CN110653298B - 一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，包括如下步骤：冲压模具包括上模和下模，上模包括上模座和成型凸模，下模包括下模座、台阶状圆柱体冲孔模、环形成型凹模和落料凹模，成型凹模套设于冲孔模的上圆柱上并能够沿其上下移动，根据防尘盖外径尺寸能够确定成型凸模和成型凹模的外径尺寸；上模包括橡胶圈I，下模包括橡胶圈II，然后确定橡胶圈的尺寸；成型凸模底部设有凹槽，凹槽与冲孔模相配合能够冲压防尘盖的内径；可根据防尘盖的设定内径加上弯曲应力的影响再确定冲孔模的外径。该设计方法在考虑弯曲变形对防尘盖内径尺寸影响的基础上，通过计算橡胶圈的尺寸及冲孔模的外径尺寸，保证了模具的正常使用，避免防尘盖内径超差。

Description

一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法

技术领域

本发明涉及模具设计技术领域，具体的说是一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法。

背景技术

防尘盖属于滚动轴承的配件之一，带防尘盖的轴承一般用于粉尘较为严重的工况，应用十分广泛，防尘盖起到了阻止粉尘进入轴承内部的作用。工业上防尘盖一般采用冲压加工，因此其尺寸是通过模具尺寸来保证。

对于板厚不大的防尘盖(如图1所示)，设计时只需根据产品尺寸来设计模具的尺寸即可，但是对于板厚大、内径平台小的防尘盖，在实际加工过程中发现，当根据产品尺寸设计模具尺寸时会出现产品内径超差的现象，即产品的内径尺寸大于图纸要求的尺寸，这种防尘盖为废品，无法投入使用。当利用冲压模具对板厚大、内侧平台小的防尘盖进行冲压时，在冲压的初成形阶段，弯曲应力大于橡胶圈弹力，没有成形到尺寸，随着冲压模具中成型凸模(即位于防尘盖上方的用于冲压防尘盖的部件)的下移，相继完成防尘盖外径和内径的冲裁，当防尘盖内径冲裁完成后，防尘盖内径已加工到尺寸，冲压模具中的成型凸模继续下移，与成型凹模(即位于防尘盖远离成型凸模一侧的部件)配合进行防尘盖的最终成形，在防尘盖最终成形时(如图2所示)，弯曲应力主要体现在拐点A处，此处受到压力Q、摩擦力R以及成型凹模台阶处的作用力N，三者满足静态平衡条件，N可分解为竖直方向的力N1和水平方的力N2，台阶处的作用力N产生的效果是防尘盖材料向内径方向的转移，材料内部弯曲应力的作用是阻止材料向内径方向转移的发生，因此防尘盖内径会出现超差。此时，冲压模具中用于冲压防尘盖内径的冲孔模的外径尺寸在公差范围内，若按照减小冲孔模外径尺寸以减小防尘盖内径尺寸的思路对冲孔模外径进行磨加工，则冲裁间隙增大，模具无法冲裁多余的材料，会造成模具作废，增加了生产成本并影响了生产进度。

因此，在设计此类型防尘盖用冲压模具的时候不能一味地按照产品图纸尺寸或者磨小冲孔模外径尺寸的方法来确定冲孔模的外径，应考虑弯曲变形对尺寸的影响，这给模具设计带来了很大的困难。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，该设计方法在考虑弯曲变形对防尘盖尺寸影响的基础上，结合产品尺寸来设计模具中冲孔模的外径以及橡胶圈尺寸，保证模具的正常使用，避免防尘盖内径超差。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，包括如下步骤：

(1)、冲压模具包括上模和下模，上模包括上模座以及与上模座可拆卸连接的成型凸模，下模包括下模座、位于下模座上方的台阶状圆柱体冲孔模、与成型凸模对应的台阶状圆环形成型凹模以及用于固定冲孔模的落料凹模，成型凹模套设于冲孔模的上圆柱上并能够沿其上下移动，落料凹模中部设有用于安装冲孔模和成型凹模的三层台阶通孔，台阶通孔包括直径依次增大的第一通孔、第二通孔和第三通孔，冲孔模直径较大的下圆柱固定于第三通孔内；成型凸模与成型凹模相互配合能够冲压防尘盖的外径，根据防尘盖设定的外径尺寸能够确定成型凸模和成型凹模的外径尺寸；

(2)、上模还包括与成型凸模间隙配合的圆环形的橡胶圈I以及用于支撑橡胶圈I的支撑板I；下模还包括设于下模座远离成型凹模一侧的圆环形的橡胶圈II以及位于橡胶圈II两端的支撑板II，成型凹模与位于橡胶圈II上方的支撑板II通过移动销连接；在成型凸模向下移动冲压防尘盖时，成型凸模与落料凹模上表面相互配合压缩橡胶圈I，成型凹模受压下移通过移动销压缩橡胶圈II；橡胶圈I和橡胶圈II的外径尺寸D₁满足:

其中d₁为橡胶圈的内径、T为压力机的压力、p₁为橡胶圈的单位压力；两个橡胶圈的高度H满足H＝h_工作/(0.23～0.3)，其中，h_工作表示橡胶圈的工作行程；

(3)、成型凸模底部设有与其同轴的凹槽，凹槽侧壁与冲孔模相配合能够冲压防尘盖的内径；冲孔模外径D₂＝(P+6.5πktσd₂)/(10πkσt)，其中，P为冲压防尘盖内径中的拉延力，d₂为防尘盖的设定内径，t为冲压防尘盖用板材的厚度，k为经验系数，σ为待冲压板材所用材料的强度极限；

(4)、凹槽侧壁的底部设有台阶I，成型凹模侧壁的顶部设有相对应的台阶II，台阶I和台阶II相配合能够进行防尘盖的翻边成形，根据防尘盖设定的翻边尺寸可以确定台阶I和台阶II的尺寸。

优选地，橡胶圈I的高度H_I＝(h1-h2)/0.23，其中，h_工作＝h1-h2，h1为第二通孔的高度，h2为支撑板I距落料凹模上表面的高度。

优选地，橡胶圈II的高度H_II＝h3/0.3；其中，h_工作＝h3，h3为成型凹模下表面距冲孔模下圆柱上表面的高度。

其中，防尘盖冲压过程中的压延力P＝T-F_I-F_II；其中，T为压力机的压力，橡胶圈I的弹力F_I＝S_Ip₁，橡胶圈II的弹力F_II＝S_IIp₁，S_I和S_II分别为橡胶圈I和橡胶圈II的横截面积，p₁为橡胶圈的单位压力。

进一步地，位于橡胶圈I下方的所述支撑板I穿设于成型凸模上，上模座上设有多个轴向沉孔，轴向沉孔中穿设有与支撑板I螺纹连接的螺钉。

进一步地，橡胶圈II和两个支撑板II通过螺钉与下模座连接。

进一步地，第一通孔与成型凹模上圆环相匹配，套设在冲孔模上的成型凹模能够沿冲孔模上圆柱上下移动。

进一步地，成型凸模中部的凹槽内设有与延伸至外部的卸料杆相连的卸料板，通过移动卸料杆带动卸料板上下移动以实现卸料。

进一步地，上模座与下模座之间连接有导柱，与外部压力机连接的上模座能够沿导柱相对于下模座上下移动。

有益效果：

如上所述，本发明的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，具有以下有益效果：

1、该设计方法在考虑弯曲变形对防尘盖内径尺寸影响的基础上，通过计算橡胶圈的尺寸及用于冲压防尘盖内径的冲孔模的外径尺寸，保证了模具的正常使用，避免防尘盖内径超差。

2、橡胶圈I下方设有支撑板I，橡胶圈II两端均设置支撑板II，支撑板能够防止橡胶圈掉落的同时还能够随橡胶圈一起移动，不会影响橡胶圈的使用，且借助于支撑板能够使对应的橡胶圈受压力更加均匀。

3、成型凸模中部的凹槽内设有可通过控制卸料杆来卸料的卸料板，在防尘盖冲压过程中，若有余料粘附在凹槽内时，可通过移动卸料杆带动卸料板运动，以实现快速清理余料的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是防尘盖的结构示意图。

图2是现有技术中防尘盖终成形阶段受力分析图。

图3是本发明中冲压模具的结构示意图。

图4是防尘盖成型时模具的结构示意图。

图5是图4中I处的放大图。

图6是橡胶圈压缩过程中相关参数的标示图。

图7是橡胶圈压缩量与橡胶圈单位压力p₁的对应关系图。

图示标记，1、卸料杆，2、上模座，3、成型凸模，4、凸模接头，5、橡胶圈I，6、支撑板I，7、卸料板，8、移动销，9、下模座，10、支撑板II，11、橡胶圈II，12、冲孔模，13、成型凹模，14、落料凹模，15、待冲压板材，16、半成品。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

请参考图1，图1为防尘盖的结构示意图。防尘盖中部设有通孔，防尘盖包括与轴承外圈配合的外密封段、与轴承内圈配合的内密封段以及连接外密封段和内密封段的倾斜连接段。需要说明的是，在本发明中，将外密封段、内密封段和倾斜连接段的成形过程称为翻边成形。

本发明的核心是提供一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，所冲压制备的防尘盖即是如图1所示的结构。该设计方法在考虑弯曲变形对防尘盖尺寸影响的基础上，结合产品尺寸来设计模具中冲孔模12的外径以及橡胶圈尺寸，保证模具的正常使用，避免防尘盖内径超差。

请参考图3，图3为冲压模具的结构示意图。冲压模具包括上模和下模，上模包括上模座2、成型凸模3、凸模接头4、橡胶圈I5以及支撑板I 6。上模座2下表面上设有成型凸模3，成型凸模3通过凸模接头4固定于上模座2，凸模接头4与上模座2可拆卸连接，成型凸模3外部设有与其间隙配合的圆环形橡胶圈I 5，成型凸模3上还穿设有位于橡胶圈I 5下方的用于防止橡胶圈I5掉落的支撑板I 6，上模座2上设有多个轴向沉孔，轴向沉孔中穿设有与支撑板I 6螺纹连接螺钉，该螺钉与凸模接头2间隙配合，可带动支撑板I 6在竖直方向上运动。

下模包括下模座9、与下模座9可拆卸连接的落料凹模14以及位于落料凹模14中部的成型凹模13和冲孔模12，落料凹模14中部设有与成型凸模3同轴的台阶通孔，台阶通孔内同轴设有成型凹模13和冲孔模12，与成型凸模3相对应的成型凹模13套设在冲孔模12上并能够沿冲孔模12上下移动，所述冲孔模12与落料凹模14可拆卸连接。

详细地，落料凹模14中部设置的台阶通孔为三层台阶通孔，台阶通孔包括直径依次增大的第一通孔、第二通孔和第三通孔，冲孔模直径较大的下圆柱固定于第三通孔内；第一通孔的直径与成型凸模3的外径一致，冲孔模12呈台阶状圆柱结构，成型凹模13呈台阶状圆环结构，直径较小的上圆环与冲孔模12中直接较小的上圆柱相匹配。

下模还包括设于下模座9远离落料凹模14一侧的圆环形的橡胶圈II 11，成型凹模13底部设有能够挤压橡胶圈II 11的移动销8；在成型凸模3向下移动冲压防尘盖时，成型凸模3与落料凹模14上表面相配合能够压缩橡胶圈I 5，成型凹模13沿冲孔模12向下移动时能够通过移动销8压缩橡胶圈II 11。

详细地，下模还包括同轴设于橡胶圈II 11两端的支撑板II 10，橡胶圈II 11与支撑板II 10通过螺钉与下模座9可拆卸连接。成型凹模13与位于橡胶圈II 11上方的支撑板II 10通过移动销8连接。

成型凹模13与冲孔模12为间隙配合，橡胶圈II 11具有一定预紧力，通过移动销8将成型凹模13顶在落料凹模14内孔端面，待冲压板材15放置于成型凹模13顶部。

成型凸模3底部设有凹槽，凹槽内设有与延伸至外部的卸料杆1相连的卸料板7，通过移动卸料杆1带动卸料板7上下移动以实现卸料。上模座2顶部固定有可与压力机配合装配的模柄，所述卸料杆1延伸至模柄的外部。

详细地，上模座2与下模座9之间通过导柱连接，与外部冲压机连接的上模座2能够沿相对于下模座9上下移动。

如图4-图5所示，上模座2与外部冲压机连接，压力机带动成型凸模3、凸模接头4、橡胶圈I 5、支撑板I 6向下运动，当成型凸模3底部台阶接触到待冲压板材15时，防尘盖成形过程开始，随着压力机继续向下运动，待冲压板材15、成型凹模13一起向下运动，通过移动销8，挤压橡胶圈II 11，当待冲压板材15与落料凹模14顶部接触后，成型凸模3继续向下运动，当成型凸模3向下运动一个台阶高度后，成型凸模3端面与待冲压板材15接触，继续向下运动一个板厚的距离，完成外径的冲裁，此时待冲压板材15变成半成品16；随后成型凸模3继续压着半成品16向下运动，当运动至半成品16与冲孔模12接触时，内径的冲裁过程开始，继续向下运动一个板厚，完成内径的冲裁。

成型凸模3凹槽侧壁的底部设有台阶I，成型凹模13侧壁的顶部设有相对应的台阶II，防尘盖终成形阶段，台阶I和台阶II相配合能够进行防尘盖的翻边成形。

一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，包括如下步骤：

(1)、根据防尘盖设定的外径尺寸能够确定成型凸模3和成型凹模13的外径尺寸；

(2)、在成型凸模向下移动冲压防尘盖时，成型凸模3与落料凹模14相配合能够压缩橡胶圈I 5，成型凹模13沿冲孔模14向下移动时能够通过移动销8压缩橡胶圈II 11；橡胶圈I 5和橡胶圈II 11的外径尺寸D₁满足

其中，d₁为橡胶圈的内径、T为压力机的压力、p₁为橡胶圈的单位压力，p₁的值与橡胶圈的压缩量有关，可按照图7选取。

如图6所示，橡胶圈的高度H＝H_工作/(0.23～0.3)，其中，H_工作为橡胶圈的工作行程，0.23～0.3为橡胶圈的压缩量。

对于橡胶圈I5来说，取压缩量为0.23(橡胶圈I所需弹力小，故压缩量取小值)，H_工作为h1-h2，橡胶圈I5的高度H_I＝(h1-h2)/0.23。

对于橡胶圈II11来说，取压缩量为0.3(橡胶圈II主要克服材料的弯曲应力，所需弹力大，故压缩量取大值)，H_工作为h3，橡胶圈II11的高度H_II＝h3/0.3；其中，h1为第二通孔的高度，h2为支撑板I距落料凹模上表面的高度，h3为成型凹模下表面距冲孔模下圆柱上表面的高度。

(3)、成型凸模3底部设置的凹槽与冲孔模12相配合能够冲压防尘盖的内径；

S＝π(D₁ ²-d₁ ²)；

F＝Sp₁；

其中，S为橡胶圈的横截面积，D₁为橡胶圈的外径，d₁为橡胶圈的内径，F为橡胶圈的弹力。

由P＝T-F_I-F_II可以求出防尘盖的压延力P，F_I表示橡胶圈I5的弹力；F_II表示橡胶圈II11的弹力。

p＝10πd₂t(D₂/d₂-0.65)p^*；

p^*＝kσ；

根据上面的公式可以推出：D₂＝(P+6.5πktσd₂)/(10πkσt)，则可以计算出冲孔模的外径D₂。

其中：d₂为防尘盖的设定内径，t为冲压防尘盖用板材的厚度，k为经验系数，σ为待冲压板材所用材料的强度极限，p^*为单位拉延变形力。

(4)、成型凸模3凹槽侧壁的底部设有台阶I，成型凹模13侧壁的顶部设有相对应的台阶II，台阶I和台阶II相配合能够进行防尘盖的翻边成形，根据防尘盖设定的翻边尺寸可以确定台阶I和台阶II的尺寸。

该设计方法在考虑弯曲变形对防尘盖尺寸影响的基础上，结合产品尺寸来设计模具中冲孔模的外径以及橡胶圈尺寸，保证模具的正常使用，根据此方法设计出的模具可避免因弯曲应力造成的产品内径超差。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、冲压模具包括上模和下模，上模包括上模座以及与上模座可拆卸连接的成型凸模，下模包括下模座、位于下模座上方的台阶状圆柱体冲孔模、与成型凸模对应的台阶状圆环形成型凹模以及用于固定冲孔模的落料凹模，成型凹模套设于冲孔模的上圆柱上并能够沿其上下移动，落料凹模中部设有用于安装冲孔模和成型凹模的三层台阶通孔，所述三层台阶通孔包括直径依次增大的第一通孔、第二通孔和第三通孔，冲孔模直径较大的下圆柱固定于第三通孔内；成型凸模与成型凹模相互配合能够冲压防尘盖的外径，根据防尘盖设定的外径尺寸能够确定成型凸模和成型凹模的外径尺寸；

(2)、上模还包括与成型凸模间隙配合的圆环形的橡胶圈I以及用于支撑橡胶圈I的支撑板I；下模还包括设于下模座远离成型凹模一侧的圆环形的橡胶圈II以及位于橡胶圈II两端的支撑板II，成型凹模与位于橡胶圈II上方的支撑板II通过移动销连接；在成型凸模向下移动冲压防尘盖时，成型凸模与落料凹模上表面相互配合压缩橡胶圈I，成型凹模受压下移通过移动销压缩橡胶圈II；两个橡胶圈的外径尺寸D₁满足

其中，d₁为橡胶圈的内径、T为压力机的压力、p₁为橡胶圈的单位压力；两个橡胶圈的高度H满足H＝h_工作/(0.23～0.3)，其中，h_工作表示橡胶圈的工作行程；

(3)、成型凸模底部设有与其同轴的凹槽，凹槽侧壁与冲孔模相配合能够冲压防尘盖的内径；冲孔模外径D₂满足：D₂＝(P+6.5πktσd₂)/(10πkσt)，其中，P为防尘盖冲压内径时的拉延力，d₂为防尘盖的设定内径，t为冲压防尘盖用板材的厚度，k为经验系数，σ为待冲压板材所用材料的强度极限；

(4)、凹槽侧壁的底部设有台阶I，成型凹模侧壁的顶部设有相对应的台阶II，台阶I和台阶II相配合能够进行防尘盖的翻边成形，根据防尘盖设定的翻边尺寸可以确定台阶I和台阶II的尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，橡胶圈I的高度H_I＝(h1-h2)/0.23，其中，h_工作＝h1-h2，h1为第二通孔的高度，h2为支撑板I距落料凹模上表面的高度。

3.根据权利要求1所述的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，橡胶圈II的高度H_II＝h3/0.3，其中，h_工作＝h3，h3为成型凹模下表面距冲孔模下圆柱上表面的高度。

4.根据权利要求1所述的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，防尘盖冲压内径时的压延力P满足P＝T-F_I-F_II，其中，橡胶圈I的弹力F_I＝S_Ip₁，橡胶圈II的弹力F_II＝S_IIp₁，S_I和S_II分别为橡胶圈I和橡胶圈II的横截面积。

5.根据权利要求1所述的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，位于橡胶圈I下方的支撑板I穿设于成型凸模上，上模座上设有多个轴向沉孔，轴向沉孔中穿设有与支撑板I螺纹连接的螺钉。

6.根据权利要求1所述的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，橡胶圈II和两个支撑板II通过螺钉与下模座连接。

7.根据权利要求1所述的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，第一通孔与成型凹模上圆环相匹配，套设在冲孔模上的成型凹模能够沿冲孔模上圆柱上下移动。

8.根据权利要求1所述的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，成型凸模中部的凹槽内设有与延伸至外部的卸料杆相连的卸料板，通过移动卸料杆带动卸料板上下移动以实现卸料。

9.根据权利要求1所述的一种加工防尘盖用冲压模具的设计方法，其特征在于，上模座与下模座之间连接有导柱，与外部压力机连接的上模座能够沿导柱相对于下模座上下移动。

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