月牙形端蓋工藝分析及模具設計

曹興玉

（凱龍高科技股份有限公司，江蘇 無錫 214000）

0 引 言

某催化消聲器產品中的月牙形端蓋如圖1所示，中間鼓包形狀類似月牙，制件材料為鐵素體不銹鋼441，料厚2 mm，φ281-0.5-1.0mm為裝配尺寸，必須保證，其余未注尺寸公差按GB/T 13914—2002 FT7執行。

圖1 月牙形端蓋

1 制件成形工藝分析

1.1 擬定工藝方案

按常規工藝，剪板機下料350 mm×350 mm的方料，先拉深成形中間月牙形鼓包，再以中間月牙形鼓包定位，落料直徑為φ313 mm的圓片，最后以中間月牙形鼓包定位成形外形直壁部位，按該工藝成形需要3副模具，模具制造周期長且制造成本高。落料模和成形模都以中間月牙形鼓包定位，相對位置不精確，成形時存在一定的偏差。

探討能否激光落料圓形料片，中間月牙形鼓包和外形直壁部位在1副模具中成形，可以減少2副模具，月牙形鼓包和外形直壁部位相對位置更精確。但中間月牙形鼓包四周材料收縮不均勻會造成外形直壁部位不等高，外形直壁部位高度20 mm根據GB/T 13914—2002 FT7設計公差±0.6 mm，要求較高，考慮該情況，在1副模具中先成形外形直壁部位，再拉深中間月牙形鼓包；若外形直壁部位完全成形，限制了材料的流動，拉深中間月牙形鼓包時由于沒有足夠的材料補充，可能會產生拉深破裂。模具設計時應考慮外形直壁部位成形60%～80%時，再拉深成形月牙形鼓包，最后完全成形外形直壁部位。模具設計前用DeForm有限元分析軟件進行了模擬仿真分析，確認新工藝方案的可行性。

1.2 制件展開及確定毛坯直徑

先將中間月牙形鼓包作為一個平面，根據拉深成形前后表面積相等的原則，毛坯直徑在Creo2.0三維軟件中測量制件表面積為79 272.1 mm2，，考慮中間異形部分變薄和方便后續調整，并結合DeForm的模擬仿真分析結果，待成形制件月牙最高位置收縮量較大的情況，要保證成形制件外形直壁部位等高，實際下料外形是異形件，選取毛坯最大尺寸為315.5 mm，最小尺寸為315 mm下料。

1.3 計算工序壓力及選擇壓力機

根據參考文獻[2]查得鐵素體不銹鋼的抗拉強度為430～590 MPa，成形該制件抗拉強度取490 MPa。外形直壁部位成形力按無凸緣筒形制件拉深力計算，根據參考文獻[2]查得：F=πdtσbK，式中d為中徑直徑，取φ279 mm和φ286 mm的平均值φ282.5 mm，t為材料厚度，根據制件的相對厚度t/D×100=2/315×100=0.63，制件的拉深系數 d/D=282.5/315=0.89，K值選取0.36，外形直壁部位成形力約312 951 N。

中間月牙形鼓包由于不規則，成形力按任意形狀拉深件的拉深力計算，根據參考文獻[2]查得：F=LtσbK，式中L為任意形狀的周長，取月牙形鼓包最大截面周長L=852.4 mm，根據制件的復雜程度，K值取0.9，月牙形鼓包成形力約為751 817 N。

壓力機公稱壓力應大于制件成形力和壓邊力之和，且壓力機下頂缸公稱壓力應大于壓邊力。根據計算結果，并參照企業內現有壓力機，YL3150壓力機能提供1 000 kN左右的頂缸力，大于月牙形鼓包成形力751 817 N，也大于制件壓邊力77 715 N，最終確定選擇YL3150壓力機。

2 模具結構設計

設計的模具結構如圖2所示，模具總高為482 mm。先調整壓力機頂缸工作時的高度，要求其高于工作臺上平面80 mm，然后頂缸復位，再將模具居中放置于壓力機工作臺上，確保頂缸中心和模具工作中心一致，將上底板17用壓板固定在壓力機上滑塊上，下底板34用壓板固定在壓力機工作臺上。模具工作過程：工作時，壓力機上滑塊升起，模具開啟，上限位柱10先與活動限位銷蓋板9脫離接觸，活動限位銷7在下限位柱內置彈簧6彈力的作用下保持頂住上限位柱10，隨著上滑塊升起高度的增加，上限位柱10與活動限位銷7也脫離接觸，上卸料板24在彈簧18彈力的作用下復位，當上卸料板24與下凹模26距離約為200 mm時，上滑塊停止升起；在下凹模26定位圈內放入料片，上滑塊下行，上卸料板24壓住料片后，上凸模11帶動料片進入下凹模26，制件外形直壁部位開始成形，當上限位柱10與活動限位銷7接觸時，上滑塊停止下行；壓力機下頂缸升起，下頂缸空行程一段后推動下推板31上升，下推板31傳力給下推桿30，下推桿30推動下凸模12上升，下凸模12帶動料片接觸到成形塊14下平面后，中間月牙形鼓包成形，下頂缸停止上升；上滑塊繼續下行，上凸模11和成形塊14共同推動下凸模12帶動下頂缸一起向下運動，上限位柱10壓住活動限位銷7下行，上限位柱10接觸活動限位銷蓋板9時，上滑塊停止下行，此時制件外形直壁部位和中間月牙形鼓包已完全成形；上滑塊上行，上模部分和下模部分完全脫開約200 mm后，上滑塊停止上行；下頂缸上行，下凸模12將制件從下凹模26中頂出，取出制件后，下頂缸復位，下凸模12在下推板復位彈簧3的作用下復位，完成一個成形過程。

圖2 模具結構

3 結束語

模具經過組裝調試、毛坯尺寸微調整后，成形的制件符合圖紙要求，既保證了制件的成形質量，又減少了2副模具，節約了制造成本，縮短了交付周期，提高了生產效率，為類似制件的研制和開發積累了經驗。