杯盖冲压工艺与模具设计

翁叶帆

摘要：对于杯盖零件来说，其板料非常薄，因而要多种工序同时进行冲压，相关人员必须不同零件的结构特征，以提高生产的效率，使制造成本有效降低、简化模具的结构等作为目标，选取与制定最适宜的复合模冲压成形工艺方案。下文笔者通过零件工艺为基础，进行了成形盖杯零件的冲压模具的设计，以供参考。

关键词：杯盖；冲压工艺；模具设计

前言

冲压也就是在常温条件下，通过安装在压力机上的模具对材料进行压力的施加，使模具分离或者产生塑性变形，最终得到所需零件的一种压力加工工艺[1]。在冲压的过程中，一个重要的工艺装备是模具，利用模具生产产品，能有效地使生产效率提高，使材料节能，成本降低，同时还能有效地确保加工的质量，因而模具在现代各行各业中得到了广泛的应用。

1.模具及冲压加工工艺的主要特征

模具，是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60％—80％的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。

冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有很多独特的优势。主要表现在以下几个方面：

（1）冲压加工可以提高生产的效率，同时操作起来十分方便，使自动化及机械化得到较好的实现。这主要是由于冲压是根据冲压以及冲模机器设备来进行加工，对于一般的压力机来说，其行程次数在一分钟以内可以达到几十次，对于高速压力一分钟可以超过数百次，与此同时，在每一次的冲压行程中就有可能获得一个完整的冲件。

（2）在进行冲压的时候，因为模具可以使冲压件的尺寸和形状的精度得到保证，同时一般情况下，不会对冲压件的表面质量进行破坏，而模具具有较长的寿命，因此冲压的质量相对稳定，互换性较好，具备“一模一样”的特点。

（3）应用冲压可以进行较大尺寸范围、形状较为复杂的零件的加工，小到到钟表的秒表，大到汽车纵梁及覆盖件等，加上冲压的时候，材料会产生冷变形硬化效应，冲压的刚度与强度都较高。

（4）一般情况下，冲压不会生成切屑碎料，材料的消耗较少，同时不需其他的加热设备，因而可以节省原材料，是一种节能的加工措施，使得冲压件具有较低的成本。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。冲压是模具成型加工的的一种重要加工方法。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，一般情况下，可以直接满足于装配和使用要求。此外，在冲压过程中由于材料经过塑性变形，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高，所以，冲压件肯有质量好、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。

冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。

2.确定冲压工艺的方案

图1

如上图图1所示，其为一个常用的杯盖零件图。材料应用的是厚度为1mm的1Cr18Ni9Ti板材，为一种可以进行挤边、、冲孔以及拉深等工艺的冲压件。这个工件共有以下几种工艺方案：方案一：先进行拉深，再进行挤边，最后进行冲孔处理，应用的是单工序模生产方式；方案二：先进行拉深，再进行冲孔，最后进行挤边复合冲压，应用的是复合模生产方式；方案三：先进行拉深，再进行冲孔，最后进行挤边连续冲压处理，采用级进模的生产方式。

方案一中的模具具有相对简单的结构，但这个过程包括三道工序以及三幅模具，因而使得生产效率相对较低，很难达到零件的年产量的要求。在方案二中只需要一套模具就可以进行，较容易保证冲压件的形位精度，与此同时，具有相对较高的生产效率。即使模具结构对比方案一来说较为复杂，但是因为零件的几何形状较为简单，因此在制造模具时相对较易。在方案三中，只需要一副模具，其中生产效率相对来说也较高，但是零件的冲压精度不高。如果想要冲压件的形位精度得到有效的保证，应在模具上进行导正销导正设置，因此在模具制造与安装过程，复合模相对较为复杂，同时也具有较高的成本。分析以上三种方案，该冲压生产应用方案二最为适宜。

3.计算冲压工艺参数

3.1确定排样的设计方案

排样指的是冲裁件在条料、板料或者带料上的布置方式。排样的合理性会直接影响着材料利用率。在选取排样设计方案时，可根据本冲压件的形状、尺寸、材料等因素，择优选取具有废料的直对排排样方式。

3.2计算冲裁刃口尺寸

冲裁凸、凹模依照薮配作法进行加工。冲孔工序，以凸模作为基准，配作凹模；落料工序，以凹模作为基准，配作凸模。这一种配作加工方法的主要特点是模具间隙由配作保证，能够使基准件的制造公差放大，使制造更为简易。

3.3计算拉深工艺

利用计算可以得到拉深件需要的坯料尺寸，大小数值为47.5毫米，然后再对冲压件的相对高度以及毛坯的相对厚度进行深入的计算，与此同时，根据拉深次数进行条件的判断，冲压件可以达到一次拉深成形的目的。利用弹性压边机器装置，可以有效地避免拉深过程起皱问题的出现，因火这一零件是浅拉深，所以可弹性原件可应用弹簧。

4.模具结构及工作过程

模具结构主要包括以下几个方面：拉深凹模、拉深冲孔凸凹模冲孔凸模、弹性卸料装置、弹性压料装置、打杆推件装置、定位零件、垫板、固定零件等组成，模具应用一级后侧导柱模架。

模具的具体工作过程如下：上模下行，导套20与导柱4滑动配合，确保上下模的位置精度。利用拉深凸模7和凹模8对工件进行拉深，如果拉深行程将要结束的时候，冲孔凸模18和冲孔凹模21对拉深件底部进行冲孔处理；与此同时，在结束拉深行程的时候，挤边凸模22和凹模8对拉深件多余的筒壁高度进行挤切处理，分离工件和废料断裂，确保工件能够达到高度精度的相关要求。冲孔废料由冲孔凸模直接推下冲孔凹模洞口，拉深工件通过装在上模的刚性打料装置推出。

5.结语

利用复合冲压成形工艺，能够使杯盖类零件的冲压有效地完成，确保了零件的质量，提高生产效率，模具结构相对简单，操作较为安全且便捷，因而能给企业良好的经济效益，对同类零件的冲压模具设计具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]王孝培.冲压手册[M].北京：机械工业出版社，2013.

[2]朱正才.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3]杨太德.支架冲压工艺与模具设计[J].锻压技术，2011（10）.