錐形盒模具設計及數值模擬

王仙萌

(西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089)

錐形盒模具設計及數值模擬

王仙萌

(西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089)

本文以錐形盒件為研究對象，采用LY12-M硬鋁合金，板厚t＝1.5mm。對沖壓件進行工藝性分析，以落料拉深為主要工序，然后進行切邊，得到成品制件。通過數值模擬得到工件成形極限圖，并滿足變薄拉深量的要求。

錐形盒；模具設計；數值模擬；工藝分析

冷沖壓是一種建立在金屬塑性變形基礎上，利用模具和沖壓設備對金屬板料進行加工，獲得所需要零件形狀和尺寸的成形工藝。本設計以圖1所示零件為例，利用CATIA三維軟件繪制模具各零件三維模型，利用AutoCAD軟件繪制模具主要零部件和總裝配圖，并運用FASTAMP軟件進行模擬驗證。

1 工藝分析及工藝方案

1.1 工藝分析

由圖1可知，該工件為帶凸緣的開口錐形盒件，要求保證內形尺寸，拉深變薄量小于料厚20％。該制件結構簡單，形狀對稱，滿足沖壓工藝性要求，可用于拉深工序加工。

圖1 錐形盒尺寸示意圖

1.2 確定制件拉深次數及拉深高度

確定是否能一次拉深成形：由于該零件為錐形盒，結合錐形件和盒形件的拉深變形特點可知，開始拉深時，凸模與毛坯接觸面積小，應力集中，易產生局部變薄，自由面積大，壓邊面積小，易產生起皺等，同時制件口部與底部尺寸差別很大，拉伸后回彈現象嚴重，且制件圓角處受力最大，極易出現拉裂現象。

在未知拉深高度的情況下，為保證質量，應盡可能減少拉深次數。本設計拉深次數為1，結合低盒形件高度要求，確定拉深高度為30mm。

1.3 沖壓工藝方案確定

根據零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序，該零件需落料、拉深、切邊三道工序，可采用以下三種方案。

方案一：先落料，再拉深，最后切邊，采用單工序模生產。

方案二：先落料拉深復合沖壓，再切邊生產。

方案三：拉深、落料、切邊連續進行，采用級進模生產。

方案一模具結構簡單，但需要三副模具，成本高，而且生產效率低，難以滿足生產要求；方案二采用兩副模具，既能達到模具的設計要求，也能盡可能減少工作量，而且兩道工序放在一起，也能很好地發揮一副模具的作用，提高生產效率；方案三只需要一副模具，減少了模具和設備數量，生產效率高，適合生產精度要求不高的零件。

結合沖壓件結構及批量要求，采用方案二進行沖壓加工。

2 模具結構設計

2.1 拉深凸模的設計

拉深凸模用于成形拉深件內壁的形狀與尺寸，本次設計拉深凸模采用凸臺固定的方式，具體結構如圖2所示。

圖2 拉深凸模

2.2 落料凹模

落料凹模用于保證落料件的形狀和尺寸精度，本次設計落料凹模同樣采用凸臺固定方式，如圖3所示。

圖3 落料凹模

2.3 凸凹模

凸凹模起落料凸模和拉深凹模的作用，結構如圖4所示。

圖4 凸凹模

2.4 落料拉深復合模裝配圖(圖5)

模具工作過程：工作時，條料由導料銷5和擋料銷28定位，上模下行，凸凹模20外形與落料凹模4進行落料，落下的沖件箍在凹模內，同時拉深凸模與凸凹模內形進行拉深，拉深結束后，回程時，彈性卸料裝置將箍在凸凹模上的條料卸下，留在落料凹模內的沖件由頂件裝置頂出。在拉深過程中，拉深高度由拉深凸模打桿以及壓料塊控制。頂件裝置由帶肩頂桿1壓邊圈22及裝在下模座底下的彈頂器組成，壓邊圈兼起頂件塊的作用，回程時又能將工件從凸模上頂起，使其脫離凸凹模。為了保證先落料、后拉深，模具裝配時，應使拉深凸模比落料凹模4低1～1.5倍料厚的距離。

圖5 落料拉深復合模裝配圖

2.5 切邊模具設計

切邊模裝配圖如圖6所示。

工作時，切邊凸模19上行，將需要切邊的拉深制件放在切邊凹模4和托料板的平面上，此時的拉深制件被固定在切邊凹模上，切邊上模下行，完成切邊，再次上行，制件被脫料板21頂出切邊下模，完成一次切邊動作。

圖6 切邊模具裝配圖

3 模擬驗證

通過FASTAMP軟件進行模擬分析，如圖7所示。由圖可知，板料成形充分，工件的邊緣和圓角部分成形不足，但不影響工件的使用。由圖8可知，板料成形厚度最薄處為1.35mm，減薄率為10％，滿足拉深變薄量小于料厚20％的要求。

圖7 成形極限圖

4 結束語

通過對錐形盒進行成形工藝分析、模具設計及數值模擬，在提高材料利用率的同時又使成形過程自動化程度增加。實踐表明，本次設計的錐形盒成形模具結構合理，成形零件質量較好，對類似零件的生產具有參考價值。

圖8 工件厚度分布圖

[1] 徐政坤，主編.沖壓模具設計與制造[M].第二版.北京：化學工業出版社，2009.

[2] 李明望，主編.沖壓工作實用手冊[M].北京：化學工業出版社，2010.

[3] 林承全，主編.沖壓模具課程設計指導與范例[M].北京：化學工業出版社，2008.

[4] 孫偉杰，易 劍.基于數值模擬的帶凸緣筒形件沖壓工藝及模具設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2013，48(4)：72-74.

[5] 王仙萌.帶凸緣筒形件的拉深工藝數值模擬及模具設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2015，50(4)：61-63.

Die design and numerical simulation of Cone box

WANG Xianmeng
(Xi′an Aeronautical Polytechnic Institute,Xi′an 710089,Shanxi China)

Taking the cone box with 1.5mm thickness as the research object,which uses LY12-M hard aluminum alloy as material,the technical process analysis has been carried out to the stamping part.The blank drawing is the main working procedure.Then edge cutting has been completed and finally the finished workpiece has been obtained.The forming limit diagram of workpiece has been obtained by numerical simulation,which satisfies the requirement of drawing amount.

Cone box;Tool design;Numerical simulation

TG386.1

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.019

1672-0121(2017)05-0065-03

2017-05-15；

2017-06-22

王仙萌(1978-)，女，碩士，副教授，從事模具設計與制造、CAD/CAM/CAE教學科研。E-mail：wxm226226@163.com