不銹鋼長圓形件多工位級進模設(shè)計

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進模進行生產(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21.5mm×14mm的方孔和一個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進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工藝計算3.1毛坯尺寸計算該制件凸緣處形狀不規(guī)則，按相關(guān)理論公式計算較繁瑣，計算結(jié)果與實際相差較大。因此用專業(yè)的展開軟件進行計算，速度快且準確度高，計算出的制件毛坯如圖2所示。圖2制件毛坯3.2拉深工序計算及各工序尺寸繪制（1）拉深工序計算[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，當時，屬于高長圓形件。毛坯相對厚度時，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算如下，公式中所涉及的代號可在圖3中一一對應(yīng)。圖3長圓形毛坯形狀計算所涉及的尺寸1）首次拉深工序尺寸計算。首次拉深形狀按橢圓形過渡。首次拉深高度按經(jīng)驗值預(yù)計算：2）二次拉深工序尺寸計算。二次拉深高度按經(jīng)驗值預(yù)計算：3）三次拉深工序尺寸計算。從A3、B3計算數(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)試中做進一步調(diào)整。（2）拉深工序簡圖繪制根據(jù)以上計算，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（1）排樣設(shè)計要點排樣設(shè)計是多工位級進模設(shè)計的核心環(huán)節(jié)之一，排樣具體要點介紹如下：①沖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，同時也減小了成形時的阻力，載體及搭邊設(shè)計如圖5所示。圖5載體及搭邊設(shè)計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空工位，方便壓邊圈設(shè)置及拉深動作的合理進行。3）側(cè)沖孔布置。拉深結(jié)束再側(cè)沖方孔和一個φ2.1mm小圓孔。分析方孔構(gòu)造可知，為確保側(cè)沖方孔的凹模強度，該方孔需分3次進行沖切，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個工位上進行沖切。4）側(cè)沖孔結(jié)束后再進行凸緣弧面的成形、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)計經(jīng)過以上幾點分析后，將該制件分為23個工位來排樣，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（1）模具總體設(shè)計模具結(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—氮氣彈簧17、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、凹模的強度，該毛坯外形分7個刃口進行沖切。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設(shè)計為一組。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個搭邊，其余部分分4個刃口沖切而成。5）第五組側(cè)沖方孔和一個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次進行沖切，設(shè)計首次沖切一起側(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進行沖切，工位2采用3個導(dǎo)正銷同時精確定位，后續(xù)根據(jù)每個工序的需要，將容易竄動的工位均設(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21.5mm×14mm的方孔和一個φ2.1mm的小圓孔。為了增加方孔凹模的強度，將方孔分解成3個部分沖切。第一次側(cè)沖為沖切方孔中間部分及對面的小圓孔，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現(xiàn)側(cè)沖動作，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)位采用氮氣彈簧18來實現(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—氮氣彈簧13—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作：上模下行，導(dǎo)正銷（圖中未畫出）先對帶料進行定位，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，對帶料上的工序件27進行側(cè)沖，模具回程時在氮氣彈簧12、18的彈力下完成復(fù)位。06模具生產(chǎn)驗證該模具安裝在3150kN的閉式壓力機上進行試沖及大批量生產(chǎn)，經(jīng)過生產(chǎn)驗證，沖壓速度可達到30沖次/min。結(jié)果表明，該制件采用多工位級進模來實現(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，試沖出的料帶實物如圖9所示。圖9料帶實物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