趙 峰

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

鈑金件是一種利用鈑金工藝加工出來(lái)的產(chǎn)品，厚度一般都在6 mm以下，其被廣泛應(yīng)用于各種農(nóng)機(jī)機(jī)械產(chǎn)品中。通常，鈑金件是通過(guò)燈絲電源繞組、激光切割、重型加工、金屬粘結(jié)、金屬拉拔、等離子切割、精密焊接、輥軋成型、金屬板材彎曲成型、模鍛、水噴射切割來(lái)制作的。沖壓模具是在室溫下把金屬或者非金屬材料加工成鈑金件的一種工藝裝備[1-4]，近年來(lái)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，按照工藝性質(zhì)，其可以分成沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模、鉚合模。本設(shè)計(jì)的目的是在滿足生產(chǎn)要求的前提下，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單高效的沖壓模具用以生產(chǎn)三角農(nóng)用鈑金件或者類似形狀的鈑金件。

1 三角農(nóng)用鈑金件零件圖及工藝分析

三角鈑金件零件圖如圖1所示。對(duì)圖1分析可知，該三角鈑金件形狀比較復(fù)雜，需多道工序成形。如果依靠普通機(jī)械，加工難度較大且加工成本較高，但如果使用沖壓模具生產(chǎn)則可以降低加工難度和加工成本，并且從零件圖上的標(biāo)注可以看出，使用沖壓生產(chǎn)完全可以滿足該鈑金件的制造精度要求，即該零件適宜沖壓成形[5-7]。從該鈑金件的零件圖可以看出，其中3個(gè)74 mm尺寸的位置可以彎曲成形得到；3個(gè)Φ40 mm+高8 mm尺寸的位置可以采用拉深成形，并且該處的拉深系數(shù)較大，材料變形程度較小，拉深后端面不會(huì)因?yàn)椴牧系母飨虍愋詧D形凸耳；筒形底部可以采用拉深+彎曲+脹形得到[8-10]。

圖1 三角鈑金件零件圖

2 三角農(nóng)用鈑金件工藝方案的確定

由三角鈑金件零件圖可知，成形該零件時(shí)要經(jīng)過(guò)落料、成形、沖孔三道工序，工藝方案有兩種。

第一種工藝方案：落料→沖孔（大、小孔同時(shí)沖）→成形（拉深、折彎）。

第二種工藝方案：落料→成形（拉深、折彎）→沖孔（大、小孔同時(shí)沖）。

若采用第一種工藝方案，則存在兩大難題：1）首次沖孔時(shí)坯料的準(zhǔn)確定位；2）進(jìn)行成形工序時(shí)，形孔的變形，即孔的精度不能保證。即便是解決了坯料的定位問(wèn)題，而相應(yīng)的定位元件也會(huì)增加模具的復(fù)雜程度，且形孔的變形難以避免。

若采用第二種方案，那么也就不存在上述問(wèn)題。坯料成形工序的定位由坯料外形完成，成形模具的設(shè)計(jì)即能滿足。而零件上的孔是在成形后完成的，成形精度由模具即可保證，不存在變形問(wèn)題[11-15]。因此，應(yīng)采用第二種工藝方案。

根據(jù)零件的外形，總共可以確定兩種排樣方案，如圖2所示，具體分析比較如下。

圖2 兩種排樣方案示意圖

分析排樣圖可以看出，方案一的材料利用率明顯高于方案二，且由于采用兩個(gè)凸模同時(shí)落料，故生產(chǎn)效率更高。若選擇方案一，則凹模的尺寸可確定如下。

凹模厚度H凹：

其中，s為垂直送料方向的凹模刃壁間最大距離；t為材料厚度；k為系數(shù)，考慮板料厚度的影響。s=214 mm，t=2 mm時(shí)，k=0.18，則H凹=0.18×214=38.52 mm，取H凹=40 mm。

凹模寬度B：

凹模長(zhǎng)度L：

其中，s1=574 mm，s2=52 mm。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，該方案所需凹模周界尺寸較大，且模架需要單獨(dú)定制，會(huì)造成模具的制造、使用和維護(hù)成本提高。

因?yàn)槭莾蓚€(gè)落料凸模同時(shí)沖裁，所以沖裁力Fcz（僅落料時(shí)）的計(jì)算如下：

其中，K=1.3，L=678 mm，t=2 mm，τ=340 MPa，則Fcz=2×1.3×678×2×340=1 198 704 N=1 198.70 kN。

由此可見(jiàn)，需要選用的壓力機(jī)噸位數(shù)較大，生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性不好。

綜上所述，應(yīng)采用第二種排樣方案，在設(shè)計(jì)時(shí)共需設(shè)計(jì)三副模具，分別為落料模、成形模、沖孔模。

3 三角鈑金件模具設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算

3.1 落料模設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算

3.1.1 凹模輪廓尺寸的計(jì)算

凹模厚度H凹：

其中，s=158.5 mm，t=2 mm時(shí)，k=0.18～0.22，則H凹=0.22×158.5=34.87 mm，取H凹=40 mm。

凹模寬度B：

凹模長(zhǎng)度L：

其中，s1=152.55 mm，s2=52 mm。

3.1.2 料板尺寸的計(jì)算

凸模固定板厚度h1：

剛性卸料板厚度h2：根據(jù)手冊(cè)，取h2=25 mm。

導(dǎo)料板的厚度h3：h3=8 mm。

3.1.3 模架的選取

根據(jù)GB/T 2851—2008《沖?；瑒?dòng)導(dǎo)向模架》，結(jié)合凹模周界尺寸，選取的沖?；瑒?dòng)導(dǎo)向模架：315 mm×(275 mm～320 mm)。

3.1.4 沖裁力的計(jì)算

沖裁力F：

其中，K=1.3，L=678 mm，t=2 mm，τ=340 MPa，則F=1.3×678×2×340=599 352 N=599.35 kN。

卸料力Fx：

其中，Kx=0.05，F(xiàn)=599.35 kN，則Fx=0.05×599.35=29.97 kN。

推件力Ft：

其中，Kt=0.055，n=6/2=3，F(xiàn)=599.35 kN，則Ft=3×0.055×599.352=98.89 kN。

3.1.5 壓力機(jī)的選取

由于該沖裁模采用彈性卸料裝置和下出料方式，故壓力機(jī)公稱壓力Fz：

由計(jì)算值選取公稱壓力為800 kN的開(kāi)式可傾壓力機(jī)，最大閉合高度380 mm，閉合高度調(diào)節(jié)量100 mm。

3.2 沖孔模設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算

3.2.1 凹模輪廓尺寸的計(jì)算

凹模厚度H凹：

其中，s=94 mm，t=2 mm時(shí)，k=0.22～0.35，則H凹=0.35×94=32.9 mm，取H凹=40 mm。

凹模寬度B：

凹模長(zhǎng)度L：

其中，s1=94 mm，s2=48 mm。

3.2.2 料板尺寸的計(jì)算

凸模固定板厚度h1：

彈性卸料板厚度h2：根據(jù)手冊(cè)，取h2=20 mm。

導(dǎo)料板的厚度h3：h3=8 mm。

3.2.3 模架的選取

根據(jù)GB/T 2851—2008《沖模滑動(dòng)導(dǎo)向模架》，結(jié)合凹模周界尺寸，選取的沖?；瑒?dòng)導(dǎo)向模架：250 mm×(240 mm～280 mm)。

3.2.4 中間大圓孔沖裁力的計(jì)算

沖裁力F：

其中，K=1.3，L=πD=3.14×94=295.16 mm，t=2 mm，τ=340 MPa，則F=1.3×295.16×2×340=260.92 kN。

卸料力Fx：

其中，Kx=0.05，F(xiàn)=260.92 kN，則Fx=0.05×260.92=13.05 kN。

推件力Ft：

其中，Kt=0.055，n=6/2=3，F(xiàn)=260.92 kN，則Ft=3×0.055×260.92=43.05 kN。

3.2.5 壓力機(jī)的選取

由于該沖裁模采用彈性卸料裝置和下出料方式，故壓力機(jī)公稱壓力Fz：

由計(jì)算值選取公稱壓力為400 kN的開(kāi)式可傾壓力機(jī)，最大閉合高度300 mm，閉合高度調(diào)節(jié)量80 mm。

4 三角鈑金件成形工序復(fù)合模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

成形工序復(fù)合模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。開(kāi)模狀態(tài)下，在彈性元件橡膠2和頂桿13的作用下，推塊7向下運(yùn)動(dòng)至其下底面和成形凸模8下底面平齊，墊柱11和墊塊12一起上行至和凹模9上底面平齊。此時(shí)，把上副模具得到的工序件放入定位圈15內(nèi)，達(dá)到對(duì)工序件的準(zhǔn)確定位效果。然后，上模（包括模柄1、彈性元件橡膠2、六角螺釘3、上模座4、墊板5、凸模固定板6、推塊7、成形凸模8）開(kāi)始下行，在下行過(guò)程中，首先由推塊7、成形凸模8、墊柱11、墊塊12這四個(gè)零件配合完成對(duì)坯料的壓緊，然后完成彎曲成形，接著是拉深成形，最后是對(duì)三個(gè)頂角位置完成壓彎和脹形。開(kāi)模過(guò)程則在彈性元件橡膠2、推塊7、墊柱11、頂桿13的作用下完成自動(dòng)出件。

圖3 成形復(fù)合模具結(jié)構(gòu)

5 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）模具結(jié)構(gòu)緊湊，剛性較好，且模柄的中心線和三角鈑金件的壓力中心完全重合，避免了在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)偏載現(xiàn)象，提升了模具的使用壽命。

2）該模具需要的推件力較小，所以給推件塊采用橡膠的供力方式，可以實(shí)現(xiàn)推件的同時(shí)簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低成本。

3）采用定位圈對(duì)工序件進(jìn)行定位的方式具有穩(wěn)定、可靠、快換、實(shí)惠的優(yōu)點(diǎn)，定位圈內(nèi)孔的單邊尺寸比工序件外形尺寸大0.2 mm為宜，定位圈厚度比工序件大1 mm～2 mm為宜，這樣既便于工序件準(zhǔn)確定位，又便于零件的放置和出件。

4）下模設(shè)置頂件塊結(jié)構(gòu)，既能在成形過(guò)程中起到壓緊工序件防止滑移的作用，又能在出件過(guò)程中保證零件不變形，一舉兩得，簡(jiǎn)單易行。

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，該成形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠可靠地完成送料、定位、沖壓、出件等動(dòng)作，生產(chǎn)效率高、成本較低，且完全滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，是一副較成功的模具設(shè)計(jì)，可為同類農(nóng)用鈑金件的生產(chǎn)提供借鑒。