CN222343976U - 一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于车辆钣金件成形制造领域，具体公开了一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，包括上、下两部分，上部分包括上模板、导套、打杆、打板、打件器、垫板、凹模和废料切刀，废料切刀紧配合打入凹模中的相应孔中，打杆、打板和打件器从上到下依次安装套入凹模中，导套紧配合打入上模板中的相应尺寸孔中；下部分包括下模板、橡胶板、卸料板、拉深凸模、落料凸模和定位销，拉深凸模与落料凸模固定安装，卸料板、橡胶板固定安装，在下模板中心孔位置紧配合打入导柱。本实用新型为两道工序同步完成复合式模具，解决了多次安装模具重复操作问题，实现了同步完成拉深、落料挤边两道工序，有效地提高产品生产效率。

Description

一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具

技术领域

本实用新型属于车辆钣金件成形制造领域，具体公开了一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，适用于车辆钣金件成形加工。

背景技术

目前，随科研样车设计的启动，高强度钢板一次拉深成形为变径管的复合模具开始制造。如图1-5所示，所示产品为一种车辆液压系统的进气变径管，属于整个车辆液压系统的重要连接件，其材料为钢板Q390，料厚1.5mm，变径管尺寸分别为ф35和ф50，高度90mm，距离管口两端8mm处各有1圈R4的压形槽。零件形状为变径管，优选方案是采用钢管材料，设计模具完成扩口及缩口工艺性能，但是此类模具必须采用设备能够封闭的工作状态下完成，有诸多限制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，包括上、下两部分，上部分包括上模板(1)、导套(2)、打杆(4)、打板(5)、打件器(6)、垫板(8)、凹模(9)和废料切刀(16)，废料切刀(16)紧配合打入凹模(9)中的相应孔中，打杆(4)、打板(5)和打件器(6)从上到下依次安装套入凹模(9)中，上模板(1)、垫板(8)和凹模(9)使用螺钉一(3)与销钉一(7)固定安装，导套(2)紧配合打入上模板(1)中的相应尺寸孔中；

下部分包括下模板(10)、橡胶板(12)、卸料板(13)、拉深凸模(18)、落料凸模(15)和定位销(21)，先用螺钉二(17)、销钉三(19)将拉深凸模(18)与落料凸模(15)固定安装，再用螺钉三(20)、销钉二(14)将拉深凸模(18)、落料凸模(15)与下模板(10)固定安装，定位销(21)紧配合打入卸料板(13)中的相应尺寸孔中，将卸料板(13)、橡胶板(12)用螺钉四(22)固定安装，在下模板(10)中心孔位置紧配合打入导柱(23)。

进一步的，所述模具左、右两侧布置导柱导套模架，在上模板(1)和下模板(10)之间设置导套(2)和导柱(23)。

进一步的，在上模板(1)与下模板(10)侧面相应螺纹孔处固定安装起重螺钉(11)。

进一步的，拉深凸模(18)顶件成形，打件器(6)与拉深凸模(18)配制成形，能够上下活动退出行腔，使凹模与凸模继续完成落料挤边工序。

进一步的，落料时，凹模设计成工件要求尺寸，凸模设计为凹模尺寸减去间隙值，拉深过程中保证打件器(6)与拉深凸模(18)在凹模落料刃口位置处，同时凸模刃口间隙配制。

进一步的，拉深凸、凹模间隙为单边0.3～0.4㎜，落料凸、凹模间隙为单边0.5～0.8㎜。

进一步的，压力机的装模高度符合模具闭合高度的要求，关系式为：

H_max-5≥H≥H_min+10，

式中，H_max、H_min为压力机的最大和最小装模高度，H为模具的闭合高度。

进一步的，通过卸料板(13)上的定位销(21)固定下料后的钢板，上模板(1)下行，打件器(6)压入拉深凸模(18)中，使钢板挤压拉深成形，模具继续下行，凹模(9)能够在打件器(6)的行程中移动，模具继续下行，打件器(6)能够上移顶回工作型腔，凹模(9)压入落料凸模(15)行程中，凹模刃口与落料凸模(15)刃口相配合落料挤边，在冲压设备气缸的作用下打杆(4)能够顶住打板(5)使打件器(6)顶住工件。

本实用新型对零件变径管采用钢板成形半圆弧后两半对焊完成，固只需要设计变径管的一半成形的模具，大大简化了模具设计的难度，同时降低了模具制造成本。为了摆脱目前落后的加工方法，本实用新型试制及验证高强度钢板拉深成形为变径管的伸展性能，保证一套模具完成两道工序的生产，有效地提高产品生产效率，降低生产成本，减轻操作者劳动强度。

本实用新型的模具结构为两道工序同步完成复合式模具，解决了多次安装模具重复操作问题，实现了同步完成拉深、落料挤边两道工序，试制及验证高强度钢板一次拉深成形为变径管的成形规律，具有有益效果如下：

1.优化模具结构，一套复合模完成拉深、落料挤边两道工序，简化了操作过程，提高产品精度，生产效率提升为原来的2倍，试制及验证高强度钢板拉深成形为变径管的伸展性能。

2.注重人机环设计，模具使用方便，简化操作流程、安全、快捷，减轻操作者劳动强度。

附图说明

图1为产品结构主视图；

图2为产品结构俯视图；

图3为半成品产品主视图；

图4为半成品产品仰视图；

图5为单件下料图；

图6为本实用新型的结构图，其中，1.上模板，2.导套，3.螺钉一，4.打杆，5.打板，6.打件器，7.销钉一，8.垫板，9.凹模，10.下模板，11.起重螺钉，12.橡胶板，13.卸料板，14.销钉二，15.落料凸模，16.废料切刀，17.螺钉二，18.拉深凸模，19.销钉三，20.螺钉三，21.挡料销，22.螺钉四，23.导柱。

具体实施方式

为了更好地了解本实用新型的目的、技术方案及功能，下面结合附图1-6，对本实用新型做进一步详细的描述，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

本实用新型的复合模能在压力机一次行程内，完成落料、冲孔及拉深等数道工序。在完成这些工序过程中，冲件材料无需进给移动。本复合模具有以下主要特点：冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置各件一致。冲件表面较为平直。适宜冲薄料，也适应冲脆性或软质材料。可以充分利用短料和边角余料。冲模面积较小。

1、计算相关力

本实用新型的模具设计需要对相关力进行计算，主要包括拉深力、落料力和卸料力。其中，拉深力按下式计算：

F_拉＝1.1πtδ_b(d-D)，

式中：F_拉为拉深力(N)，t为材料厚度(mm)，δ_b为抗拉强度(kgf/mm²)，t＝3，通过查材料手册得δ_b＝390kgf/mm²。计算得到：F_拉＝1.1πtδ_b(d-D)＝1.1×3.14×1.5×390×0.04＝80N。

落料力按下式计算：

F_落＝1.3πDtδ_b，

式中，F_落为落料力(N)，t为材料厚度(mm)，δ_b为抗拉强度(kgf/mm²)，t＝3，通过查材料手册得δ_b＝390kgf/mm²。计算得到：F_落＝1.3πtδ_b＝1.3×3.14×1.5×0.09×390＝215N。

卸料力按下式计算：

F_卸＝K_卸F_落，

式中，K_卸＝0.04，计算得到：F_卸＝0.04×215＝8.6N。

进一步地，F_总＝F_落+F_拉+F_卸＝303.6N。

可见，分析零件尺寸不大，拉深变径高度相对大，拉深力不大，故1次拉深模具即可完成拉深工序。利用PRO/E三维建模与ANSYS/LS-DYNA软件连接，在ANSYS中直接导入PRO/E几何模型进行有限元分析，分析拉深成形变化规律。

2、设备确定

设备的选用直接影响复合模具完成产品的效果、安全性、产品质量、模具的使用寿命、生产效率和制造成本等一系列问题。

对压力机所要考虑的重要参数是：压力机的许用负荷；完成工序所需要的压力；行程和行程次数；最大装模高度；压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺寸，并留有固定模具的余地及压力机精度。

从冲裁的压力和模具结构及拉深、落料特点，此套模具在普通压力机上使用即可，虽然零件尺寸不大，模具设计尺寸也不大，考虑借用冲压设备气缸顶件性能，可以选用JA31-160A闭式单点压力机。

3、模具结构

现有的复合模存在一定问题，如凸、凹模内、外形间的壁厚或内形与内形间的壁厚都不能过薄，以免影响模具强度及模具寿命。另外，冲件不能漏下，需要解决出件问题。出件机构的设计有以下几种类型：(1)顶杆应能使顶板有效地顶出工件，又不能太长，以致在行程下极点受力。(2)顶出装置要有足够的位移量，可以容纳几个工件。(3)压力机上的顶出装置，只在接近行程上极点时才起作用。(4)有气源的车间，尽量利用压缩空气吹件。(5)顶板如有足够位置，应安装弹簧顶销，避免工件吸住顶件器。(6)顶板不能安装弹簧销时，可开通气槽以利压缩空气将工件与顶板分开。设计复合模，送料、卸料及取料问题是主要难点。

在模具设计时：(1)由于拉深尺寸为变径管，拉深高度不一致同时还有筋包，分析拉深过程中钢板变径位置局部会发生变形褶皱，打件器形状尺寸必须与拉深凸模尺寸配制，配制间隙是设计关键。(2)落料凸模配合装入拉深凸模固定位置上，用螺钉及销钉安装定位，与凹模工作完成落料挤边工序。(3)凸、凹模刃口尺寸设计及间隙配合关系非常重要，需要仔细斟酌。(4)落料挤边工序，由于切边边距太小，凹模与落料凸模中筋包位置很难完成无缝挤边，凹模上增加废料切刀，更好保证达到零边距落料。(5)借用冲压设备气缸顶件性能使用打杆打件作为顶件装置，经济实用；卸料装置采用高强度橡胶板及卸料螺钉共用，操作比较简便。(6)模具采用左、右两侧布置的导柱导套模架，对模具导正作用发挥最大。(7)导入PRO/E几何模型进行有限元分析，分析拉深成形变化规律，对拉深凸、凹模进行补偿，有效避免由于拉深成形带来的尺寸超差。

本实用新型为一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，也即拉深、落料挤边复合模，具体模具结构如图6所示。主要有上模板1、下模板10构成，上模板和下模板之间设置导套2和导柱23，模具采用左、右两侧布置的导柱导套模架。

4、主要零部件

拉深凸模

模具结构确定后，凸、凹模设计是整套模具设计的关键。拉深凸模顶件成形，打件器必须与其配制成形，还能上下活动退出行腔，使凹模与凸模继续完成落料挤边工序。

落料凸、凹模

落料凸、凹模设计是整套模具设计的关键，根据设计原则：落料时凹模设计成工件要求尺寸，凸模设计为凹模尺寸减去间隙值。凹模设计行腔尺寸必须深，拉深过程中必须保证打件器与拉深凸模在凹模落料刃口位置处，才能更好成形，同时凸模刃口需要间隙配制。由于切边边距太小，凹模与落料凸模中筋包位置很难完成无缝挤边，凹模设计增加废料切刀，保证更好完成零边距落料挤边工序。

凸、凹模及凸凹模的间隙

模具冲裁间隙是指凸模与凹模工作部分的刃口尺寸之差。冲裁时凸、凹的间隙直接影响产品的质量，过大的间隙将会使产品毛刺过大；间隙过小，引起工件材料厚度变薄甚至冲不下来，影响产品质量，同时降低模具使用寿命，因此模具间隙必须合理，从模具结构，模具翻边理论间隙：Z＝T_max+CT，式中：T_max为板料厚度最大极限尺寸(㎜)，T为板料厚度的基本尺寸(㎜)，C为系数(从模具制造手册中查出)。经理论计算，拉深凸、凹模间隙为单边0.3～0.4㎜。模具落料时凹模做成工件要求尺寸，凸模为凹模尺寸减去间隙值。经理论计算，落料凸、凹模间隙为单边0.5～0.8㎜。

顶件、卸料装置

由于零件尺寸不大，拉深高度还可以，材料也不厚，借用冲压设备气缸顶件性能使用打杆打件，采用高弹性能橡胶板及卸料螺钉同时卸料，比较经济适合。

导柱、导套、螺钉、销钉、起重螺钉、打杆、卸料螺钉、废料切刀等按照国际标准手册及冷冲模具标准手册选用标准件。

5、主要零部件材料的选用

拉深凸模、凹模、落料凸模材料

由于拉深材料采用特殊高强度钢板，钢板刚性强硬度大，拉深成形性能未定，成形边缘容易产生裂纹，考虑模具使用寿命，拉深凸模、凹模、落料凸模材料均选用具有较高的淬透性、硬度、耐磨性和塑性，变形小、价格较低的T10A工具钢，适用于多道冲裁；热处理硬度：56～62HRC。

打件器、垫板、卸料板材料

打件器、垫板、卸料板、打杆、打板的材料均选用强度较高，塑性和韧性较好的45号钢，成本低；热处理硬度：40～45HRC。

模具其它部件的材料选用碳素结构钢Q235，生产成本低。

6、主要零部件加工要求

拉深凸模、凹模、落料凸模、打件器设计要求

凹模、拉深凸模、落料凸模、打件器在组合时，要求装配间隙控制在0.1～0.2㎜之间，平面度要求在0.2～0.4㎜范围内。制作各种凸模及凹模时，先粗铣外形，钻孔攻丝后淬火至56～62HRC，再使用慢走丝线切割加工外形刃口，工作部分尺寸再进行精加工。凸、凹模单件用设备加工完成后，还需进行抛光研磨处理，保证光洁度要求，提高产品质量。

模具的组装

整个复合模分为上、下两部分。上部分由上模板1、导套2、打杆4，打板5、打件器6、垫板8、凹模9、废料切刀16组成；先将废料切刀16紧配合打入凹模9中的相应孔中，打杆4、打板5、打件器6按照图6位置安装，将上述三件一起套入凹模9中，上模板1、垫板8、凹模9使用螺钉3与销钉一7固定安装，导套2紧配合打入上模板1中的相应尺寸孔中，上部分安装完毕。下部分由下模板10、橡胶板12、卸料板13、拉深凸模18、落料凸模15，定位销21、起重螺钉11组成；先将拉深凸模18、落料凸模15与螺钉17、销钉三19固定安装，再用螺钉20、销钉二14与下模板10固定安装，定位销21紧配合打入卸料板13中的相应尺寸孔中，按照图6下部分将卸料板13，橡胶板12用螺钉22固定安装，在下模板10中心孔位置紧配合打入导柱23，最后在上模板1与下模板10侧面相应螺纹孔处固定安装起重螺钉11，模具安装完毕。

7、模具的闭合高度

模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上、下模座间的距离。它同时也应该与压力机的装模高度相适应。

压力机的装模高度则是指滑块在下止点位置时，滑块地面至工作台板上平面之间的距离。一般压力机滑块里的连杆具有一定的调节量，当压力机连杆调至最短时，为压力机的最大装模高度；当压力机连杆调至最长时，为压力机的最小装模高度。

压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求。其关系式为：

H_max-5≥H≥H_min+10，

式中，H_max、H_min为压力机的最大和最小装模高度，H为模具的闭合高度。

如果模具的闭合高度太小，则在使用时需在压力机的工作台上加垫板。模具闭合高度必须小于所选压力机的装模高度。

此套复合模的闭合高度＝上模板+垫板+凹模+落料凸模+下模板-3-12＝158mm。

8、模具的安装

压力机的工作台有上、下两个平台，安装模具时，将模具的上模安装在压力机的上平台上，模具下模安装在压力机的下平台上。下平台通常都有螺栓通孔及安装空槽，通过压板和螺栓压紧固定连接。上平台要根据压力机的工作台的结构而定。

打杆连接：上台面的中心有一个圆孔，圆孔锁紧打杆连接，通常同时还要使用压板和螺栓压紧固定连接。

压板和螺栓连接：上平台上面有螺栓通孔及安装空槽，需要通过压板和螺栓压紧固定连接。

燕尾槽连接：上平台上面有T型槽，需要配合燕尾槽连接。

此复合模设备选用JB21-50T压力机，上、下平台都有螺栓通孔及安装空槽，通过压板和螺栓压紧固定连接即可。

9、模具工作过程

工作行程开始时，卸料板上定位销位置固定下料后的钢板，上模下行，打件器6逐渐压入拉深凸模18中，使钢板挤压拉深成形，模具继续下行，使凹模完全移动在打件器行程中，完成拉深工序；模具继续下行，打件器上移顶回工作型腔，凹模压入落料凸模行程中，凹模刃口与落料凸模刃口相配合落料挤边，在冲压设备气缸的作用下打杆4顶住打板5使打件器6顶住工件，工件落下，同时在废料切刀的挤压作用下切开单件边口，废料自然离开凸模并靠自重落下，卸料板在橡胶板的挤压及卸料螺钉的工作行程中弹回，使卸料板顶出多余废料，自行取出，冲压过程完毕；复合模具一次完成单件两道工序生产，直接冲裁出零件。

本实用新型的模具能够获得如下效果：

(1)优化模具结构，一套复合模完成拉深、落料挤边两道工序，简化了操作过程，提高产品精度，生产效率提升为原来的2倍，试制及验证高强度钢板拉深成形性能，降低了模具制造成本；

(2)注重人机环设计，模具使用方便，简化操作流程、安全、快捷，减轻操作者劳动强度；

(3)利用有限元软件进行分析，对拉深凸、凹模进行补偿，有效避免由于拉深成形带来的尺寸超差；

(4)模具中落料挤边工序，由于切边边距太小，凹模与落料凸模中筋包位置很难完成无缝挤边，凹模上增加废料切刀，保证更好达到零边距落料，借用冲压设备气缸顶件性能使用打杆打件，采用高强度橡胶板卸料装置等结构，使模具结构设计紧凑、完美，缩短了生产加工周期，降低了模具成本，保证完成批量生产，提高了生产效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，其特征在于，包括上、下两部分，上部分包括上模板(1)、导套(2)、打杆(4)、打板(5)、打件器(6)、垫板(8)、凹模(9)和废料切刀(16)，废料切刀(16)紧配合打入凹模(9)中的相应孔中，打杆(4)、打板(5)和打件器(6)从上到下依次安装套入凹模(9)中，上模板(1)、垫板(8)和凹模(9)使用螺钉一(3)与销钉一(7)固定安装，导套(2)紧配合打入上模板(1)中的相应尺寸孔中；

下部分包括下模板(10)、橡胶板(12)、卸料板(13)、拉深凸模(18)、落料凸模(15)和定位销(21)，先用螺钉二(17)、销钉三(19)将拉深凸模(18)与落料凸模(15)固定安装，再用螺钉三(20)、销钉二(14)将拉深凸模(18)、落料凸模(15)与下模板(10)固定安装，定位销(21)紧配合打入卸料板(13)中的相应尺寸孔中，将卸料板(13)、橡胶板(12)用螺钉四(22)固定安装，在下模板(10)中心孔位置紧配合打入导柱(23)。

2.根据权利要求1所述的一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，其特征在于，所述模具左、右两侧布置导柱导套模架，在上模板(1)和下模板(10)之间设置导套(2)和导柱(23)。

3.根据权利要求1所述的一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，其特征在于，在上模板(1)与下模板(10)侧面相应螺纹孔处固定安装起重螺钉(11)。

4.根据权利要求1所述的一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，其特征在于，拉深凸模(18)顶件成形，打件器(6)与拉深凸模(18)配制成形，能够上下活动退出行腔，使凹模与凸模继续完成落料挤边工序。

5.根据权利要求1所述的一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，其特征在于，落料时，凹模设计成工件要求尺寸，凸模设计为凹模尺寸减去间隙值，拉深过程中保证打件器(6)与拉深凸模(18)在凹模落料刃口位置处，同时凸模刃口间隙配制。

6.根据权利要求1所述的一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，其特征在于，拉深凸、凹模间隙为单边0.3～0.4㎜，落料凸、凹模间隙为单边0.5～0.8㎜。

7.根据权利要求1所述的一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，其特征在于，压力机的装模高度符合模具闭合高度的要求，关系式为：

H_max-5≥H≥H_min+10，

式中，H_max、H_min为压力机的最大和最小装模高度，H为模具的闭合高度。

8.根据权利要求1所述的一种高强度钢板一次拉深成形为变径管的模具，其特征在于，通过卸料板(13)上的定位销(21)固定下料后的钢板，上模板(1)下行，打件器(6)压入拉深凸模(18)中，使钢板挤压拉深成形，模具继续下行，凹模(9)能够在打件器(6)的行程中移动，模具继续下行，打件器(6)能够上移顶回工作型腔，凹模(9)压入落料凸模(15)行程中，凹模刃口与落料凸模(15)刃口相配合落料挤边，在冲压设备气缸的作用下打杆(4)能够顶住打板(5)使打件器(6)顶住工件。