上板冲压工艺及模具设计改进

摘要：针对上板的具体结构及原设计的拉延模，在对其成形特性进行分析的基础上，通过改进原加工工艺及模具结构的安排，实现了一模多用。从而，减少了模具数目、降低了生产成本、提高了生产效率、保证了产品质量。
　　关键词：上板；冲压；工艺；模具；设计；改进

　　如图1所示的上板为某批量生产的军用装甲车辆上的零件，采用2mm厚616装甲钢制成，由于结构及功能上的需要，其板面需拉延出两个阶梯浅筒，同时在筒底要成形出多处加强筋，成形后的底面要求保证平面度为0.5mm，以便与相应结构的下板组合后，能在其结合面间添加适当的复合材料，通过特殊处理后，达到既有抵抗枪弹冲击能力，同时又具有“三防”的功能。



图1 上板结构简图

1 工艺分析及原加工的不足
　　该零件外形尺寸较大，二处拉延阶梯筒体直径分别为φ1100及φ600，拉延高度均仅为4mm，属于浅拉延。
　　根据工件高度h与最小直径d之比h/d及材料的相对厚度（t/D）×100、凸缘相对直径等参数，依照阶梯形件拉延次数的判断条件可知，该件可以一次拉延成功。
　　考虑到零件外形尺寸较大，各筒体拉延高度仅为4mm，约等于(1.5～2)t=3～4mm，基本上属于局部成形，零件的成形难度不大。因此，模具设计成上、下模结构，通过直接压制而获得形状，由于模具结构较为简单，此处不再详述。
　　模具设计、制造后，加工出的零件出现较大翘曲，导致平面度严重超差，为保证产品要求，需手工校正，但由于所用 616 装甲钢既有良好的韧性又有较高的强度，加之料较薄、弹性大、使得手工校正困难较大，而对零件中心孔φ350的加工，由于整个零件外形尺寸及加工孔的直径较大，使钻床难以装夹、无法加工，必须在大型立式车床或镗床上才能完成，这种机械加工方式不但造成了装夹的困难，同时生产效率也较低且费工费时，不利于批量生产及企业效益的提高。

2 原因分析
　　针对零件平面度超差，结合零件结构分析后认为：几处拉延部位距外形边缘直边距离及板料中心孔的距离均不大，拉延时易引起边缘材料的部分转移，也易造成外形收缩的畸形。而多处不对称布置的各种成形筋的存在，一方面加重了板料各处受拉部位中的不均匀性，使整个板料所受拉应力不平衡；另一方面，又一定程度上加剧了拉延过程中，材料流通的不畅趋势。而在模具结构设计中，为降低模具成本，又没有采用压边及校正措施，从而未从模具结构上对板料的平整性进行控制，这一切最终导致了零件过大的不平整。

3 工艺方案改进
　　为满足零件平面度的要求，增加材料拉延时的流动性能显然是一种行之有效的方法，经过在坯料中部率先加工出φ200的预制孔，然后再成形出各阶梯筒及成形筋的试验表明，该工艺措施对于零件平面度有着较大的改善，由于零件中心部位的筒底材料向筒壁发生了流动，使预制孔出现了严重变形。
　　由此可见，采用在坯料中部先加工出φ200的预制孔后，再进行成形的工艺方案是可行的，对提高零件平面度是有效的，但板料中部的φ350孔仍需要成形后加工。
　　考虑到该零件不便于机械加工，对中部孔宜采用压力加工，但零件外形大，模具外形也大，必将造成模具费用的增加，经分析零件结构，查阅资料后，决定改进模具结构，使模具在完成拉延及成形后，通过适当的变化，实现零件的中部孔冲切及零件平面的校正，达到一模多用。

4 模具设计改进
4.1 改进后的模具结构
　　针对加工上板出现的工艺难点，通过在拉伸上模1中部加装预冲孔凸凹模3，在拉延下模2中部适当位置加装与预冲孔凸凹模3相配的预冲孔凸模4后，原模具结构便被改进设计成上板拉延及冲中心孔两用模，如图2所示为上板预冲孔及拉延状态结构简图。



1拉延上模 2拉延下模 3预冲孔凸凹模 4预冲孔凸模 5聚氨酯块
图2 上板拉延模结构图

4.2 预冲孔及拉延工作原理
　　改进后的模具仍置于Y28-450液压机上加工，工作过程分零件成形及卸料二阶段。
　　首先，坯料置于拉延下模2上平面的适当位置，压力机下移，预冲孔凸凹模3内形与拉延下模2上与之相配合的预冲孔凸模 4刃口接触，首先将坯料的预冲孔冲切出来，随着压机的缓缓下移，拉延上模1与拉延下模2共同作用，将预冲孔后的坯料拉延并成形出来，由于拉延与成形过程中，材料能从坯料的外缘及内孔较自由地流动。因而，零件的平整性得到了较好的保证。
　　随着压力机滑块的上行，聚氨酯块5发生弹性回复，将成形好的坯料部分翘起，整个零件通过手工卸下。至此，整个卸料完成，压力机转入下个工作循环。
4.3 冲中心孔工作原理
　　当零件全部成形后，半成品转入中心冲孔，上板中心孔冲切及零件平面校正结构图，如图3所示。



1拉延上模 2拉延下模 3预冲孔凸凹模 4预冲孔凸模 5固定螺钉 6垫块 7聚氨酯块

图3 上板中心孔冲切及平面校正结构图

　　模具工作时，首先在预冲孔凸凹模3及上模板之间开设的缺口处安放垫块6，同时用固定螺钉5与上模板连接好，随后将成形好的半成品置于模具拉延下模2型腔中，随着压机滑块的下行，预冲孔凸凹模3外形与拉延下模2中与之相配合的拉延下模2中的刃口接触，将坯料中心孔冲切出来，随着压机的再次缓缓下移，拉延上模1与拉延下模2共同作用，对已拉延及成形后的零件进行校正，进一步控制并保证零件大平面的平面度要求。
　　随着压力机滑块的上行，聚氨酯块7发生弹性回复，将冲切中心孔的废料推离型腔，整个零件卸料通过手工进行。至此，完成整个零件的加工。
4.4 设计要点
　　（1）该套模具，既能完成坯料的拉延和成形，又可实现零件中心孔的加工和整个成形零件校正，其中预冲孔凸凹模3内孔是成形预冲孔的凹模，外形为冲切中部中心孔的凸模，它与拉延下模相应部位配合完成预冲孔及中部孔的冲切，保证单面间隙为0.11～0.15mm。
　　（2）该套模具在进行零件中心孔加工时，必须先在预冲孔凸凹模3及上模板之间开设的缺口处安放垫块6，同时用螺钉5与上模板固定连接好，以防止垫块6在工作中移动。
　　（3）考虑到模具外形大，拉延上模1、拉延下模2均采用分块结构，直接固定在相应的固定板上（结构简图中未表示），以节省材料费用。

5 结束语
　　上述工艺方案及模具改进完成后，零件一次试冲合格，生产的零件经检验，完全达到图纸要求。由于实现了一模两用，从而使一套模具能完成拉延及成形、冲孔两套模具的工作任务，既减少了模具数量，生产效率又得到了提高，操作人员工作条件得到改善，目前，模具工作正常，产品质量稳定。