杯盖冲压工艺与模具设计

武艳军 许波 张宏武

摘 要： 杯盖零件板料薄，需要多种工序进行冲压，应根据该零件的结构特点，围绕如何提高生产效率、降低制造成本、简化模具结构，制订复合模冲压成形的工艺方案。本文通过对零件进行工艺分析，设计出了用于成形盖杯零件的冲压模具，阐述了挤边、冲孔、拉深复合模的过程及工作过程。该模具能保证零件质量，具有结构简单、操作安全方便、生产效率高等特点。

关键词： 杯盖 冲压工艺 模具设计

冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法[1]。模具是冲压过程中重要的工艺装备，采用模具生产产品，可以提高生产效率、节约材料、降低成本，并且可以保证加工质量，所以模具在汽车、飞机、电器、仪表、玩具等工业、民用领域得到广泛应用[2]。

图1 杯盖

1.冲压工艺方案的确定

图1所示为一个常用的杯盖零件图。材料采用厚度为1mm的1Cr18Ni9Ti板材，是一种集冲孔、挤边、拉深等多种工艺于一体的冲压件。该工件有三种工艺方案：方案一：先拉深，再挤边，后冲孔，采用单工序模生产；方案二：拉深——冲孔——挤边复合冲压，采用复合模生产；方案三：拉深——冲孔——挤边连续冲压，采用级进模生产。三种方案的比较见表1。

表1 三种方案的比较

方案一模具结构简单，但需要三道工序，三幅模具，生产效率较低，难以满足该零件的年产量要求。方案二只需一套模具，冲压件的形位精度容易保证，且生产效率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单，模具制造并不困难。方案三只需一副模具，生产效率也高，但零件的冲压精度较差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正[3]，故模具制造安装较复合模复杂，且成本高。通过对三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。

2.冲压工艺参数计算

2.1排样设计方案确定

排样是指冲裁件在板料、条料或带料上的布置方式。排样合理与否，对材料利用率的大小有直接影响[4]。结合本冲压件的形状、尺寸、材料，选取有废料的直对排排样方式，如图2所示。

图2 杯盖排样图

2.2冲裁刃口尺寸计算

冲裁凸、凹模按配作法加工。冲孔工序，以凸模为基准，配作凹模；落料工序，以凹模为基准，配作凸模。这种配作加工方法的特点是模具间隙由配作保证，可以放大基准件的制造公差，制造容易。具体的凸、凹模刃口尺寸如表2所示。

表2 杯盖冲裁刃口尺寸 单位mm

2.3拉深工艺计算

通过计算得出拉深件所需坯料尺寸为？准47.5mm，进一步计算冲压件的相对高度和毛坯相对厚度，根据拉深次数判定条件，冲压件可以一次拉深成形。采用弹性压边装置，防止拉深过程中起皱现象，因为该零件属于浅拉深，所以用弹簧作为弹性原件。

3.模具结构及工作过程

模具结构见图3，主要由拉深冲孔凸凹模、拉深凹模、冲孔凸模、弹性卸料装置、弹性压料装置、打杆推件装置、定位零件、垫板、固定零件等组成，模具采用一级后侧导柱模架。

1.下模座 2.内六角螺钉 3.弹簧 4.导柱 5.卸料板 6.活动挡料销 7.拉深凸模 8.凹模 9.上模座 10.圆柱销 11.顶杆 12.顶板 13.模柄 14.推杆 15.内六角螺钉 16.垫板 17.凸模固定板 18.凸模 19.推件器 20.导套 21.冲孔凹模 22.挤边凸模 23.圆柱销 24.卸料螺钉 25.导料销

图3 杯盖复合模

模具工作过程如下：上模下行，导套20与导柱4滑动配合，保证上下模的位置精度。通过拉深凸模7和凹模8对工件进行拉深，当拉深行程快结束时，冲孔凸模18和冲孔凹模21对拉深件底部进行冲孔；同时，在拉深行程结束时，挤边凸模22和凹模8对拉深件多余的筒壁高度进行挤切，使工件和废料断裂分离，保证工件高度精度要求。冲孔废料由冲孔凸模直接推下冲孔凹模洞口，拉深工件通过装在上模的刚性打料装置推出。

4.结语

采用复合冲压成形可以完成杯盖类零件的冲压，保证零件质量，生产效率高，模具结构简单，操作安全方便，具有良好的经济效益，对同类零件的冲压模具设计具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]王孝培.冲压手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]朱正才.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3]杨太德.支架冲压工艺与模具设计[J].锻压技术，2007（10）.

[4]郝滨海.冲压模具简明设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.

基金项目：江苏省大学生创新训练项目（CXS1316）。