端盖复合膜设计

黎佳妮

摘 要：介绍加工端盖制件的落料、冲孔、拉深的倒装复合模，这复合模在压力机的一次行程中，在同一位置上同时完成这三个工序的冲模。因此如何合理地布置落料凸、凹模，冲孔凸、凹模，凸凹模是其要解决的重要问题。在复合模的结构设计和工作原理分析之后再进行工艺设计，绘制装配图和工作零件图及编写工艺卡片等。

关键词：落料；拉深；复合工艺分析

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.34.092

1 前言

随着工业产品质量的不断提高，模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业的广泛重视，模具制造正由过去依靠人工劳动代替手工技巧及采用传统机械加工设备的行业转变为技术密集型行业，从过去单一的机械加工时代转变成电加、工机械加工和其他一些特种加工相互结合的时代。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具生产成本，提高模具加工质量、缩短加工和制造周期。

2 冲裁变形机理

冲裁过程是在一瞬间就要完成的，为了保证冲裁件的质量，在研制冲裁的变形机理时，就需要根据分析冲裁时板料分离的具体过程。一般情况模具间隙正常时这个过程可分为三个阶段。

第一阶段，塑性变形阶段（图1a）。

当凸模刚开始接触板料时，下压凸模与凹模刃口周围的板料时，一般会产生应力集中现象，当板料产生弹性压缩、拉伸、弯曲等比较复杂的变形时。板料会有一点挤入凹模洞口的情况，这时，凸模下的材料会发生弯曲，凹模上的材料也会出现上翘情况。当间隙愈大时，弯曲和上翘就会越严重，随着凸模一直压入到材料内的应力超过弹性极限。

第二阶段，弹性变形阶段（图1b）。

当凸模继续给予压力，板料内的应力达到屈服的极限点时，凸模与板料、凹模的接触地方产生塑性剪切变形。凸模进入板料，板料挤进凹模的洞口，在板料在剪切面的边缘，但由于弯曲、拉深等作用照成塌角，同时由于塑性剪切应力的变形，在切断面上形成一小段明亮且与板面垂直的切断面。纤维组织发生很大的弯曲和拉深变形。随着凸模的继续下压，应力继续不断增加，直到分离变形区的应力达到抗剪切的最大应力，塑性变形阶段结束。

第三阶段，剪裂阶段（图1c、d、e）。

当板料的应力能够增加到抗剪强度后，凸模继续向下施压，凸模与板料和凹模的刃口接触处将会产生裂纹。随着凸模下压的力，裂纹才会渐渐扩大并向材料内延长。当上、下裂纹发生重合时，板料才能被分离。凸模继续下压，将已分离的材料克服摩擦阻力从板料中推出，完成整个冲裁过程。

三种变形阶段如图1所示。

3 拉深变形机理

将平面板料变成不同开口空心件的冲压过程称拉深变形。

在拉深变形的整过过程中，毛坯最中间的部分成为筒状件的底部，基本是不会发生变形，是不变形区域。毛坯的凸缘部分是主要变形区域。拉深变形过程实质上是把毛坯的凸缘部分材料渐渐移到筒壁部分的过程。在转移过程当中，凸缘部分材料由于拉深力的作用力，在径向发生拉应力，有由于凸缘部分材料相互之间的挤压，在切向发生压应力，在径向拉应力和切向压应力的共同作用下，凸缘部分材料产生塑性变形。

4 端盖设计工作原理

4.1 模具图倒装复合模具

如图2所示。

4.2 工作原理

如图3所示。

装在上模部分的有下料凹模20、冲孔凸模5、推杆14和推件器17组成了刚性推件系统，通过冲孔凸模固定板18、垫板8、下料凹模固定板6用螺钉和固定销与上模座9固定在一起；分别装在下模部分的凸凹模27、落料凸模29是把凸凹模固定板24与下模座1固定在一起。当 上、下模座采用导柱22、导套19导向，导柱布置在后面。冲断后，为了完成装夹和卸载，在上模部分装有拉杆14、顶板15，在下模部分装有由卸载板4、卸载螺钉25和橡胶23组成的有弹性卸载系统和由冲孔凹模2和弹簧28组成的弹性推拉件系统。 当冲断时，将条料平放在卸料板4上，并且有三个挡料销3限制了其位移。上模下行时，落料凹模20仅与条料接触，由落料凹模固定板6将卸料板4压下，当橡胶23被压缩到极限状态时，由凹模20刃口与落料凸模29间隙冲裁完成落料过程；上模继续下行，冲孔凹模2下的弹簧28为压紧状态，冲孔凹模和凸凹模27的上表面形成一光滑平面，上模的沖孔凸模5也进入冲孔凹模2孔中，完成冲孔过程，冲下的废料由冲孔凹模2的内孔、弹簧28、下模座1排出模具；同时，落料凹模20的两底面与凸凹模27的肩台相接触，则完成了拉深成型的过程。

5 工艺分析和方案的确定

当产品包括下料、冲孔、拉深三个工序，可以通过以下三个方案来确定：

（1）先下料、然后冲孔、最后在拉深，采用单步工序模的方式生产。

（2）先下料、在冲孔、然后采用拉深复合冲压方式， 采用复合模的方式生产。

（3）先下料、冲孔、拉深并不断的冲压，采用连续不间断模的方生产。

方案1结构过于简单，只需要两道工序，两副不同模具，继而生产效率低，很难满足该制件的生产量要求；方案2只需一副模具，冲压件的尺寸精度和形位精度很容易保证，减少了整个工序步数，生产率也提高了，尽管它结构比方案1繁琐，但由于该制件的几何形状简单、匀称，加工并不困难；方案3也只需一副模具，生产率也高，但为保证冲压的形位精确度，需要在模具上设置导正销导正，从而加大了模具制造和安装复合模复杂程度。

通过以上三种方案的比较与分析，该制件的冲压生产方案采用2比较合适些。

6 模具总体设计与选择

模具零件的不同作用可分为两大类。

6.1 工艺零件

这类零件直接参与完成冲压工艺过程并和坯料直接发生作用。endprint

落料凸模、凹模：为自制零件，材料为Cr12MoV，淬火硬度达60～64HRC，落料凹模工作部分Ra=0.8～0.4μm，固定部分Ra=3.2～6.3μm。

冲孔凸模、凹模：为标准零件，材料为T10A和Cr12MoV，淬火硬度56～60HRC， 尾部回火40～50HRC，凸模工作部分的表面粗糙度为Ra=0.8～0.4μm，固定部分为 Ra=1.6～0.8μm。

凸凹模：为自制零件，材料为9Mn2V，淬火硬度达60～64HRC，工作部分表面粗糙度为Ra=1.6～0.8μm，固定部分Ra=3.2～1.6μm，凸凹模基本尺寸与落料凹模，冲孔凸模配制。

6.2 结构零件

标准模架选择：模架由上模座、下模座、导柱、导套四部分组成。它是不断冲模重要零件的载体，模具所有零件都固定在它的上面，并能承受挤压过程的所有载荷。当中上模座、下模座分别与冲压设备上的滑动块和工作台固定，上模座、下模座之间准确位置，可有导柱、导套的导向来完成。后侧导柱模架，其特点是导柱、导套要分别装在上模座、下模座后侧的两个方向，凹模面积是导套前的有作用区域，可用于冲压较宽条料，且能用边角料送料及操作方便。由于导柱、导套装在一侧，会因偏心载荷产生力矩，上模座在导柱上的运动不够平稳，用途是可纵、横向送料，主要适用于一般精度要求的冲模，不宜用于大型模具。执行国标为GB/T2851.3-1990。

7 结束语

综上所述，本文设计为端盖设计选用滑动导向模架，可用于冲压较宽条料，且能用边角料送料及操作方便。但是间隙却是其中一个最主要因素，布置下料凸、凹模，冲孔凸、凹模，凸凹模是其要解决的重要问题，对多种方案进行分析和确定给出合理的解决方案。为了减少加工工序、减小冲裁力，简化模具结构，提高了模具的寿命。该设计对其它同类复合膜设计都具有一定的参考价值。

参考文献

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