轉(zhuǎn)發(fā)自：第 43 卷 第 12 期 2018 年 12 月

免責(zé)聲明：本文援引自網(wǎng)絡(luò)或其他媒體，與揚鍛官網(wǎng)無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本站證實，對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關(guān)內(nèi)容。

作者：馬鵬輝，沈 潔，張建超，高術(shù)振

( 河北工程大學(xué) 機械與裝備工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038)

圖 1 所示為某機電產(chǎn)品上的一種壓延圈，采用 1. 5 mm 厚的 10 冷軋鋼板制成，大批量生產(chǎn)。零件要求表面無劃痕，斷面無毛刺，拉深后沒有明顯的減薄。根據(jù)技術(shù)要求，成形工序涉及落料、拉深、反拉深、沖孔、翻邊。

圖 1 壓延圈零件

Fig. 1 Blank holder part

132 鍛 壓 技 術(shù) 第 43 卷

1 沖壓工藝的分析與確定

1. 1 零件的工藝分析

此次設(shè)計零件 － 壓延圈的材料為 10 鋼，其塑性和韌性好，易于冷熱加工變形，便于進(jìn)行各種工藝的實施，應(yīng)用非常廣泛。10 鋼的屈服強度不小于

205 MPa，抗拉強度不小于 335 MPa，伸長率不小于

30% ，抗剪強度在 330 ～380 MPa 之間。

該零件為帶凸緣的斜壁圓形對稱件，厚度為 1. 5 mm，沒有厚度不變的要求，底部圓角半徑 Ｒ =

3 mm，滿足拉深工藝對形狀和尺寸的要求，適合拉深成形。零件的所有尺寸均未標(biāo)注公差，采用普通拉深、翻邊即可達(dá)到［3］。

1. 2 沖壓工藝方案的確定

通過零件結(jié)構(gòu)分析可知，成形過程的基本工序有落料、拉深、沖孔、翻邊、反拉深［1，4］。根據(jù)沖壓工序先后順序的不同，設(shè)計 3 種沖壓方案。方案 ( 1) 為單工序模生產(chǎn)，具體工序為，落料→拉深→ 反拉深→沖孔→翻邊。

方案 ( 2) 為復(fù)合模生產(chǎn)，具體工序為，落料 + 拉深→沖孔 + 反拉深 + 翻邊。方案 ( 3) 為級進(jìn)模生產(chǎn)，具體工序為，落料 + 拉深 + 反拉深 + 沖孔 + 翻邊。

方案 ( 1) 為單工序模具生產(chǎn)，在每一次沖壓過程中完成一道工序，操作相對簡單、方便，適用于精度低、中大型件的中、小批量生產(chǎn)或大型件的大批量生產(chǎn)。

方案 ( 2) 采用復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn)，即在每一次沖壓過程中完成兩道或兩道以上工序，采用復(fù)合模可以在一定程度上降低模具的制造成本，并且可以提高制件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

方案 ( 3) 屬于級進(jìn)模生產(chǎn)，在每一次沖壓過程中，在同一副模具的多個工位上同時完成多道工序，此種模具的生產(chǎn)效率很高，模具整體尺寸較大，而且每道工位之間的定位要求非常高。

本零件的尺寸比較大，適合單工序?；驈?fù)合模生產(chǎn)。通過比較各方案的特點，擬采用方案 ( 2) 來完成壓延圈的加工。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作過程

2. 1 落料拉深復(fù)合模

2. 1. 1 落料拉深凸、凹模尺寸計算結(jié)合模具設(shè)計要求，分別對落料凸模、凹模進(jìn)行加工。落料尺寸的基本計算如公式 ( 1) 和公式

( 2) 所示。

DA = ( Dmax － XΔ) 0+δA ( 1)

DT = ( DA － Zmin) 0－δT － ( Dmax － XΔ － Zmin) 0δT ( 2) 式中，DA為落料凹模刃口尺寸，DT 為落料凸模刃口尺寸，Dmax為落料凹模刃口的上極限尺寸，X 為磨損系數(shù)，Δ 為拉深件公差，Zmin 為凸、凹模最小間隙，δT、δA 為落料凸、凹模制造公差。

查文獻(xiàn) ［1］ 得凸、凹模最 小 間 隙 為 Zmin =

0. 132 mm，最大間隙為 Zmax = 0. 18 mm，凸模制造公差的數(shù)據(jù)為 δT = 0. 02 mm，凹模制造公差的數(shù)據(jù)為 δA =0. 02 mm。將以上各數(shù)值代入 δA + δT≤Zmax － Zmin 進(jìn)行校核，經(jīng)計算，不等式成立。所以，可依照式 ( 1) 和式 ( 2) 確定工作零件刃口參數(shù)，即

DA1 = ( 222 － 0.75 × 0.46) +0.020 mm = 221.655 +0.020 mm，

DT1 =(221.655 －0. 132) 0－0. 02 mm =221. 523 0－0. 02 mm。在拉深時，拉深凹模和拉深凸模的單邊間隙依照 Z = t = 1. 5 mm 來確定凸凹模制造公差，選取 IT 公差等級為 12，確定 Δ =0. 4 mm，工件的內(nèi)部尺寸計算公式如式 ( 3) 和式 ( 4) 所示。

Dp = ( d + 0. 4Δ) 0－δp ( 3) Dd = ( d + 0. 4Δ + 2Z) 0+δd ( 4) 式中，Dp為拉深凸模刃口尺寸; Dd 為拉深凹模刃口尺寸; d 為拉深件內(nèi)徑尺寸; Z 為拉深模單邊間隙。根據(jù)式 ( 3) 和式 ( 4) 計算，當(dāng)拉深尺寸為

Φ155. 6 mm 時，Dp = ( 154. 11 + 0. 4 × 0. 4) 0－0. 02 = 154. 270－0. 02 mm，Dd = ( 154. 11 + 0. 4 × 0. 4 + 1. 5 × 2) 0+0. 02 = 157 . 270+0. 02 mm。當(dāng)拉深尺寸為 Φ147. 63 mm 時，Dp = ( 147. 63 +0. 4 ×0. 4) 0－0. 02 =147. 790－0. 02 mm，

Dd = ( 147. 63 + 0. 4 × 0. 4 + 1. 5 × 2 ) 0+0. 02 =

150. 790+0. 02 mm。

2. 1. 2 模具總體結(jié)構(gòu)的確定圖 2 和圖 3 分別為落料 － 拉深復(fù)合模具總體設(shè)計的二維和三維裝配圖，采用正裝結(jié)構(gòu)。落料凹模 6 和拉深凸模 22 裝在下模，凸凹模 9 裝在上模。復(fù)合模主要由凸凹模 9、落料凹模 6、拉深凸模 22、彈性卸料裝置 ( 7，8 和 10) 、剛性推件裝置 ( 15，

第 12 期 馬鵬輝等: 壓延圈沖壓工藝與模具設(shè)計 133

20，23 和 25) 、固 定 板 4、墊 板 ( 3，5 和 11) 、定位零件 ( 2，16) 和緊固零件 ( 13，17 和 24) 等組成，模架選用滑動平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠的中間導(dǎo)柱模架［5］。

復(fù)合模具工作過程為，將板料沿送進(jìn)方向送料，然后啟動壓力機，上模部分在壓力機滑塊的作用下，向下移動。凸凹模 9 與板料接觸，與落料凹模接觸完成落料。

隨之上模部分繼續(xù)向下移動，凸凹模 9 與拉深凸模 22 相互作用對板料進(jìn)行拉深成形，當(dāng)模具完全閉合之后，完成拉深工序。隨后，模具開模，在彈性卸料裝置

( 卸料板 7、彈簧 8 和卸料螺釘 10) 的作用下，把

圖 2 落料 － 拉深復(fù)合模二維裝配圖

1. 下模座 2、16. 銷釘 3. 下模墊板 4. 凸模固定板 5. 凹模墊板 6. 落料凹模 7. 卸料板 8. 彈簧 9. 凸凹模 10. 卸料螺釘

11. 上模墊板 12. 上模座 13、17、24. 內(nèi)六角螺釘 14. 模柄 15. 打料桿 18. 導(dǎo)套 19. 導(dǎo)柱 20. 推件塊 21. 導(dǎo)料銷

22. 拉深凸模 23. 頂件塊 25. 頂料桿

Fig. 2 Two-dimensional assembly figure of blanking-drawing compound die

板料從凸凹模 9 上卸下。開模過程中，若制件包在拉深凸模 21 上，則利用頂料桿 25 和頂件塊 23 從拉深凸模上頂下; 若卡在凸凹模 9 內(nèi)部，則用打料桿 15 通過推件塊 20 把制件從凸凹模 9 內(nèi)部推下。最后，取出成形后的制件，模具進(jìn)入下一個工作循環(huán)。

2. 2 沖孔反拉深翻邊復(fù)合模

2. 2. 1 主要零件的設(shè)計

工作零件包括凸模、凹模和凸凹模。采用分別加工法進(jìn)行加工，沖孔凸、凹模刃口尺寸分別為

Dp = ( d + XΔ ) 0－ δp = ( 63 + 0. 5 × 0. 74 ) 0－0. 02 =

63. 370－0. 02 mm，Dd = ( Dp + Zmin ) 0+ δd = ( 63. 37 +

0. 132) 0+0. 02 =63. 5020+0. 02 mm。

翻邊 凸、凹 模 刃 口 尺 寸 分 別 為 Dp = ( d +

0.4Δ) 0－δp = (119 +0.4 ×0.87) 0－0.02 mm = 119. 3480－0. 02 mm，

Dd = ( Dp + Z) 0+δd = (119. 348 + 3) 0+0. 02 mm =

134 鍛 壓 技 術(shù) 第 43 卷

圖 3 落料拉深復(fù)合模三維裝配圖

Fig. 3 Three-dimensional assembly figure of blanking － drawing compound die

122. 3480+0. 02 mm。

2. 2. 2 模具總體結(jié)構(gòu)的確定

圖 3 和圖 4 分別為沖孔 － 反拉深 － 翻邊復(fù)合模具總體設(shè)計的二維和三維裝配圖。沖孔凸模 13 和凸凹模 18 裝在上模，拉深凹模 4 和凸凹模 20 裝在下模。

復(fù)合模主要由沖孔凸模 13、凸凹模 18、拉深凹模 4、彈性卸料裝置 ( 5，6 和 8) 、彈性推件裝置 ( 21，22 和 23) 、固定板 7、墊板 ( 3，9) 、定位零件 ( 2，14) 和緊固零件 ( 11，15，23 和 24) 等組成，模架選用滑動平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠的中間導(dǎo)柱模架。

復(fù)合模具工作過程為，將上一套模具生產(chǎn)的制件放在下模部分，以擋料桿 19 進(jìn)行定位，然后開動壓力機，上模部分在壓力機滑塊的作用下，向下移動，沖孔凸模 13 和凸凹模 20 與板料接觸完成沖孔工序，隨后壓力機滑塊繼續(xù)向下移動，凸凹模 18 與拉深凹模 4 和凸凹模 20 相互作用，當(dāng)模具完全閉合時，完成反拉深和翻邊工序。

然后，模具進(jìn)行開模，在彈性卸料裝置 ( 卸料板 5、彈簧 6 和卸料螺

圖 4 沖孔 － 反拉深 － 翻邊復(fù)合模二維裝配圖

1. 下模座 2、14. 銷釘 3. 下模墊板 4. 拉深凹模 5. 卸料板 6. 彈簧 7. 凸模固定板 8. 卸料螺釘 9. 上模墊板 10. 上模座 11、15、23、24. 內(nèi)六角螺釘 12. 模柄 13. 沖孔凸模 16. 導(dǎo)套 17. 導(dǎo)柱 18. 凸凹模 19. 擋料桿

20. 凸凹模 21. 頂料桿 22. 彈簧

Fig. 4 Two-dimensional assembly figure of punching-reverse drawing － flanging compound die

第 12 期 馬鵬輝等: 壓延圈沖壓工藝與模具設(shè)計 135

釘 8) 的作用下，把制件從凸凹模 18 上卸下，若制 使模具結(jié)構(gòu)更直觀、可靠。最后，經(jīng)過試模驗證，件卡在下模部分，則依靠頂料桿 21 和彈簧 22 把制 加工出的壓延圈零件完全滿足相關(guān)要求，沖壓工藝件頂出。最后，取出成形后的制件，模具進(jìn)入下一 合理，易于操作，可為同類型零件的加工提供借鑒。

個工作循環(huán)。

參考文獻(xiàn):

［1］ 柯旭貴，張榮清． 沖壓工藝與模具設(shè)計 ［M］． 北京: 機械工業(yè)出版社，2017．

Ke X G，Zhang Ｒ Q． Stamping Process and Design of Mold ［M］．

Beijing: China Machine Press，2017．

［2］ 李光耀，王琥，楊旭靜，等． 板料沖壓成形工藝與模具設(shè)計制造 中 的 若 干 前 沿 技 術(shù) ［J］． 機 械 工 程 學(xué) 報，2010，46

( 10) : 31 －39．

Li G Y，Wang H，Yang X J，et al． Some new topics on process design and mould manufacture for sheet metal forming ［J］． Journal of Mechanical Engineering，2010，46 ( 10) : 31 －39．

圖 5 沖孔 － 反拉深 － 翻邊復(fù)合模三維裝配圖

Fig. 5 Three-dimensional assembly figure of punching-reverse drawing － flanging compound die

3 結(jié)語

本文根據(jù)壓延圈零件的尺寸、結(jié)構(gòu)和批量要求，對其沖壓工藝性和工藝方案進(jìn)行分析，設(shè)計了落料 － 拉深和沖孔 － 反拉深 － 翻邊兩套復(fù)合模具。繪制出兩套復(fù)合模具的二維裝配圖和主要零件圖，并使用Pro / E軟件完成了兩套復(fù)合模具的三維設(shè)計， ［3］

［4］

［5］ 齊衛(wèi)東． 沖壓模具設(shè)計手冊 ［M］． 北京: 北京理工大學(xué)出版社，2010．

Qi W D． Stamping Die Design Manual ［M］． Beijing: Beijing Institute of Technology Press，2010．

閆華軍，邵明杰，張雙杰，等． 連桿沖壓工藝分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計 ［J］． 鍛壓技術(shù)，2017，42 ( 6) : 56 －60．

Yan H J，Shao M J，Zhang S J，et al． Stamping process analysis and structural design of connecting rod ［J］． Forging ＆ Stamping Technology，2017，42 ( 6) : 56 －60．

高軍． 沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件選用與設(shè)計指南 ［M］． 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

Gao J． Guide for Selection and Design of Standard Parts for Stamping Die ［M］． Beijing: Chemical Industry Press，2007．

［3］ 鐘群鵬，趙子華． 斷口學(xué) ［M］． 北京: 高等教育出版社，

2005．

Zhong Q P，Zhao Z H． Fracture ［M］． Beijing: Higher Education Press，2005．

［4］ 張菊水． 鋼的過熱過燒 ［M］． 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，

1984．

Zhang J S． Overheated Steel ［M］． Shanghai: Shanghai Science and Technology Press，1984．

［5］ 趙德穎，張連東，朱恩領(lǐng)，等． 枝杈類鍛件擠壓過程折疊缺陷形成研究 ［J］． 塑性工程學(xué)報，2017，24 ( 2) : 10 －16．

Zhao D Y，Zhang L D，Zhu E L，et al． Folding defect formation of branch-type forgings during extrusion ［J］． Journal of Plastic

Engineering，2017，24 ( 2) : 10 －16．

［6］ JB/T 8420—2008，熱作模具鋼顯微組織評定 ［S］．

JB/T 8420—2008． Microstructure evaluation of hot work die steel

［S］．

［7］ 鄭學(xué)坊，邱允新，唐鎮(zhèn)南． 金相分析技術(shù) ［M］． 上海: 上海科學(xué)技術(shù)出版社，1987．

Zheng X F，Qiu Y X，Tang Z N． Metallographic Analysis Technology ［M］． Shanghai: Shanghai Science and Technology Press， 1987．

［8］ 張棟，鐘培德，陶春虎，等． 失效分析 ［M］． 北京: 國防工業(yè)出版社． 2003．

Zhang D，Zhon P D，Tao C H，et al． Failure Analysis ［M］．

Beijing: National Defense Industry Press，2003．

［9］ 張魯陽． 模具失效與防護(hù) ［M］． 北京: 機械工業(yè)出版社，

1998．

Zhang L Y． Mold Failure and Protection ［M］． Beijing: China

Machine Press，1998．