基于數值模擬的筒蓋沖壓工藝及模具設計

胡道春

（1.臺州職業技術學院 機電工程學院，浙江 臺州 318000；2.百達機電研究所，浙江 臺州 318000）

1 前言

如圖1所示為無凸緣圓筒拉深-沖孔件，生產批量為大批量，零件外形較復雜，需要有正反拉深和沖孔工序。材料08F，材料厚度1mm。

08F強度低，硬度、塑性、韌性好，易于深沖、拉深、彎曲和焊接。08F鋼主要用來制造冷沖壓件，易于軋成薄板、薄帶、冷變形材、冷拉鋼絲。成形過程中應注意拉裂問題。本設計采用理論計算結合模擬軟件確定拉深次數及成形工藝，確定所設計模具是否會拉裂，以減少不必要的損失。經過分析與比較，采用兩道工序，第一道工序采用落料和拉深復合模，第二道工序采用拉深和沖孔復合模，成形難點為防止拉裂和起皺。

圖1 筒蓋零件圖

2 基于模擬的成形工藝分析及制定

該零件需落料、多次拉深、沖孔等多道工序，多次拉深又需一次三級階梯拉深，一次淺反拉深和一次淺正拉深。首先確認階梯拉深次數。

因t=1mm，應按中間尺寸計算。

確定修邊余量Δh。根據制件相對高度h/d1=0.28<0.5（d1為階梯拉深直徑的最大部分），可以不加修邊余量。

確定毛坯尺寸。因工件形狀分多個部分，計算復雜，可使用UG求沖孔前零件的體積來確定毛坯尺寸。零件體積如圖2所示。

圖2 零件三維圖

πD2t/4=10589.39mm3

已知厚度t為1mm，故D=116.15mm2

由t/D×100=0.86，查表得其相對高度范圍在0.57～0.71，而制件的總相對高度H=h/d3=24.5/56=0.44<0.57-0.71，故該制件能一次拉深成形。又t/D×100=0.86<1.5，查表可知需要壓邊圈。

圖3 模擬分析拉深前

圖4 模擬分析結果圖

圖5 落料-階梯拉深-反拉深工序圖

圖6 拉深-沖孔工序圖

通過經驗公式計算，階梯拉深可一步拉深，但為了減少損失，對階梯拉深進行模擬分析，圖3、4是模擬結果圖，可以看出階梯拉深可以一次拉深成形。

經過以上工藝計算和模擬分析，零件沖壓基本工序如圖5、6所示。

零件首先需要由條料落料，制成直徑D=116.15 mm2的圓板，然后進行階梯拉深和反拉深，未注公差，精度按IT12考慮，第二道工序為拉深-沖孔復合模，普通拉伸可以實現，不需整形工藝。因此制定工藝如下：

第一道工序：落料和拉深復合模。模具結構上，材料由導料銷定邊距，擋料銷定步距，橡膠壓邊、彈簧卸料和打桿出件；條料橫向送料；為方便操作，采用后側導柱模架。

第二道工序：拉深和沖孔復合模。模具結構為墊板定位，彈簧出件，打桿卸料。為方便操作，采用后側導柱模架。

3 模具結構設計

3.1 落料和第一次拉深模總裝圖

根據以上確定的模具結構類型，為落料和拉深復合模，模具總裝圖如圖7所示。

圖7 落料拉深復合模總裝圖

模具工作原理：材料從右側送入，以擋料銷控制步距，導料銷確定邊距。上模下行，卸料板與條料接觸，在彈簧作用下，條料被壓緊，上模繼續下行，凸凹模進入落料凹模使材料切斷，隨著凸凹模下行，與凸模壓緊落料毛坯進行拉深，由模具封閉高度控制完成拉深高度。上模回程，壓機頂出機構中下彈簧回復，通過打桿和打板將工件推出拉深凹模。由于初選J23-40壓機下止點即模具封閉狀態到上止點的距離即壓機滑塊行程為65mm，大于拉深零件高度的2倍，故零件可以方便地從上、下模之間取出。

3.2 沖孔和第二次拉深模總裝圖

根據以上確定的模具結構類型，為沖孔和拉深復合模，模具總裝圖如圖8所示。

圖8 沖孔拉深復合模總裝圖

模具工作原理：材料直接放入下墊板固定孔中，上模下行，凸凹模接觸板料，上模繼續下行，與凸模壓緊沖孔，同時拉深，由模具封閉高度控制完成拉深高度。上模回程，壓力機通過打桿和打板將落料件推出。零件由彈簧頂出。由于初選J23-40壓機下止點即模具封閉狀態到上止點的距離即壓機滑塊行程為66mm，其值大于拉深零件高度值的2倍，故零件可以方便地從上、下模之間取出。

4 結束語

通過合理布置零件的成形工序，并利用仿真進行模擬輔助，設計出可行的模具結構。該模具經試模量產后，產品成形精度高，生產效率好，可為此類零件的模具設計提供參考。

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