一種沖壓覆蓋件成形工藝分析及切邊夾具設(shè)計(jì)

許紅伍

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215400）

1 工藝分析

圖1所示工件，材料為SUS304,料厚1.0mm，中批量生產(chǎn)。工件是一個(gè)非圓的沖壓覆蓋件，底部邊緣不整齊，最大外形尺寸為174.5×115.9×60.6。外形尺寸精度取IT12，底部邊緣要求形狀正確且光順，最大減薄率小于25%。

此沖壓覆蓋件拉深高度較高，如果在高度方向增加工藝補(bǔ)充面，拉深系數(shù)會(huì)很小，需要兩次拉深成形，切邊工序采用旋切模式，旋切模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程，節(jié)約成本，我們采用一次拉深，一次切邊（切邊的同時(shí)沖孔），一次翻邊的工藝來(lái)完成此產(chǎn)品的成形，成形過(guò)程分析如下。

圖1 工件三維示意簡(jiǎn)圖

圖2 拉深的分模面

（1）拉深工序。在保證拉深不破裂，且減薄率低的情況下盡量減小翻邊變形的高度尺寸，同時(shí)，力爭(zhēng)翻邊高度的均勻性，拉深的分模線和壓邊面設(shè)置如圖2所示。拉深采用大小為247×200的毛坯，實(shí)際用毛坯大小與模擬分析基本一致，拉深分析的效果圖如圖3，減薄率滿足要求，無(wú)裂紋，起皺現(xiàn)象也不明顯。

圖3 拉深效果圖

圖4 切邊線

（2）切邊工序。切邊參考來(lái)自CAE分析，切邊線如圖4所示。

經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算，翻邊高度滿足要求。切邊模具的制作結(jié)果直接影響到翻邊的質(zhì)量，為了確保翻邊質(zhì)量，我們可能需要多次切邊，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款切邊夾具用來(lái)確定最終的切邊參數(shù)。切邊夾具的設(shè)計(jì)我們將后續(xù)進(jìn)行說(shuō)明。

（3）翻邊工序。我們通過(guò)翻邊工序來(lái)保證最后產(chǎn)品的底部形狀和尺寸，由于翻邊高度不大，相對(duì)均勻，翻邊工藝性好。翻邊模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單和常見(jiàn)，這里我們就不再詳述了。

接下來(lái)，我們重點(diǎn)介紹一下切邊夾具的設(shè)計(jì)。

2 沖壓覆蓋件的切邊夾具設(shè)計(jì)

2.1 切邊夾具設(shè)計(jì)的意義

沖壓塑性成形的工藝尺寸的理論計(jì)算很復(fù)雜，目前要么借助CAE軟件進(jìn)行成形分析得到參考，要么借助經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單計(jì)算來(lái)確定沖壓工序尺寸，但不管采用什么方法，最終都需要通過(guò)試模來(lái)確定最終工藝尺寸。

確定最終模具的工藝尺寸最常見(jiàn)的方法通過(guò)制造模具試模來(lái)完成。先制造模具，邊試模邊修模，直到?jīng)_出合格產(chǎn)品，這個(gè)模式有很廣的應(yīng)用性。但對(duì)于帶翻邊的覆蓋件來(lái)說(shuō)，要確定翻邊前的切邊工序的切邊尺寸，試模過(guò)程需要多組試模參數(shù)，每組試模參數(shù)需要一套切邊模，這樣做顯然不合理，試模修模的方法是行不通的。目前，翻邊工序前的切邊工序的試模常采用的方法是通過(guò)簡(jiǎn)單夾具切邊，試出合適尺寸后再制造切邊模，但這種切邊夾具一般是一次性的，每組試模參數(shù)需要一套簡(jiǎn)單夾具，要得到合適的切邊參數(shù)往往需要很多套簡(jiǎn)單夾具。電火花線切割技術(shù)在模具制造過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越普遍了，此項(xiàng)目的重點(diǎn)就是針對(duì)線切割設(shè)備設(shè)計(jì)一套夾具，此夾具可以重復(fù)使用，而且通用性強(qiáng)。

2.2 夾具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

切邊夾具的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

本產(chǎn)品由兩部分組成：

（1）夾具本體部分：本體部分由夾具外框（件3）、夾具支撐座（件2）、軸套（件4）、嵌入式螺母（件7）、支撐軸（件6）、銷(xiāo)（件5）組成。在夾具支撐座（件2）的四個(gè)側(cè)面有4個(gè)等高的安裝孔，4個(gè)嵌入式螺母（件7）分別采用小過(guò)盈量的過(guò)盈配合嵌入件2的孔中；在夾具外框（件3）的四個(gè)側(cè)面也有4個(gè)等高的安裝孔，4個(gè)軸套（件4）分別采用小過(guò)盈量的過(guò)盈配合嵌入件3的孔中。夾具外框（件3）的安裝孔與夾具支撐座（件2）的安裝孔位置對(duì)應(yīng)，4根支撐軸分別從4個(gè)軸套中穿過(guò)，支撐軸（件6）與軸套（件4）形成小間隙配合，可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。支撐軸（件6）的一端有螺紋，通過(guò)螺紋連接與嵌入式螺母（件7）連接在一起，工作時(shí)可以分開(kāi)。支撐軸的另一端有周向的通孔，4個(gè)銷(xiāo)（件5）分別與4根支撐軸（件6）的通孔形成過(guò)渡配合，與支撐軸連接在一起。

圖5

（2）沖壓件定位部分：沖壓件定位部分有兩個(gè)零件，一個(gè)是沖壓件定位塊（件1），一個(gè)是緊定螺釘（件8）。沖壓件定位塊（件1）底部有通槽，通過(guò)通槽安放在夾具支撐座（件2）上；沖壓件定位塊（件1）側(cè)面有一個(gè)螺紋孔，緊定螺釘（件8）穿入此螺紋孔來(lái)實(shí)現(xiàn)沖壓件定位塊（件1）與夾具支撐座（件2）的定位和緊固。沖壓覆蓋件安放在沖壓件定位塊上，通過(guò)內(nèi)形面定位。

最佳實(shí)施方案：將夾具置于線切割機(jī)床工作平臺(tái)上；穿絲；根據(jù)沖壓件定位塊的兩個(gè)側(cè)邊找正；手動(dòng)調(diào)整電極絲到合適的位置；安放一個(gè)需要切邊的沖壓覆蓋件；編程；切割。取下切邊完成的沖壓覆蓋件；再放一個(gè)需要切邊的沖壓覆蓋件；重新編程；切割。如此反復(fù)可以得到多組切邊工藝參數(shù)，方便后續(xù)翻邊試模或切邊打樣。

切割過(guò)程中，詳細(xì)的夾具工作情況如下：為方便描述，我們將4根支撐軸（件6）分別命名為X向支撐軸、-X向支撐軸、Y向支撐軸、-Y向支撐軸。當(dāng)電極絲靠近X向支撐軸時(shí)，暫停切割，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)X向支撐軸上的銷(xiāo)（件5），帶動(dòng)X向支撐軸旋轉(zhuǎn)，直至X向支撐軸與嵌入式螺母（件7）分離，然后將X向支撐軸沿X向移出一段位移，確保避開(kāi)電極絲的前進(jìn)軌跡。此時(shí)，夾具支撐塊（件2）仍受到-X、Y、-Y三個(gè)方向的支撐軸的約束，保持不動(dòng)，沖壓件定位塊及沖壓覆蓋件也保持不動(dòng)。開(kāi)始繼續(xù)切割，當(dāng)電極絲靠近Y向支撐軸時(shí)，再次暫停切割，將X向支撐軸向內(nèi)移動(dòng)，并手動(dòng)旋轉(zhuǎn)X向支撐軸上的銷(xiāo)（件5），帶動(dòng)X向支撐軸旋轉(zhuǎn)，使其與對(duì)應(yīng)的嵌入式螺母連接，然后手動(dòng)旋轉(zhuǎn)Y向支撐軸上的銷(xiāo)（件5），帶動(dòng)Y向支撐軸旋轉(zhuǎn)，使其與對(duì)應(yīng)的嵌入式螺母分離，并手動(dòng)將Y向支撐軸沿Y向移出一段距離，避開(kāi)電極絲的前進(jìn)軌跡，開(kāi)始繼續(xù)切割。依次再對(duì)-X向支撐軸、-Y向支撐軸進(jìn)行同樣的操作，直至電極絲回到切割終止點(diǎn)。在整個(gè)切割過(guò)程中，夾具支撐塊（件2）至少受到3個(gè)方向的支撐軸（件6）的支撐和約束，始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，沖壓覆蓋件也處于靜止?fàn)顟B(tài)，定位準(zhǔn)確。沖壓覆蓋件切邊完成后，取下已經(jīng)切邊后的覆蓋件，放上另一個(gè)需要切邊的覆蓋件，重新編程，重復(fù)同樣的操作，直至得到多組不同切邊樣品。

2.3 切邊夾具的優(yōu)點(diǎn)

此夾具降低試模成本，可以使用較低成本驗(yàn)證CAE或人工分析的切邊工藝參數(shù)的合理性，為切邊模的設(shè)計(jì)與制作提供了強(qiáng)有力的參考；此夾具用在線切割機(jī)床上，夾具損耗小，夾具的壽命長(zhǎng)。另外，當(dāng)覆蓋件形狀改變時(shí)，只需要更換覆蓋件定位塊即可，切邊夾具的通用性也非常好；在線割過(guò)程中，夾具始終受到三向支撐，切邊夾具的穩(wěn)定性也是非常好的。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐證明：（1）充分合理地利用翻邊工藝可以節(jié)約覆蓋件的制作成本；（2）對(duì)于外形不規(guī)則或存在不確定性的切邊工序進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的情況下，采用夾具進(jìn)行試切是一種可選的方案；（3）線切割設(shè)備可以較好地運(yùn)用于沖壓產(chǎn)品的試制過(guò)程中。