毛坯形状对制件缺口的影响与设计

1.工艺分析

图3-10所示的电位器外壳，材料为冷轧钢板，料厚0.5mm。该制件外形比较特殊，在内径φ15.3^+0.1₀mm圆筒的端面上，中心角100°范围内有高2.3mm的缺口；中心角23°对称位置有4个2⁰_-0.1mm×4mm（B向）凸耳；外壳底面有2mm×1.2mm的长方形孔；角部有高3mm、宽2^+0.05_-0.10mm的止挡台。该制件有如下特点：

图3-10 电位器外壳

1）圆柱面缺口的形成。要考虑在中心角100°范围内、高2.3mm这个缺口形状采用什么方式加工而成。如果缺口在拉深成形后切出，必须采用横向冲切结构，使模具结构变得较为复杂，排除切下来的废料也有困难；如果采用平面冲裁后再拉深成缺口；这要经过一定的分析和试验以后，才能得到满意的形状和尺寸。

2）底部小长方形孔和止挡台的冲压成形。能否在一次冲压工位中完成，如何保证止挡台对轴线的对称度，以及小凸模易折断的控制和保护。

3）4个凸耳的成形。既要保证4个凸耳拉直、又要保证制件切开后不能离开带料，这样的拉直工序才能进行。

4）首次拉深、二次拉深高度为5.3mm，整形工位达到高度5.6mm，这个高度到切开工位保持不变。制件的最终高度是在落料时通过翻边来达到的。

2.排样设计

根据制件特点并经分析后确定，圆柱面缺口采用在平面上冲出，然后拉深成形，使得模具结构简单化。由于圆筒的精度要求较高，筒底圆角半径较小，因而采用了包括冲止挡台和整形在内的4个工位完成圆筒拉深成形；接着冲小长方形孔和切开外形，但坯件不能离开带料；最后靠翻边拉直小凸耳并落下制件的方法，完成制件的全部冲压加工。

排样图见图3-11。料宽31.5mm，步距28mm，共设9个工位。各工位如下：

工位①：冲工艺槽。

工位②：冲缺口，为拉深成形圆柱面缺口作准备。

工位③：首次拉深，内径基本达到制件要求，但圆角R还比较大。

工位④：二次拉深，减小圆角半径。

工位⑤：冲止挡台，并进一步通过整形减小圆角半径。

工位⑥：整形。

工位⑦：冲方孔。

工位⑧：切开外形并复位。

工位⑨：翻边拉直小凸耳并落料。

图3-11 排样图

该制件圆柱面缺口展开的平面形状与尺寸是根据分析和经验确定的，如图3-12所示。其中，R10.6mm是根据缺口高度，按筒形件毛坯展开尺寸计算得到的，中心角53°40′控制拉深后缺口的宽度；侧边角51°20′控制缺口两直边对筒形件轴线的平行度。这两个角度直接影响到成形后缺口的形位公差和尺寸大小，所以非常关键，但大小又不是太好确定。图3-13示出毛坯形状对制件缺口的影响。在拉深过程中，由于应力应变的复杂变化，切向压应力的作用，必须使毛坯中心角α′＞α（制件中心角），才能保证拉深后缺口中心角符合要求。实践表明，α′与α大小的差异，与制件缺口相对高度h/D有关，h/D越大，则α′与α的差异越大。

图3-12 制件展开形状和尺寸

为了保证缺口两直边A对筒形轴线的平行，在毛坯的两侧增加边角β，其大小与相对高度有关。由于H/D＞h/D，筒形件缺口上部受到的切向压应力，大于缺口下部的切向压应力。若毛坯图中仅有α′角，或β角太小，则拉深后必然出现图3-13c所示情况，即缺口上小、下大的倾斜形状。为了克服这个缺陷，必须增加β角。但β角过大，会出现如图3-13d所示情况，即缺口上大、下小的倾斜形状。因此，α′、β都要取得合适。

设计临时凸缘作为冲切外形尺寸的依据。这是为了使落料时筒形件外形不被擦伤、切开后的制件又不能离开带料而采取的一项措施。具体方法是在该排样的切开工位（实为落料，但要求尚未全部成形为最后形状和尺寸的坯件不能离开载体）落料时，增加一凸缘。凸缘尺寸为φ18mm（见图3-14）。这样在切开落料时便不会擦伤筒壁。顶件器设计成一内孔为φ16.36mm、深度大于5.6mm、外径为φ18mm的圆筒，四个凸耳与其相连为一整体。当冲压后，在顶出制件时，四小凸耳和凸缘同时受力被顶，制件压回载体（带料）时就不会变形了。

图3-13 毛坯形状对制件缺口的影响

a）毛坯尺寸 b）成形后的理想外形 c）缺口上小、下大的倾斜 d）缺口上大、下小的倾斜

图3-14 落料时外形相关尺寸

冲压的最后一个工位是凸缘翻边、拉直四小凸耳和落料。凸缘翻边后变为制件筒壁的一部分，因此制件的最后尺寸是在该工位得到。凸缘翻边时产生的切向挤压应力，容易将四小凸耳挤歪变形，为此在凸缘与凸耳的交接处设计有0.4mm×0.3mm工艺缺口让位。(www.xing528.com)

为了保证切开后的制件可靠地连在带料上，除靠顶件器将坯件压回带料外，凸耳的头部留一小点与带料相连不切断。具体方法是在切开凸模四凸耳头部开有R0.3mm凹孤，而凹模上没有相应凸台，利用凸模与凹模在此处有0.3mm的间隙，此处材料切不断，即能保证切开后的制件仍可靠地留在带料上。

3.模具结构设计

图3-15所示为电位器外壳多工位级进模结构。该模具在150～400次/min冲压条件下工作。该模具的特点如下：

1）为了保证卸料板8运动平稳、不倾斜，以及和凹模相对位置的一致性，卸料板采用整体式结构，并在模具内设有4个φ18mm的小导柱。小导柱装在固定板上，与卸料板、凹模通过小导套成H7/h6配合。模架采用四导柱滚动导向钢模架结构。

2）送料靠压力机上的自动送料装置精确定位，利用冲孔工位的卸料导向套13、翻边拉直工位的翻边拉直凸模15兼作导正销，件13、15与制件内孔成配合状态，且加长，使带料在被压紧之前，已对带料各工位进行精确定位。卸料导向套13同时还对冲小方孔凸模12起保护和卸料作用。卸料导向套与卸料板成H7/h6配合，靠两个弹簧和压板进行弹压卸料，其侧向简图见图3-16。

3）带料在模具中的导向与抬料。模具的入口处有侧面导板，大部分主要靠分布在带料送料方向两侧的7对浮动导料销1导向。随着各拉深工序变形程度的增大，带料在各工位宽度也随着变化。前5对浮动导料销的导向宽度，随着各工位带料宽度的变化而逐渐减小，后两对导向宽度因为后面工位带料宽度基本稳定而不变，从而保证了对各工位宽度不等的带料进行导向。

利用浮动导料销，冲压结束，上模回升，带料在浮动导料销导向槽台阶的作用下将料抬起，离开凹模平面继续进行送料。在冲小方孔工位⑦时，这些浮动导料销又起到从卸料导向套13上卸下带料的作用。

4）考虑到冲缺口工位的形状与尺寸的不确定性，也为了便于试模修正，将冲缺口凸模10先固定到固定块11内，再固定到固定板9上，凹模6也采用镶拼件结构。

图3-15 电位器外壳多工位级进模结构

1—浮动导料销 2—小导套 3—小导柱 4—弹簧 5—压板 6—冲缺口凹模镶件 7—导料板 8—卸料板 9—固定板 10—冲缺口凸模 11—固定块 12—冲小方孔凸模 13—卸料导向套 14—切开凸模 15—翻边拉直凸模 16—导线 17—绝缘衬套 18—绝缘垫圈 19—安全导正销 20—顶件器 21—冲孔凹模 22—顶柱 23—定位圈

图3-16 卸料板与卸料导向套

1—弹簧 2—压板 3—卸料板 4—导向套

5）为控制带料拉深后的宽度收缩，保证带料导向的可靠和落料时制件的完整，在首次拉深和前面冲槽工序之间加了两个挡料钉，插入冲槽的槽中，如图3-17所示。图中双点画线为挡料钉插入位置，利用挡料钉上的台阶阻止材料的过度流动，不致使首次拉深后带料变得太窄，把材料宽度控制在要求范围内。

6）卸料板下面开一深0.5mm、宽34mm的凹槽（图3-16），使带料置于槽中，保证拉深过程中材料顺利流动，不使制件随拉深深度的逐渐加大、压边力也逐渐增大时，带料被越压越紧。

7）所有拉深凸模采用螺钉并通过垫板拉紧固定。当冲裁凸模刃磨时，为了保持成形凸模的工作端与其他凸模长短差不变，比较方便地拆下拉深成形凸模，对其固定端端面修磨。

8）工位⑤为冲止挡台，位置刚好处在拉深件变薄最严重的凸模圆角处，此处极易冲裂。为此，在工位的③、④拉深凸模冲止挡台的相应位置圆角处，开出宽3mm、成45°的斜槽（见图3-18），使其在此处的拉深变薄程度减小，局部提高了制件圆角部分强度。拉深凸模的固定处要考虑设计防转功能元件。

图3-17 挡料钉位置

1—带料 2、3—挡料钉

图3-18 开有斜槽拉深凸模圆角部分示意图

9）为了保证冲小方孔凸模12（见图3-15，下同）损坏后能快速更换，凸模采用在上模座中用螺塞加垫柱顶住的办法固定，使其能直接从上模座的螺孔内装上和取出。凸模12与固定板9成H7/h6配合，且在上、下方向有一定的调整量，在刀口刃磨后，可通过调节螺塞来控制其相对长度。

10）冲孔凹模21（见图3-15，下同）与定位圈23的相对高度，应根据制件高度通过螺塞来调整。冲孔凹模上设计成两个2mm×1.2mm的方孔，当一个孔的刃口磨损后，转过180°用另一个孔，延长了凹模使用寿命。

11）切开凸模14（见图3-15，下同）的高度采用微调机构调整。由于制件被切开后不能脱离带料，做到既要切开，又不能切得太深，必须准确地控制切开凸模的冲压深度，要保证与翻边拉直凸模15的冲压深度互不干涉。切开凸模高度微调机构，如图3-19所示。调整螺钉2推动斜面滑块3，改变切开凸模4的升出高度。切开凸模4与凸模固定板5成H7/h6滑动配合，用圆柱销8将凸模4挂在固定板5上。

图3-19 切开凸模高度微调机构

1—斜垫板 2—调整螺钉 3—滑块 4—切开凸模 5—固定板 6—卸料板 7—小导柱 8—圆柱销

12）该制件的拉深直径在各次拉深中基本不变，但各次的拉深间隙不同。首次拉深单面间隙取1.1t（t为料厚）；第二次1.05t；整形时为1.03t。冲长方孔时，圆筒凸、凹模间隙单边为1.0t，最后翻边拉直时，圆筒单边采取0.97t间隙，小于料厚是为了保证圆筒直径的精度和减少圆角半径。

13）该模具设有自动检测安全保护装置，控制带料的进距精度和实现安全冲压。其原理是采用安全导正销19（图3-15）装在卸料板8上，通过绝缘衬套17和绝缘垫圈18与卸料板8绝缘；安全导正销19接导线16，导线与机床控制电路相连（下模座接地）。工作时，如果带料送进位置正确，安全导正销插入带料孔中（不与带料接触），压力机正常工作。反之，带料误送，安全导正销与带料接触，导通电路，形成回路，切断机床控制电路，使压力机立即停机，避免产生废品，有效地保护了模具和机床。