基于Solidworks的罩殼復合模設計

宋增梅

（濰坊學院 機電與車輛工程學院，濰坊 261061）

模具在機械制造生產中不但占據重要的地位，而且發揮了非常關鍵的作用。在機械制造生產中，使用高質量的模具會使機械加工生產變得更加容易，使得機械制造生產的效率得到提升，同時也能夠節約材料，降低生產成本。另外，使用質量高的模具也能夠保證被加工零件的質量。隨著工業的快速發展，國內的模具制造技術得到了快速發展，其應用的方面愈來愈廣，而且模具在設計及制造的水平上也有了很大提高[1]。

本文所設計的玉米收獲機苞葉剝離裝置中的“罩殼復合模”沖壓復合模具，采用復合方式將落料、拉深、成型三道工序一次合模完成，通過Solidworks三維設計軟件繪制出罩殼復合模三維模型，能夠為其他相似零件的加工提供參考。

1 零件的工藝性分析

如圖1所示，該材料厚度為2mm，兩垂直平面之間過度圓弧的半徑為10mm，底部圓弧的半徑為4mm，拉深的高為32mm，長為107mm，寬為104mm。

圖1 零件15號鋼

盒形件不是通過旋轉得到的，所以其拉深的過程會比那些旋轉得到的零件復雜。盒形件由四個直邊和四個圓角組成。在拉深時，直邊和旋轉型零件的拉深差不多，圓角和零件的彎曲差不多。該零件為有凸緣的方形盒，在拉深過程中，方形盒的厚度不變，而且零件的形狀比較簡單，兩邊對稱。零件用的是15號鋼，該材料具有較好的塑性、強度以及拉伸性能。

2 工藝方案的確定

2.1 毛坯尺寸的計算

盒形零件由直角和圓邊構成。在材料拉深過程中，方形盒圓角的變化和圓筒狀產品在拉深時的變化幾乎相同。因此，在拉深盒形的零件時，正確計算出毛坯零件的尺寸和形狀是非常重要的，這樣不僅可以節約原材料，還能提高拉深的質量。

2.1.1 確定拉深次數

拉深次數為：

查表得相對高度H/B為0.60mm[2]。

實際相對高度為：

所以，該盒形零件只需拉一次。

2.1.2 確定修邊余量

方盒件在拉深過程中，材料的高度可表示為：H=H0+Δh。式中，H0為盒形件的高度，Δh為零件修邊時的余量。該零件只需要拉深一次即可，故Δh=（0.03～0.08）H0=1.6mm，所以H=32+1.6=33.6mm。

2.1.3 計算毛坯尺寸

盒形件的直邊展開后的長度為：

盒形零件的角部展開后毛坯的半徑為：

2.1.4 根據上面的數據

盒形零件毛坯的長邊為：LA=A+2L-2r=182.2mm，由此可以推斷出盒形零件毛坯的短邊為：LB=B+2L-2rp=179.2mm。

2.2 工藝方案

通過對罩殼沖壓過程的研究，并結合沖壓件的特征以及現實生產情況，從成本、模具的使用期限、效率、安全性以及罩殼特點等多種因素進行分析比較。在分析各工序模的優缺點的基礎上，結合此次設計的零件形狀，最終決定采用落料、拉深、成型三個工序復合沖裁。

壓力機噸位大小的選擇是基于工作過程中所必需的總壓力。壓力機所需要的壓力按式（6）進行計算[3]：

經計算∶P0=1.3FZ=908.87kN。根據計算結果，可以選擇壓力機的噸位在908.87kN以上的壓力機。查閱相關的壓力機參數表，選擇壓力為1000kN的J23-100開式壓力機。

3 復合模的刃口尺寸及相關公差計算

3.1 落料模的刃口尺寸及公差計算

毛坯的外形通過落料獲得，計算時將凹模作為設計基準，計算落料[4]：

式中，LA、LT為落料時凹模、凸模的尺寸；Lmax為落料零件的極限尺寸；Δ為工件制造公差；Zmin為最小合理間隙；x為磨損系數，工件精度為IT14時，x=0.5；工件精度為IT11～IT13時，x=0.75；工件精度為IT10以上時，x=1。δA、δT為凹、凸模的制造公差，零件形狀如圖2、圖3所示[5]。

圖2 凹模

圖3 凸模

3.2 長邊落料

校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin，即：0.75mm＜0.114mm（滿足間隙公差條件）。

3.3 短邊落料

校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin，即：0.07mm＜0.114mm（滿足間隙公差條件）。

3.4 毛坯圓角的展開半徑

校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin，即：0.045mm＜0.114mm（滿足間隙公差條件）。

3.5 拉深模的刃口尺寸及公差計算

式中，LA、LT為拉深時凹模、凸模的尺寸；Lmax為拉深零件的極限尺寸；Δ為零件的公差；δA、δT為拉深零件的制造公差；Z為拉深模雙面間隙[6]。

3.6 確定拉深模間隙

3.6.1 直邊部分的單邊間隙

所以，直邊部分的雙面間隙為4.4mm。

3.6.2 圓角部分的間隙

罩殼與筒狀零件的拉深不同，其圓弧單邊的間隙需要比直邊大0.1t。所以，圓角部分的單邊間隙為2.42mm。

3.6.3 凹模圓角的半徑

罩殼在拉深過程中，其陰模圓角的半徑按rA=（4～8）t選取，所以rA=6t=12mm。罩殼在拉深過程中，罩殼底邊的圓角直徑要比直邊的大一些。

3.6.4 凸模的圓角半徑

因為設計的零件只需拉一次，所以取rt=4mm。

3.6.5 凹、凸模刃口的尺寸計算

長邊拉深：

圖4 凹凸模

4 模具結構設計

4.1 模具結構形式

本次設計中采用的是復合模。其中，凹凸模的厚度為：b=（179.2-104）÷2=37.6mm，對于鋼材來說要求的壁厚為：1.5t=1.5×2=3mm，很明顯，該設計的凹凸模壁厚遠大于所要求的壁厚，所以采用復合模，且為正裝。

4.2 落料凹模

通常，凹模刃口的形式分為很多種，在此次設計中用的是直壁型的刃口，并且刃口高度H為20mm。

4.3 凹模的厚度

式中，H為凹模的厚度，mm；F為沖裁力，N；K1為原料的修改系數，取1.3；K2為凹模刃口的周長修正系數，查表 K2取 1.37[7]。

所以，凹模的厚度為：

4.4 凹模的壁厚

對于凹模的壁厚，可以根據材料的厚度以及板料的寬度來選取，通過查表取42mm[7]。知道凹模厚度和凹模壁厚之后，落料凹模的基本形狀就可以確定。

4.5 距離

長邊為：L=182.2+2×42=266.2mm，短邊為：B=179.2+2×42=263.2mm。所以，凹模的外面尺寸為：L×B×H=266.2mm×263.2mm×63.79mm，然后將計算的尺寸按行業標準取接近此尺寸的模板。因此，凹模的尺寸為：260mm×260mm×65mm。凹模的原料用Cr12并淬火，HRC為60～62。

4.6 拉深凸模

拉深凸模的高度等于拉深的深度與壓邊圈的厚度之和，即：H=32+25=57mm。

凸模的原料用Cr12并淬火，HRC為60～62。

4.7 凸凹模

凸凹模在實際生產中，可以作為落料過程的凸模使用，也可以作為拉深過程的凹模使用。凹凸模的厚度為拉深的深度與推料板的厚度之和，即H=32+18=40mm。凸凹模的原料用Cr12并淬火，HRC為62～64。上下模如圖5、圖6所示。

圖5 下模

圖6 上模

5 模具總體結構

上座厚度為45mm；墊板厚度為12mm；凹凸模厚度為50mm；壓邊圈厚度為25mm；下座厚度為55mm。

該模具的裝配如圖7所示，在工作時，板料沿兩個導料板28送入，導料板的作用就是導向。開始工作時，上模開始向下運動，凸凹模8和凹模9同時動作完成落料。然后上模繼續向下運動，凸模10和凸凹模8相互作用完成罩殼引伸的過程，這時凸凹模8起到罩殼引伸凹模的作用。待整個工作完成后，上模開始回程，由于橡膠墊的反彈力作用，零件隨著凸凹模8上升，然后打桿3和推塊7共同作用將零件推下。

6 結語

本文所設計的玉米收獲機苞葉剝離裝置中的罩殼復合模沖壓復合模具，采用復合方式將三道工序一次合模完成，生產效率高。通過Solidworks軟件設計出罩殼復合模，計算了主要零部件的相關參數并設計了罩殼復合模的結構。

圖7 總裝配圖