不銹鋼長圓形件多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)

01序言不銹鋼長圓形件是某汽車上的配件，材料為SUS304不銹鋼。該制件的傳統(tǒng)工藝采用9副單工序模沖壓成形，即：毛坯落料、拉深復(fù)合模（工序①）；二次拉深（工序②）；三次拉深（工序③）；整形（工序④）；外形落料、沖中間頂孔（工序⑤）；側(cè)沖孔（工序⑥、工序⑦）；凸緣處成形（工序⑧）；整形（工序⑨）。單工序模沖壓模具雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、模具設(shè)計(jì)及維修方便等優(yōu)勢，但所需模具較多，沖壓成本高，隨著產(chǎn)量的日益增長及市場的激烈競爭，單工序模已經(jīng)無法滿足大批量生產(chǎn)需求，缺乏競爭優(yōu)勢。經(jīng)分析，決定采用一副可以落料、拉深、側(cè)沖及成形的多工位級(jí)進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn)，其生產(chǎn)出的制件質(zhì)量穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效率高，同時(shí)也大大降低了制件的沖壓成本。02工藝分析如圖1所示，該制件形狀復(fù)雜，是一個(gè)帶弧面凸緣的長圓形件，料厚t＝1.6mm，最大外形長為76.8mm、寬為44.5mm、高為30.6mm；拉深部分為長圓形，在長圓形的側(cè)壁沖出一個(gè)21.5mm×14mm的方孔和一個(gè)φ2.1mm的圓孔；凸緣處由R63.1mm的弧面與長圓形部分采用R3mm相切連接而成。圖1不銹鋼長圓形件形狀及尺寸在多工位級(jí)進(jìn)模上完成該制件的沖壓成形，向上拉深成形較為合理，具體沖壓工藝流程為：沖切毛坯外形→拉深→整形→沖頂孔及外形廢料→側(cè)沖孔→凸緣成形及整形→落料（制件與載體分離）。03工藝計(jì)算3.1毛坯尺寸計(jì)算該制件凸緣處形狀不規(guī)則，按相關(guān)理論公式計(jì)算較繁瑣，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相差較大。因此用專業(yè)的展開軟件進(jìn)行計(jì)算，速度快且準(zhǔn)確度高，計(jì)算出的制件毛坯如圖2所示。圖2制件毛坯3.2拉深工序計(jì)算及各工序尺寸繪制（1）拉深工序計(jì)算[2]由圖1可看出，該制件為不規(guī)則異形凸緣的長圓筒形件，當(dāng)時(shí)，屬于高長圓形件。毛坯相對(duì)厚度時(shí)，拉深系數(shù)按長圓形毛坯形狀查資料得：第一次拉深系數(shù)m1＝0.48～0.52（實(shí)取0.52）；以后各次拉深采用不壓邊的結(jié)構(gòu)，查得第二次拉伸系數(shù)m2＝0.80，第三次拉深系數(shù)m3＝0.82，第四次拉深系數(shù)m4＝0.84。該長圓形件毛坯形狀計(jì)算如下，公式中所涉及的代號(hào)可在圖3中一一對(duì)應(yīng)。圖3長圓形毛坯形狀計(jì)算所涉及的尺寸1）首次拉深工序尺寸計(jì)算。首次拉深形狀按橢圓形過渡。首次拉深高度按經(jīng)驗(yàn)值預(yù)計(jì)算：2）二次拉深工序尺寸計(jì)算。二次拉深高度按經(jīng)驗(yàn)值預(yù)計(jì)算：3）三次拉深工序尺寸計(jì)算。從A3、B3計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，該尺寸小于制件的尺寸，但與制件的中心線尺寸相差不大，因此，該工序的外形尺寸及高度按制件的外形尺寸及高度來繪制即可，即拉深高度H3＝29mm。需要說明的是，以上拉深高度為預(yù)估數(shù)據(jù)，具體值需在調(diào)試中做進(jìn)一步調(diào)整。（2）拉深工序簡圖繪制根據(jù)以上計(jì)算，繪制出各工序的簡易外形尺寸，如圖4所示。圖4簡易外形尺寸04排樣設(shè)計(jì)（1）排樣設(shè)計(jì)要點(diǎn)排樣設(shè)計(jì)是多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)之一，排樣具體要點(diǎn)介紹如下：①?zèng)_壓出的制件合格且穩(wěn)定性好。②盡可能簡化模具結(jié)構(gòu)。③確保各凸、凹模有足夠強(qiáng)度的前提下盡量減少工位數(shù)。④盡可能降低制造成本。⑤在保證帶料送料穩(wěn)定的前提下盡可能提高材料利用率[4]。（2）排樣要點(diǎn)分析該制件沖壓工藝比較復(fù)雜，具體步驟分析如下。1）首先沖切出制件毛坯外形，留毛坯與載體搭邊即可。該制件為拉深件，凸緣處是弧面。因此，載體與毛坯采用工藝伸縮帶來連接過渡，這樣可以確保載體不受毛坯在拉深、成形過程的影響而導(dǎo)致變形、扭曲，方便送料，同時(shí)也減小了成形時(shí)的阻力，載體及搭邊設(shè)計(jì)如圖5所示。圖5載體及搭邊設(shè)計(jì)2）拉深工位布置。該制件先拉深，分3次完成，考慮到拉深的工作過程原理，在首次拉深前后各留一個(gè)空工位，方便壓邊圈設(shè)置及拉深動(dòng)作的合理進(jìn)行。3）側(cè)沖孔布置。拉深結(jié)束再側(cè)沖方孔和一個(gè)φ2.1mm小圓孔。分析方孔構(gòu)造可知，為確保側(cè)沖方孔的凹模強(qiáng)度，該方孔需分3次進(jìn)行沖切，第一次先沖切中間部分和φ2.1mm小圓孔，再將兩邊部分分別設(shè)置在2個(gè)工位上進(jìn)行沖切。4）側(cè)沖孔結(jié)束后再進(jìn)行凸緣弧面的成形、整形工作，最后落料（制件與載體分離，分離后的制件從右邊模面出件）。（3）排樣圖設(shè)計(jì)經(jīng)過以上幾點(diǎn)分析后，將該制件分為23個(gè)工位來排樣，如圖6所示，具體工位安排如下：在工位1上沖導(dǎo)正銷孔、預(yù)切外形廢料；在工位2、工位3上預(yù)切外形廢料；工位4為空工位；在工位5上完成首次拉深；工位6、工位7為空工位；在工位8上完成二次拉深；在工位9上完成三次拉深；工位10用于整形；工位11為空工位；在工位12上沖頂孔、沖切外形廢料；工位13用于沖切外形廢料；工位14為空工位；在工位15上側(cè)沖孔；工位16為空工位；在工位17、工位18上側(cè)沖孔；工位19為空工位；在工位20上完成凸緣弧面成形；工位21用于凸緣弧面整形；工位22為空工位；在工位23上完成落料（即制件與載體分離）。圖6制件排樣05模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）模具總體設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)如圖7所示，該模具由1副大模架和6組模板組合而成，總長為2000mm，寬為650mm，高為450mm，各組的工作內(nèi)容具體介紹如下。圖7模具結(jié)構(gòu)1—下模座2—內(nèi)限位塊3—外導(dǎo)料板組件4、14、26、52—上墊板5—上模座6—矩形彈簧7、31、54—凸模固定板8、28—沖孔凸模9—預(yù)切外形廢料凸模10、36、46、49—彈頂銷組件11—導(dǎo)正銷12、25、55—卸料板墊板13—外導(dǎo)柱組件15、20、22、24—頂塊16、35、40、83—氮?dú)鈴椈?7、19、21、23—拉深凹模18、78—凹模固定板27—小導(dǎo)柱組件29—凸模固定塊30、32—沖切外形廢料凸模33—斜楔固定板34、39、42、44—斜楔37、43—斜楔墊塊38、41、45、76—滑塊47—凸緣部分弧面成形凸模48—凸緣部分弧面整形凸模50—卸料螺釘51—沖切載體與制件分離凸模53—切斷載體凸模56、77—卸料板57—滑槽58、61—沖切載體與制件分離凹模59—下墊塊60—限位柱62—凸緣部分弧面整形凹模63—凸緣部分弧面成形凹模64—墊塊65—浮動(dòng)導(dǎo)料銷66、67—滑塊固定壓板68、69—下模板70、97—下墊板71—側(cè)沖方孔凸模墊塊72—側(cè)沖方孔凸模73—側(cè)沖孔凹模74—圓形側(cè)沖小凸模75—平行柱79、80—沖切外形凹模鑲件81—凹模壓板82—沖頂孔及沖切外形凹模鑲件84、87、89—卸料板鑲件85—長圓形整形凸模86、91、95—導(dǎo)正銷組件88、90、94—拉深凸模92—拉深凸模墊板93—壓邊圈墊板96—壓邊圈98—套式頂料桿99—下托板100—預(yù)切外形廢料凹模101—沖孔凹模1）第一組沖切導(dǎo)正銷孔及毛坯的外形廢料。為了簡化沖切毛坯外形廢料的結(jié)構(gòu)，并考慮到凸、凹模的強(qiáng)度，該毛坯外形分7個(gè)刃口進(jìn)行沖切。2）第二組完成首次拉深。為了方便調(diào)整壓邊力，該模具將首次拉深單獨(dú)設(shè)計(jì)為一組。3）第三組完成二次拉深、三次拉深及整形。4）第四組精切外形廢料。該外形廢料除了留4個(gè)搭邊，其余部分分4個(gè)刃口沖切而成。5）第五組側(cè)沖方孔和一個(gè)φ2.1mm的小圓孔。該組均設(shè)置滑塊結(jié)構(gòu)，側(cè)沖方孔分3次進(jìn)行沖切，設(shè)計(jì)首次沖切一起側(cè)沖方孔的中間部分和φ2.1mm小圓孔，后面2次單獨(dú)沖切。6）第六組完成凸緣弧面成形、整形及落料。（2）導(dǎo)柱、導(dǎo)套設(shè)計(jì)為了提高模具的精度及使用壽命，在模座上設(shè)置4套φ60mm的外導(dǎo)柱、外導(dǎo)套和24套φ20mm的小導(dǎo)柱、小導(dǎo)套。（3）導(dǎo)正銷孔設(shè)計(jì)該模具在兩邊載體及毛坯中間均設(shè)置導(dǎo)正銷孔，均在工位1進(jìn)行沖切，工位2采用3個(gè)導(dǎo)正銷同時(shí)精確定位，后續(xù)根據(jù)每個(gè)工序的需要，將容易竄動(dòng)的工位均設(shè)置成導(dǎo)正銷定位。（4）側(cè)沖孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)側(cè)沖孔結(jié)構(gòu)是該模具的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一，從圖1可以看出，該制件共有2處側(cè)沖，即一個(gè)21.5mm×14mm的方孔和一個(gè)φ2.1mm的小圓孔。為了增加方孔凹模的強(qiáng)度，將方孔分解成3個(gè)部分沖切。第一次側(cè)沖為沖切方孔中間部分及對(duì)面的小圓孔，將此工序安排在工位15上完成；第二次與第三次側(cè)沖方孔分別安排在工位17、工位18上完成。以工位15的側(cè)沖孔模具結(jié)構(gòu)（見圖8）為例做詳細(xì)介紹。該部分結(jié)構(gòu)比較特殊，左、右滑塊均設(shè)置在帶料的工位與工位之間來實(shí)現(xiàn)側(cè)沖動(dòng)作，斜楔墊塊8、14埋在上模座9里面，斜楔6、17固定在斜楔固定板7上，滑塊3、19吊裝在卸料板墊板4上，各凸模分別固定在滑塊及凸模固定塊上，滑塊復(fù)位采用氮?dú)鈴椈?8來實(shí)現(xiàn)。圖8側(cè)沖孔模具結(jié)構(gòu)1—下模板2—圓形側(cè)沖小凸模3、19—滑塊4—卸料板墊板5—卸料板背板6、17—斜楔7—斜楔固定板8、14—斜楔墊塊9—上模座10、11、15、16、22—螺釘12、18—氮?dú)鈴椈?3—彈頂銷組件20—側(cè)沖方孔凸模墊塊21—卸料板23—側(cè)沖方孔凸模24—下墊板25、29—平行柱26—側(cè)沖孔凹模27—工序件28—圓形側(cè)沖小凸模固定塊沖壓動(dòng)作：上模下行，導(dǎo)正銷（圖中未畫出）先對(duì)帶料進(jìn)行定位，上模繼續(xù)下行，滑塊3、19底面接觸到平行柱25、29的上平面后，上模繼續(xù)下行至斜楔接觸到滑塊，使滑塊3、19向中心滑動(dòng)，對(duì)帶料上的工序件27進(jìn)行側(cè)沖，模具回程時(shí)在氮?dú)鈴椈?2、18的彈力下完成復(fù)位。06模具生產(chǎn)驗(yàn)證該模具安裝在3150kN的閉式壓力機(jī)上進(jìn)行試沖及大批量生產(chǎn)，經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，沖壓速度可達(dá)到30沖次/min。結(jié)果表明，該制件采用多工位級(jí)進(jìn)模來實(shí)現(xiàn)拉深、側(cè)沖是合理可行的，大大提高了生產(chǎn)效率并降低了制件的成本，滿足了大批量生產(chǎn)的需求，試沖出的料帶實(shí)物如圖9所示。圖9料帶實(shí)物07結(jié)束語傳統(tǒng)工藝采用9副單工序模沖壓，該模具改用新工藝，采用1副多工位