立体连接板的成形工艺与模具设计

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1成形工艺分析与工艺方案的确定

（1）因为本工序制件在横向的伸长量不大，所以坯料的总长尺寸可以在制件图横向对称剖面内，按纯弯曲变形来展开计算，取整后为540mm。

（2）同样道理，制件图中部的坯料宽度也可以在B-B剖面内按纯弯曲变形来展开，取整后为200mm。而制件横头内侧四角处的展开，可以取与B-B剖面展开后距R85圆心相等的尺寸。

（3）坯料的总宽尺寸不能仅考虑增加修边量，还应充分考虑在R85的筒形面成形时，因相邻区域材料转移而产生的收缩。根据以往内曲翻边件的经验，自由端向内的收缩量可达20mm～30mm（模具验证实测的收缩量约25mm），按保守估算每端增加40mm，将坯料的总宽尺寸定为320mm。

（4）四处R85的筒形面合在一起，恰好相当于一个尴170的筒形件扩孔翻边，且0≤d0＜20。从R85的弧段中点到其圆心做一连线，再从R85的圆心做直径为d0的圆，以二者交点为R45圆弧边中点的径向展开点，再过此交点做d0圆的切线，做一圆弧与两侧的直线展开边及切线边均相切，如此先求得初始坯料展开图。取d0=0，则过渡圆弧半径R0≈34mm。然后参照内孔翻边时的应力应变状态分析并按内侧自由端向中心收缩20mm来验算危险边缘的延伸率，得到δ=（l-l0）/l0×100%≈（187-141）/141×100%≈33%（按四分之一边长计算），小于δmax=40%的材料极限延伸率，满足边缘的拉伸条件，故工艺方案可行。如取d0=20才能满足边缘的拉伸条件，则表明R45凸缘面将因缺料而无法成形，工艺方案失败。通过以上的分析计算和之后的模具验证调整，确定了最终的坯料展开图，如图4所示。1.3完整工艺方案的确定拉深力的估算：P=kLtσb≈1×1712×3×650≈3338.4（kN）压边力的估算：Q=Fq≈72218×4.5≈325（kN）退件力的估算：P1=kP=0.01×3338.4≈33（kN）机床吨位选择：P总=P+P1+Q=3338.4+33+325=3696.4（kN）按P总≤（0.7～0.8）P压的条件，最小可选择5MN的压力机，但综合考虑模具的结构尺寸要求、工件的成形特点和企业的现有设备情况，决定在8MN液压机上进行成形。零件完整工艺流程为：激光切割下料→模具拉深成形→等离子分割→铆工调修型面→机加工外轮廓。

2拉深模具的设计

2.1模具的结构特点

根据连接板组合体的工序图，设计了拉深模具，其结构如图5所示。为一套凸模在下、凹模在上、带有曲面压料板的拉深模。考虑到模具的尺寸较大，采用了四个导柱来为上、下模导向；为获得相对稳定的压边力，下模采用了机床气垫力压边；考虑到工件的外轮廓需要机加工，定位精度要求不高，为简化模具结构，在压料板与凸模之间未采用精确的导向，而是留有1mm的单边间隙，以保证压料板的顺利升降；上模采用了弹簧力来退件。因工件的材料厚度较大，强度较高，为保证模具的耐磨性，避免或减轻制件的划痕，凸、凹模组成及压料板镶块均采用了淬透性好、硬度高、变形小的Cr12MoV合金模具钢。

2.2模具的工作过程

首先设定好气垫的压边力，然后通过托杆14升起压料板10，使压料板镶块的最低点高于凸模组成13的最低点10mm以上，再将涂好拉深油的坯料放到压料板镶块上11，靠紧三处挡料销15来定位。开动机床使上模随滑块下行接触坯料，利用机床的气垫力通过曲面压料板和凹模组成9，首先对R9982大圆弧面进行弯曲成形，然后上模继续下行，凸模组成13接触坯料，开始拉深过程，当上、下模完全闭合时工件的成形即告完成。开启机床使上模随滑块上行，当凹模完全脱离凸模后，在退料弹簧7恢复力的作用下，通过退件板8将工件从凹模内退下，之后随着压料板的再一次升起而脱离凸模，然后由上料方向的同一侧取出成形好的工件。如此循环操作来进行批量生产。2.3模具的调试过程

（1）模具尺寸的调整。最初的凸、凹模尺寸，是以制件图外表面尺寸为基准，将间隙开在凸模上的。凸、凹模型腔的高度尺寸也是按制件图名义尺寸设计的。在模具验证过程中，发现制件的实际槽型断面，宽度缩小0.7mm～0.8mm，高度缩小0.4mm～0.5mm。于是重新更换凸模并修改凹模，改为以制件图内表面尺寸为基准，将间隙开在凹模上，同时将凸、凹模型腔的高度尺寸加大0.5mm，从而保证了制件的尺寸。

（2）模具间隙的调整。最初设计的凸、凹模单面间隙，各处均采用了Z=1.1t。在模具验证过程中，发现R85筒形面侧壁上有轻微擦伤，于是将四处R85圆弧部分的间隙加大到Z=1.15t，擦伤随即消除。虽然筒形面的斜度略有增大，但因此处不与其他零件配合，产品图上没有斜度要求，故可不作处理。

（3）压边力的调整。参照理论计算值，通过增大和减小压边力的对比试验，发现当压边力过大时，立面和凸缘面的划痕较为明显，而当压边力过小时，顶面和凸缘面的平度就会变差。最后确定了保证制件成形效果和表面状态最佳的压边力为：Q=300kN。经以上调整后，所冲压的制件已基本达到了技术要求，只是与侧墙立柱对接的帽型断面有约1mm的敞口和R49凸缘面有约1mm的上翘。通过铆工简单调修后，即可得到完全合格的制件。

2.4模具的设计要点

（1）由于零件材质塑性较好，帽型断面的上、下圆角R8均可一次拉深到位，无需再进行二次整形。

（2）由于凸模局部断面小而高度大，必须采用分块组合的形式，以便于机械加工和热处理淬火。

（3）由于凸模局部断面小，其与凸模座之间的定位，不适合柱销结构，设计上采用了键槽结构。

（4）因工件的成形是分步进行的，坯料先进行弯曲然后再进行拉深，故R9982大圆弧面的回弹量很小，可以忽略不计，相关各曲面圆弧半径均按制件图尺寸设计。

（5）为了保证R9982大圆弧面的成形效果，应保证退件板完全弹开时，其下表面最低点不超出凹模组成的最低点，以防止坯料因局部受力而先产生翘曲。

3结束语

通过本例的实际生产验证，表明形状较为复杂的立体连接板，通过合理的工艺组合和正确的分步成形，完全可以在一套拉深模上，经一次成形而得到理想的制件。这一成功的实例，可以借鉴到具有类似结构的复杂成形件的工艺方案上。

作者：吕浩源宋连芹单位：长春轨道客车股份有限公司