模具工艺的设计与运用

　　非旋转类拉深件是指不绕轴线旋转所形成的曲面经拉深而成的工件。它可是方形、椭圆形或其他不规则的形状，在不锈钢板料冲压行业中较常见，如矩形件、异形件。本文例举的玻璃门拉手柄，就是其中的一种。此拉手柄需经过剪料、开料、拉深、切边、两半边焊接、磨光等工序。其中重要工序为切边，因为切边后单件产品的高度尺寸一致性及口部端面平整性尤其重要，切边质量的好与坏直接影响焊接工序的质量及焊接工艺参数的控制。因此，要使拉手柄切边尺寸保持稳定，就必须对拉手柄切边工艺和模具结构进行分析与设计。

　　1切边工艺方案的确定拉手柄是两个半边经焊接而成的空心件，使用材料304

　　不锈钢，材料厚度t=1.5mm，半边最大拉伸高度h=15mm，长度为382mm.一般情况下，按常规的加工方法：先将材料拉深为带凸缘的工件，再将凸缘切边，然后磨平口部端面，再焊接成形。这种工艺方法较易实现，但存在一些不足：工序多，效率低，且磨平面后口部高低差别较大，直接影响焊接加工。而采用其他的切边方法，也存在模具结构复杂，间隙装配一致性不易控制，模具成本高等问题。针对上述问题，在拉手柄切边加工中，采用对角切边模具，可高效优质地完成切边任务。

　　2模具结构与工作原理

　　2.1模具结构凹模

　　必须与平面倾斜一定的角度（X=20），在E处开始切边到对角F处完成切边，这种切边方法称为对角切边。上模结构较简单，主要由上模板3、凸模座4、凸模5组成。下模结构较复杂，除了常规的机械部分，还增加气动部分及控制部分。

　　机械部分：凹模座7、加强筋13固定在下模板24上，凹模倾斜固定在凹模座上，凹模内装有定位11用来调节产品的切边高度，产品的切边高度等于切刀10加料厚。顶料装置由顶料杆16、顶料杆座15、压力弹簧14、把手17组成。当切边完毕后，操纵把手推动顶料杆顶出产品和切刀，在压力弹簧的作用下回复初始位置。

　　位置开关和限制开关的常闭触点8固定于凹模座上，经导线6接到控制电路；气动部分：在垫座23上装有直径80mm无给油润滑气缸22、导向块20，导向块可在导向板25内自由滑动，压料杆18通过销钉与导向板连接，压料杆可绕销钉向下转动，用拉力弹簧19穿过压料杆再固定于导向块上，压料杆始终平行于平面；且压料杆的中心到工作台的高度H，切刀的中心到工作台的高度H，两者要相等。8mm单电控二位五通换向阀1的一端与电磁阀2经导线接到控制电路，另两端经气管21接到气缸的两个进气口上来控制气缸的工作。压缩空气（压力范围在0.051.00Mpa）经气管在L处或R处入气由气缸带动压料杆伸出或缩回；控制部分：主要由2个交流接触器、1个变压器、2个常闭按钮开关、2个常开按钮开关、1个位置开关和限制开关的常闭触点组成2个安全电压下的工作电路来控制气缸的动作。

　　2.2工作原理

　　（1）模具的安装调试先将上模固定于油压机活动支板上。按油压机点动下行按钮，凸模下行到凹模刃口的最低处F，推动凹模靠向凸模，要使凹模的B面与凸模的A面紧贴在一起，无空隙，然后将下模固定于油压机的工作台上。按油压机点动上行按钮，凸模上行到凹模刃口的最高处E，调校好油压机的上行、下行的行程开关。反复操作几次，当A、B面都无空隙时，就表明上、下模的安装已完成。如电气原理图所示，按常开按钮开关1QA，接触器线圈1KM（3）通电，交流接触器1KM闭合，接触器常开触点1KM（1）闭合形成工作回路，电磁阀YV控制换向阀，压缩空气在L处入气，使气缸带动压料杆伸出，推动垫座靠向切刀，要使压料杆的C面与切刀的D面紧贴在一起，无空隙，然后将垫座固定于下模板上。按常闭按钮开关2TA，接触器线圈1KM（3）断开，交流接触器1KM断开，电磁阀控制换向阀，压缩空气在R处入气，使气缸带动压料杆缩回，反复操作几次，C、D面都无空隙，就表明垫座的位置已调整好。

　　（2）模具的运行首先将切刀放入需切边的产品内，放置平正后，一齐将切刀和产品放入凹模中，按常开按钮开关2QA，接触器线圈2K

　　（3）通电，交流接触器2KM闭合，接触器常开触点2KM（1）闭合形成回路，电磁阀控制换向阀，压缩空气在气缸L处入气，气缸推动导向块使压料杆紧紧压住切刀，然后踩下油压机的脚踏开关，凸模下行，当凸模下行过了切边的最高处E约2030mm后，凸模碰到位置开关和限制开关的常闭触点SL，接触器线圈2KM（3）断电，交流接触器2KM断开，接触器常开触点2KM（1）断开形成断路，电磁阀控制换向阀，压缩空气在气缸R处入气，气缸拖动导向块使压料杆缩回，此时凸模继续下行，直至过凹模的最低处F，凸模在油压机下行行程开关作用下，上升到初始位置，控纵把手压向顶料杆，从凹模中把产品和切刀一齐顶出，然后取出切刀，至此完成了切边的一个工作循环。

　　3模具结构设计要点3.1控制电路的设计控制电路主要有2个安全电压下的工作回路。回路1主要是用于模具的安装和调试，相当于手动档；回路2主要用于模具的动作和使用，相当于自动档。在2个回路之前接有常闭按钮开关1TA，相当于整个控制电路的总停止开关，起安全保护作用。回路1的工作过程：通过常开按钮开关1QA、常闭按钮开关2TA使交流接触器1KM断开或闭合来控制电磁阀YV工作，通过换向阀使气缸有伸出或缩回的动作。回路2的工作过程：通过常开按钮开关2QA使交流接触器2KM闭合来控制电磁阀工作，通过换向阀使气缸有伸出的动作，直到位置开关和限制开关的常闭触点SL断开来控制电磁阀工作，通过换向阀使气缸有缩回动作。

　　RD.熔断器1TA.2TA.常闭按钮开关1QA.2QA.常开按钮开关1KM.2KM.交流接触器1KM（1）.2KM（1）.接触器常开触点1KM（2）.2KM

　　（2）.接触器常闭触点1KM（3）.2KM（3）.接触器线圈YV.电磁阀SL.位置开关和限制开关的常闭触点（行程开关）3.2压料杆的防撞装置设计如控制电路或气缸有故障时，凸模就会撞断压料杆。安装了防撞装置，凸模就不会撞断压料杆，只会撞开压料杆，如导向块和压料杆示意图所示，防撞装置的工作原理：当凸模碰到压料杆，压料杆绕销钉向下转动，避开凸模，让凸模继续下行，拉力弹簧的作用是使压料杆回复水平位置，又因为压料杆的B面顶住导向块的A面，压料杆不能向上转动，只会停留在水平位置上。

　　3.3压力设备的选用采用Y28系列四柱双动油压拉深机，公称压力2000kN，具有半自动、自动、点动功能及光电保护装置。

　　3.4凸凹模材质的选用凸凹模均采用抗耐磨冷作模具钢：Cr12，淬火硬度为5862HRC.

　　4设计计算

　　4.1切边加工的冲压力计算对角切边的切边力主要是冲裁力，即切边力F=冲裁力F0F=F0=KtLb式中：K为系数，取1.3；t为材料厚度，取1.5mm；L为口部端面中性层弧长，取785.4mm；b为材料抗剪强度，取460MPa.F=F0=1.3　1.5　785.4　460=704.5（kN）查油压机的公称压力为2000kN，故油压机的选用是符合要求的。

　　4.2直径80mm无给油润滑气缸的推力计算切刀的重量：G=V式中：为切刀的密度，取16g/cm3；V为切刀的体积，取216998.5mm3。G=16　216998.5　9.8/10000000=34（N）。查气缸的推力F=2513N，故气缸的选用是符合要求的。

　　4.3凸模的强度计算

　　凸模的强度通常要核算最小断面的压应力。凸模刃口接触应力k=Ltb/Fk（[]式中：L为冲件轮廓周长，取789.7mm；t为冲件材料厚度，取1.5mm；b为材料抗剪强度，取460MPa；Fk为凸模接触面积，取接触宽度为t/2，取680.3mm3；[]为凸模材料的许用应力，对于常用合金模具钢，取18002200MPa.k=789.7　1.5　460/680.3=800（MPa）。k<[]，故凸模的强度是符合要求的。

　　4.4凹模强度计算

　　凹模强度一般只核算其受弯曲应力时的最小厚度Hmin。Hmin=3P[弯]（b/a）（1 b2/a2）式中：P为冲裁力，取704500N；[弯]为凹模材料的许用弯曲应力，取490Mp；a为常数，取30；b为常数，取382.Hmin=3　704500490（382/30）（1 3822/302）=18.4（mm）H凹模=40mm>Hmin，故凹模的强度是符合要求的。

　　5结束语

　　该模具充分展示了机械设计、气动设计、控制电路设计的巧妙结合，设计合理，结构简单，动作安全可靠，生产效率高，工艺质量好，尺寸一致性好，适用于大批量生产，而且使用效果良好，加工质量稳定，在非旋转类拉深件的切边加工技术中有一定的新颖性、先进性、实用性。

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