羅 若，趙博寧

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545616）

0 引言

汽車的消聲器連結(jié)法蘭零件是一個(gè)典型的沖壓產(chǎn)品，零件結(jié)構(gòu)如圖1所示，兩側(cè)和中間孔翻邊，中間沖孔，底平面要求較高的平面度以保證裝配時(shí)平面無縫隙。該零件大批量生產(chǎn)，材料選用SPHE，厚度3mm。產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)狀是翻邊后中間孔的上沿存在開裂現(xiàn)象，以及底平面平面度和小孔圓度超差。為了解決這些問題，本文從工藝方案出發(fā)，研究并設(shè)計(jì)了新的工藝方案和翻孔模具，降低了生產(chǎn)不良品率和廢品率。

圖1 連結(jié)法蘭零件圖

1 連結(jié)法蘭零件沖壓工藝分析

原來的工藝方案為了簡(jiǎn)化工藝路線，降低模具制造費(fèi)用，采用了落料沖孔→翻邊成型的工藝路線。這個(gè)方案把側(cè)邊翻邊與中間孔翻邊設(shè)計(jì)成復(fù)合模，上下模間隙設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致翻邊后中間孔的上沿容易開裂；翻邊高度不一樣導(dǎo)致受力不均勻，直接影響了底平面的平面度和小孔的圓度[1]。

通過對(duì)產(chǎn)品的成形工藝進(jìn)行綜合分析和優(yōu)化，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，最終確定的工藝方案為：落料沖(大）孔復(fù)合、翻孔、翻邊、沖(?。┛?、整形校平。落料沖孔復(fù)合首先沖出零件要求的基本外形，并沖裁中間的大孔；翻孔工序?qū)χ虚g孔進(jìn)行內(nèi)孔翻邊；翻邊工序?qū)α慵饩夁M(jìn)行翻邊，形成最終要求的零件外形；沖孔工序沖出零件中要求的兩個(gè)小孔；最后整形校平，完成零件的加工。各工序件如圖2所示。工藝流程圖最終為原材料進(jìn)廠→原材料檢驗(yàn)、入庫(kù)→領(lǐng)料→剪料→落料、沖孔→翻孔→翻邊→沖孔→校平→檢驗(yàn)→成品入庫(kù)。

圖2 沖壓工序

2 翻孔沖壓工藝的計(jì)算

從零件的外形可以看出，翻孔工序是此零件成型的最重要的工序之一。翻孔工序不僅要考慮預(yù)沖孔的尺寸大小，還要考慮翻孔的成形極限。此零件翻孔部分的形狀為圓形，變形區(qū)主要集中在翻孔前后直徑中間的環(huán)形部分，主要受兩向拉應(yīng)力的作用，其中切向力為最大主應(yīng)力。在孔口處，切向拉應(yīng)力達(dá)到最大值，孔口邊緣處拉裂和翻孔后高度不均是翻孔最容易出現(xiàn)的缺陷。缺陷的產(chǎn)生主要由成型過程的變形程度決定的，因此變形程度對(duì)翻孔成型件質(zhì)量的好壞起著關(guān)鍵的作用。變形程度的量化表達(dá)就是用翻邊前孔徑與翻邊后孔徑的相對(duì)大小表示。如果翻邊前孔徑與翻邊后孔徑的比值小于最小極限翻孔系數(shù)，則不能一次翻孔成型，需要多次或者加熱翻孔成型。

（1）預(yù)制孔孔徑計(jì)算

在進(jìn)行翻邊之前，需要在坯料上加工出待翻邊的孔，其孔徑d按彎曲展開的原則求出[2]，即

式中：d為預(yù)制孔孔徑；D為翻孔后孔徑；H為翻孔后豎邊高度；rd為翻孔凹模圓角半徑；t為坯料厚度。

代入數(shù)據(jù) D=45.7 mm，H=15.2 mm，rd=1.8 mm，t=3 mm，計(jì)算得d=19.77 mm因此預(yù)制孔孔徑取20 mm.

（2）第一次翻邊系數(shù)

變形程度以翻邊前徑d與翻邊后孔徑D的比值K來表示。K值愈小，則變形程度愈大。翻邊時(shí)孔邊不破裂所能達(dá)到的最小K值，稱為極限翻邊[2]。

即：

式中：d為預(yù)制孔孔徑；D為翻邊后孔徑（mm）。

由于預(yù)制孔采用的是沖孔，因此取極限翻孔系數(shù)Kmin=0.43[1]。代入數(shù)據(jù)D=45.7 mm，d=20 mm，計(jì)算得K1=0.438。其值大于工件一次成型要求極限翻邊系數(shù)0.43，所以可以一次翻孔成型。

（3）翻孔力的計(jì)算

翻邊力F一般不大，用圓柱形平底凸模翻邊時(shí)，可按下式計(jì)算[2]：F=1.1π（D-d）tσs（3）

式中：F為翻邊力（kN）；d為預(yù)制孔孔徑（mm）；t為坯料厚度（mm）；σs為材料屈服強(qiáng)度（MPa）。

SPHE是深沖級(jí)熱軋帶鋼，材料性能標(biāo)準(zhǔn)中只有σb≥ 270 MPa，本例用 σb代替 σs，所作的沖裁力計(jì)算僅用于定性分析[3]。

代入數(shù)據(jù) D=42.7 mm，d=20 mm，t=3 mm，σs=270 MPa，計(jì)算得翻孔力為63.3 kN。因此選用可選用JB23-80T的壓力機(jī)即可。

（4）凸，凹模間隙[1]

由于翻邊后材料要變薄，為了保證豎邊的尺寸和精度，凸，凹模間隙可小于材料原始厚度t，一般可取單邊間隙Z/2為：

式中：t為坯料厚度（mm）

式中系數(shù)0.75用于拉深后孔的翻邊，系數(shù)0.85用于平坯料孔的翻邊

代入數(shù)據(jù)t=3 mm，計(jì)算得Z/2為2.55 mm。

3 翻孔模具設(shè)計(jì)

（1）翻孔凸模設(shè)計(jì)

翻邊凹模圓角半徑一般對(duì)翻邊成形影響不大，可取該值等于零件的圓角半徑[1]。翻邊凸模圓角半徑應(yīng)盡量取大些，以便有利于翻邊變形。設(shè)計(jì)的翻孔模具如圖3所示。

圖3 翻孔凸模

（2）翻孔模裝配圖

設(shè)計(jì)的翻孔模具裝配如圖4所示。該模具采用正裝式，因此頂件塊在下模座，壓料板在上模座。為防止壓料板影響零件表面精度，采用彈性壓料塊進(jìn)行壓料。

圖4 翻孔模具結(jié)構(gòu)

模具的工作過程如下：在合模之前，隨著上模下行，首先由彈性壓料板接觸工件，并將其壓緊；隨后凸模、凹模接觸工件，由于凸模、凹模刃口部分是圓角而非尖角，因此，上模繼續(xù)下行，凸模最前端進(jìn)入預(yù)沖孔，逐漸將工件的內(nèi)孔翻邊，而非落料沖孔；上模部分運(yùn)行到下始點(diǎn)后轉(zhuǎn)為上行，頂件塊向上運(yùn)動(dòng)，將工件頂起；待上模部分離開下模后，推件塊(壓緊塊）因受下面頂桿的作用，向上推動(dòng)工件，使其脫離凹模，工件脫落掉下，翻孔結(jié)束。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了連結(jié)法蘭零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并制定了其沖壓工藝和對(duì)其的翻孔模進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，并且經(jīng)過廠家的產(chǎn)品試制并反饋，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量可靠，從零件的生產(chǎn)來看，工藝設(shè)計(jì)是符合生產(chǎn)實(shí)際的，并取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益，可為同類沖壓產(chǎn)品工藝與模具的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。