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模具設(shè)計論文
沖壓工藝及模具設(shè)計論文
1、工藝分析
拉延工序一般是汽車覆蓋件成形的第一步，它直接影響覆蓋件的表面質(zhì)量。模具開發(fā)的技術(shù)工作包括工藝設(shè)計和模具設(shè)計，拉延工藝設(shè)計是工藝設(shè)計中最重要的一步。拉延工藝設(shè)計主要考慮成形可靠性，包括拉延方向、壓料面的設(shè)計、工藝面補(bǔ)充、拉延筋設(shè)計等，由于工序是相互關(guān)聯(lián)的，拉延工藝設(shè)計也要考慮到后工序如何修邊、翻邊等，修邊角度是否滿足條件，廢料滑出是否順暢；翻邊質(zhì)量能否得到保證，是否需要設(shè)置翻邊頂料器，零件定位、送料、出料、頂出是否合理，等等。
2、工藝設(shè)計
2.1拉延工藝面設(shè)計左右件通常是要合并沖壓生產(chǎn)，成形后分離。但就側(cè)圍加強(qiáng)板單件來說，外周修邊線極不規(guī)則，修邊處修邊角度差異太大，如強(qiáng)行合并生產(chǎn)反而會浪費(fèi)材料，因此本件在做工藝補(bǔ)充時不采用合并生產(chǎn)的方案，而是單獨(dú)做出工藝數(shù)模。但可以把左右件相同的工序放在一副模具上，即采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)。接著進(jìn)行拉延工藝面設(shè)計，原則上要保證材料充分變形、均勻流動。首先在AutoForm軟件中定制沖壓方向，要按照以下原則：（1）沖壓的工作內(nèi)容不能有負(fù)角且定位可靠，（2）拉延各處拉延深度應(yīng)盡量小，（3）各處進(jìn)料速度盡量均勻。經(jīng)過沖壓方向的優(yōu)化，得到了圖2a所示的拉延沖壓方向，零件按主視圖放置，圖2b為相應(yīng)的零件俯視圖。接著進(jìn)行壓料面的設(shè)計。壓料面的形狀宜光滑平整，與零件有一定的相似度，各部分的進(jìn)料阻力應(yīng)相差不大，保證零件可靠定位、成形。圖3a為左右件拉延工藝面主視圖，圖3b為拉延工藝面俯視圖，壓料面的形狀保證各處拉延深度差異不大，有利于毛料向凹模腔內(nèi)流動[2].然后進(jìn)行工藝補(bǔ)充設(shè)計，將側(cè)圍加強(qiáng)板上的窗口、孔洞填平，開口部分連接成封閉形狀，圖2a中E處無法直接垂直修邊，需將該處在拉延工序做成近似平坦曲面，在修邊工序后再向上翻邊，圖3a中E處為該處拉延工藝面造型。最后將壓料面與零件上工藝補(bǔ)充部分連接，作出有一定拔模角的墻面，并以圓角過渡，在壓料面上做出拉延筋、到底標(biāo)記，根據(jù)AutoForm軟件反復(fù)優(yōu)化，結(jié)果得到毛料尺寸為矩形690mm×560mm.拉延筋起到防止零件起皺、調(diào)節(jié)進(jìn)料阻力的作用，在分模線外側(cè)全周設(shè)置拉延筋，拉延筋與進(jìn)料方向垂直，其形狀為通用的圓筋，如圖3所示。為了節(jié)省材料、保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)用CAE軟件對工藝補(bǔ)充、壓料面、壓料力等進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。2.2沖壓工序安排本零件拉延用的毛料為矩形，可以在剪床上得到，未用到模具，拉延為本零件的第一道工序。拉延之后的修邊需要分兩工序完成，原因是各處修邊角度太大，需要調(diào)整沖壓角度下分兩次進(jìn)行修邊才能保證修邊角度不大于20度，否則會產(chǎn)生嚴(yán)重的修邊毛刺，造成模具部件強(qiáng)度薄弱。在修邊沖孔后還有翻邊、翻孔工作。另外，零件有4處孔在斜面上，需要采取側(cè)沖孔，用到斜楔結(jié)構(gòu)，需要較大的布置空間。綜上所述，本零件外形復(fù)雜，共用到5道工序：第一工序（OP10）拉延，第二工序（OP20）修邊沖孔，第三工序（OP30）修邊、側(cè)沖孔，第四工序（OP40）翻邊、翻孔，第五工序（OP50）沖孔、側(cè)沖孔。
3、各工序模具結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的二維技術(shù)不能滿足企業(yè)對模具開發(fā)的周期、質(zhì)量要求，三維模具設(shè)計能直觀反映設(shè)計的真實(shí)狀態(tài)，使加工者準(zhǔn)確地理 解設(shè)計者的真正設(shè)計意圖，方便員工識圖及加工。三維實(shí)體設(shè)計通過運(yùn)動模擬和干涉檢查等分析手段，提前發(fā)現(xiàn)問題，指導(dǎo)生產(chǎn)，使模具設(shè)計更快捷、方便、合理、科學(xué) .本零件各工序模具結(jié)構(gòu)設(shè)計采用UG軟件進(jìn)行三維建模，以下依次介紹這五工序的模具結(jié)構(gòu)。圖4為OP10拉延模下模三維模具結(jié)構(gòu)，采用單動拉延結(jié)構(gòu)。上模即凹模固定在壓力機(jī)滑塊，下模主要包括凸模和壓力圈。壓力圈由頂桿頂起，并和頂桿墊塊支撐，凸模固定在下工作臺上。壓力機(jī)滑塊下行，凹模將拉延毛坯壓緊在壓邊圈上，以定位器進(jìn)行外周定位，壓邊圈上的平衡塊與凹模支撐，直到下死點(diǎn)，將拉延毛坯拉成凸模的形狀，頂桿施加的壓緊力在拉延過程中保持不變。工作完畢，壓邊圈上行，壓邊圈上的彈頂銷將拉延件頂出。工作時壓邊圈與凸模以導(dǎo)板來導(dǎo)向，在壓邊圈的外周設(shè)置安全防護(hù)板。圖5為OP20修邊沖孔模下模三維模具結(jié)構(gòu)，由于不是全周修邊，會產(chǎn)生較大的側(cè)向力，在上下模之間設(shè)置了反側(cè)導(dǎo)板進(jìn)行無間隙導(dǎo)向，抵消側(cè)向力。本模具左右各設(shè)有一處廢料刀，凹模鑲塊采用分塊式，凸模采用整體式，材料均為ICD5（空冷鋼），刃口部分火焰處理HRC56——60.上下模以導(dǎo)板+導(dǎo)柱形式進(jìn)行導(dǎo)向。以拉延件外形進(jìn)行定位，工作時壓料板上以紅色中型彈簧壓緊料，修邊沖孔完成氣缸頂起修邊件，修邊廢料從滑道滑出工作臺，沖孔廢料落入廢料盒收集起來。圖6為OP30修邊、側(cè)沖孔模下模三維模具結(jié)構(gòu)，與前一工序相似，不是封閉修邊，且各有一處側(cè)沖孔，故在上下模之間設(shè)置了反側(cè)導(dǎo)板進(jìn)行導(dǎo)向。本模具左右各設(shè)有一處廢料刀，凹模鑲塊采用分塊式，凸模采用整體式，材料也為ICD5（空冷鋼）。上下模以導(dǎo)板+導(dǎo)柱形式進(jìn)行導(dǎo)向。以修邊件外形、定位器共同進(jìn)行定位，工作時壓料板上以彈簧壓緊料，先壓料，再修邊、側(cè)沖孔。廢料排出形式同前一工序。圖7為OP40翻邊、翻孔模下模三維模具結(jié)構(gòu)，由于是向上翻邊、翻邊，下模設(shè)置凹模和壓料板，上模設(shè)有凸模。翻邊凸模、凹模材料均為為MoCr鑄鐵，需對整形圓角進(jìn)行火焰處理。壓料板材料為HT300,裝在下模座上，下模座上安裝紅色矩形彈簧頂起壓料板，壓料板以導(dǎo)板與下模座導(dǎo)向，以等高套筒限位。成形時工序件放于壓料板上，凸模下行，先壓料再翻邊、翻孔，到底時下模座上限位塊與壓料板接觸鐓底；工作完畢，壓料板把零件頂起來。圖8為最后一道工序即OP50沖孔、側(cè)沖孔模下模三維模具結(jié)構(gòu)，側(cè)沖孔機(jī)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)外購斜楔，由于側(cè)沖孔時有一定側(cè)向力，上下模以導(dǎo)板+導(dǎo)柱形式進(jìn)行導(dǎo)向。沖孔凸模采用標(biāo)準(zhǔn)外購?fù)鼓�，沖孔凹模盡量采用鑲套結(jié)構(gòu)，方便維修和更換，也以標(biāo)準(zhǔn)件形式外購。沖孔廢料以廢料盒收集。上模設(shè)有壓料板，以矩形彈簧壓料，保證先壓料，再沖孔、側(cè)沖孔，確保沖孔質(zhì)量。
4、結(jié)束語
本文對側(cè)圍加強(qiáng)板進(jìn)行了沖壓工藝分析，制定了合理的工藝方案。按照產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行工藝補(bǔ)充，設(shè)計出了拉延工藝面；明確了五個工序的工作內(nèi)容，構(gòu)建了三維模具結(jié)構(gòu)圖，為相關(guān)模具設(shè)計與制造提供了科學(xué)的分析。以傳統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合了計算機(jī) 輔助設(shè)計軟件UG,設(shè)計了側(cè)圍加強(qiáng)板的拉延模、修邊沖孔模等五副模具。經(jīng)過模具調(diào)試和批量生產(chǎn)證明，模具結(jié)構(gòu)合理，不僅符合沖壓生產(chǎn)需求，保證了精度要求，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，而且縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。
作者：劉馳 單位：柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工 程系
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