文/高志生，管明文，許剛·蘇州東風(fēng)精沖工程有限公司

多臺(tái)階復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的精沖工藝研究

文/高志生，管明文，許剛·蘇州東風(fēng)精沖工程有限公司

對(duì)多臺(tái)階復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的精沖工藝進(jìn)行了研究，分析了成形原理，對(duì)工藝進(jìn)行了分析和優(yōu)化，介紹了縱向連續(xù)精沖工藝的應(yīng)用，并做了工藝試驗(yàn)。結(jié)果表明，采用縱向連續(xù)精沖工藝，極大地提高了零件的尺寸精度，是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件沖壓的有效方法。

精沖技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了零件剪切面的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。隨著精沖技術(shù)的發(fā)展，精沖工藝由單工步落料沖孔復(fù)合精沖工藝，發(fā)展到多工步連續(xù)精沖工藝，再到縱向連續(xù)精沖工藝及多工步縱向連續(xù)精沖工藝。精沖件的復(fù)雜程度也在不斷提高。由最初的平板落料件，到簡單成形件，再到如今的具有復(fù)雜成形特征的零件。

縱向連續(xù)精沖工藝的特點(diǎn)，就是在同一個(gè)工步順序完成不同成形內(nèi)容。本文選擇了一個(gè)典型的多臺(tái)階結(jié)構(gòu)的零件作為研究對(duì)象，通過對(duì)其精沖成形工藝進(jìn)行分析研究，介紹縱向連續(xù)精沖工藝的原理及應(yīng)用。

工藝分析

零件結(jié)構(gòu)

圖1所示為零件結(jié)構(gòu)尺寸。

該零件有三個(gè)臺(tái)階，零件尺寸及形位公差要求為，φ50mm和φ38mm半沖孔公差分別為±0.02mm和±0.015mm，且φ50mm和φ38mm半沖孔底面平面度為0.1。

此零件可采用多工步連續(xù)精沖，沖壓過程的受力情況如圖2所示，F(xiàn)1是落料和成形力；F2是落料時(shí)的壓邊力；F3是反頂力；F4是半沖成形的壓料力。從圖2中可以看出，沖壓該零件需要有4個(gè)單獨(dú)作用的力，僅靠精沖機(jī)床自身提供的3個(gè)力（這3個(gè)力是指去掉F4的F1、F2和F3，如圖3所示)是存在風(fēng)險(xiǎn)的。

圖1 零件結(jié)構(gòu)尺寸

圖2 多工步連續(xù)精沖工藝受力圖

圖3 靠精沖機(jī)床自身提供的3個(gè)力的受力圖

半沖成形時(shí)沒有壓料力，半沖部位的材料就會(huì)發(fā)生流動(dòng)，引起平面的形變，同時(shí)在連接部位會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力過大時(shí)還會(huì)產(chǎn)生裂紋（圖4)，對(duì)零件的使用性能造成較大影響。

圖4 變形情況示意圖

另外，該工藝的第一步成形的φ38mm內(nèi)孔公差較嚴(yán)，在第二步?jīng)_壓時(shí)如果發(fā)生變形，則該尺寸就會(huì)超差。為避免φ38mm孔的變形，可以采用在同一工步成形φ50mm和φ38mm半沖孔的方案，如圖5所示。

圖5 改進(jìn)工藝受力圖

此方案增加了φ50mm和φ38mm半沖孔的壓料力F4和F5，可以保證兩處的平面度；兩半沖孔在垂直方向上分步進(jìn)行，最終成形時(shí)兩半沖孔凸模均在孔內(nèi)，避免了成形時(shí)的孔徑變形，可以很好的保證孔徑尺寸精度。

工藝試驗(yàn)及分析

兩種方案進(jìn)行工藝試驗(yàn)

⑴采用二工步連續(xù)精沖工藝。第一步成形φ38mm半沖孔，第二步成形φ50mm半沖孔和落料。圖6為該工藝沖壓零件的斷面放大圖。

圖6 二工步連續(xù)模沖壓件斷面放大圖

從圖6中可以看出，兩臺(tái)階處的平面均發(fā)生了明顯的變形，測量數(shù)據(jù)如圖所示，平面度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了圖面的要求，同時(shí)因φ38mm與φ50mm之間的平面變形引起了φ38mm孔的孔徑收縮，造成了孔徑的超差。

⑵采用縱向連續(xù)精沖工藝。圖7為縱向連續(xù)精沖工藝的模具結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖7可以看出，在沖壓過程中，共使用了5個(gè)力，其中半沖和落料力F1是由機(jī)床主沖力油缸提供；落料時(shí)的壓邊力F2由機(jī)床的壓邊力油缸提供；零件的退料力和反頂力F3是由機(jī)床的反頂力油缸提供；F4和F5是增加的輔助力，F(xiàn)4用于提供φ38mm半沖孔的成形力、φ50mm半沖孔的壓料力和退料力，F(xiàn)5用于提供φ38mm半沖孔的壓料力和退料力。

圖7 縱向連續(xù)精沖模具

圖8為縱向連續(xù)精沖工藝沖壓零件的斷面放大圖，從圖8中可以看出，各臺(tái)階面的平面度都非常好，經(jīng)檢測，幾個(gè)關(guān)鍵尺寸全部達(dá)到要求。

圖8 縱向連續(xù)模沖壓件斷面放大圖

試驗(yàn)分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用縱向連續(xù)精沖工藝生產(chǎn)的零件，平面度及尺寸均比普通連續(xù)模生產(chǎn)的零件有極大的提高。該工藝的要點(diǎn)在于：增加了兩個(gè)輔助力，輔助力通過特殊結(jié)構(gòu)施加在模具上，為零件成形提供了必要的成形力和壓料力，實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)工步中的三個(gè)動(dòng)作（半沖φ38mm的孔，半沖φ50mm的孔和落料)，保證零件尺寸的精度。

結(jié)束語

縱向連續(xù)精沖工藝為復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)提供了一種高效、可靠的加工方法?？v向連續(xù)精沖工藝的優(yōu)點(diǎn)十分突出，但縱向連續(xù)模的結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，對(duì)模具設(shè)計(jì)的要求及模具制造的精度要求都很高，相信隨著精沖技術(shù)和模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，縱向連續(xù)精沖工藝將會(huì)應(yīng)用于越來越多的復(fù)雜結(jié)構(gòu)精沖件的生產(chǎn)。