王茂松

（蕪湖雙翼機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司，安徽蕪湖241009）

1 工藝分析

圖1為掛板零件圖，材料為厚3 mm的Q195冷軋鋼板。該零件為電熱水器在室內(nèi)安裝承重結(jié)構(gòu)件，其圓弧部位要求與熱水器外桶圓弧吻合，左右對(duì)稱突起為加強(qiáng)筋，起上下方向抗扭曲加強(qiáng)作用。

圖1 掛板零件圖

圓弧面上對(duì)稱分布的腰形孔與露出外桶的螺栓，裝配連接在一起，用膨脹螺栓通過平面上的腰形孔與墻壁安裝固定，所以該零件起連接與固定作用。要求零件的強(qiáng)度、形狀、拉伸的弧度及孔的位置等，必須符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，零件表面要求平整、無影響裝配的毛刺、翹曲和壓痕等缺陷。同時(shí)作為室內(nèi)家電產(chǎn)品配件，安裝在比較潮濕的環(huán)境里，要求具有良好的裝飾與防腐蝕性能。

從圖1可以看出，掛板零件是典型的拉伸、沖裁件。與圓弧面連接的左右對(duì)稱突起加強(qiáng)筋，不但可以減少拉伸變形，更重要的是可增強(qiáng)零件的剛度，防止零件在使用過程中發(fā)生變形。零件中間圓弧面和左右兩側(cè)平面上的孔中心距尺寸公差，分別為±0.5 mm，其余尺寸公差全為自由公差，按GB/T15055-1994《沖壓件未注公差尺寸極限偏差中的m級(jí)（中等級(jí)）精度選取。

1.1 沖壓工藝分析

經(jīng)分析，在沖壓工藝上有以下結(jié)論和措施：

（1）圓弧面及加強(qiáng)筋應(yīng)同時(shí)形成，從而保證零件的平整要求。

（2）圓弧面上的腰形孔和左右平面上的孔及工件外形，依靠沖裁完全可滿足其精度要求；

（3）該零件的拉伸工序?yàn)殛P(guān)鍵工序。拉伸圓弧面靠拉伸凸模和凹模卸料板二者壓實(shí)，獲得飽滿的外形尺寸。因此拉伸工序調(diào)模要使上下模完全壓實(shí)，否則影響落料沖孔工序的正常卸料和推料。

（4）因?yàn)闆_孔和落料工序中存在非同一（平）面現(xiàn)象，將凸凹模的圓弧和平面部分分開加工制作，裝配時(shí)用銷釘定位，保證裝配尺寸精度。不但避免了加工難度，而且減少了加工工作量，為以后的日常維護(hù)保養(yǎng)提供了方便。

1.2 加工工藝流程

綜上所述，掛板零件的加工工藝流程為：

（1）剪料→（2）拉伸→（3）落料沖孔→（4）表面涂裝（除油、酸洗、表調(diào)、磷化、烘干、噴粉、流平固化）。

2 拉伸工序及模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）為避免零件拉伸時(shí)出現(xiàn)開裂和減小拉伸力，對(duì)拉伸凸模和凹模R角進(jìn)行反復(fù)修正到R4，并在拉伸過程中材料局部涂抹潔凈的45#機(jī)油，減小拉伸時(shí)的摩擦阻力，降低材料牌號(hào)、滿足工件后續(xù)噴涂的表面要求，同時(shí)能夠延長模具使用壽命。

（2）模具材料的選用。拉伸凸模、凹模和凹模卸料板均采用Cr12MoV合金鋼，并分別作熱處理到58～62 HRC和54～60 HRC。其他部件采用45#鋼，表面淬硬處理到50～55HRC。

（注：Cr12MoV合金鋼作為高碳高鉻冷作模具鋼，被廣泛應(yīng)用在沖壓行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制作中，具有良好的使用性能和工藝性能）。

（3）拉伸工序示意圖如圖2。

圖2 拉伸工序示意圖

（4）拉伸毛坯尺寸：t3×90+10×(385±0.5）。（t表示材料厚度）

（5）因?yàn)椴牧陷^厚，拉伸后表面平整度要求較高，對(duì)拉伸模具壓料板裝置了頂桿和托板，在1100 kN帶氣頂缸沖床上加工。

（6）模具示意圖如圖3。

圖3 模具示意圖

（7）模具工作過程。按規(guī)定調(diào)整沖床閉合高度，并同時(shí)開啟設(shè)備頂出氣墊氣閥，調(diào)整氣壓參數(shù)。將毛坯材料靠貼定位放置在下模壓料（卸料）板上，開動(dòng)機(jī)床，上模與下模壓料板將材料壓實(shí)，機(jī)床滑塊繼續(xù)下行直到下死點(diǎn)，接著機(jī)床滑塊上行直到上死點(diǎn)，同時(shí)氣墊通過下模壓料（卸料）板將工件頂出（卸料），完成一個(gè)工作過程。

3 落料沖孔工序及模具設(shè)計(jì)

3.1 模具設(shè)計(jì)理論及技術(shù)參數(shù)

為了保證零件表面品質(zhì)和孔位的位置，落料與沖孔采用復(fù)合工序，模具設(shè)計(jì)成落料沖孔復(fù)合模。

凸凹模間隙按GB/T16743-1997《沖裁間隙》標(biāo)準(zhǔn)選取。經(jīng)分析，掛板材料Q195屬于低碳鋼，料厚t=3 mm，零件尺寸精度介于IT10～I(xiàn)T15之間，精度要求不高，用一般的沖壓方法安全可以達(dá)到。為了降低沖裁力、減小毛刺高度和提高模具壽命，采用標(biāo)準(zhǔn)中的II類（中等）間隙，即落外形的凸凹模單邊間隙取0.24 mm，沖孔間隙加大至0.27 mm。

為方便模具設(shè)計(jì)制造，先確定落料凹模尺寸，其名義尺寸按制件成品尺寸進(jìn)行標(biāo)注，在技術(shù)要求欄中統(tǒng)一標(biāo)注“制造公差按±0.05 mm”；落料凸模尺寸按凹模的名義尺寸標(biāo)注，在技術(shù)要求欄中統(tǒng)一標(biāo)注“按凹模配制，每邊留間隙0.24 mm”，沖孔的凸、凹模尺寸，分別標(biāo)注尺寸和制造公差。

按上述間隙設(shè)計(jì)制造的模具，經(jīng)試沖和批量生產(chǎn)，表明效果較好，毛刺比較均勻，毛刺高度在0.12 mm左右，符合JB/T4129-1999《沖壓件毛刺高度》標(biāo)準(zhǔn)要求，能滿足后續(xù)涂裝工序和產(chǎn)品的使用要求。

3.2 沖裁理論計(jì)算及設(shè)備選用

（1）厚度t=3mm，材料抗剪強(qiáng)度τ=380 MPa的掛板，求其沖裁力P0。

（2）已知周長

P0= τ L t=380×1 290.28×3=1 470.919 2 kN。

（3）卸料力。卸下包在凸模上材料所需要的力，一般叫做卸料力。卸料力的計(jì)算公式為

（4）推料力。順著沖裁方向推出卡在凹模里的材料所需要的力，一般叫做推料力。推料力的計(jì)算公式為

（5）總的壓力P總=P0+Px+PT=1 529.8 kN；

機(jī)床所需要的壓力P=1.3 P總=1 988.7 kN。

按照現(xiàn)有設(shè)備規(guī)格，選用2 000 kN沖床。

3.3 模具材料的選用

模具材料的選用。沖裁刃口采用Cr12MoV合金鋼，并作熱處理到58～62 HRC。非刃口采用45#鋼，表面淬硬處理到50～55 HRC。

3.4 模具加工工藝

按照備料明細(xì)要求，將材料狀態(tài)加工到規(guī)定的技術(shù)要求。接著加工穿絲孔、螺釘裝配孔，與固定板相關(guān)連的裝配螺孔采用配制方式加工，既提高了工作效率，又保證了裝配關(guān)系。然后按規(guī)定外委熱處理，并要求外協(xié)廠提供檢測(cè)報(bào)告，合格后轉(zhuǎn)交下道工序平磨工件上下表面，確保平行度要求，然后進(jìn)行線割加工。其中凹模按兩次線割要求加工，確保工件內(nèi)應(yīng)力消除，同時(shí)滿足沖孔凹模錐度要求。合格后交付鉗工裝配調(diào)試，直至合格為止。

模具示意圖如圖4。

圖4 模具示意圖

4 結(jié)束語

由于在模具設(shè)計(jì)制造過程中，對(duì)零件結(jié)構(gòu)工藝性、技術(shù)要求和在生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的一些問題，進(jìn)行了分析和試制工作，所以工作比較順利。僅在試產(chǎn)初期落料沖孔模由于彈性器件的力量不夠，出現(xiàn)推料不暢，后加裝打料桿，問題得以解決。模具投入生產(chǎn)后，工藝穩(wěn)定，使用正常，產(chǎn)品品質(zhì)符合產(chǎn)品圖紙要求。實(shí)踐表明，該零件的工藝與模具設(shè)計(jì)方案應(yīng)用有效可行。

[1]王孝培.實(shí)用沖壓技術(shù)手冊(cè)[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]陳炎嗣.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)[M].北京：北京出版社，1991.

[3]GB/T15055-1994，沖壓件未注公差尺寸極限偏差[S].

[4]GB/T16743-1997，沖裁間隙[S].

[5]JB/4129-1999，沖壓件毛刺高度[S].

[6]陳再枝.模具鋼手冊(cè)[K].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.