A側管連續(xù)拉深模設計
金龍建
（寶爍模具（上海）有限公司，上海 201323）
摘 要：文中通過對A側管的工藝分析及計算，提出了落料、沖孔、拉深成形工藝，介紹了連續(xù)拉深模的沖壓方案。經多年來生產及驗證，該模具結構清晰、可靠、加工質量好，生產效率高，對此類零件的級進模設計有重要的參考價值。
關鍵詞：A側管；沖壓工藝；排樣設計；級進模；模具結構。
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0 引言
該制件為某家用電器的部件之一，材料為SUS304不銹鋼，板料厚度t=0.2mm，年需求量較大（年產量900多萬件）。該制件外形由內徑ø13.6±0.02mm、ø16.6±0.02mm和凸緣ø19±0.02mm的尺寸組成，高度由18.4±0.03mm和19.3±0.03mm的尺寸組成，底部由一個六角形異形孔和四個小凸點組合，從制件的直徑和高度的公差分析，設計一副高精度的連續(xù)拉深模沖壓才能達成。
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圖1 A側管
1 工藝分析及計算
1.1 工藝分析
從圖1可以看出，該制件是一個狹邊凸緣圓筒階梯拉深件，形狀復雜，尺寸要求高。其沖壓工藝有工藝切口、沖孔、拉深及落料等工序組合而成，特別工件在拉深成形時，既要保證料帶平直不變形，又要減少拉深的阻力，使材料容易流動成形，沖壓后獲得較高的產品質量。該制件的毛坯在帶料上采用了雙圈圓形三面切口的搭邊方式，并在帶料兩側，兩個工位之間的余料處設有兩個ø4.0mm的導正銷孔（見圖2所示），以保證帶料的送料精度。因制件材料較薄，為了使送料更穩(wěn)定，該模具采用拉料機構來傳遞各工位之間的沖壓工作。
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圖2 雙圈圓形三面切口的搭邊圖
1.2 拉深工藝的計算
1. 毛坯計算
從實際經驗及制件的技術要求把修邊余量調整為δ=1.8mm，得凸緣直徑：
圖3 坯料尺寸計算圖
2. 拉深系數(shù)及各次拉深直徑計算
拉深系數(shù)是一個重要的工藝參數(shù)。此制件首次拉深把凸緣邊上的小階梯部分的材料全部拉入凹模內，因此首次拉深按無凸緣零件計算拉深系數(shù)，由毛坯相對厚度得：
t/D×100=0.2×100/39.5=0.506≈0.51
從資料查得首次拉深m1=0.55～0.58，那么以后各次拉深mn取0.83～0.88。首次拉深材料還沒硬化，塑性好，那么拉深系數(shù)可取小些。由于不銹鋼零件再拉深的硬化指數(shù)相對較高，而塑性愈來愈低，變形越來越困難，故拉深系數(shù)一道比一道大，在工步2、3次拉深設計有定位套裝置，使零件在成形過程中均勻變形，那么拉深系數(shù)可略取小些。
根據(jù)經驗值調整后的拉深系數(shù)為：m1=0.57，m2=0.82，m3=0.87，m4=0.88，m5=0.9。所得各次拉深直徑為：
從上式計算可以看出的直徑同圖1 A側管的外徑基本相等，那么該制件為四次拉深即可。
3 排樣設計
排樣設計是級進模的關鍵環(huán)節(jié)。也是級進模設計的前提和基礎，它具體反映了制件在整個沖裁、拉深成形過程中的工位位置和各工序拉深次數(shù)、拉深高度及拉深直徑大小的相互關系。
經分析，該制件采用單排排樣較為合理，因制件坯料直徑為ø39.5mm，根據(jù)經驗值得，n1=3.4mm， n2=1.05mm， b2=2.7mm，求得料帶寬度計算如下：
B=dj+2n2+2b2
=39.5+2×1.05+2×2.7
=47mm；
式中：B——料帶寬度
dj——首次拉深展開直徑
n2——制件搭邊
b2——側搭邊寬度
料帶送進步距計算如下：
p=dj+n1+2n2
=39.5+3.4+2×1.05
=45mm
式中：p——料帶送進步距
dj——首次拉深展開直徑
n1——切口搭邊，
n2——制件搭邊
從上式計算得知，該制件料帶寬度為47mm，，料帶送進步距為45mm，該排樣共設計成17個工位(如圖4所示)，即工位①：沖導正銷孔及內圈切口；工位②：空工位；工位③：外圈切口；工位④：空工位；工位⑤：首次拉深；工位⑥：空工位；工位⑦：二次拉深；工位⑧：三次拉深；工位⑨：四次拉深；工位⑩：底部壓凸；工位11：階梯拉深；工位12：空工位；工位13：沖底孔；工位14：空工位；工位15：整形；工位16：空工位；工位17：落料。
圖4 排樣圖
４ 模具結構與沖壓動作
如圖5所示為A側管模具結構圖，該制件年產量較大，為確保各工序拉深凹模及落料刃口的使用壽命和穩(wěn)定性，各工位的拉深凹模及落料刃口采用硬質合金（YG15）鑲拼而成。該模具結構較為復雜,有拉深、階梯拉深、沖底孔等，為使各工序調整及維修更方便，該模具由多組模板組合而成的精密連續(xù)拉深多工位級進模，具體模板分組如下（見圖5所示）：
①上墊板、固定板墊板及固定板分別由3組模板組合而成；
②卸料板墊板及卸料板分別由9組模板組合而成；
③下模板及下模板墊板分別由4組模板組合而成。
上模部分和下模部分的各組模板分別安裝在整體的上模座及下模座上，并用4套ø38mm的精密滾珠導柱及20套內導柱作為精密導向件。
圖5 模具結構
1.上模座 2. 內圈切口滑動塊 3. 內圈切口凸模 4. 內圈切口凸模固定塊 5. 外圈切口滑動塊 6. 外圈切口凸模固定塊 7. 外圈切口凸模 8. 卸料板墊板-2 9. 首次拉深壓邊圈 10. 首次拉深凸模 11. 卸料板-2 12. 卸料板墊板-3 13. 上墊板-2 14. 卸料板-3 15. 定位套-1 16. 二次拉深凸模 17. 頂針-1 18. 定位套-2 19. 三次拉深凸模 20. 頂針-2 21. 固定板-2 22. 卸料板墊板-4 23. 四次拉深凸模 24. 卸料板-4 25. 壓凸點凸、凹模 26. 卸料板墊板-5 27. 卸料板-5 28. 口部拉深凸模固定塊 29. 口部拉深凸模 30. 固定板墊板-2 31. 卸料板-6 32. 卸料板墊板-6 33. 沖底孔凸模固定塊 34. 沖底孔凸模 35. 卸料板墊板-7 36. 卸料板-7 37. 整形凸模 38. 內限位銷 39.卸料板墊板-8 40.卸料板-8 41. 落料凸模 42. 落料凸模固定塊 43. 上墊板-3 44. 固定板墊板-3 45. 固定板-3 46. 卸料板墊板-9 47. 落料滑動塊 48. 卸料板-9 49. 下模板-4 50. 下模板墊板-4 51. 下模座 52. 下墊腳-3 53. 落料凹模 54. 落料凹模墊塊 55. 彈簧底板-2 56. 下模板墊板-3 57. 整形凹模 58. 等高套筒 59. 整形滑動塊 60. 下模板-3 61. 工件導向塊 62. 沖底孔凹模固定塊 63. 沖底孔凹模墊塊 64. 沖底孔凹模 65. 沖底孔滑動塊 66. 下模板墊板 67. 口部拉深凹模 68. 口部拉深滑動塊 69. 凸點成形頂桿 70. 墊圈 71. 壓凸點凹模 72. 四次拉深凹模 73. 四次拉深頂桿 74. 四次拉深滑動塊 75. 三次拉深頂桿 76. 三次拉深凹模77. 二次拉深頂桿 78. 下墊腳-4 79. 二次拉深凹模 80.下模板-2 81. 套式頂料桿-3 82. 彈簧底板-1 83. 首次拉深頂桿 84. 首次拉深凹模 85. 外圈切口頂塊 86. 套式頂料桿-2 87. 外圈切口凹模 88. 套式頂料桿-1 89. 內圈切口頂塊 90. 下墊腳-1 91. 內圈切口凹模 92.下模板墊板-1 93.下模板-1 94. 承料板 95. 卸料板-1 96. 卸料板墊板-1 97. 固定板-1 98. 固定板墊板-1 99.上墊板-1 100. 導料板-1 101.導料板-2 102.導向頂桿-1 103. 導向頂桿-2 104.下墊腳-2 105. 導向頂桿-3 106.限位柱 107. 下墊腳-5
4.1 定位套設計
為保證拉深件得到較好的定位，該模具除帶料兩側兩個工位之間的余料處設有ø4.0mm的導正銷正確定位之外，還在二次拉深及三次拉深的凸模上設有兩個不同大小的定位套（具體見圖6所示），使板料成形時塑性變形較均勻。此結構在連續(xù)模中設計較復雜，制作精度要求也較高。
結構是：當模具從上極點往下沖壓時，首先定位套3完全定好前一工位送過來的拉深件內徑，再繼續(xù)往下沖壓時，拉深凸模1進入拉深凹模7進行拉深成形。
圖6 定位套結構
1.拉深凸模 2.頂針 3.定位套 4.卸料板墊板 5.卸料板
6.下模板 7.拉深凹模 8.頂桿 9.反推桿
4.2 空工位設計
該模具在工位②、工位④、工位⑥、工位12、工位14及工位16各留一個空工位，其中工位②和工位④的空工位是為了內、外圈切口后校平作用；在工位⑥安排一個空工位，然后后序拉深成形時，由于不同的拉深高度導致載體的送料面與模面的表面不平行，即拉深的軸心線和模具表面產生一定的斜角，這對后序拉深對制件的質量有影響，為保證制件的質量，以空工位來保證帶料的工作長度，以此減小料帶的傾斜角；由于該制件拉深次數(shù)多，在工位12留一個空工位，必要時可作為后備拉深工序；為了減少拉深工序同沖底孔工序之間的斷差，在工位14及工位16各留一個空工位以此減小料帶的傾斜角。
4.3 模具沖壓動作
將原材料寬47mm，料厚t=0.2mm的卷料吊裝在料架上，通過整平機將送進的帶料整平后，開始用手工將帶料送至模具的導料板，進入第一組的導向頂桿，直到進入工位①同工位②之間的余料處為止，這時進行第一次內圈切口；第二次為校平；依次進入第三次內圈切口；第四次為校平；進入第五次首次拉深；第六次為空工位；進入第七次為二次拉深；進入第八次為三次拉深；進入第九次為四次拉深；進入第十次底部壓小凸點；進入第十一次階梯拉深；第十二次為空工位；進入第十三次為沖底孔；第十四次為空工位；為保證制件的質量，進入第十五次整形工序；第十六次為空工位；這時整個制件拉深成形已全部結束，最后（第十七次）將載體與制件分離，再連續(xù)用手工送至沖壓出三個制件，利用制件同載體分離后，留在載體上的圓環(huán)形余料進入拉料器的拉料鉤內（注：拉料器機構沒有在圖中體現(xiàn)出來），即可進行自動連續(xù)沖壓。
結束語：
該模具結構巧妙、設計合理，通過對制件的工藝分析，該帶料在排樣時毛坯在帶料上采用了雙圈圓形三面切口的搭邊方式，既保證料帶平直不變形，又要減少拉深的阻力，使材料容易流動成形，獲得較高的產品質量，經過四年來的生產驗證，滿足了大批量生產的要求。
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作者簡介：金龍建 （1979—），男，浙江省臨海市東塍人，工程師。主要從事沖壓工藝研究及模具設計工作；地址：上海市南匯區(qū)祝橋鎮(zhèn)金順路16號，寶爍模具（上海）有限公司。（電話）13564253153 （電子信箱）jinlongjian2010@163.com
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