底盘冲压件成形工艺分析及模具结构设计*

□赵峰

陕西国防工业职业技术学院 西安 710300

1 冲压件产品图及设计要求

冲压件零件图如图1所示。

2 工艺方案分析

由图1可知，该零件的成形包括：落料、拉伸、胀形、冲孔、压平6道工序，在各工序的总体安排上，依据冲压工艺可确定为：先落料，再进行成形工序（拉伸、胀形），最后切边、压平、冲底孔和冲侧孔，以保证孔的精度要求。

2.1 工序数的确定

2.1.1 圆筒形状一次拉伸成形的判定

（1）修边余量的确定。工件的相对高度：h/d=29.5/159=0.186（由零件图可知，材料厚度t=1mm，故计算时按中心线尺寸计算），由计算可知，该零件的相对高度较小，原则上可不用切边工序，但考虑到坯料公差，为了保证零件的成形质量，故选取1.5mm的修边余量。

▲图1 冲压件零件图

产品材料：08F钢，材料厚度：t=1mm。

技术要求：①落料毛刺小于0.1mm，成形后平整光滑；

②表面抛光处理；

③未注圆角为R0.5mm。

（2）坯料直径计算：

（3）判断能否一次拉成。零件的相对高度由以上计算可得：h/d=0.186，坯料的相对厚度t/D=1/208.5=0.479%，可得一次拉伸成形的条件为 ［H/D］=0.62～0.5，显然 h/d﹤［H/D］，故圆筒形件可一次拉伸成形。

2.1.2 一次起伏成形的判定

① 判断冲压件底部凸台I（如图2所示）能否一次成形。

一次成形的条件：（L-L0）/L0﹤0.75σ，其中，L 为凸台I的展开长度，L0为平台的长度。

08F钢的单向伸长率σ=0.32，由图2可知，L=4.1+4.1+39.9=44.1mm，L0=42mm，故材料的实际伸长率为0.05﹤0.75×0.32=0.24，因此该凸台可一次成形。

② 判断底部5个高1.5mm的凸台Ⅱ （如图3所示）能否一次成形。

此处材料的实际伸长率为：（1.1+1.1+8-10）/10=0.02﹤0.24，同样可以一次成形。

③判断零件底部 φ5mm 及 φ4.5mm的孔能否同时成形。

▲图2 冲压件局部凸台Ⅰ

▲图3 冲压件底部凸台Ⅱ

零件底部冲孔φ5mm 及 φ4.5mm的相邻位置如图4所示，分析零件图1可知，零件上如图4所示孔的分布有3处，若同时冲φ5mm和 φ4.5mm的孔，则在如图4位置处的凹模刃壁间的距离为3.75mm，强度不够，故这两种孔至少在如图位置处不能同时冲，也就是说底部的孔要分两次冲制。

2.2 工艺方案的确定

依据零件的结构及工序数，可采用的方案有以下几种：

（1）落料-拉伸-胀形-冲底部孔（φ5与φ4.5两种孔分两次冲）-切边-压平-冲侧孔；

（2）落料与拉伸复合-胀形-冲底部孔 （两种孔分两次冲）-切边-压平-冲侧孔；

（3）落料与拉伸复合-胀形与冲5个小凸台上的孔复合-分别冲剩余的两种孔-切边-压平-冲侧孔；

（4）落料-拉伸-胀形与冲5个小凸台上的孔复合-分别冲剩余的两种孔-切边-压平-冲侧孔；

（5）落料-拉伸与胀形（大凸台）复合-胀形与冲5个小凸台上的孔复合-分别冲剩余的两种孔-切边-压平-冲侧孔。

5种方案中，最后的3道工序是确定的。而方案（1）是纯粹的单工序模，模具结构简单，但生产率相对较低，消耗的资源也较多；方案（2）、方案（3）首先将落料与拉伸复合，生产率较方案（1）有所提高，但由于落料尺寸较大，所需的冲裁力也较大，加之与拉伸工序相复合所需的冲裁力也更大，使所需压力机的吨位增加，同时模具结构复杂，修复起来也较为困难，并且在实际生产中，模具都是按加工任务设计制造的，如果生产批量不是特别大或并不长期生产，一般不采用结构复杂的复合模。对于方案（4）来说，胀形与冲孔复合，看似合理，但由于胀形时大小凸台的方向不同，且同时要对小凸台上冲孔，不仅模具结构复杂而且成形的精度也难以保证。

分析方案（5），首先拉伸成圆筒状时连带将大凸台成形，两者的成形方向一致，且该模具与纯粹的拉伸模比较并不复杂，另外由于小凸台的高度并不高，材料厚度只有1mm，完全可以在胀形的同时将其上的孔冲出来，而前道工序中成形的凸台可以很好地完成定位，以保证成形精度，同时方案（5）的加工效率最高。综上所述，选择方案（5）。

▲图4 φ5mm与φ4.5mm孔的相邻位置

3 模具设计

3.1 拉伸模具结构设计

▲图5 拉伸模具设计图

图5为拉伸模具打开状态的设计图，当模具打开时，使用手动方式将圆形落料件放入卸料板上的定位沉孔内，上模下行，模具开始闭合，在闭合过程中，推件块下平面最先与坯料上平面接触，并完成压料，模具继续闭合，拉伸凸模把坯料带入拉伸凹模，完成拉伸工序，同时，卸料板被压下行至于拉伸凸模固定板接触，弹顶器被压缩，积蓄能量，此时模具闭合动作结束。随后模具开始打开，推件块把拉伸件推出拉伸凹模，卸料板使拉伸件脱离拉伸凸模，完成自动卸料。

▲图7 冲孔工序模具设计图

▲图6 胀形、冲孔复合模具设计图

3.2 胀形、φ4.5mm冲孔复合模具结构设计

图6为胀形冲孔复合模具（闭合状态）设计图，模具打开时，将上道工序的拉伸件套在凹模上完成坯料的定位，模具闭合后完成工件的冲压工作（即胀形、冲孔），随后模具开始打开，卸料板在橡胶弹力作用下完成自动卸料。由于凸模的刃口尺寸较小，所以把凸模设计成台阶式的结构，以加强凸模的强度，增加使用寿命。

3.3 φ5mm冲孔模具结构设计

图7为φ5mm冲孔模具（闭合状态）设计图，模具打开时，将上道工序的胀形冲孔件套在凹模上完成坯料的定位 （必须保证高度为5mm的底部凸台套入正确位置，以保证φ5mm孔冲压位置的精度，模具闭合结束后完成工件的冲孔，随后模具开始打开，卸料板在橡胶弹力作用下完成自动卸料。

4 结束语

模具的结构设计除了要考虑产品的形状、尺寸精度、成形工艺性外，还要掌握模具结构尽量简单化原则，产品的生产批量是一个重要考虑的因素。该套模具经生产实践检验表明，模具结构设计合理，动作稳定可靠，冲压件完全达到技术要求，可为同类型模具设计提供参考。

［1］翁其金.冷冲压技术［M］.北京:机械工业出版社,2011.

［2］王孝培.冲压手册［M］.北京:机械工业出版社,2012.