摘要:針對裝飾蓋特有的橢圓形結構，在對其特性及成形工藝特點進行充分分析的基礎上，制訂了合理的工藝方案。通過設計落料沖孔拉伸復合模及整形修邊復合模，優化了工藝，提高了生產效率，經濟地生產出了合格零件。
　　關鍵詞:橢圓；工藝分析；模具；設計；工藝方案

　　圖1示裝飾蓋（半成品）是某產品上的外觀裝飾件，橢圓外形，采用3毫米Cr13不銹鋼板制成，批量生產。由于是裝飾件，要求外觀圓滑、光潔，零件不允許有拉伸過程中出現的壓痕、歪扭等缺陷。在實際裝配使用過程中，蓋內需安放電器元件，內形尺寸還起著定位、固定其它零件的作用。

圖1 零件結構簡圖

1 工藝分析
　　從外形看，該零件屬于拉伸成形件。根據零件的結構特點，加工中應有落料、沖孔、拉伸等工序。由于橢圓形拉伸件的毛坯展開計算以及拉伸次數的判定，在一般沖壓資料上并沒有詳細的說明，橢圓形拉伸模具的設計也缺少參考資料，因此，零件工藝方案的制訂以及橢圓外形的拉伸、成形的模具設計就成為加工中的難點。
　　具體分析該零件的結構，其橢圓度不大，長、短軸之比約為0.8，具有較多的圓形特性，又因為橢圓可看成是由一系列直徑為長軸及短軸之間的圓相互圓滑過渡而成，基于上述分析，因此考慮其展開料計算依據資料中介紹的圓筒形毛坯展開公式進行，其拉伸次數的判定也參照圓筒形進行。
　　根據裝飾蓋高度及其其相對高度，查表可得，修邊余量△h=4。
　　橢圓形裝飾蓋的毛坯長軸部分按 r=3+1.5=4.5，d2=249，d1= d2- 2r =240， h=130的大圓筒，短軸部分按r=3+1.5=4.5，d2=199，d1= d2- 2r =190， h=130的小圓筒分別進行毛坯計算，依照無凸緣圓筒拉伸件毛坯計算公式：

　　

　　其中：
　　D為毛坯直徑；
　　D1為圓筒外徑(按厚度中徑)；
　　D2為圓筒底的直徑(除去兩頭圓筒圓角半徑)；
　　H為圓筒高度(包括修邊高度)；
　　R為圓筒圓角半徑。
　　代入相應數值便可分別計算出長軸部分的毛坯直徑為440.5，圓整后取440；短軸部分的毛坯直徑為381，取380。
　　因此，可確定毛坯展開尺寸為：長軸為440，短軸為380的橢圓。
　　同時可分別算出其拉延系數為：m=249/440=0.57；m=199/380=0.52。因此，該零件的拉伸系數約為0.52～0.57。
　　根據資料中的公式，判定模具設計中是否需用壓邊圈，由于毛坯的相對厚度：

　　

　　（0.09～0.17）x(1-m)=(0.09～0.17)x(1-0.57)=0.0387～0.0731
　　因t/D=0.0068＜(0.09～0.17)x(1-m)= 0.0387～0.0731
　　故需采用壓邊圈。
　　查資料得，采用壓邊圈后，無凸緣圓筒的極限拉伸系數m極=0.52～0.56
　　因m≥m極，故能一次拉伸成形。
　　根據計算可知，采用帶壓邊圈結構的拉伸模能一次拉伸成形該圓筒。
　　考慮到橢圓蓋部分部位的拉伸系數幾達極限，雖管該部位的材料也可向拉伸系數較大的其它部位流動，從而有利于拉伸的完成，但為能進一步減少材料的變形程度，保證拉伸中的材料能更通暢的流動，因此，決定在拉伸前的毛坯上加工出φ30的工藝孔，零件的展開料如圖2示。

圖2 零件展開圖

2 工藝方案的確定
　　根據上述工藝分析及計算，可確定該零件橢圓外形可以一道工序拉伸成形，考慮到零件底部各孔裝配及拉伸后端面修邊的需要，因此還需設計底部沖孔及端面切邊模，為保證拉伸好的橢圓的外形光潔、圓滑，同時還需對拉伸好的橢圓進行整形。于是采用的工藝方案為：沖切展開料拉伸成橢圓外形整形修邊沖底部各孔。
　　具體分析零件展開料及橢圓形各尺寸的關系，可看出落料拉伸凸凹模的壁厚大于凸凹模最小壁厚，具備復合的條件，為減少工序數目及模具數量，降低設備占用，以提高經濟效益，因而確定工藝方案為：沖切展開料并拉伸出橢圓外形整形并修邊沖底部各孔。為此，需設計落料-沖孔-拉伸復合模、整形修邊復合模、底部沖孔模等三套模具來完成上述三個工序。由于底部沖孔模較為經典，以下不再詳述。

3 模具設計
3.1模具結構及工作原理
　　根據上述確定的工藝方案，設計了如圖3示的落料-沖孔-拉伸復合模。

1 上模板  2 卸料橡膠  3 卸料板  4 凹模  5 墊塊  6 落料拉伸凸凹模  7 墊板  8 固定板  9 彈簧  10 模柄11 沖頭  12 卸料塊  13 拉伸沖孔凸凹模  14 頂料板  15 頂桿  16 下墊塊  17 下模板

圖3  模具結構簡圖

　　模具工作過程為：坯料送入，上模下行，落料拉伸凸凹模6、凹模4及沖頭11、拉伸沖孔凸凹模13分別與坯料接觸完成落料和沖孔，壓機滑塊繼續下行，落下的帶孔圓形毛坯隨即被落料拉伸凸凹模6、拉伸沖孔凸凹模13的相應拉伸工作部位拉成橢圓，隨著拉伸完成，壓機滑塊上升，拉伸好的半成品橢圓蓋分別被卸料塊12、頂料板14推出各自拉伸工作零件型腔。
　　圖4為設計的零件整形修邊復合模模具結構簡圖。

1 上模板  2 導套  3 導柱  4 凹模  5 下模板  6 卸料板  7 頂料桿  8 小切刀  9 彈簧  10 整形凸模  11 斜楔  12 回復檔塊  13 大切刀  14導向桿  15 彈簧  16 固定板

圖4  模具結構簡圖

　　模具置于壓力機工作臺面上，壓機滑塊上升，模具開啟，上、下模脫離接觸，卸料板6通過頂料桿7在壓機彈性緩沖器的作用下上升至凹模4型腔中適當位置。此時，將橢圓蓋半成品置于凹模4型腔中，完成零件的定位。
　　當壓力機下移，整形凸模10首先進入拉伸好的橢圓蓋半成品內腔，隨著壓機滑塊的下行，整形凸模10與凹模4共同作用開始對半成品橢圓蓋的外形進行整形，當卸料板6降至極限，橢圓蓋外形整形完成，此時，斜楔11左右斜面首先與模具中左右布置的四把小切刀8上的斜面接觸，在斜楔11的斜面作用下，小切刀8與凹模4共同作用，將零件端面的廢邊裁剪成兩段，當剪切即將完成時，斜楔11前后斜面隨著壓機滑塊的下行，開始與模具中前后布置的兩把大切刀13上的斜面接觸，在導向桿14的導向作用下，大切刀13開始沿模具前后方向滑移，與凹模4共同作用對橢圓蓋的端面進行前后方向的剪切，直至橢圓蓋前后端面需修邊的廢料被完全裁剪，與零件完全脫離。
　　當壓機滑塊上升，斜楔11前后斜面首先與模具中前后布置的大切刀13上的斜面脫離接觸，大切刀13在彈簧15彈力作用下沿著導向桿14的導向軌跡得到回復，隨著斜楔11左右斜面與模具中左右布置的四把小切刀8上的斜面脫離接觸，小切刀8在彈簧9彈力作用下沿大切刀上開設的回復軌道也得到回復。當壓機滑塊繼續上升，整形凸模10離開橢圓蓋的內腔，完成切邊的橢圓蓋在頂料桿7的作用下被卸料板6推出凹模4的型腔。至此，零件的切邊工序全部結束。壓力機轉入下一個工作循環。
3.2 設計要點
　　（1）圖3中的件號6落料拉伸凸凹模、拉伸沖孔凸凹模13具有拉伸、落料或沖孔的雙重作用，件號6外圈為落料凸模，內型腔為拉伸凹模型腔，件號13中的外形為拉伸凸模，內孔為沖孔凹模，落料及沖孔部分尺寸分別保證與凹模4、沖頭11的單面間隙為0.09～0.12mm，拉伸部分保證兩零件間的尺寸單面間隙為3.1～3.2mm。
　　（2）落料-沖孔-拉伸復合模工作時，須保證拉伸在落料及沖孔完成之后進行，以利于材料拉伸時的有序流動。考慮到裝飾蓋拉伸高度較大，模具中相應的工作零件也較厚，為減少模具材料成本，在其工作零件上設置采用Q235-A制造的墊塊5及下墊塊16來滿足要求。
　　（3）圖4示模具中，切刀設計成二組，一組為小切刀8，另一組為大切刀13。整個零件切邊分二步完成，即：斜楔11的左右兩斜面首先單獨與四塊小切刀8接觸，對零件長軸方向需裁剪部分進行修邊，同時將廢料切成兩部分，隨后，斜楔11與二組大切刀13的斜面接觸，推動大切刀13沿零件前后方向滑動，由于小切刀8分別安裝在二組大切刀13左右的定位滑槽中，因此也同時、同步隨同大切刀13共同移動，直至將零件橢圓短軸方向的廢邊切除。斜楔11、小切刀8及大切刀12斜面間的角度均取35°，以保證相互間斜面對稱一致。
　　（4）圖4示模具中，端面切邊間隙由凹模4及整形凸模10的高度控制，切刀與凹模保證間隙0.09~0.12mm，若間隙太大，易造成切口不平整，若間隙太小，則會造成切刀的卡滯。
　　（5）在整形修邊復合模中，大切刀13的前后滑移通過與整形凸模10滑動聯接的導向桿14進行定位、導向，小切刀8安裝在大切刀13中，其滑移過程中的導向及回復均依靠大切刀13中開設的滑槽提供，大、小切刀滑移后回復的動力分別由各自彈簧9、15壓縮后儲存的彈力提供。

4 結束語
　　由于制訂的工藝方案對橢圓的成形進行了較完整的分析，同時較好地考慮了工序復合的可能，從而使橢圓形裝飾蓋的沖壓工藝得到了優化，生產效率及企業經濟效益得到提高，生產的產品幾年來一直質量穩定，各套模具工作均正常。
　　裝飾蓋加工的成功經驗表明：對橢圓結構及其成形工藝特點進行充分分析，依照零件具有的特點，同時有針對性的結合圓筒形拉伸件毛坯尺寸的計算及拉伸次數的判斷方法來進行工藝分析，是能制定出合理的工藝方案的。

參考文獻
[1] 沖模設計手冊編寫組編.沖模設計手冊.北京：機械工業出版社，1988.
[2] 萬戰勝.沖壓工藝及模具設計.北京：中國鐵道出版社，1995.