬流動(dòng)，而且還可以提高拉深件的質(zhì)量。但凹模圓角半徑太大將削弱壓邊的作用，可能出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，這不利于拉深工序的完成。圓角半徑的選取常通過(guò)查表取值。對(duì)于薄料、小件查表取值往往偏大，可采用下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

式中，r凹——凹模圓角半徑（mm）；

D——毛坯直徑（mm），D=10.69 mm；

d——拉深后的工件直徑（mm），d=4.6 mm；

t——料厚（mm），t=0.3 mm。

凸模圓角半徑如果取值過(guò)小，材料容易在此部位嚴(yán)重變薄，甚至斷裂。一般取值為（1.2～1.5）r凹，幫取r凹=1.4 mm。

（6）拉深力的計(jì)算：

式中，L——橫截面周邊長(zhǎng)度（mm）；K——修正因數(shù)，可取0.5～0.8。

拉深時(shí)，兩端圓形部位拉深票面直徑為?4.6 mm，中間的直線部位由于拉深時(shí)材料沒(méi)有橫向被壓縮的變形，因此所受的拉應(yīng)力應(yīng)比兩端稍小一些。但是，在實(shí)際計(jì)算中應(yīng)該忽略這種區(qū)別，同樣計(jì)入被拉深的截面?？伤愠鯨=4.6 mm×π+2×13 mm=40.5 mm。由材料力學(xué)性能表查出σb=500～600 MPa，取較大值600 MPa，則其拉深力：

（7）翻邊的計(jì)算：進(jìn)入翻邊工序時(shí)，工件與帶料脫離。由壓桿壓在凹模上，此時(shí)工件外緣為平面，這時(shí)進(jìn)行的翻邊稱(chēng)為外翻邊。兩端材料在翻邊模作用下橫向產(chǎn)生壓縮變形，周長(zhǎng)被壓短而形成工件最后要求的形狀。對(duì)于這種翻邊工序，需要計(jì)算翻邊部位的變形量，如果變形量超過(guò)允許的數(shù)值，工件將產(chǎn)生皺折，甚至把模具撐裂。

翻邊的變形程度用如下式，其對(duì)應(yīng)值b=1.2 mm；R=2.9 mm。計(jì)算出變形程度為0.29，即：變形量則在允許范圍之內(nèi)。

翻邊力的大小采用下式計(jì)算：

F=1.25LtσbK=1.25（5.8π+13×2）mm×0.3 mm×600 MPa×0.3=2 984 N

式中，L——翻邊周邊長(zhǎng)度（mm）；K——因數(shù)，一般取0.2～0.3。

2 級(jí)進(jìn)模的特點(diǎn)

多工位級(jí)進(jìn)模主要用于細(xì)小復(fù)雜沖壓零件的批量生產(chǎn)，其工位數(shù)多，精度高，壽命要求長(zhǎng)，模具細(xì)小，零件和鑲塊多，板類(lèi)零件孔位精度高，尺寸協(xié)調(diào)多，多工位級(jí)進(jìn)模加工具有以下特點(diǎn)：

（1）工作零件、鑲塊件和三大板（凸模固定板、凹模固定板和卸料鑲塊固定板，簡(jiǎn)稱(chēng)三板）是多工位級(jí)進(jìn)模加工難點(diǎn)和重點(diǎn)控制零件，其加工難點(diǎn)體現(xiàn)在工作零件型面尺寸和精度、三大板的型孔尺寸和位置精度。

（2）細(xì)小凸模和凹模鑲塊由于形狀復(fù)雜、尺寸小、精度高，采用傳統(tǒng)機(jī)械加工難以完成加工，必須輔以高精度數(shù)控線切割、成型磨削、曲線磨等先進(jìn)方法方能完成（常常采用數(shù)控線切割+成型磨削）。

（3）多工位級(jí)進(jìn)模中的凸模固定板、凹模固定板和卸料鑲塊固定板孔位精度高、尺寸協(xié)調(diào)多，是制造難度最大、耗費(fèi)工時(shí)最多、周期最長(zhǎng)的三大關(guān)鍵零件，是模具精度的集中體現(xiàn)件。

（4）多工位級(jí)進(jìn)模精度要求高、壽命要求長(zhǎng)、尺寸穩(wěn)定性要求高，所以模具零件的選材除了要求高耐磨高強(qiáng)度和高硬度外，還要求熱處理變形量小，尺寸穩(wěn)定性好。

［1]李志剛主編. 模具CAD/CAM. 機(jī)械工業(yè)出版社.［2]沖壓工藝學(xué). 湖南省機(jī)械工程學(xué)會(huì)編.［3]翁其金主編. 沖壓與塑料成型——工藝及模具設(shè)計(jì)（上、下冊(cè)）.機(jī)械工業(yè)出版社.

［4]王樹(shù)勛等. 沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)大全. 機(jī)械工業(yè)出版社.

［5]王芳主編. 沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo). 機(jī)械工業(yè)出版社.

［6]黨根茂等編. 模具設(shè)計(jì)與制造. 西安電子科技大學(xué)出版社.

［7]高佩福主編. 實(shí)用模具制造技術(shù). 中國(guó)輕工業(yè)出版社.

［8]張錚主編. 模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)指導(dǎo). 電子工業(yè)出版社.

［9]模具表面強(qiáng)化技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社 .

［10]夏巨堪，李志剛主編. 中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典.中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì).

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TG385

1009-797X（2016）04-0041-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.016

林振平（1985-），男，機(jī)械設(shè)計(jì)制造助理講師，2009級(jí)工學(xué)學(xué)士學(xué)位，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

2015-12-31