灯罩多工位传递模具设计★

何延辉

（南京工业职业技术学院， 江苏 南京 210023）

引言

多工位传递模是一种效率较高的模具，其各个工位都有一副独立的上下模，工序件在各个工位间依靠机械手而不是载体传递，广泛适用于汽车、电子以及仪表等行业拉深类零件的成形[1-2]。

1 零件工艺分析

图1为灯罩零件图，材料为防锈铝5052，零件壁厚为2 mm，零件底部有1个直径6 mm和3个直径3.3 mm的孔，零件表面光滑，不能有毛刺。由零件图可知，灯罩要经过多次拉深、整形、缩口、冲孔、压毛边以及压卷等工序才能成形，冲压过程容易产生开裂、起皱等缺陷。零件生产批量较大，不宜采用单工序模具和复合模。综合考虑本产品的结构、冲压工艺的特点、产品批量较大等因素，本零件适合采用多工位传递模进行加工。

图1 灯罩零件图（单位：mm）

2 排样设计

工序排样是多工位模具设计的基础，它直接决定了模具的结构。根据工艺分析，设计了如图2所示的工序图，共有10道工序：

图2 传递模排样图（单位：mm）

1）拉深，毛坯料选用圆形料，利用Dynaform软件展开零件，并考虑修边余量，确定拉深前的毛坯直径为210 mm。该工序拉深出零件的锥形底部形状，拉深时材料的变形主要是中心的变薄成型，外缘的材料不向中心流动；

2）反拉深，将上一工序件拉伸至高度为52.58 mm的状态，保留部分凸缘，方便后序切边和去除毛刺；

3）压內形，因零件底部形状复杂，需要分步成形，本工序压出部分内形，零件的高度变为48.55 mm；

4）切边，切除多余的废料；

5）压毛边、冲孔，消除上一工位因修边产生的向下的毛边，并且冲出底部的1个Φ6和3个Φ3.3通孔。

6）拉深，凸缘材料进一步向中心流动，工序件变为直筒形状；

7）向下压卷，将零件底部完全成形；

8）、9）、10）缩口工序，因为缩口系数较小，为防止失稳起皱，缩口分3次进行。

3 模具总体结构及各工位子模工作原理

根据排样设计的传递模总体结构如下页图3所示，模具有10个工位，工位之间的步距为260 mm，总长度2 600 mm，宽度610 mm，闭合高度540 mm，整个模具较大，模具上下模座、下托板采用45钢板，并经过调质处理。各工位子模具由销钉定位，并用内六角螺钉固定在上下模座上。每个工位的子模都有独立的导向机构，模具的稳定性和精度较高，拆装和维修都很方便。下模座均布安装11个垫块，增大了模具闭合高度，方便观察冲压过程中的漏料情况。工序件在各工位之间采用机械手传递，依靠外形和中心孔实现精确定位。

图3 模具结构图

第一工位为拉深子模具，毛坯依靠周向均布的三个带台阶的浮动定位销50定位。利用压边圈1和凹模4将毛坯压住进行拉伸，防止拉深时起皱。拉深结束后，依靠托料销2将工序件顶到便于机械手抓取的位置，上模装有顶料销3，防止上面带走工件。

第二工位为反向拉深子模具，由机械手将工序件放置于浮动台阶定位销49的台阶上，模具下行时，压边圈5将其压在凹模上，然后凸模6将工序件冲入凹模孔内，将其反向拉伸成形。开模时，下顶块48在氮气弹簧的作用下，将工序件顶出凹模。为了保证冲压时先压住料然后在冲压，在自由状态下，压边圈应高处凸模底面一定高度。

第三工位为压內形子模具，本工序零件凸缘不需要压紧，因此在卸料板下安装了两个限位块8，模具下行时，凹模首先接触卸料板上的限位块，阻止其继续向下，凸模7继续向下，压出底部部分內形。开模时，顶块在氮气弹簧的作用下，将工序件顶出凹模，卸料板将其从凸模上卸下。

第四工位为切边子模具，模具下行时，首先由推件块9将工序件压在凸凹模44上，然后凹模11的刃口和凸凹模将工序件外缘废料切下，同时废料切刀将环形废料切断为四部分，完成卸料。切边完成后顶杆45将工序件顶出凸凹模。本工序采用将废料切断的形式进行卸料，省去了卸料板。

图4 压毛边和冲孔结构图（单位：mm）

第五工位为压毛边和冲孔子模具，模具依靠已经拉深出的工序件外形定位，其详细结构如图4所示。模具下行时，上模板14上的镶件首先压住工序件，然后上模带动冲孔凸模15继续向下进行冲孔，冲孔完成后下模继续向下，使上模板和凹模贴死，使工序件边缘产生塑性变形，消除毛边。

第六工位为拉深子模具，冲压时压块18和顶块40首先压紧工序件，因为顶块的氮气弹簧压力大于推件块氮气弹簧压力，因此，推件块暂时停止向下运动，氮气弹簧19首先被压缩，当凸模17接触到工序件时，推动顶块40向下，进行拉深。拉伸结束时，顶块将工序件顶出，卸料板将其从凸模卸下。

第七工位为压卷子模具，该工序子模结构与第六工位相似，压卷需要的压力由凸模21的端面提供。该工序材料变形过程和模具结构如图5、6所示。

图5 压卷变形图

图6 压卷结构图

第八、九、十工位为缩口工序，顶块 35、40、48下弹簧的作用是顶出工件，在缩口过程中其长度不变，因此可采用矩形弹簧，推件块后的弹簧在缩口过程中不断被压缩，因此采用氮气弹簧，可以提供持续稳定的压力。

4 模具凸、凹模设计

凸模、凹模是模具主要的成形零件，直接决定了冲压制件的形状和尺寸精度[3]。各工位凸模凹模零件，由4个M8或M10内六角螺钉固定在凸模或凹模固定板上，零件通孔均用线切割加工，以保证位置精度要求。凸、凹模均采用DC53冷作模具钢制作，采用真空淬火加深冷热处理，硬度（HRC）为60～62。其加工工艺过程为粗铣→热处理→研磨→精铣→线切割。下页图7和图8分别为第五工位的冲孔凸模和第十工位的缩口凹模。其他工位凸凹模要求与此类似，不再画出。

图7 冲孔凸模（单位：mm）

图8 缩口凹模（单位：mm）

5 结论

模具经过调试，被安装在JB36-250压力机上进行冲压，试模的零件如图9所示，测量其截面壁厚分布情况，口部材料受到拉深和缩口变形，材料变厚，但是没有发生明显起皱现象，底部材料主要在第一工序发生拉深变形，材料变薄，经测量底部料厚在1.88～1.90 mm，侧壁料厚靠近底部最薄，约1.85 mm，靠近口部最厚，约3.2 mm，产品满足使用要求。

图9 制件实物照片