作者：何凌，邓汝荣，黄雪梅
（佛山好运电器配件有限公司、广州科技职业技术学院）
图1 阶梯长圆盒形件结构
图1所示为阶梯长圆盒形件结构，采用传统加工工艺，工序分别为落料、多次拉深、整形、冲孔与修边，设备、场地、贮存、转移、时间、人员占用均较多，效率较低。采用级进模生产可解决上述问题，并降低劳动强度，提高生产效率，改善成形零件表面质量，节约生产成本。
零件工艺分析
零件材料为料厚0.4mm的3004铝锰合金，属于防锈铝，强度较低（稍高于工业纯铝），在退火状态下有很高的塑性，在半冷作硬化时塑性良好。
零件长宽尺寸不等，短边部分无直边，呈半圆形，外壁部位有阶梯。其拉深兼有盒形、圆筒形和阶梯形制件的特征，圆角半径R为盒宽B的一半（R/B=0.5）。零件的阶梯直径比较大，可通过多次拉深，逐步缩小长宽尺寸，增加拉深深度，最后拉深出台阶形状。
零件两端的拉深变形可近似为圆筒形零件的拉深，直边部分相当于弯曲变形。其拉深具有如下特点：①径向拉应力沿盒形件周边分布不均匀，圆角部分拉应力最大，直边中间部分拉应力最小；②切向压应力在转角区域最大，向直边逐渐减小，拉深过程中，凸缘部分材料受到切向压应力的作用，因为有多余材料，若压边力不够大，这部分材料会失稳起皱；③各部分的厚度发生变化，其中凸缘部分增厚最大，而直壁的上半段增厚，下半段变薄，接近凸模圆角处变薄最严重，是危险断面，易发生破裂；④材料塑性变形的同时会发生冷作硬化，上部变形程度大，硬化程度严重，愈往下变形逐渐减小，接近底部圆角处变形程度最小，冷作硬化最低，强度最弱，是危险断面产生的原因。材料发生冷作硬化后，硬度和强度增加，塑性降低，增加后工序变形难度。凸缘部分起皱、底部圆角处破裂和材料的冷作硬化是拉深成形的难点。
由于材料冷作硬化，采用带料连续拉深不能进行中间退火，材料要求有高塑性以保证不会因为多次拉深引起的加工硬化影响拉深成形，同时采用适当的工艺切口，可使零件拉深类似于单个带凸缘零件的拉深，但相邻2个拉深工序间仍有部分材料相连，其变形比单个带凸缘零件的拉深困难，拉深系数要比相应带凸缘零件的拉深大，增加了拉深的次数。带料连续拉深除上述拉深过程出现的凸缘部分起皱、底部圆角处破裂和材料的冷作硬化等情况外，还存在坯料与条料断裂，无法送料的问题，增大了拉深的难度。因此，合理确定毛坯、工艺切口的尺寸，分配拉深系数、提高拉深凸模和凹模加工精度及降低表面粗糙度、差别控制各次拉深间隙成为关键。
图2 毛坯尺寸和工艺切口形式
按相关公式计算，确定毛坯尺寸、工艺切口形式如图2所示。经计算，3次拉深可成形，各次拉深深度如图3所示。
图3 排样
排样设计
零件在冲压过程中需要首先确定冲压的排样方式，按照2×ϕ（11.3±0.1）mm孔毛刺面方向的要求，零件的外表面为2个圆孔的塌角面，拉深时，凹模在上，凸模在下，最后零件分离落料工序因零件结构所限，也是凹模在上，凸模在下。材料轧制方向无要求，零件竖向排列，可使模具尺寸紧凑，条料的排样方式如图3所示。
为使条料送进准确，首先冲出2个导正孔、分2次冲出横向和竖向的工艺切口，使拉深所需毛坯与条料通过4个点连接，拉深时材料能按要求流动变形，同时保证定位和可靠送进。然后分2步进行拉深，相邻拉深凹模镶件尺寸过小，会影响凹模板的强度，拉深模试制过程中需要应对不可预测的情况，2个拉深工序间设置一个空工序可解决该问题。2次拉深后，成形阶梯和整形，该工序后也留一个空工序，用于应对其他不可预测的拉深成形情况或需要时增加整形。接着冲出2个孔，最后落料，完成冲压过程。
模具主要结构特点
1
模具导向定位
模具结构如图4所示，采用4个滚动导柱导套对上、下模进行导向，以保证模架的导向精度。上、下模板之间有4个滑动导柱导套导向，使其成为相对独立的单元。
图4 模具结构
1.上模座 2.上垫板 3.上固定板 4.卸料垫板 5.卸料板 6.凹模固定板 7.下固定板 8.下垫板 9.下模座 10. 冲孔凹模镶件 11.冲孔凹模镶件 12.压边圈 13.螺钉 14.螺塞 15.弹簧 16.抬料钉 17.压边圈 18.压边圈 19.抬料镶件 20.冲孔凸模镶件 21.冲孔凸模镶件 22.定位销 23.推件块 24.气缸 25.落料凹模镶件 26.冲孔凹模镶件 27.圆凸模 28.卸料板镶件 29.拉深凸模镶件 30.拉深凸模镶件 31.推件块 32 推件块 33. 拉深凹模镶件 34.推件块 35.拉深凸模镶件 36.拉深凹模镶件 37.推件块 38.拉深凸模镶件 39.拉深凹模镶件 40.冲孔凸模 41.冲孔凸模
2
条料导向与定位
条料使用辊式自动送料机送进，前端使用导尺导料，后端使用浮动导料销、导正销实现条料精确导向定位，保证送进步距的精度要求。拉深时，拉深凸模也对毛坯起导正作用。为防止拉深对条料导正孔的形状和位置的影响，采用图2所示的工艺切口，将拉深毛坯与条料进行适当的切割，通过4个点连接，方便条料送进时带动毛坯送进。抬料依靠沿条料两边成排布置的浮动导料销，同时装于下模的压边圈镶件也起抬料作用。
3
拉深凸模和凹模拉深
凸模和凹模，需要保证精度（包括尺寸和凸模与凹模的圆角半径）达到R0.4mm，表面粗糙度值达到Ra0.4μm。为方便刃口修磨、尺寸和压边力的调整，落料凹模、拉深凹模和压边圈均采用镶件镶入相应模板内。3次拉深的控制尺寸、凹模和凸模的圆角半径、模具零件间隙等情况分别如图5和图6所示。
图5 3次拉深的凹模镶件
图6 3次拉深的凸模
零件2×ϕ（11.3±0.1）mm的孔有毛刺面方向要求，拉深的凸、凹模为倒装，即拉深凸模装于下模，凹模镶件设置于卸料板上，凹模镶件内设置推件装置，可通过调节其上的弹簧使模具在下死点时起到校正的作用，而压边圈镶件设置于凹模板上，起压边、抬料的作用。
4
卸料与零件收集
零件的凸缘较小，如果最后零件分离落料工序的凸模在上，凸模的刃口很薄，强度低，生产过程会出现破损，不但会造成模具制造成本增加，而且模具会因更换零件停顿造成生产效率的大幅度降低。零件分离落料工序的凸模装在下模，凹模装于卸料板上。但这也存在一个问题，零件会留在凹模内，需要从凹模内推出，模具采用小气缸作为动力实现推出和缩回，克服了压缩弹簧压缩量大、压缩力不足和强力弹簧压缩量不足的缺点。为使零件不掉落于凹模板上，影响条料的送进，在卸料板设置了2个吹气口，让零件在下落的过程中被吹出。
5
凸模结构改进
为防止冲压过程中装于下固定板的凸模被抬起，需在凸模设置螺纹或挂台，而设置螺纹需选择未经热处理的材料先进行螺纹加工，材料热处理后再进行线切割等加工，加工周期长，对模具交货周期有影响，而设置挂台，模具装配与拆卸需拆开下垫板，或者为方便从凹模板安装或拆卸，需增加凹模的压块，从而增加凹模板的结构复杂程度。
图7 凸模结构
将原凸模结构（见图7（a））改进为图7（b）所示的镶拼结构，可以采用热处理材料进行线切割加工，而螺纹部分采用未经热处理的材料加工，然后进行镶拼，缩短了模具制造时间，也方便凸模的拆装。
联系客服
