G52 管帽如图1 所示, 材料为S12S6 , 料厚0. 4 mm。零件各个尺寸及形位公差均要求严格,具体要 求如下: 零件表面不允许有划痕、拉伤、点状垫伤、 毛刺, 翻孔孔口要求5 倍放大后没有微裂纹。零件 上、下面平行度、垂直度、平面度均需控制在0～ 0. 03 mm。批量生产时,制件各尺寸公差及形位公差 均按零件图纸公差上、下限的70 %～75 %验收。零 件尺寸小,一致性要求高,生产批量大。要求模具便 于拆卸, 维修方便, 零件生产成本低。经分析, 只有 采用级进模子模的形式方能满足生产要求。 2 成形工艺分析与排样设计 根据零件形状要求, 估算所需冲床吨位为 5 000 kN左右。根据企业现有设备, 决定选择日产 DOBBY闭式冲床, 型号EH-60IIL , 滑块行程50 mm, 上滑块尺寸800 mm×420 mm,下台面尺寸800 mm× 650 mm,模具根据现有冲床台面,外形尺寸应控制在 780 mm之内。为减小模具尺寸, 按零件长度方向竖 向进行排样。为了便于维修,排样按7 副子模设计, 模具共22 工位, 其中有效工位压缩为13 个, 空工 位7 个, 均为子模分割位置; 2 个工位为结构所需空 位, 排样图见图2。①撕口, 冲导正孔; ②冲中部<1 mm预孔; ③撕口; ④空位; ⑤中孔变薄拉深; ⑥空 位; ⑦精冲孔; ⑧空位; ⑨翻斜孔; ⑩空位; lv翻侧斜 孔,中孔翻孔; lw整形侧斜孔、中孔形状及孔底; lx空 位; ly拉深壳体; lz空位; l{整形壳体底面、壳体高度 及孔位置形状; l|空位; l}整形壳体凸缘法兰; l~空 位; mu三孔孔口扩口; mv空位; mw落料。 3 模具结构设计 本模具结构具有以下几个特点: (1) 模具导向精度高。如图3 所示,主模架的上、 下模座分别安装有4 组<32 mm滚动导向件。各成形 工序的子模均有4 组<14 mm滑动导向件。在冲孔工 序及落料工序子模内侧,除有4 组<12 mm滑动导向 件外,子模外侧还另有2 组<20 mm滚动导向件。各 导向件导柱材质为GCr15 ,淬火硬度62～65 HRC;导 套材质为GCr15 ,淬火硬度60～63 HRC。 (2) 采用子模结构,安装维修方便。主模架上装 模具工业2010 年第36 卷第2 期11 图1 G52 管帽 图2 排样图 有7 副子模,分别用M12 mm螺钉与<12 mm的销钉 与主模架连接定位。 (3) 模具有可靠的安全保护。主模架上共有4 组 上、下限位柱限位。第1 组子模第3 工序中有工序件 位置检测装置; 终端工序有机床自身配置的出料误 送检测装置。 12 模具工业2010 年第36 卷第2 期 4 模具主要零件设计 主模架上、下模座上装有吊装用的4 组8 件吊 钉。各子模除导向件外均有:子模上模座、子模上垫 板、子模凸模固定板、子模卸料板、子模凹模固定 板、子模下垫板、子模下模座。各子模中均有浮料销 和导正销。模座材质为45 钢,调质处理至280～300 HB。各垫板材质为GrWMn ,淬火硬度58～62 HRC。 各凸模固定板、凹模固定板、卸料板材质为 Cr12MoV,淬火硬度56～60 HRC。导正销、浮料销材 质为Cr12MoV,淬火硬度58～62 HRC。各工位为防止 冲裁中掉下的微金属颗粒造成垫伤, 凹模板上除凹 模工作面外, 均做出与条料上坯料形状相符的深1 mm的让位沉台, 工作中使废料微颗粒落在让位沉 台中。模具中除<1 mm的冲预孔凸、凹模材质选用 ASP-23 , 淬火硬度63～65 HRC外, 其余各凹模均采 用YG15 , 成形凸模采用SKD11 , 淬火硬度60～64 HRC。 5 模具关键点解析 5. 1 翻冲中孔 根据公式, 预冲孔直径d = D - 2( H - 0. 43 r - 0. 72 t) , 其中D = 5. 9 mm, r = 0. 2 mm, H= 3. 1 mm, 图3 模具结构 1. 子模2. 子模3. 子模4. 子模5. 子模6. 子模7. 子模 8. 上模座9. 导向件10. 限位柱11. 下模座 t = 0. 4 mm, 经计算, d = 0. 448 mm,翻边系数K= d/ D = 0. 169。由此零件材料及翻边系数, 查表得翻边 极限系数为0. 7。 根据以上数据, 查工艺图知, 目前的翻孔数值 均处于工艺不允许区, 如直接翻孔, 将出现口部裂 纹及底部开裂现象, 需采用从外向内多次拉深凸 包,后冲底孔,再翻孔工艺。因不锈钢是应变硬化很 强的材料, 多次拉深将造成凸缘面出现拉深环状痕 迹,零件的平面度很难保证。经方案对比,根据模具 每分钟大于55 次的冲裁速度和冲20 万次刃磨1 次 的要求, 又根据凸模孔径强度与冲压材料厚度, 决 定采用排样图中先冲<1 mm预孔, 从中部向外变薄 拉深凸包, 后精冲孔再翻孔的工艺路线, 保证了翻 孔高度。因冲孔方向与翻孔方向相反, 毛刺位于翻 孔的内侧, 翻孔时孔口不易产生裂纹。凸缘底面无 拉痕,保证了底面平面度小于0. 02 mm的要求。 5. 2 翻斜孔 斜孔与中孔相比, 翻边高度低, 材料变薄小, 易 翻成, 但主要难点在于预冲孔的几何形状尺寸、位 置尺寸确定。斜孔几何形状尺寸、位置尺寸分析步 骤为: (1) 先选出与斜孔相应的几何图形点1～8 , 再 根据几何图形点作出相应的样条线,见图4(a) 。 (2) 以样条线形状为基准, 将斜孔圆整为附有 尺寸要求、便于加工的相似腰形圆,见图4(b) 。 (3) 根据相似腰形圆, 求出斜孔在平面上的位 置中心。 上述步骤中需仔细分析第2 步, 分析过程如 下: 腰形圆几何图形点确定时, 先分析斜孔各处变 形情况, 以变形最小处为基准(斜孔短边处) 点。斜 孔短边几何图形点确定后, 再分析腰形圆其余各特 殊点。因拉深翻孔时材料会变薄, 即翻斜孔时翻边 处几何高度将随翻边高度的增加而递增, 而根据产 品技术要求, 斜孔斜面线中部在翻孔后向下凹0. 13 mm为理想状态, 因此将斜孔的高度尺寸公差下差 0. 15 mm, 按公差的0. 8～0. 85 计算, 可降低斜孔高 度尺寸, 保证图纸尺寸。计算得到的斜孔腰形圆高 点值在样条形状线高点处的高度需降低0. 12～0. 13 mm, 即样条形状线向外移0. 13 mm(图4(b) 中内线 为样条形状线) 。再根据降低后的斜孔高度确定腰 形圆高边点象限值, 其余各腰形圆点及斜面线中部 腰形圆点以样条线为准, 按腰形圆相邻高边象限点 与短边象限点差值的1/ 2 选取。计算得到的中边冲 孔象限点上差值为0. 065～0. 07 mm, 可确定出中边 冲孔的象限点。根据象限点确定的形孔中心及相似 腰形圆形状几何图形即为确定的相似腰形圆图形。 生产实践证明:斜孔冲前,孔形经圆整为腰形圆 后,可满足零件翻斜孔形状要求。经测量,零件斜孔 低边尺寸为0. 75 mm, 高边尺寸为2. 45 mm, 中部斜 边下凹0. 03～0. 06 mm。 5. 3 拉深壳体 从制件可以看出,壳体与翻边孔位置边距较小, 冲孔、翻孔全部完成后再拉深壳体会造成孔径与孔 图4 斜孔几何图 14 模具工业2010 年第36 卷第2 期 阶梯圆筒形件级进模设计 金龙建 同类零件的模具设计有一定的借鉴作用。 图1 所示阶梯圆筒形件是微波炉中的1 个部 件,材料为SPCE ,料厚0. 2 ±0. 005 mm,年需求量约 2 000 万。因零件结构较复杂,是1 个狭边凸缘圆筒 阶梯形拉深件, 特别是零件R 角、平行度及尺寸公 差要求较高,成形较困难。 原成形工艺采用10 工位成形, 分别是: ①冲工 艺孔; ②内、外切开; ③空位; ④首次拉深; ⑤空位; ⑥ 二次拉深; ⑦三次拉深; ⑧四次拉深; ⑨冲底孔; ⑩落 料。模具采用送料形式在各工位之间传递冲压成 形,因零件所用板料薄且软,造成搭边强度不足。又 由于底部冲孔精度要求较高, 冲底孔凸模位置稍有 偏差, 就会导致冲底孔凸、凹模损坏, 造成底部出现 毛刺,影响零件质量。 为简化内、外切开的结构,解决原工艺存在的问 题, 从图1 可以看出, 零件平行度要求较高, 且各部 位R 角较小, 按原工艺生产(没有整形工位) , 零件 很难达到图纸要求。经分析,重新设计了1 副17 工 位级进模, 并采用拉料形式传递各工位之间的冲压 在拉深壳体时, 除了要加大零件压边力 外, 还需在前工序, 即翻斜孔工序中, 将翻斜孔的孔 径按下差减0. 015～0. 02 mm, 孔间距向内径方向双 向共移动0. 04 mm。拉深壳体时,斜孔导正销按名义 尺寸减0. 005 mm或0. 01 mm制作, 使壳体拉深时, 孔径与导正销之间有预紧力, 压边力与预紧力共同 作用,与拉深壳体时孔位置变形力平衡。 在整形工序中按设计尺寸恢复中心距及孔径 尺寸,使制件达到产品图纸要求。 6 结束语 此模具在生产中, 冲件质量稳定, 模具寿命长, 连续冲裁25 万次刃模1 次。模具结构合理,维修方 便,生产效率高,是1 副成功的多工位级进模。 |
