电机端盖冲压工艺与模具结构设计

1 零件的结构分析

如图1 所示为某公司生产的压缩机专用电机端盖，该材料是冷轧钢板，厚度达到1.2mm，在端盖底部有直径为31mm 的中心孔，该中心孔高度为14mm 有效长度。为提高电机端盖刚度，因而设计R2mm 的弧度，直径为41mm 的孔径侧壁与底部连接弧度为R4mm，大孔配合尺寸为直径120mm 圆度为0.05mm，与￠31mm 的孔径同轴度达到￠0.06mm、有效尺寸长度保证20mm，在端盖的上部位置有三个￠10mm 的孔。该端盖在成型工艺中主要包括落料、拉伸、翻边、冲孔、切口等工序。由于其为结构复杂且带有凸缘的拉伸件，因此在加工过程中要求所采用的材料应当具有良好的延展性。

原有冲压生产线中，其中包含了一台自动送料设备和两台型号为NC-200 的冲床以及两台型号为NC1-150 的冲床，此外还与两台电磁机械手和一台的清洁干燥设备。上述设备是组成冲压生产线的主要设备，其中NC1-150 冲床只能够承受一个工位，不能进行多工位加工，而对于NC2-200 这种型号的冲床则能够承受四个工位，可实现同步加工。因此针对这种类型的加工工序和生产线中，共有十个工位能够提供加工实用，其中零件加工工序传递方向和送料方向是彼此垂直的。

图1 电机端盖零件

根据电机端盖冲压零件中的加工工艺规程，其通常是与加工零件的质量以及企业经济效益、劳动效率具有直接联系。研究学者提出，任何一款零件都有诸多种加工方法，但是不论采取哪种方法均需要遵循统一的加工原则：①要根据实际加工条件，确定科学合理的零件加工流程；②要对加工零件的图纸进行详细分析，详细掌握零件的结构和形状特点以及材质和精度要求，只有这样才能够提高零件的加工质量以及加工效率。此外，在机床加工方案确定时，还需要结合零件的结构确定零件的加工流程，并且提出具有针对性的加工方案。加工路线主要是解决数控机床如何确定加工刀具的走位问题，加工路线在一定程度上会直接影响零件加工精度，因此需要合理制定加工路线。

2 冲压工艺设计分析

2.1 毛坯直径的确定分析

该零件的凸缘直径是在df=φ144mm，其相对凸缘直径df=/d=144/120=1.2，结合《冲模设计手册》有关资料表明，可以选取凸缘余量为3.5mm，而零件加工的凸缘直径为df=df+2≤151mm，如果按照等面积的方法来进行计算，则毛坯的下料直径D 为φ248mm。

2.2 冲压工艺的实际分析

由于本研究的零件为复杂冲压零件，其冲压的工艺主要涉及拉伸以及冲裁这个工艺技术。针对上述两种工艺技术，首先是需要完成拉伸类型工艺，等到零件拉伸完成后再进行冲裁工艺技术操作，这样能够完成零件的冲压工艺整个流程操作。通常，普通零件加工工艺的流程路线是：拉伸-反拉伸-整形。而冲裁冲压工艺为：下料-切边-冲孔-冲侧舌等工序，最后获得零件成品。在对零件加工工艺分析之前，需要对于零件图样进行详细分析，确定其整体结构和形状是否满足加工设备的加工要求以及尺寸大小是否在合理范围内等相关问题。

2.3 冲裁工艺设计分析

为使加工过程中废料顺利排出，确保顺利完成模具的加工设计，需要将侧面的孔位和平面的孔位进行分离加工，可确保后续废料排除。对于本研究的零件，有多个侧面冲切位置，在每一处之间均存在较小的夹角，该夹角的度数在30°之内，因此无法去放置一个工位并完成后续加工工序。这种情况下需要把冲侧面的孔位以及侧面止口所分为冲侧孔和冲侧舌的两个工位来实现后续加工。

2.4 拉伸工艺设计分析

该零件的拉伸类型工艺比较复杂，包含了反拉伸、拉伸以及整形等多种工序内容。其中整形工序是安排在零件成型工序之后，冲裁类型工艺之前，因此对于整形工序是可以通过安排六个左右的工位来实现加工的。对于上述五个工位均属于拉伸工序，这些工序加工的零件内容安排以及实际的设计是该零件冲压工艺设计的重点所在，也是对于当前整个模具的设计以及生产制造的关键所在。

3 模具设计

第一，拉伸工艺分析。零件是属于大小直径差值比较大的零件，同时对于大直径的部分会带有凸缘，相比小直径部分深度要大。因此，完成大直径部分拉伸之后，再开展小直径部分拉伸工序。从一定程度上来看，大直径拉伸在成形之后，需要将所有材料全部置于大直径当中，如图2 所示。

图2 拉伸大小直径

第二，电机端盖的模具在这一过程中是由拉伸和冲裁两个部分构成的，可使用侧刃切口实现定位并确定布局，需要从右边到左边进料，为实现模具下落过程中保持法兰边缘处于同一水平线，此外，在拉伸时可使用倒装结构。拉伸成形工艺的确定.通过相关分析，端口较小的直径部分拉伸成形直径是零件拉伸的重点部位，小直径的部分拉伸成型通常都是有两个方案：①反拉伸成形；②阶梯拉伸成形。针对这一方案在拉伸过程中第1 步位反拉伸，是将材料拉入成形区域，使其形成一定形状之后，第2 步拉伸缩小直径，第3 步反拉伸预成形轴承室，第4 步再拉伸缩小轴承室的尺寸，使其尺寸直径达到35mm，进而可形成图2 所示的拉伸小直径。由于在第1 步中采用反拉伸可极大程度上消除大直径拉伸成形产生的硬化强度，便于金属流动，可为后续工序成形提供便利条件，并显著减少压力，防止出现零件拉裂的问题。

第三，各个模具在加工过程中要求保持一定的闭合高度，这样能够便于模具在运行过程中以及电磁机械手工作过程中保持一致。此外，对于第一个工位由送料机进料，第二道第十个工位均是在120mm 内腔进行定位，切边，之后每一个工位都会增加相对应的角色定位且以单孔的凸缘作为基准。需要注意的是在确定冲膜压力中心时，由于压力中心是合力的作用点，其中心点如果选错会影响后续操作，导致滑块导轨和模具导向部分不正常，进而出现零件磨损问题，无法保证合力间歇，影响制品质量，降低模具的使用寿命。

电机端盖多工位连续模主要是由十个工位所构成的，其是受到实际加工环境制约的，模具在总体的设计过程中是需要注意下面两点的；第一是第一个工位和第六个工位为单工序模具，第二个工位到第六个工位是为子模；第七个工位到第十个工位的子模能够组成一个大的模具，从而连续组成多个模具。第二是因为该模具的工件是需要通过电磁机械手来进行传递的，其自身的工作平面是距离工作太200mm 左右，这种情况的出现也要求了每一个子模都需要配置相应的浮动托料板，这样在开模过程中，每一个脱料板上面的平面距离工作面可控制在200mm 范围内，进而保障加工工序的准确度。

由于这种零件为变薄精挤，零件与模具间的存在严重的摩擦作用力，在生产中除要求模具具备较高光洁度外，对于模具润滑和表面处理是十分重要的。为确保模具寿命延长，需要对模具工作零件表面采用高温气相沉积TiN 涂层，能够显著提升模具耐磨性能，在润滑液比较中最终采用二硫化钼。通过这种方式设计的模具具有良好的工作表面以及润滑性能，最终能够使所生产零件表面光洁度较高，可实现零件顺利脱模。此外，在压力机选择过程中，模具运行时需要对零件部分进行修整，之后对其余尺寸精整。总之，为了确保零件的质量与数量，需要精确巧妙的设计电机端盖模具。

4 结语

总而言之，当前压缩机所使用到的电机端盖十个工位模具是市场开发的新产品。本研究通过针对电机端盖冲压成形工艺进行分析，能够确定电机端盖的冲压工艺方案，并且对于压力的工位设计以及模具的结构设计能有更加清晰的思路，通过本研究能够为模具设计人员提供经验借鉴。目前，我国在冲压工艺的实际设计和模具的设计、生产制造以及调试等环节中也取得了较大的成果。