摘要:依據柳元管的工藝計算，制訂了傳統的工藝方案。為解決生產設備不足的難題，在分析傳統工藝方案各工序成形特點的基礎上，確定了工序復合的改進方案，設計了實用的模具結構。生產實踐表明，改進的工藝方案及模具設計能保證零件形狀及精度要求，同時使生產效率及經濟效益得到較大地提高。

　　關鍵詞:柳元管；沖壓工藝；模具設計；改進；工序復合

　　如圖 1 所示的柳元管為某私營企業從外商處承攬的加工件，采用1mm優質低碳鋼10制成，同型號不同規格的零件還有三種，每種型號年產量為６萬件，由于生產急需，要求生產周期短，交貨要快。

圖1 零件結構簡圖

1 工藝計算
　　這是一常見的典型拉伸件，零件結構并不很復雜，按照零件的加工順序，首先要對零件進行工藝計算，才能制訂出合理的工藝方案。
　　選取合適的修邊余量之后，根據拉伸前后毛坯與工件的表面積不變原則，依據毛坯直徑D計算公式：D＝  ，可求得D＝84 。那么，該零件的拉延系數m＝d/D＝39/84＝0.46。
根據資料中的公式，確定是否采用壓邊。毛坯相對厚度 t/D＝1/84＝0.012；（0.09～0.17）（1―m）＝0.0486～0.0918，因 　t/D＜（0.09～0.17）（1―m），故需采用壓邊圈。
　　查表得，極限拉延系數m極＝0.5～0.53，因m＜m極，故需多次拉伸。
　　根據資料，可選取各次拉延系數m1＝0.59， m2＝0.78，即第一次拉成d1＝m1D＝0.59×84＝49.6 ；第二次拉成d2＝m2 d1＝0.78×49.6＝39（式中各零件直徑為中心層直徑）。

2 傳統工藝方案及其不足
　　考慮到該零件錐形部分成形高度h＝10≈（0.25～0.3），d2＝9.75～11.7，屬于淺錐形件。由于毛坯的變形程度不大，故能一次拉成，但按錐形件成形規律，須先拉伸成直徑等于錐形件大端直徑的圓筒形。
　　又由于錐形底部的φ12孔與錐形件小端直徑較為接近，在拉伸成錐形過程中，易成為變形弱區而產生孔形變形，因此宜在錐形部分成形后加工。

圖2 傳統工藝方案

　　根據上述分析及工藝計算，結合傳統的加工經驗，可制訂出如圖 2 所示的工藝方案：
　　先落料并首次拉伸→第二次拉伸并擠邊→拉成錐形→沖底孔。
　　整個工序的完成，需要設計4套模具，即落料→首次拉伸復合模，第二次拉伸→擠邊復合模，錐形成形模，底孔沖模。
應該說，這種工藝方案復合程度還是比較高的，模具制造也比較容易，是較符合小型私營企業生產實際的。但考慮到零件交貨期較短，若按該工藝方案生產，受生產設備能力的限制，難以滿足外商的交貨要求。如若設計成自動化程度較高的級進模則可以滿足交貨進度的要求。但由于設計的模具根本無法自己生產，不利于企業效益的提高并且較為龐大的模具也沒有合適的沖床加工。
　　因此，決定對原工藝方案進一步復合，以減少工序數目，提高生產效率。

3 工藝方案的確定
　　考慮到首次拉伸后的零件直徑φ49.6與第二次拉伸后的直徑φ39相差較大，因此將第一、二次拉伸工序合并是具有結構設計上的前提條件。另一方面，盡管錐形成形與沖底孔合并會發生孔徑變形，但通過在模具上采取措施是有可能避免的，因　　此，決定改進工藝方案成如圖 3 所示。即：落料并首次拉伸、二次拉伸并擠邊→拉成錐形、沖底孔。

圖3 改進的工藝方案

4 模具設計
4.1 落料→兩次拉伸→擠邊復合模設計
4.1.1 模具結構
　　根據零件改進后的工藝方案，設計了落料→兩次拉伸→擠邊復合模，結構如圖 4 所示。

1上模板　2上固定板　3落料凸模　4上墊板　5二次拉伸凹模　6打料桿　7模柄　　8卸料板　9二次拉伸凸模　10首次拉伸凸模　11落料凹模　12導套　13導柱　14壓邊圈　15凹模墊塊　16下固定板　17下墊板　18下模板　19、20頂桿21、26螺桿　22、23聚氨酯塊　24、25頂板

圖4 落料→兩次拉伸→擠邊復合模結構圖

4.1.2 工作原理
　　整套模具按其工作順序，依次連續性地完成落料、首次拉伸、二次拉伸、擠切邊、卸料五個步驟。
　　首先，模具開啟，聚氨酯塊22、23在自身彈力作用下通過頂桿20、19分別將首次拉伸凸模10、壓邊圈 14 頂起至與落料　凹模11上端面平齊，此時將條料放入模具合適位置，壓力機開始下行，落料凸模 3 與落料凹模11共同作用將拉伸件的展開料毛坯沖下，完成落料工作。
　　展開料沖切完成，沖切好的坯料被落料凸模3及壓邊圈 14 共同壓緊后隨壓力機滑塊一同下行，隨之落料凸模 3 與首次拉伸凸模 10 進行首次拉伸，直至二次拉伸凹模 5 開始與首次拉伸凸模10端面接觸，毛坯成形到圖 2 所示尺寸，模具轉入二次拉伸。
　　隨著壓力機滑塊的繼續下降，二次拉伸凹模 5 迫使首次拉伸凸模 10 向下運動，二次拉伸凹模 5 及二次拉伸凸模 9 開始對第一次拉伸結束的半成品進行二次拉伸。
　　隨著二次拉伸的完成，二次拉伸凸模 9 的擠切工作部分進入二次拉伸凹模 5 的型腔，它們共同作用將二次拉伸好的工件切邊。此時，整個零件的拉伸、切邊完成。
　　最后，壓機滑塊上升，首次拉伸凸模 10、壓邊圈 14 通過頂桿 20、19 在聚氨酯塊 22、23 彈力作用下開始上升復位，同時將擠切后的廢邊推出二次拉伸凸模9的擠切工作部位。與此同時，上模帶著成品零件復位至機床上死點，打料桿 6 與沖床打料橫桿相撞，推動卸料板8將成品從二次拉伸凹模 5 型腔中推出，至此零件完成一個工作周期，模具轉入下一個工作循環。
4.1.3 設計要點
　　（1）該模具有兩組拉伸凸、凹模，其中件號10既是首次拉伸凸模又是二次拉伸時的壓邊圈，其結構為懸浮結構，靠二次拉伸凸模9下部和壓邊圈14定位以及頂桿20支撐，其它3個凸、凹模均為固定式。
　　（2）件號9上部既是二次拉伸的凸模又是擠切修邊的凸模，同時其下部還擔負首次拉伸凸模10的初始定位及導向作用；落料凸模3外形既是落料的凸模，內孔下部又是首次拉伸的凹模、其上部為二次拉伸凹模5的固定部位。
　　（3）為承受及分散零件工作時的壓力，模具中設置上、下墊板4、17，墊板采用T10A鋼制造，淬火至HRC56 ～58。
　　（4）整套模具下模采用兩組各自獨立的聚氨酯塊通過彈力進行頂料，同時又提供壓邊力及零件的首次拉伸力，因此要求支承首次拉伸凸模10的聚氨酯塊22預壓力應大于零件的首次拉伸力。上模脫料由打料桿完成。
　　（5）為保證拉伸及脫模的順利完成，壓力機滑塊行程至少應大于2倍零件高度與首次拉伸高度之和。
4.2 拉伸→沖孔復合模設計
4.2.1 模具結構及工作原理
　　為完成拉伸→沖孔工序，設計了拉伸→沖孔復合模，結構如圖 5 所示。

1上模板 2拉伸凹模 3拉伸凸模 4沖頭 5、8聚氨酯塊 6卸料塊 7卸料桿

圖5 拉伸→沖孔復合模簡圖

　　模具工作時，首先將拉伸切邊好的半成品套入拉伸凸模3中，隨著拉伸凹模2下降，其與拉伸凸模3共同作用，逐漸將筒體部分拉伸成錐形，至拉伸件即將完成（尚差1.5mm時），沖頭4與筒底接觸完成筒體底部沖孔，沖床滑塊下降1mm，沖頭4完成對筒底的沖孔，隨著沖床滑塊繼續下降，拉伸凹模2與拉伸凸模3完全接觸，卸料塊6對筒體進行校平、校正，整個成形好的筒體也得到校正，零件整個拉伸→沖孔過程完成。
　　壓機滑塊上升，聚氨酯塊5在彈力作用下推動卸料塊6將拉伸沖孔好的零件推出型腔，與此同時，聚氨酯塊8在在彈力作用下帶動卸料桿7將沖切好的廢料推出凹模孔，模具轉入下一個工作循環。
4.2.2 設計要點
　　（1）為避免沖孔的孔徑變化，模具中要合理安排好沖孔的步驟，即在拉伸即將完成時沖切。
　　（2）為保證拉伸及沖切間隙，設置導柱、導套，同時拉伸凸模3即是錐形拉伸的凸模又是底孔沖切的凹模。
　　（3）為保證卸料有力，選用硬度為85的聚氨酯制作聚氨酯塊5、8。

5 結束語
　　制訂的改進工藝方案及設計的模具，經生產實踐后，順利投入使用，生產的零件形狀及精度都滿足產品的要求。改進后的工藝方案大大減少了工序的數目，解決了壓機負荷大等問題，使得零件的生產進度得以按期完成。 同時，由于對零件成形的各工序進行了合理的分析，對各工序進行了有效的復合，因而改進后的工藝比原工藝提高工效一倍，既保證交貨期又減少了一半的機床占用及操作人員，經濟效益也得到顯著提高。