椭圆形装饰盖工艺分析及模具设计

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椭圆形装饰盖工艺分析及模具设计

1 引言
图1所示装饰盖(半成品)是某产品上的外观装饰件，椭圆外形，采用厚度为 3mm的rCl3不锈钢板制成，批量生产。由于是装饰件，要求外观圆滑、光洁，零件不允许有拉伸过程中出现的压痕、歪扭等缺陷。在实际装配使用过程中，盖内需安放电器元件，内形尺寸还起着定位、固定其它零件的作用。

图1 零件结构简图2 工艺分析

从外形看，该零件属于拉伸成形件。根据零件的结构特点，加工中应有落料、冲孔、拉伸等工序。由于椭圆形拉伸件的毛坯展开计算以及拉伸次数的判定，在一般冲压资料上并没有详细的说明，椭圆形拉伸模的设计也缺少参考资料，因此，零件工艺方案的制订以及椭圆外形的拉伸、成形的模具设计就成为加工中的难点。

具体分析该零件的结构，其椭圆度不大，长、短轴之比约为0.8，具有较多的圆形特性，又因为椭圆可看成是由一系列直径为长轴及短轴之间的圆相互圆滑过渡而成，基于上述分析，因此考虑其展开料计算依据资料中介绍的圆筒形毛坯展开公式进行，其拉伸次数的判定也参照圆筒形进行。

根据装饰盖高度及其相对高度，查表可得，修边余量△h=4mm。椭圆形装饰盖的毛坯长轴部分按r=3+1.5=4.5mm，d2=249mm，d1=d2-2r=240mm，h=130mm的大圆筒，短轴部分按r=3+1.5=4.5mm，d2=199mm，d1=d2-2r=190mm，h=130mm的小圆筒分别进行毛坯计算，依照无凸缘圆筒拉伸件毛坯计算公式：



式中 D-毛坯直径 d1-圆筒外径（按厚度中径）
    d2-圆筒底的直径（除去两头圆筒圆角半径）
    h-圆筒高度（包括修边高度） r-圆筒圆角半径

代人相应数值便可分别计算出长轴部分的毛坯直径为Φ440.5mm，圆整后取Φ440mm;短轴部分的毛坯直径为Φ38lmm，取Φ380mm。

因此，可确定毛坯展开尺寸为：长轴为440mm，短轴为380mm的椭圆。



根据计算可知，采用带压边圈结构的拉伸模能一次拉伸成形该圆筒。

考虑到椭圆盖部分部位的拉伸系数几乎达到极限，虽然该部位的材料也可向拉伸系数较大的其它部位流动，从而有利于拉伸的完成，但为能进一步减少材料的变形程度，保证拉伸中的材料能更通畅地流动，因此，决定在拉伸前的毛坯上加工出小30mm的工艺孔，零件的展开料如图2示。

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根据上述工艺分析及计算，可确定该零件椭圆外形可以一道工序拉伸成形，考虑到零件底部各孔装配及拉伸后端面修边的需要，因此还需设计底部冲孔及端面切边模，为保证拉伸好的椭圆的外形光洁、圆滑，同时还需对拉伸好的椭圆进行整形。于是采用的工艺方案为:冲切展开料- 拉伸成椭圆外形-整形-修边- 冲底部各孔。

具体分析零件展开料及椭圆形各尺寸的关系，可看出落料一拉伸凸凹模的壁厚大于凸凹模最小壁厚具备复合的条件，为减少工序数目及模具数量，降低设备占用，以提高经济效益，因而确定工艺方案为:冲切展开料并拉伸出椭圆外形- 整形并修边-冲底部各孔。为此，需设计落料-冲孔-拉伸复合模、整形修边复合模、底部冲孔模等3副模具来完成上述3个工序。由于底部冲孔模较为简单，以下不再详述。

4 模具设计

4.1 模具结构及工作原理

根据上述确定的工艺方案，设计了如图3所示的落料-冲孔-拉伸复合模。



模具工作过程为:坯料送人，上模下行，落料-拉伸凸凹模6、凹模4及冲孔凸模 11、拉伸-冲孔凸凹模13分别与坯料接触完成落料和冲孔，压机滑块继续下行，落下的带孔圆形毛坯随即被落料一拉伸凸凹模6、拉伸-冲孔凸凹模 13 的相应拉伸工作部位拉成椭圆，随着拉伸完成，压机滑块上升，拉伸好的半成品椭圆盖分别被卸料块12、顶料板14推出各自拉伸工作零件型腔。

图4为设计的零件整形修边复合模结构。



模具置于压力机工作台面上，压机滑块上升，模具开启，上、下模脱离接触，卸料板6通过顶料杆7在压机弹性缓冲器的作用下上升至凹模 4型腔中适当位置。此时，将椭圆盖半成品置于凹模4型腔中，完成零件的定位。

当压力机下移，整形凸模 or首先进人拉伸好的椭圆盖半成品内腔，随着压机滑块的下行，整形凸模10与凹模4共同作用开始对半成品椭圆盖的外形进行整形，当卸料板6降至极限，椭圆盖外形整形完成，此时，斜楔1左右斜面首先与模具中左右布置的四把小切刀8上的斜面接触，在斜楔 11的斜面作用下，小切刀8与凹模4共同作用，将零件端面的废边裁剪成两段，当剪切即将完成时，斜楔 n前后斜面随着压机滑块的下行，开始与模具中前后布置的两把大切刀13上的斜面接触，在导向杆 14的导向作用下，大切刀13开始沿模具前后方向滑移，与凹模4共同作用对椭圆盖的端面进行前后方向的剪切，直至椭圆盖前后端面需修边的废料被完全裁剪，与零件完全脱离。当压机滑块上升，斜楔 11前后斜面首先与模具中前后布置的大切刀 13上的斜面脱离接触，大切刀13在弹簧 巧弹力作用下沿着导向杆 14的导向轨迹得到回复，随着斜楔 1左右斜面与模具中左右布置的四把小切刀 8上的斜面脱离接触，小切刀 8在弹簧9弹力作用下沿大切刀上开设的回复轨道也得到回复。当压机滑块继续上升，整形凸模 10离开椭圆盖的内腔，完成切边的椭圆盖在顶料杆7的作用下被卸料板6推出凹模4的型腔。至此，零件的切边工序全部结束。压力机转人下一个工作循环。

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4.2 设计要点

(1)图3中的落料一拉伸凸凹模6、拉伸一冲孔凸凹模31具有拉伸、落料或冲孔的双重作用，件6外圈为落料凸模，内型腔为拉伸凹模型腔，件31中的外形为拉伸凸模，内孔为冲孔凹模，落料及冲孔部分尺寸分别保证与凹模4、凸模11的单面间隙为.009~0.12mm，拉伸部分保证两零件间的尺寸单面间隙为3.1~3.2mm。

(2)落料-冲孔-拉伸复合模工作时，须保证拉伸在落料及冲孔完成之后进行，以利于材料拉伸时的有序流动。考虑到装饰盖拉伸高度较大，模具中相应的工作零件也较厚，为减少模具材料成本，在其工作零件上设置采用Q253-A制造的垫块5及下垫块16来满足要求。

(3)图4所示模具中，切刀设计成两组，一组为小切刀8，另一组为大切刀13。整个零件切边分两步完成，即:斜楔11的左右两斜面首先单独与4块小切刀8接触，对零件长轴方向需裁剪部分进行修边，同时将废料切成两部分，随后，斜楔1与两组大切刀13的斜面接触，推动大切刀13沿零件前后方向滑动，由于小一切刀8分别安装在两组大切刀13左右的定位滑槽中，因此也同时、同步随同大切刀13共同移动，直至将零件椭圆短轴方向的废边切除。斜楔11、小切刀8及大切刀12斜面间的角度均取305，以保证相互间斜面对称一致。

(4)图4所示模具中，端面切边间隙由凹模4及整形凸模10的高度控制，切刀与凹模保证间隙.009-0.12mm，若间隙太大，易造成切口不平整，若间隙太小，则会造成切刀的卡滞。

(5)在整形修边复合模中，大切刀 13的前后滑移通过与整形凸模 01滑动联接的导向杆 14进行定位、导向，小切刀 8安装在大切刀13 中，其滑移过程中的导向及回复均依靠大切刀 13 中开设的滑槽提供，大、小切刀滑移后回复的动力分别由各自弹簧9、巧压缩后储存的弹力提供。

5 结束语

由于制订的工艺方案对椭圆的成形进行了较完整的分析，同时较好地考虑了工序复合的可能，从而使椭圆形装饰盖的冲压工艺得到了优化，生产效率及企业经济效益得到提高，生产的产品几年来一直质量稳定，各副模具工作均正常。

装饰盖加工的成功经验表明:对椭圆结构及其成形工艺特点进行充分分析，依照零件具有的特点，同时有针对性地结合圆筒形拉伸件毛坯尺寸的计算及拉伸次数的判断方法来进行工艺分析，是能制定出合理的工艺方案的。