圓形底板成形工藝分析

【摘要】本文分析了底板零件沖壓工藝，選擇最佳工藝方案并介紹方案設(shè)計(jì)中沖壓時(shí)出現(xiàn)的難題及其對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】工藝分析；沖壓；基本工序；模具設(shè)計(jì)

一、底板零件簡(jiǎn)單介紹

圖1所示為汽車上某零件底板，該底板是回轉(zhuǎn)圓形，材料為10鋼，材料厚度為3mm，中間有孔和環(huán)形槽，都有一定公差要求，零件還有個(gè)高度較高的凸臺(tái)，該件因?yàn)樯婕暗狡嚨男旭偘踩珕?wèn)題，所以要求零件精度較高所用板料較厚，因此成形方法與常用薄板有所不同。

二、底板基本成形沖壓順序分析

（1）首先為了得到底板材料需采用落料工序，沿封閉輪廓線沖切下部份為零件或其他工序需要的毛坯，落料則根據(jù)坯料精度要求而定。（2）底板中間有孔，為了沖孔需要沖孔工序。（3）底板邊緣以內(nèi)的環(huán)形槽及凸臺(tái)形狀，則需要拉伸工序?qū)⒘慵煽招牧慵＃?）為了得到底板豎立的邊緣，要進(jìn)行翻邊工序?qū)⒘慵梢欢ń嵌戎边?。?）零件經(jīng)過(guò)拉伸翻邊后，要準(zhǔn)確保證左右的尺寸公差不可能，因此為了保證高度尺寸，在翻邊前應(yīng)該加一道切邊工序，通過(guò)分析基本上確定零件的工序。

三、底板沖壓加工工序方案分析

（1）零件沖壓加工可能出現(xiàn)的工藝方案。方案一：落料——沖孔——拉伸——切邊——翻邊。方案二：落料——拉伸——沖孔——切邊——翻邊。分析沖壓工藝方案一沖孔工序在拉伸工序前面，由于孔大拉伸時(shí)沖好的孔會(huì)發(fā)生變形影響孔精度，所以這樣不能確保沖孔的孔尺寸精度，想要保證沖孔尺寸不發(fā)生改變，只能將沖孔工序放在拉伸工序后面，因此方案一沖壓方案行不通。從沖壓工藝方案二過(guò)程來(lái)看沖孔工序在 拉伸工序后，保證孔的尺寸沒(méi)有問(wèn)題，在拉伸沖孔后進(jìn)行切邊，在翻邊后保證尺寸也能夠做到，但是經(jīng)過(guò)工序加工出來(lái)的零件都有拉裂現(xiàn)象，產(chǎn)品零件不合格。為什么看起來(lái)行的工序制造的零件不合格？從零件出現(xiàn)拉裂的地方檢查發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品出現(xiàn)拉裂問(wèn)題主要是凸臺(tái)部分。（2）底板凸臺(tái)產(chǎn)生裂口分析。凸臺(tái)是零件成形的關(guān)鍵，沖壓時(shí)，材料可能要承受兩個(gè)方面的作用力即壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，如果材料只受到壓應(yīng)力不可能裂口，只會(huì)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，只有受到拉應(yīng)力時(shí)才能裂口，因此可以確定采用方案二拉伸時(shí)材料受到了超過(guò)材料抗拉強(qiáng)度的拉應(yīng)力。（3）底板凸臺(tái)裂口解決方案。從上分析提出三種方案：增大材料的抗拉強(qiáng)度；減少材料內(nèi)部受到拉應(yīng)力；降低凸臺(tái)周圍的材料的變形拉力。增大材料的抗拉強(qiáng)度，即材料抗拉強(qiáng)度與材料的種類有關(guān)，材料選定后其抗拉強(qiáng)度就定下來(lái)了，所以增大材料的抗拉強(qiáng)度是不可行的。減少材料內(nèi)部受到拉應(yīng)力是不是可行？由于材料內(nèi)受的拉應(yīng)力與脹形變形程度有關(guān)，而變形前后的尺寸是確定的，故脹形變形程度不能改變，因此此方法也行不通。如果能將凸臺(tái)周圍變成在成形凸臺(tái)時(shí)也是弱區(qū)，凸臺(tái)周圍的坯料在成形凸臺(tái)時(shí)就會(huì)發(fā)生變形，即凸臺(tái)周圍的材料能向凸臺(tái)變形區(qū)流動(dòng)。由于不能在零件上隨意沖孔而改變底板零件原有結(jié)構(gòu)，因此只能利用底板原有孔Φ，即在成形凸臺(tái)前，預(yù)沖一個(gè)減輕變形的工藝孔。再次沖孔該安排在何處？首先看安排在切邊前是否可行，如果安排在切邊前，切邊時(shí)對(duì)孔的精度并沒(méi)有什么影響，但是在切邊后還有翻邊整形，會(huì)對(duì)孔的精度造成影響，所以再次沖孔只能安排在翻邊整形后。至此，該零件的沖壓加工工藝方案確定為：落料—預(yù)沖Φ77mm工藝孔—拉伸—切邊—翻邊—沖孔。

四、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

零件最終的尺寸、形狀靠翻邊整形工序進(jìn)一步加工，以達(dá)到零件的尺寸精度要求，獲得輪廓清晰的凸臺(tái)，零件屬于中厚板沖壓成形，成形力大，我們采用摩擦壓力機(jī)，但摩擦壓力機(jī)工作特性模具閉合高度不能準(zhǔn)確控制，這樣不利于保護(hù)模具精度和保證沖壓件的質(zhì)量，所以只有在零件加工工藝方案和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取措施，通過(guò)對(duì)模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)克服上述不足，達(dá)到理想沖裁效果。該模具的最大特點(diǎn)是利用固定在上模座且均勻分布在凸模四周的4塊導(dǎo)向塊進(jìn)行導(dǎo)向，導(dǎo)向塊與凹模外徑相接觸的圓弧面半徑應(yīng)與凹模外徑一樣大，裝配時(shí)，導(dǎo)向塊圓弧面應(yīng)緊貼凹模外緣。另外導(dǎo)向塊下平面應(yīng)超出凸模下端面15mm～20mm，目的是在凸模下降時(shí)，凹模先進(jìn)入導(dǎo)向塊導(dǎo)向。隨著滑塊的不斷下降，導(dǎo)向塊與凹模外緣的接觸面積不斷增加，最后在充分導(dǎo)向的情況下，凸模進(jìn)入凹模完成切邊。在這一過(guò)程中，由于導(dǎo)向塊和凹模有一定的剛度且裝配精度高，足以克服壓力機(jī)精度不足所引起的沖壓件質(zhì)量問(wèn)題。解決模具封閉高度不準(zhǔn)確的方法是在與導(dǎo)向塊對(duì)應(yīng)的下模座上也固定4塊限位塊，用以限制模具的閉合高度，以保證模具不受過(guò)大的沖擊。