冰箱底钢板冲压工艺分析及模具设计套筒热挤压工艺与模具设计.doc

1、本文通过对冰箱底钢板冲压工艺进行分析，合并工序，减少模具数量，节约模具投入，缩短产品的加工周期，有效地控制生产成本。 1 引言 图 1 所示零件，是某冰箱配件的重要零件底钢板。材料为 0.03mm 厚的镀锌钢板，年产量 200 万件，要求冲压加工后表面光洁平整、无飞边、无毛刺，不允许起皱、拉裂等现象。从零件结构分析，要保证该零件顺利成型，关键是凸模与凹模的间隙、成形中部凸苞时的压边力调整合理，如果把它分开加工，很容易保证，但模具的数量会增加，模具投入会成倍增长，产品的加工周期会延长，因此，经过认真的分析后，采用复合模结构来解决这一问题。 图 1 底钢板零件图2 工艺分析 要保证零件的质量，冲压

2、工艺的方法有两种： 按落料冲凸苞冲月牙弯四周边弯“Z”形。这样的工序加工，没有任何问题。但模具的数量会增加到 5 副，这样模具投入增加，模具制造周期延长，最关键的是增加两道工序后产品的加工周期延长，加工成本居高；按年产量 200 万件计，成本会增加不少； 把落料冲凸苞冲月牙合并成一副复合模（这里主要讨论此复合模），合理配置各凸模与各凹模之间间隙、中部凸苞成形区域内合理调整压边力。可有效地保证了产品质量。通过对以上两种方案对比，很直观地选用方案。 3 模具结构及工作过程 模具结构如图 2 所示。凹模结构如图 3 所示。 模具工作过程：把正确地安装在冲床上，上滑块下行时，卸料板 3 在弹簧或聚氨酯

3、的作用下压紧零件表面继续向下，中部成形凸苞凸模逐步进入下模 13，在达到下死点前 1mm 时，其它凸模开始切削，达到下死点后，完成各孔切削及中部凸苞成形。滑块上行，在弹簧（压缩弹簧）或聚氨酯的作用下卸料板 3 推出零件，成形、切切削结束。重复这一循环过程，得到落料、月牙成形后的凸苞成形后的合格零件。 图 2 模具结构 1.下模座 2.导柱 3.卸料版 4.同定板 5.导套 6.上模座 7.上垫板 8.凸模 9.凸模 10.凸模 11.凸模 12 螺钉 13.下模 14.凸模 15.凸模 16.凸模 17.凸模 18.下垫板 19.凸模 20.月牙凸模 21.柯凸苞凸模图 3 凹模结构4 模具关

4、键零件的加工 该模具加工的难点是凹模、固定板。根据上述凹模、同定板的结构来看，孔多，且形状不同、凸凹模之间的间隙又小，形位公差要求高。结合已有设备，选用慢走丝加工凹模、固定板上各孔。 5 冲压设备选用 因零件结构较大，切边、冲孔冲压力较小，中部成形凸苞的压力较大，模具外形较大。结合本公司现有设备，选用 JH36-250 冲床，完全满足要求。 6 结束语 该模具经试模调试，现已批量生产使用 6 个月，加工产品 95 万件。模具未发现异常。实践证明，采用复合模结构方案完全能保证零件的尺寸、质量要求挤压件设计和坯料的计算 套筒零件如图 1 所示，材料为 30Mn。采用反挤压工艺成形毛坯。 零件尺寸精

5、度超出了热挤压所能达到的要求，需加放机加工余量。根据图 1 的产品零件图，可知 D=39mm，H/d=60/31=1.94。查资料得单边余量为 1.25mm，径向公差为-0.3+0.6 ；中心偏差 0.4mm；高度方向的单边余量 6mm，公差为-0.5+1.0 。从而设计套筒的热挤压件如图 2 所示。 经计算得到挤压件体积为 51637mm3。 根据体积相等的原则和挤压件体积（加上 1%的烧损量），初步算得坯料尺寸为3554.2mm，再加上下料负公差 0.7mm，确定下料尺寸为 3554.9mm。 2 工艺过程 (1)下料。将整根的 30Mn 棒料剪切成 3554.9mm。剪切斜度不得大于 0

6、.5mm，剪切后的坯料断面不许有剪切毛刺。 (2)加热。加热设备选用中频感应加热炉，钢温不低于 1200，采用流水加热，坯料中心与表面的温差不大于 50。 (3)镦粗预制坯。为便于毛坯在凹模腔内准确定位，将加热坯料外径镦粗至 41.3mm(预制坯高度 H40mm)。 (4)热挤压。将镦粗后的毛坯放在反挤压模内挤压。开始挤压温度为 11501200，终止挤压温度不得低于 900，挤压件的中心偏差为 0.3mm，上口高低不平度不得大于5mm，弯曲度在 66mm 长度内不得大于 0.25mm。 (5)热处理。采用余热退火处理，挤压件退火处理后的硬度为 207240HB。 (6)清理。热处理后挤压件应

7、进行酸洗清理，清理后的挤压件表面不许有过蚀麻点和残留氧化铁皮存在。 挤压成形工步如图 3 所示。 工艺计算和设备选择 3.1 变形程度计算 反挤压筒形件的变形程度即断面收缩率（参见图 2）。 满足钢质零件热挤压变形程度 F60%的要求。 3.2 挤压力的计算 已知挤压方法，被挤压材料，终止挤压温度不低于 900 。单位挤压力 p 和总挤压力 P 按下式计算： 式中 K安全系数，取 1.3 A凸模与坯料接触表面在凸模施力方向的投影面积，算得 A=638mm2 Z模具的形状系数，查资料可知，Z=1.2 n挤压方式及变形程度修正系数，查资料可知，当反挤压断面收缩率 47.2%时，n=4.5 如何定义

8、象高压线、城墙这类带形(Shape)定义的线型 http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ 菲林网点大小的识别方法 http:/ 920的 30Mn 钢，b=55MPa 将以上数据代人两式得单位挤压力 p=297MPa，模具材料可以承受；挤压力 P=246kN。 3.3 挤压行程的计算 从凸模接触坯料至挤压结束凸模下移的距离 S（见图 3c）为挤压行程。 S=预制坯高度-挤压件底部厚度=40-7=33(mm)。 根据反挤压力和挤压行程计算及现有设备情况，选择有下顶料装置 1000kN 液压机。 4 模具结构设计 套筒热挤压模具如图 4 所示。 图 4 套筒热挤压模具

9、1.导柱 2.凹模压紧圈 3.凹模芯 4.凹模 5.带凸肩螺钉 6.弹簧 7.导套 8.凸模压紧圈 9.上模座 1 0.压力板 11.上砧块 12.卸料板 13.凸模 14.下砧块 15.柱销 16.高度调节块 17.斜楔 18.凹模垫板 19.顶杆 20.沉套 21.下模座 22.调节螺钉凹模 4 以凹模垫板 18 与下模座 21 定位。凹模与凹模压紧圈 2 采用锥面配合，用内六角螺钉与下模座 21 紧紧连接。由沉套 20 和顶杆 19 组成顶出机构，在气垫的作用下将挤压件从凹模内顶出。沉套 20 的一部分伸出下模座，是为了降低合模高度。将热挤压模安装在液压机上时，需在下模座 21 下面增加

10、一个中间有孔的附加垫板，沉套 20 下部伸进附加垫板的孔内；若热挤压模安装在曲柄压力机上时，沉套 20 下部伸进压力机工作台孔内。 脱料板 12 和带凸肩螺钉 5 及弹簧 6 组成卸料机构，用于将箍在凸模 13 上的挤压件脱下。弹簧的作用是支承脱料板，并能保证脱料板和带凸肩螺钉上下移动，从而减少凸模的长度，增强了凸模弯曲强度，弥补压力机行程不够大的不足。 凸模 13 与凸模压紧圈 8 也采用锥面配合，凸模压紧圈与压力板 10 通过螺钉紧固在上模座9 上。 凹模的冷却，是将自来水由管接头通入凹模压紧圈和凹模之间的两道凹槽，自上而下地对凹模进行冷却。凹模垫板 18 与凹模 4 不做成一体，主要是为

11、了加工和修理的方便。反挤压凹模可做成整体式的，也可做成如图 4 所示的镶套式。 在反挤压模的侧面，由上砧块 11、下砧块 14、高度调节块 16、柱销 15 和调节螺钉 22 等组成镦粗台。设置镦粗台的目的，主要是为了清除氧化铁皮和改变坯料直径。 CAD 中自动标注公差的方法 http:/ 强化层表面粗糙度的刷镀修复 http:/ 什么是分辨率？象素的属性 象素尺寸 http:/ 基于关联的设计 http:/ 装配的设计方法与基于 UG 装配建模的策略 http:/ 网印油墨的新应用 UV 网印油墨的发展 http:/ 3 可以看出，只要更换凸模 13、凸模压紧圈 8、凹模芯 3 和卸料板 1

12、2，便可生产不同规格的反挤压杯形挤压件。 5 凹模与凸模设计 5.1 反挤压凹模 根据挤压件的外径先算出凹模型腔的工作直径，然后根据凹模型腔的工作直径确定其他各部尺寸。反挤压凹模如图 5 所示。用简化公式计算当量线膨胀率： 式中 1锻件材料终锻温度时的的线膨胀系数，1=16.610-6/ 2模具材料在工作温度下的线膨胀系数，2=12.410-6/ t1锻件终锻温度，t1=900 t2模具型腔工作温度 t2=280 算得当量线膨胀率： 计算凹模内腔直径（工作直径）： 式中 D挤压件的外径，D=41.5mm。 反挤压凹模材料，采用 3Cr2W8V 和 5CrMnMo，热处理硬度 5054HRC，模具寿命一般可达 3000 件。 5.2 反挤压凸模 反挤压凸模如图 6 所示。凸模工作直径： 式中 d挤压件的外径，d=28.5mm。 反挤压凸模的材料采用 W9Cr4V2 或 W18Cr4V，热处理硬度 5458HRC，模具使用寿命可达 30005000 件。