高精度儀表零件精沖結構分析與質量控制

張會橋

（中山技師學院，廣東 中山528436）

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高精度儀表零件精沖結構分析與質量控制

張會橋

（中山技師學院，廣東 中山528436）

摘要：精沖件的尺寸精度主要取決于模具的制造精度、刃口狀態(tài)、材料的種類、厚度、金相組織、零件的幾何形狀的復雜程度、工藝潤滑、力學性能參數(shù)以及壓力機的選用與調整等?；诰軟_裁件的質量要求，對高精度儀表零件精沖結構設計進行分析，以保證精密沖裁加工件質量控制。

關鍵詞：沖裁；質量；凸模；凹模

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，越來越多的產品依賴模具加工，模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎。模具質量好壞直接影響產品的質量，模具的質量不僅表現(xiàn)在制造質量，也表現(xiàn)在安裝調整維護保養(yǎng)等方面的后續(xù)工作質量。精密沖裁是采用塑性加工，切削加工藝術，在一次沖壓行程即可獲得高表面粗糙度和高尺寸精度沖裁零件的工藝方法。廣泛用于汽車、摩托車、紡織機械、農用機械、電腦、家用電器、儀器儀表、量具等精密沖裁領域。精密沖裁是一種新型的金屬壓力加工方法，可以取代扁平類零件的機械加工，具有優(yōu)質、高效、低耗的特點，技術經濟效果十分顯著，是一項很有發(fā)展前途的先進沖壓工藝因此，在模具在加工過程和質量控制中，要采取相應的措施。。

1　精密沖裁件的質量要求

精密沖裁技術是通過改進模具來提高制件精度，改善斷面質量的，是當今沖壓工藝中的尖端成形技術。用精密沖裁加工出來的工件，表面粗糙度可達Ra3.2～0.20 μm尺寸精度可達IT8～IT9級。精密沖裁技術可以輕易實現(xiàn)無瑕疵切邊，而使用傳統(tǒng)沖裁三分之二有瑕疵。

1.1尺寸精度要求

精沖件的尺寸精度主要取決于模具的制造精度、刃口狀態(tài)、材料的種類、厚度、金相組織、零件的幾何形狀的復雜程度、工藝潤滑、力學性能參數(shù)以及壓力機的選用與調整等。根據(jù)JB-T 9175.2-1999精密沖裁件質量標準的規(guī)定，精沖件尺寸公差精度等級要求是目前精沖工藝實際能達到的經濟精度要求。實際上，精沖件尺寸公布的極限偏差極小，并且尺寸一致性好，公差一般都在0.01 mm之內?？砂磮D樣規(guī)定的要求檢查驗收。

1.2剪切面質量要求

精沖件剪切面質量包括表面粗糙度、表面完好率和允許的撕裂等級三項內容。剪切面粗糙度一般要求為Ra2.5～0.2 μm，測量位置沿剪切厚度的中心部位，測量方向垂直于沖裁方向。表面完好率是指剪切終端存在表層剝落或鱗狀表層剝落時，光潔剪切面最小部分占材料厚度的百分比。精沖性能最好或料厚較薄的零件，一般表面完好率可達I級，精沖性能良好料厚較厚的零件。一般表面完好率可達到II～III級。撕裂等級表示在精沖后，零件斷面被撕裂的程度。標準規(guī)定允許撕裂程度分4個等級。在實際生產中，一般都采用標準樣件作為評定精沖件表面完好率和允許撕裂的依據(jù)，標準樣件由試沖的零件中選取。在以后的生產中，以此做為對比，確定質量合格程度。

剪切面的垂直度公差，一般內形的垂直度要比外形高。

1.3塌角與毛刺

精沖件塌角的大小取決于工件的幾何形狀、材料的強度與厚度。在給定材料厚度和材料種類的條件下，圓角半徑和夾角越小，塌角的寬度和深度越大。精沖件的毛刺是不可避免的，但要比普通沖裁小得多。對毛刺的一般要求是：當沖裁刃口鋒利時，一般毛刺要求高度允許在0.01～0.08 mm范圍內。

2　精密沖裁加工件質量控制

2.1形狀與尺寸精度的控制

2.1.1提高模具的制造精度

精沖件尺寸精度一般要求IT8～IT9級。為了達到尺寸精度，其模具精度應高于制件精度1～2個量級，模具制造精度要達到IT6～IT8級以上，在設計及制造模具時，一切按高標準要求。精沖模的模架要精密，導向要準確。采用滾動導向模架以適應由于精沖壓力較大，凸、凹模間隙很小的精密沖裁形式。精沖模要求模架、凸模、凹模、推板齒圈壓板等部件強度及剛度要好，相互配合精度要高，不允許在精沖時產生彈性變形。凸、凹模材料及熱處理要求嚴格，加工精度要高、裝配穩(wěn)固、相對位置精確，并保證正確且均勻的間隙值。模具應裝備能實現(xiàn)較大產沖裁力、壓料力以及反壓力和卸料、推件力的可靠裝置。模具在裝配及使用時，必須嚴格控制凸模進入凹模的深度，以免損壞刃口。精沖模工作零件應設計有相應的儲存潤滑劑的結構，以保證良好的潤滑，并要適當考慮工作部分的排氣方法。當模具制造精度達到高標準要求時制品零件的形狀、尺寸偏差就最小，且一致性好，公差就能達到所要求的范圍。

2.1.2凸、凹模刃口要保證良好的表面狀態(tài)

精沖模在使用過程中，始終保持凸、凹模刃口良好的表面狀態(tài)，是確保制品形狀、尺寸精度的基礎。即在加工現(xiàn)制造模具時，除了要保證凸、凹模等工作零件的形狀、尺寸精度、熱處理硬度要求及表面質量外，模具在工作一段時間后要經常檢查、修整，使其間隙應保持大小合理、各向均勻一致；凸、凹模刃口不一定要鋒利，要按原始設計要求，保證倒角或圓弧的大??；表面質量要光潔、硬度要適中，以保證沖裁形狀和尺寸精度的穩(wěn)定性。

2.1.3選用適宜的精沖材料

零件材料的種類、熱處理狀態(tài)金相組織及板料厚度偏差有大小對精沖件尺寸精度都有很大影響，適宜精沖的材料應具有低的屈服強度和抗拉強度，且要有較高的伸長率和斷面收縮率。這樣才有較大的變形能力，在精沖過程中不致發(fā)生撕裂現(xiàn)象。最理想的金相組織是球狀組織，一般金屬材料應經球化退火后再進行精沖，可獲得尺寸、形狀較高精度的沖件。

2.1.4確定合理的精沖零件形狀

為了保證精沖件的質量精度，必須要十分注意精沖件的結構工藝性。精沖件的結構工藝性主要表現(xiàn)在零件形狀及其圓角半徑、槽寬、懸臂、環(huán)寬、孔徑、孔邊距、齒輪模數(shù)等。在確定精沖件形狀時，應在不影響使用的情況下，盡量簡單、規(guī)則、避免尖角。最好按行業(yè)有關標準，如JB-T 9175.2-1999實現(xiàn)精沖的標準進行設計。否則會使工序增加，加大工序的累積誤差，影響沖件精度，所選擇的零件形狀最好一次精沖加工成形。

2.1.5選用合理的壓力設備

零件在精沖時，由于精沖間隙很小又需要較大的沖裁力、壓料力、反壓力，其大小及精度高低對精沖件影響很大。這就要求壓力機應具有沖裁、齒形壓板施壓，推（頂）件塊反推等三重動作和相應的壓力以及卸料力與推件力，且要求這些動作及其施壓的先后順序能按精沖工藝過程的需要諧調進行，其壓力大小能按工藝需要進行調節(jié)。壓力機還應具有很高的導向精度和剛性好的床身結構；沖裁工作速度應小于15 mm/s，并應在5～15 mm/s范圍內根據(jù)材料種類和厚度進行調節(jié)；滑塊的限位精度不低于±0.01 mm，以便嚴格控制凸模進入凹模的深度。

2.2剪切斷面質量控制

2.2.1提高剪切表面粗糙度

影響精沖件剪切斷面表面粗糙度的因素有模具沖切元件凸、凹模的表面粗糙度、刃口狀態(tài)、潤滑劑、壓力機以及精沖件的材料種類、強度、金相組織和厚度等。其中凸、凹模的表面粗糙度和刃口狀態(tài)是主要影響因素。應采取措施：（1）設法提高沖模沖切元件（凸、凹模）的表面粗糙度等級。模具工作表面的Ra值越小，工件剪切面的Ra值也相應減少，表面越光滑。為了達到這個目的，就要對沖模凸、凹模工作表面進行研磨及拋光、拋去刃口上由于電加工所留下的痕跡，防止它在工作時，在工件的剪切面上產生劃痕面影響表面粗糙度等級。（2）使用良好的潤滑劑進行潤滑。良好的潤滑劑能形成一種耐壓耐溫的薄膜附著在金屬表面上，并將新生的剪切面和模具工作表面隔開，借以減少摩擦、散發(fā)熱量而達到提高剪切面表面光潔度的目的。

2.2.2提高剪切斷面表面完好率

在精沖過程中，影響斷面表面完好率的因素有凸、凹模的間隙、壓邊圈齒形參數(shù)、刃口圓角、壓邊力、反壓力、搭邊以及原材料等。主要措施：（1）保證沖裁間隙合理與均勻。要隨著精沖過程的進展和材料厚度的變化，不斷及時地調整凸、凹模間隙，使其在合理間隙下工作，不致圩使終端表層脫落，以保持斷面的表面完好率。（2）合理選擇齒圈壓板的齒形參數(shù)。在設計制造精沖模時，應根據(jù)材料及材料厚度等來確定合理齒圈壓板的齒形參數(shù)，以保證表面完好率的提高。還要正確修磨刃口圓角，適當確定齒圈壓邊力的大小，要保證反壓力與壓邊力的匹配，合理地確定搭邊及間距值。

2.2.3適當控制斷面的撕裂程度

在精沖過程中，設法增大齒圈壓力使材料始終在被壓緊，防止材料橫向流動，以減少撕裂的發(fā)生；增大V形齒圈壓力，或采用上、下兩座V形齒圈（δ＞4 mm時）；增大凹模圓角半徑；將材料在沖壓前進行球化退火，或在使用允許的情況下，更換適宜精沖、塑性較好的材料；增大條料寬度，即適當增大搭邊及間距值；改進制品形狀，在使用允許的情況下適當加大制件的圓角半徑。

2.3表面質量控制

精沖件的表面質量包括表面平直度、剪切面對平面的垂直度及毛刺、塌角的大小。對于這類質量的控制，應根據(jù)不同的質量狀況，分別采取不同的措施及方法給予解決。如對于精沖件易產生毛刺，應磨削凸模刃口中，調整增大凸、凹模間隙；對于塌角過大，應磨削凹模刃口平面，采用較小圓角半徑及設法增大反推板的壓力；對于剪切面有較大錐度除應磨削刃口表面、采用小的凹模圓角外，還應預防凹模變形即采取增加凹模套的預壓力或將凹模增加預緊套，使?jié)櫥筒灰^多，使其流走或減少潤滑油的涂抹。并采用正火后的材料以及檢查頂件板是否頂件時平穩(wěn)、頂（推）件是否彎曲或長短不一，并給以適當更換等方法進行解決，以排除由于各種因素的出現(xiàn)，對表面質量的不良影響。

3　高精度儀表零件精沖舉例

3.1落料－整修與光潔沖孔復合精沖

料厚t≥2～3 mm的薄板與中厚板沖載件，外廓與內孔壁沖切面要求光潔、平整，尺寸精度要求較高，通常高于IT9級；平面度要求小于0.0 mm/（100 mm×100 mm）的高精度小尺寸儀表零件，可采用如圖1所示落料-整修與光潔沖孔復合精沖模。動作過程：落料凹模6、整修凹模1，用內六角螺釘與圓柱銷緊固在加厚的下模座上。待沖條料放在落料凹模6表面上，落料與整修凹模的外廓沿送出料兩端，有彈頂托料板2，裝在下模座上。上模下行開始精沖前，彈壓卸料板5將條料緊緊壓在落料凹模6表面上，凸凹模4落料沖出毛坯，并將其推出落料凹模洞口，落在整修凹模刃口上。凸模繼續(xù)下行完成工件的沖切面整修工作。與此同時，沖孔凸模8進行圓刃口微間隙光潔沖孔。上模完成精沖向上回程時，條料由彈頂托料板2頂起，兩個帶鉤拉桿9接觸杠桿10，將精沖件及整修廢料環(huán)一并從模腔中頂出。而后用壓縮空氣將精沖件與廢料吹卸至零件箱。

圖1　落料－整修與光潔沖孔復合精沖模結構

落料毛坯的整修余量0.3～0.4 mm；沖孔凸模的圓刃口取R≤0.2 mm的圓角，沖孔間隙（單邊）C＜0.01 mm，與料厚無關。落料凹模采用外斜0.5°～1°的斜壁，使落料毛坯受壓縮進入其凹模洞口，以利于提高沖切面質量。

3.2沖載件的復合光潔沖裁

對于料厚t≥1 mm、尺寸精度高于IT10級，內孔與外廓沖切面都要求光潔平整，且其垂直度公差≤0.5°的精密儀表零件，推薦采用如圖2復合光潔沖裁模實施。該沖模為適應光潔沖裁所必須的大的壓力承載，采用加厚導柱與加厚上下模座的高精度加厚型滑動導向模架。其模芯整體結構采用倒裝式；光潔落料凹模8，沖孔凸模6和7都裝在上模；凸凹模9、彈壓卸料板3都裝在下模。落料凹模采用0.5°斜壁，刃口具有R≤0.2 mm小圓角，采用單邊間隙≤0.01 mm且與料厚無關的微間隙，實施光潔沖裁；沖孔凹模采用鋒利直壁洞口，而沖孔凸模刃口要具有R≤0.2mm小圓角，單邊沖孔間隙取≤0.01 mm.其沖壓動作過程與倒裝結構普通復合沖裁模無別。設計沖模時注意：（1）因為光潔沖裁比相當普通沖裁壓力要大1倍以上，沖壓功大2倍，選用設備推薦采用J21系列開式雙柱固定臺壓力機或J23系列開式雙柱可傾壓力機為宜，這類壓力機架剛度較好。采用閉式O型機架壓力機更好。（2）光潔沖裁卸料（件）力比普通沖裁卸料力大2倍以上，故推薦用碟簧、高強度聚氨酯橡膠作為卸料與卸件以及壓料的彈性元件。（3）沖孔凸模應采用更好的高強度、高耐磨材料。必要時應進行剛度校核，盡量縮小其長度。

圖2　復合光潔沖裁模的典型結構

參考文獻：

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Fine-Blanking Molds'Structure Analyze and Quality Control of High Accuracy Meter Parts

ZHANG Hui-qiao
（Zhongshan Technician College，Zhongshan Guangdong 528400，China）

Abstract：Fine-blanking molds'dimensional accuracy depends largely on manufacturing accuracy，conditions of the cutting edges，categories、thickness and metallogrophic structure of material，the parts geometrical shape complexity，technological lubrication，？mechanical parameters and the selection and adjustment of the punching machine，etc.Based on the quality request of delicate blanking parts，the paper analyze the high precision meter parts'blanking structure design and certify the quality control of the precision blanking processed pieces.

Key words：blanking；quality；force plug；cavity die

中圖分類號：TG386

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）03-0255-03

收稿日期：2015-12-18

作者簡介：張會橋（1962-），男，遼寧人，本科，高級講師，工程師，從事機械制造及自動化相關教學與研究。