支撑罩落料引伸复合模的设计

文/田若思·上海机电工程研究所

通过对支撑罩的结构特点、使用状况及制造要求进行工艺分析，设计出落料引伸一次成形复合模，实际使用后极大地提高了工作效率，满足了产品的质量要求。

航天产品需要满足苛刻的使用条件和良好的综合性能测试，因此要求其具有加工精度高、性能安全可靠、动作准确无误等特点，否则将会造成重大的经济损失，严重影响我国航天事业的发展。为此就需要有一整套的安全应对措施和试验手段，通过模拟各种环境条件的变化因素，力求在地面就要把各种可能出现的隐患、故障进行逐一排除，确保万无一失，以满足产品应用的各项技术要求。

支撑罩的结构特点及制造要求

支撑罩是某型号产品试验装置中的一个零件，产品为一次性使用易损件，材质采用08钢，厚度t=0.5mm，冲孔直径要求mm，外圆直径要求mm，且要求两者的同轴度为φ0.1mm，成形后的产品不得有飞边、毛刺，皱折、裂纹等缺陷，具体结构如图1所示。由以上要求可知，该件为典型的回转体类拉伸冲压落料件，根部圆角R2mm＞2t，满足拉伸工艺对根部圆角的要求，制件采用08钢，具有良好的延伸性，易于满足拉伸成形后的各项质量指标要求。支撑罩成形后的三维效果如图2所示。

图1 支撑罩结构图

图2 支撑罩成形三维效果图

支撑罩落料引伸复合模的设计

⑴坯料直径的计算。

制件展开坯料计算时，按照其截面中线，由CAD软件周长自动计算功能得知展开尺寸为φ46.697 mm，根据经验值得知有缘制件的修边余量一般选择2.5mm，所以坯料直径确定为φ52mm。

⑵确定拉伸次数。

在确定制件的拉伸工艺和模具设计时，必须预先确定制件是否可以一次拉伸成形，或是需要几道工序才能制成，正确解决这一工艺问题将直接关系到制造的经济性与成品的成形质量等级。

根据制件板料的相对厚度t/D及凸缘相对直径df/d（d取制件截面大、小径中值），查表得知相对高度H1/d1为0.48～0.58，据此得出：

通过计算得知工件的相对厚度小于1.5，因此需要使用压边圈来防止起皱。

⑶凸凹模间隙的确定。

冲裁间隙是直接关系到冲压件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要工艺参数，因此必须依据一定的原则来选取合理的间隙值，从而满足对使用性能的要求。

落料间隙确定的原则：落料制件尺寸取决于凹模尺寸，在设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上。考虑冲裁中凸凹模的磨损，所设计的凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的较小尺寸，这样保证在凸凹模有一定程度磨损的情况下，仍可冲出合格制件。凸凹模的间隙取最小合理间隙值，通过计算得出落料凹模、凸模的基本尺寸为：

冲孔间隙确定的原则：冲孔时孔的尺寸决定于凸模尺寸，在设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上，同样考虑冲裁时凸凹模的磨损，所设计的凸模基本尺寸取制件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。通过计算得出冲孔凸凹模的基本尺寸为：

⑷工艺方案的确定。

由支撑罩结构图可知，零件成形需完成落料、冲孔、拉伸、翻边等工序。如果采用单工序完成，势必增加模具数量，使操作者的劳动强度增大，效率也不会很高，无法满足批量生产需要。采用一次落料、冲孔、拉伸、翻边复合模工艺，虽然模具结构相对复杂，但可以确保制件尺寸精度和一致性的要求，同时也能极大地提高生产效率，减轻操作者的劳动强度。因此决定按复合模工艺要求进行设计。

⑸模具总体设计。

图3 支撑罩落料引伸复合模装配图

根据制件的结构要求和复合模具工艺设计规范要求，设计出模具总体结构（图3）。导柱、导套作为精确导向的零件，要求有较高的硬度和耐磨性，选择T10工具钢，热处理硬度要求为50～55HRC。凸模10、凸凹模18、落料凹模15作为拥有刃口的关键零件，采用Cr12冷作模具钢，热处理硬度要求为58～62HRC。为确保导柱与导套配合精度与中心距的要求，在导套与上模板间用铜合金或低熔点合金浇入固连。模具装配后，其上模座沿导柱上、下移动时应平稳和无滞停现象。

为保证上、下模合模后的定位精度要求，模具设有导柱22和导套23进行精确导向。工作时，料片放入落料凹模15上平面的预定位置，通过凸凹模18、凸模10和落料凹模15的有效配合，将料片一次冲压、拉伸、翻边成形。模具回程后，模具底部卸料装置依靠弹簧2将成形凹模12向上推动一个行程，使成形后的产品脱离落料凹模15，打料杆26通过推杆16将孔内冲出的多余料片推出。橡胶垫17一方面起到了压边圈的作用，另一方面可退出制件的周边余料，至此一个工作循环结束。

结束语

支撑罩落料引伸复合模具投入使用后，制件质量达到了设计要求，满足了批量化生产的需要。该模具具有操作简便、使用安全可靠、维修更换易损件方便、效率较高的特点。制件的外观无折皱、裂损、拉伤等缺陷，对类似产品的一次拉伸、冲压、翻边成形工艺积累了经验，具有一定的推广应用价值。