王 敏，王 亮，王銀玲，尹顯明，閻世梁

（1.西南科技大學(xué) 工程技術(shù)中心，四川 綿陽(yáng) 621010；2.成都領(lǐng)益科技有限公司 模切工程部，四川 成都 611247）

0 引言

模具成形制件與傳統(tǒng)工藝加工制件不同，模具成形制件具有生產(chǎn)周期短、效率高、節(jié)省原材料的特點(diǎn)，成形的制件還具有一致性和互換性好等優(yōu)點(diǎn)[1]。模具作為工藝設(shè)備，成形的高精度制件應(yīng)用越來(lái)越廣泛，大到航天、汽車、電子等行業(yè)，小到金屬接線盒等隨處可見的生活用品。目前市場(chǎng)上的金屬接線盒各種規(guī)格型號(hào)均有，但是大部分金屬接線盒是通過(guò)鋼板彎曲后再與其他兩塊鋼板焊接成形，有的甚至是全部通過(guò)焊接成形。由于金屬接線盒的暗盒大多是埋入墻內(nèi)或地下，如果焊接性能不良，可能會(huì)出現(xiàn)滲水的情況，影響金屬接線盒內(nèi)部接線端子的使用壽命。此外，焊接工藝對(duì)制件外觀也有一定的影響，而且生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)污染環(huán)境。因此，金屬接線盒改為鋼板沖裁成形可省去機(jī)械加工等多道工序，提高工作率效，降低制造成本[2]。

盒形件為非軸對(duì)稱制件的典型代表，其成形過(guò)程不同于簡(jiǎn)單彎曲和筒形件拉深[3]?，F(xiàn)結(jié)合模具企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，選取86型金屬接線盒為研究對(duì)象，借助CAD/CAE技術(shù)完成接線盒沖模的設(shè)計(jì)。

1 成形工藝及排樣設(shè)計(jì)

1.1 成形工藝

開口對(duì)稱帶凸緣的86型金屬接線盒如圖1所示，材料為SUS304不銹鋼，壁厚為1.0 mm，大批量生產(chǎn)，未注公差等級(jí)為IT12，符合一般精度等級(jí)要求。結(jié)合制件外觀形狀和生產(chǎn)要求，確定成形該制件需要落料、拉深、沖孔、切邊4道工序，工藝方案有：①落料、拉深、沖孔、切邊；②落料拉深、沖孔、切邊；③落料拉深、沖孔切邊；④落料拉深沖孔、切邊；⑤落料拉深沖孔切邊；⑥落料拉深、沖孔、切邊；⑦落料拉深沖孔、切邊；⑧落料拉深沖孔切邊。

圖1 接線盒

方案①采用4副單工序模成形制件，模具制造簡(jiǎn)單，容易維修，制造成本較低，但成形的制件精度差、效率低，不適合大批量生產(chǎn)。方案②由3副模具成形制件，較方案①效率要高，但模具設(shè)計(jì)任務(wù)量較大。方案⑥、⑦、⑧為級(jí)進(jìn)模，生產(chǎn)效率高，但模具制造復(fù)雜，維修不便，成形的制件精度較低。方案④、⑤由多工序復(fù)合模成形制件，生產(chǎn)效率高，成形的制件精度高，但模具制造復(fù)雜，維修難度較大。方案③是2道工序復(fù)合，適合大批量生產(chǎn)，模具制造與維修相對(duì)簡(jiǎn)單，雖然成形制件精度沒(méi)有方案④、⑤高，但能滿足設(shè)計(jì)的精度要求。采用JA21-100開式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)，結(jié)合成形制件數(shù)量和設(shè)備負(fù)荷，確定采用方案③成形該制件。

1.2 排樣設(shè)計(jì)

待成形制件拉深時(shí)存在金屬流動(dòng)，為了保證成形制件質(zhì)量和模具的使用壽命，采用廢料直排的排樣方式[4]。通過(guò)計(jì)算，得到制件展開圖修正后形狀如圖2所示，考慮展開圖的復(fù)雜程度及模具零件的加工難度，對(duì)展開圖進(jìn)行簡(jiǎn)化，如圖3所示。由于制件展開圖為帶圓弧狀，選用彈壓卸料板卸料，確定相應(yīng)搭邊值為a=1.5 mm，a1=2 mm（a是展開圖之間的距離，a1是展開圖與條料側(cè)邊的距離）[5]，最終確定排樣設(shè)計(jì)如圖4所示。以市場(chǎng)上常用6 000 mm×3 000 mm的304不銹鋼板料計(jì)算，使用該方案能成形561個(gè)制件，材料利用率為77.3%。

圖2 展開圖修正后形狀

圖3 簡(jiǎn)化后的展開圖

圖4 排樣設(shè)計(jì)

2 拉深成形工藝分析

2.1 試驗(yàn)方法

容易導(dǎo)致制件成形失敗的是拉深工序，對(duì)于拉深件，直壁與底部轉(zhuǎn)角處的圓角半徑（即底部圓角半徑）一般?。?～5）t，凸緣與直壁轉(zhuǎn)角處的圓角半徑（即凸緣圓角半徑）一般?。?～8）t，直邊與直邊的轉(zhuǎn)角處圓角半徑（即直壁圓角半徑）一般≥3t。采用正交試驗(yàn)法，研究盒形件底部圓角半徑r1、凸緣圓角半徑r2和直壁圓角半徑r3三個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)成形制件在拉深過(guò)程中的厚度影響。試驗(yàn)因素及水平如表1所示。

表1 試驗(yàn)因素及水平

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

利用Dynaform軟件對(duì)9組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬，觀察成形制件拉深后的厚度變化并進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示，可以看出，試驗(yàn)因素對(duì)制件拉深后厚度影響的主次順序?yàn)椋旱撞繄A角半徑r1＞凸緣圓角半徑r2＞直壁圓角半徑r3。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

拉深后的制件厚度平均值相差不大，均未出現(xiàn)破裂情況，底部與直壁交匯處變薄最嚴(yán)重，凸緣部分變厚。當(dāng)?shù)撞繄A角半徑r1最小，凸緣圓角半徑r2和直壁圓角半徑r3最大時(shí)，成形制件的厚度平均值最小；當(dāng)?shù)撞繄A角半徑r1最大，凸緣圓角半徑r2和直壁圓角半徑r3最小時(shí)，成形制件的厚度平均值最大。由此可知，如果凸緣圓角半徑r2與直壁圓角半徑r3增大，底部圓角半徑r1減小，制件成形極限影響不大，但是厚度在最薄處的減薄較嚴(yán)重。結(jié)合拉深件的不同圓角半徑要求，確定成形該制件底部圓角半徑r1和凸緣圓角半徑r2均取5 mm，直壁圓角半徑r3取7 mm，最終確定該制件的具體尺寸見圖1，其成形極限和厚度變化分別如圖5、圖6所示。通過(guò)在起皺放大器中觀察，發(fā)現(xiàn)在凸緣部分沒(méi)有起皺現(xiàn)象，如圖7所示。

圖5 成形極限

圖6 厚度變化

圖7 起皺放大圖

3 落料拉深復(fù)合模

3.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

落料拉深復(fù)合模的設(shè)計(jì)包括主要工作零件如落料凹模、拉深凸模、凸凹模及壓邊裝置的相關(guān)尺寸計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了主要工作零件，還包括模架、卸料裝置、推件裝置、定位裝置等的設(shè)計(jì)。落料拉深復(fù)合模如圖8所示，模具整體采用正裝結(jié)構(gòu)，沖裁的制件較平整。模架選用中間導(dǎo)柱模架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好。模具中推件塊在上模，壓邊圈在下模，這樣使落料拉深完成后，無(wú)論制件是卡在凸凹模內(nèi)還是凹模內(nèi)，都能被推出。拉深凸模的排氣孔在凸模正中心，正對(duì)下模座的螺紋孔，避免在凹?；蛳履Ｗ祥_排氣孔，減少了工作量。

圖8 落料拉深復(fù)合模

3.2 工作原理

落料拉深復(fù)合模工作過(guò)程：合模時(shí)上模向下移動(dòng)，凸凹模21先接觸板料進(jìn)行落料，同時(shí)卸料板5向上壓縮橡膠，落料后壓邊圈24對(duì)板料起壓邊的作用，凸凹模21繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，拉深凸模23拉深板料，帶動(dòng)推件塊20向上移動(dòng)，壓邊圈24向下移動(dòng)，帶動(dòng)頂桿26與托板27壓縮彈頂器橡膠28。壓邊力逐漸增大，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的拉深尺寸時(shí)，上模向上移動(dòng)，卸料板5在卸料橡膠的作用下向下移動(dòng)起卸料的作用，同時(shí)打桿15在壓力機(jī)滑塊作用下向下推動(dòng)推件塊推出制件，壓邊圈24在彈頂器的作用下向上移動(dòng)，若制件卡在拉深凸模上，壓邊圈24起推件的作用，當(dāng)開模達(dá)到能取出制件的高度時(shí)完成一次落料拉深。

4 切邊沖孔復(fù)合模

4.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

切邊沖孔復(fù)合模的設(shè)計(jì)包括主要工作零件如切邊凹模、沖孔凸模及凸凹模的設(shè)計(jì)。切邊沖孔復(fù)合模如圖9所示，模具整體采用倒裝結(jié)構(gòu)，凸凹模在下模，凹模和凸模在上模，沖孔的廢料通過(guò)壓力機(jī)工作臺(tái)廢料孔排出，減少了工作量。模架選用中間導(dǎo)柱模架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且較穩(wěn)定。模具中除切邊凹模、凸凹模、沖孔凸模外，墊板、固定板等均采用標(biāo)準(zhǔn)件，縮短了生產(chǎn)周期，降低了制造成本，且損壞時(shí)能快速替換。模具卸料采用廢料切刀，廢料由廢料滑槽排出，比卸料板方便。模具采用凸凹模上的凸臺(tái)定位制件內(nèi)形，輔以推件塊定位制件外形，使沖裁的制件精度較高。

圖9 切邊沖孔復(fù)合模

4.2 工作原理

切邊沖孔復(fù)合模工作過(guò)程：合模時(shí)上模向下移動(dòng)，開模時(shí)推件塊12比切邊凹模6高出1 mm，所以推件塊12先接觸凸凹模25。凸凹模25上面是制件內(nèi)形尺寸，推件塊12上面是制件外形尺寸，兩者對(duì)制件起到定位的作用，上模繼續(xù)向下移動(dòng)，當(dāng)成形制件完全進(jìn)入推件塊12后，切邊凹模6進(jìn)行切邊，沖孔凸模13、14、15對(duì)待成形制件進(jìn)行沖孔，與此同時(shí)，由于存在廢料切刀5，在切邊的同時(shí)，廢料切刀將之前存留的廢料切開達(dá)到卸料的作用，完成后上模向上移動(dòng)，推件塊同時(shí)向下移動(dòng)起到推件的作用，當(dāng)開模達(dá)到能取出制件的高度時(shí)，完成制件的成形。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的模具能沖裁對(duì)稱式開口帶凸緣的盒形件，通過(guò)對(duì)成形制件的相關(guān)分析，確定使用落料拉深和沖孔切邊2副復(fù)合模生產(chǎn)。利用Dynaform軟件進(jìn)行模擬分析成形方案的可行性，確定所設(shè)計(jì)的2副模具能達(dá)到?jīng)_裁成功的目的，提高了生產(chǎn)效率，減少了人工及材料成本，為后續(xù)同類制件的成形提供參考。