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摘要：为了保证罩壳零件顺利成形，并降低模具的设计成本，通过对冲压工艺分析，确定冲压方案，设计了落料拉深复合模与切边弯曲冲孔复合模来实现零件的成形。所设计的两套复合模既减少了成形工序，使成形过程易于控制，同时可提高外壳冲压件的生产效率，保证产品质量。
Abstract： In order to ensure the smooth forming of the shell parts and reduce the design cost of the die， the stamping process is analyzed， the stamping scheme is determined， and the composite die of the deep drawing die and the bending punching die of the cutting edge are designed to achieve the forming of the part. The two sets of composite moulds are designed to reduce the forming process and make the forming process easy to control. It can improve the production efficiency of the shell stamping parts and ensure the quality of the products.
关键词：冲压工艺分析;落料拉深;复合模;成形工序
Key words： stamping process analysis;deep drop;compound die;forming process
中图分类号：TQ330.4+1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0097-02
1 冲压件的工艺性分析
罩壳零件如图1所示，材料为Al，料厚0.3mm，中批量生产。该零件形状较复杂，零件尺寸均为自由公差，精度等级为IT14级。铝用拉深、冲裁、冲孔、弯曲的加工方法是完全可以成型的。本产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材。经以上分析，零件材料性能符合冷冲压加工要求。
2 工艺方案的确定
成形此罩壳零件需经过多种工序（落料，拉深，整形，冲孔，弯曲）来完成冲压成形。因罩壳圆筒形拉深部分筒壁与筒底圆角半径与料厚的比值大于1，故此冲压件经过拉深后不需要增加整形工序。对小阶梯筒形部分采用压凸胀形工序的方法压制成带凸缘的小直径筒形件，然后再拉深大直径筒形件的工艺方法[1]。对此冲压件拟采用多工序复合冲压，即先落料-拉深复合冲压，再切边-弯曲-冲孔的复合冲压。
3 工艺计算
3.1 坯料展开尺寸
将整个罩壳零件分为小直径圆筒形部分，带凸缘的大直径圆筒形部分和弯曲部分（两头），对毛坯尺寸进行分开计算。
3.1.1 小直径圆筒形部分坯料
小直径部分的形状是由材料变薄后局部成形的，由于坯料厚度相对于坯料的外形尺寸極小，胀形后，料厚方向上的变化很小，在坯料的内外表面分布较均匀，不会影响毛坯尺寸的大小[2]。因此将可带凸缘的大直径圆筒形部分的拉深可看做是由毛坯拉深成的不带小直径圆筒形部分的筒形件。
3.1.2 带凸缘的大直径圆筒形部分坯料直径
根据公式（1）[3] ，
当R=r时，（1）
式中，D——坯料直径，mm;d4——带修边余量的筒形件的凸缘直径，18.2 mm;d2——筒形件的筒壁部分中径，8.4mm;H——筒形件的高度，6.4 mm;r——筒形件的圆角半径中径，0.75 mm。
经计算，取带凸缘的大直径圆筒形部分的坯料直径为23mm。
3.1.3 弯曲部分坯料尺寸
因r≥0.5t，按无圆角半径的弯曲计算弯曲部分坯料尺寸，根据公式（2）[4]，■（2）
式中，L—弯曲部分坯料尺寸，mm;l1—弯曲部分直边尺寸，取7.7mm;l2—弯曲部分直边尺寸，取1.7mm;t—料厚，取0.3mm。
经计算，弯曲部分（单边）坯料长为9.5mm。故下料尺寸为42mm×23mm。
3.2 判断能否一次拉深成形
零件的坯料相对厚度t/D为0.85%，凸缘相对直径为2.9，经查表[4]其第一次拉深的极限拉伸系数[m1]为0.21，计算零件的总拉深系数为0.27，大于[m1]。所以可以一次拉深成形，无需多次拉深。
4 模具结构
4.1 落料拉深复合模
4.1.1 设计要点
①定位装置。采用导料销配合固定挡料销来保证条料的正确送进。②卸料压料装置。为得到质量较好，平直度较高的冲裁工序件，同时满足薄板要求，设置了弹性卸料装置。此弹压卸料装置既起卸料作用又起压料作用，采用导柱和导套配合的导向方式还可以确保上下模冲裁时的正确定位。 4.1.2 落料拉深复合模结构
开模后，为防止送偏定位零件，由导料销进行送进导向，由挡料销3挡住搭边，以限定条料的送进距离，起定位作用。上模下行，凸凹模13与落料凹模17进行落料工序，得到拉深工序毛坯件。上模继续下行，顶件块16压紧坯料的同时，拉深凸模18与凸凹模13进行拉深工序，完成拉深，得到带台阶的拉深工序毛坯件。开模后，推件块将工序件从凸凹模13中推出，由顶件块16顶至开模面，取走工件、清除废料后，进行下一次循环生产。（图2）
4.2 切边弯曲冲孔复合模
4.2.1 设计要点
①工序安排。为防止弯曲时孔的形状发生变形，必须保证孔边到弯曲半径中心的距离L要满足条件：t<2mm时，L≥t。根据零件图知，料厚为0.3mm时，孔边到弯曲半径中心的距离L为0.95mm，满足要求。考虑料厚较小，将冲孔工序安排在弯曲之后。因所用弹簧为同种型号，且下方弹簧长度大于上方弹簧，故下方作用力大于上方，可保证先弯曲后冲孔。②定位装置。考虑到经过落料拉深后工序件形状的特殊性，没有设置专门的定位装置，而是采用凸凹模对内形进行定位，保证弯曲之后冲孔工序顺利进行。
4.2.2 切边弯曲冲孔复合模结构
模具在开启状态时，凸凹模5外圈与切边凹模19在同一水平位置。冲压前，将工序件毛坯套在凸凹模5上，随着上模下行，切边凸模10与切边凹模19完成切边。上模继续下行，切边凸模10和凸凹模5压紧工序件，凸凹模5与弯曲凹模7完成工序件两头的弯曲。到行程快终了时，冲孔凸模8与凸凹模5对工序件完成冲孔，冲孔废料由凹模洞口漏下。开模后，制件留在凸凹模上，至此完成一次冲压。（图3）
5 结论
本設计通过对冲压件成形工艺性、成形工序进行分析，制定了复合模的成形方案，设计了落料拉深复合模与切边弯曲冲孔复合模两套模具，并介绍了设计要点与模具的动作过程。所设计的模具保证冲压件顺利成形，并实现了利用少设备实现多种工序（落料，拉深，整形，冲孔，弯曲）的有效结合，提高了生产效率。
参考文献：
[1]王艳辉.阶梯圆筒形件的拉深工艺研究[J].机械工艺师，2000（1）：24-26.
[2]丁友生，吴治明，等.冷冲模设计与制造[M].浙江：浙江大学出版社，2011（8）：250-251.
[3]石小艳.冲压模具设计与制造[M].北京：北京理工大学出版社，2013：164-170.
[4]许发樾.实用模具设计与制造手册[M].北京：机械工业出版社，2003：62-370.
Abstract： In order to ensure the smooth forming of the shell parts and reduce the design cost of the die， the stamping process is analyzed， the stamping scheme is determined， and the composite die of the deep drawing die and the bending punching die of the cutting edge are designed to achieve the forming of the part. The two sets of composite moulds are designed to reduce the forming process and make the forming process easy to control. It can improve the production efficiency of the shell stamping parts and ensure the quality of the products.
关键词：冲压工艺分析;落料拉深;复合模;成形工序
Key words： stamping process analysis;deep drop;compound die;forming process
中图分类号：TQ330.4+1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0097-02
1 冲压件的工艺性分析
罩壳零件如图1所示，材料为Al，料厚0.3mm，中批量生产。该零件形状较复杂，零件尺寸均为自由公差，精度等级为IT14级。铝用拉深、冲裁、冲孔、弯曲的加工方法是完全可以成型的。本产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材。经以上分析，零件材料性能符合冷冲压加工要求。
2 工艺方案的确定
成形此罩壳零件需经过多种工序（落料，拉深，整形，冲孔，弯曲）来完成冲压成形。因罩壳圆筒形拉深部分筒壁与筒底圆角半径与料厚的比值大于1，故此冲压件经过拉深后不需要增加整形工序。对小阶梯筒形部分采用压凸胀形工序的方法压制成带凸缘的小直径筒形件，然后再拉深大直径筒形件的工艺方法[1]。对此冲压件拟采用多工序复合冲压，即先落料-拉深复合冲压，再切边-弯曲-冲孔的复合冲压。
3 工艺计算
3.1 坯料展开尺寸
将整个罩壳零件分为小直径圆筒形部分，带凸缘的大直径圆筒形部分和弯曲部分（两头），对毛坯尺寸进行分开计算。
3.1.1 小直径圆筒形部分坯料
小直径部分的形状是由材料变薄后局部成形的，由于坯料厚度相对于坯料的外形尺寸極小，胀形后，料厚方向上的变化很小，在坯料的内外表面分布较均匀，不会影响毛坯尺寸的大小[2]。因此将可带凸缘的大直径圆筒形部分的拉深可看做是由毛坯拉深成的不带小直径圆筒形部分的筒形件。
3.1.2 带凸缘的大直径圆筒形部分坯料直径
根据公式（1）[3] ，
当R=r时，（1）
式中，D——坯料直径，mm;d4——带修边余量的筒形件的凸缘直径，18.2 mm;d2——筒形件的筒壁部分中径，8.4mm;H——筒形件的高度，6.4 mm;r——筒形件的圆角半径中径，0.75 mm。
经计算，取带凸缘的大直径圆筒形部分的坯料直径为23mm。
3.1.3 弯曲部分坯料尺寸
因r≥0.5t，按无圆角半径的弯曲计算弯曲部分坯料尺寸，根据公式（2）[4]，■（2）
式中，L—弯曲部分坯料尺寸，mm;l1—弯曲部分直边尺寸，取7.7mm;l2—弯曲部分直边尺寸，取1.7mm;t—料厚，取0.3mm。
经计算，弯曲部分（单边）坯料长为9.5mm。故下料尺寸为42mm×23mm。
3.2 判断能否一次拉深成形
零件的坯料相对厚度t/D为0.85%，凸缘相对直径为2.9，经查表[4]其第一次拉深的极限拉伸系数[m1]为0.21，计算零件的总拉深系数为0.27，大于[m1]。所以可以一次拉深成形，无需多次拉深。
4 模具结构
4.1 落料拉深复合模
4.1.1 设计要点
①定位装置。采用导料销配合固定挡料销来保证条料的正确送进。②卸料压料装置。为得到质量较好，平直度较高的冲裁工序件，同时满足薄板要求，设置了弹性卸料装置。此弹压卸料装置既起卸料作用又起压料作用，采用导柱和导套配合的导向方式还可以确保上下模冲裁时的正确定位。 4.1.2 落料拉深复合模结构
开模后，为防止送偏定位零件，由导料销进行送进导向，由挡料销3挡住搭边，以限定条料的送进距离，起定位作用。上模下行，凸凹模13与落料凹模17进行落料工序，得到拉深工序毛坯件。上模继续下行，顶件块16压紧坯料的同时，拉深凸模18与凸凹模13进行拉深工序，完成拉深，得到带台阶的拉深工序毛坯件。开模后，推件块将工序件从凸凹模13中推出，由顶件块16顶至开模面，取走工件、清除废料后，进行下一次循环生产。（图2）
4.2 切边弯曲冲孔复合模
4.2.1 设计要点
①工序安排。为防止弯曲时孔的形状发生变形，必须保证孔边到弯曲半径中心的距离L要满足条件：t<2mm时，L≥t。根据零件图知，料厚为0.3mm时，孔边到弯曲半径中心的距离L为0.95mm，满足要求。考虑料厚较小，将冲孔工序安排在弯曲之后。因所用弹簧为同种型号，且下方弹簧长度大于上方弹簧，故下方作用力大于上方，可保证先弯曲后冲孔。②定位装置。考虑到经过落料拉深后工序件形状的特殊性，没有设置专门的定位装置，而是采用凸凹模对内形进行定位，保证弯曲之后冲孔工序顺利进行。
4.2.2 切边弯曲冲孔复合模结构
模具在开启状态时，凸凹模5外圈与切边凹模19在同一水平位置。冲压前，将工序件毛坯套在凸凹模5上，随着上模下行，切边凸模10与切边凹模19完成切边。上模继续下行，切边凸模10和凸凹模5压紧工序件，凸凹模5与弯曲凹模7完成工序件两头的弯曲。到行程快终了时，冲孔凸模8与凸凹模5对工序件完成冲孔，冲孔废料由凹模洞口漏下。开模后，制件留在凸凹模上，至此完成一次冲压。（图3）
5 结论
本設计通过对冲压件成形工艺性、成形工序进行分析，制定了复合模的成形方案，设计了落料拉深复合模与切边弯曲冲孔复合模两套模具，并介绍了设计要点与模具的动作过程。所设计的模具保证冲压件顺利成形，并实现了利用少设备实现多种工序（落料，拉深，整形，冲孔，弯曲）的有效结合，提高了生产效率。
参考文献：
[1]王艳辉.阶梯圆筒形件的拉深工艺研究[J].机械工艺师，2000（1）：24-26.
[2]丁友生，吴治明，等.冷冲模设计与制造[M].浙江：浙江大学出版社，2011（8）：250-251.
[3]石小艳.冲压模具设计与制造[M].北京：北京理工大学出版社，2013：164-170.
[4]许发樾.实用模具设计与制造手册[M].北京：机械工业出版社，2003：62-370.