锥形盒模具设计及数值模拟

王仙萌

(西安航空职业技术学院，陕西 西安 710089)

锥形盒模具设计及数值模拟

王仙萌

(西安航空职业技术学院，陕西 西安 710089)

本文以锥形盒件为研究对象，采用LY12-M硬铝合金，板厚t＝1.5mm。对冲压件进行工艺性分析，以落料拉深为主要工序，然后进行切边，得到成品制件。通过数值模拟得到工件成形极限图，并满足变薄拉深量的要求。

锥形盒；模具设计；数值模拟；工艺分析

冷冲压是一种建立在金属塑性变形基础上，利用模具和冲压设备对金属板料进行加工，获得所需要零件形状和尺寸的成形工艺。本设计以图1所示零件为例，利用CATIA三维软件绘制模具各零件三维模型，利用AutoCAD软件绘制模具主要零部件和总装配图，并运用FASTAMP软件进行模拟验证。

1 工艺分析及工艺方案

1.1 工艺分析

由图1可知，该工件为带凸缘的开口锥形盒件，要求保证内形尺寸，拉深变薄量小于料厚20％。该制件结构简单，形状对称，满足冲压工艺性要求，可用于拉深工序加工。

图1 锥形盒尺寸示意图

1.2 确定制件拉深次数及拉深高度

确定是否能一次拉深成形：由于该零件为锥形盒，结合锥形件和盒形件的拉深变形特点可知，开始拉深时，凸模与毛坯接触面积小，应力集中，易产生局部变薄，自由面积大，压边面积小，易产生起皱等，同时制件口部与底部尺寸差别很大，拉伸后回弹现象严重，且制件圆角处受力最大，极易出现拉裂现象。

在未知拉深高度的情况下，为保证质量，应尽可能减少拉深次数。本设计拉深次数为1，结合低盒形件高度要求，确定拉深高度为30mm。

1.3 冲压工艺方案确定

根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序，该零件需落料、拉深、切边三道工序，可采用以下三种方案。

方案一：先落料，再拉深，最后切边，采用单工序模生产。

方案二：先落料拉深复合冲压，再切边生产。

方案三：拉深、落料、切边连续进行，采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需要三副模具，成本高，而且生产效率低，难以满足生产要求；方案二采用两副模具，既能达到模具的设计要求，也能尽可能减少工作量，而且两道工序放在一起，也能很好地发挥一副模具的作用，提高生产效率；方案三只需要一副模具，减少了模具和设备数量，生产效率高，适合生产精度要求不高的零件。

结合冲压件结构及批量要求，采用方案二进行冲压加工。

2 模具结构设计

2.1 拉深凸模的设计

拉深凸模用于成形拉深件内壁的形状与尺寸，本次设计拉深凸模采用凸台固定的方式，具体结构如图2所示。

图2 拉深凸模

2.2 落料凹模

落料凹模用于保证落料件的形状和尺寸精度，本次设计落料凹模同样采用凸台固定方式，如图3所示。

图3 落料凹模

2.3 凸凹模

凸凹模起落料凸模和拉深凹模的作用，结构如图4所示。

图4 凸凹模

2.4 落料拉深复合模装配图(图5)

模具工作过程：工作时，条料由导料销5和挡料销28定位，上模下行，凸凹模20外形与落料凹模4进行落料，落下的冲件箍在凹模内，同时拉深凸模与凸凹模内形进行拉深，拉深结束后，回程时，弹性卸料装置将箍在凸凹模上的条料卸下，留在落料凹模内的冲件由顶件装置顶出。在拉深过程中，拉深高度由拉深凸模打杆以及压料块控制。顶件装置由带肩顶杆1压边圈22及装在下模座底下的弹顶器组成，压边圈兼起顶件块的作用，回程时又能将工件从凸模上顶起，使其脱离凸凹模。为了保证先落料、后拉深，模具装配时，应使拉深凸模比落料凹模4低1～1.5倍料厚的距离。

图5 落料拉深复合模装配图

2.5 切边模具设计

切边模装配图如图6所示。

工作时，切边凸模19上行，将需要切边的拉深制件放在切边凹模4和托料板的平面上，此时的拉深制件被固定在切边凹模上，切边上模下行，完成切边，再次上行，制件被脱料板21顶出切边下模，完成一次切边动作。

图6 切边模具装配图

3 模拟验证

通过FASTAMP软件进行模拟分析，如图7所示。由图可知，板料成形充分，工件的边缘和圆角部分成形不足，但不影响工件的使用。由图8可知，板料成形厚度最薄处为1.35mm，减薄率为10％，满足拉深变薄量小于料厚20％的要求。

图7 成形极限图

4 结束语

通过对锥形盒进行成形工艺分析、模具设计及数值模拟，在提高材料利用率的同时又使成形过程自动化程度增加。实践表明，本次设计的锥形盒成形模具结构合理，成形零件质量较好，对类似零件的生产具有参考价值。

图8 工件厚度分布图

[1] 徐政坤，主编.冲压模具设计与制造[M].第二版.北京：化学工业出版社，2009.

[2] 李明望，主编.冲压工作实用手册[M].北京：化学工业出版社，2010.

[3] 林承全，主编.冲压模具课程设计指导与范例[M].北京：化学工业出版社，2008.

[4] 孙伟杰，易 剑.基于数值模拟的带凸缘筒形件冲压工艺及模具设计[J].锻压装备与制造技术，2013，48(4)：72-74.

[5] 王仙萌.带凸缘筒形件的拉深工艺数值模拟及模具设计[J].锻压装备与制造技术，2015，50(4)：61-63.

Die design and numerical simulation of Cone box

WANG Xianmeng
(Xi′an Aeronautical Polytechnic Institute,Xi′an 710089,Shanxi China)

Taking the cone box with 1.5mm thickness as the research object,which uses LY12-M hard aluminum alloy as material,the technical process analysis has been carried out to the stamping part.The blank drawing is the main working procedure.Then edge cutting has been completed and finally the finished workpiece has been obtained.The forming limit diagram of workpiece has been obtained by numerical simulation,which satisfies the requirement of drawing amount.

Cone box;Tool design;Numerical simulation

TG386.1

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.019

1672-0121(2017)05-0065-03

2017-05-15；

2017-06-22

王仙萌(1978-)，女，硕士，副教授，从事模具设计与制造、CAD/CAM/CAE教学科研。E-mail：wxm226226@163.com