銜鐵成形工藝與級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)

杜建霞

（甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 甘肅 天水 741001）

0 引 言

銜鐵是接觸器中重要的零件之一，也是成形難度較大的零件之一，其質(zhì)量影響接觸器的關(guān)鍵參數(shù)、電性能和使用壽命。銜鐵形狀如圖1所示，之前采用多副模具分步?jīng)_壓成形，第1副模具為復(fù)合模，沖內(nèi)孔、翻孔底孔、成形外形；第2副模具對(duì)中間圓孔翻孔；第3副模具對(duì)翻孔部分整形，即冷擠壓。這種成形工藝導(dǎo)致零件生產(chǎn)成本高，適合新產(chǎn)品研發(fā)初期試制和小批量生產(chǎn)。隨著產(chǎn)量的增大，設(shè)計(jì)了自動(dòng)送料、自動(dòng)沖壓的級(jí)進(jìn)模，該模具在生產(chǎn)中存在送料不穩(wěn)定、銜鐵無(wú)法滿足圖紙尺寸精度、表面粗糙度等要求。針對(duì)存在的問(wèn)題及零件批量生產(chǎn)的需要，對(duì)銜鐵成形工藝及級(jí)進(jìn)模排樣方案進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖1 銜 鐵

1 銜鐵工藝性分析

銜鐵材料為電工純鐵DT4，材料硬度低，塑性與韌性都較好，易擠壓成形。銜鐵形狀、尺寸、精度等要求如圖1所示。銜鐵上、下兩大面為磁系統(tǒng)中的吸合面，不僅平面度、平行度要求高，且外形、內(nèi)孔要求無(wú)毛刺，基本無(wú)塌角。銜鐵中間高2.0 mm、外徑φ17.8 mm、內(nèi)徑φ13.8 mm的圓孔部位是成形的難點(diǎn)，該圓孔部分雖類似于普通翻孔，但成形要求比普通翻孔高。普通翻孔如圖2所示，翻孔豎邊口部壁厚變薄嚴(yán)重，翻孔外壁存在較大錐度，翻孔口部和根部有較大圓角，翻孔端面有撕裂、毛刺等。而該銜鐵中間圓孔部分成形要求如圖3所示，孔壁厚度不小于料厚，且孔壁部分無(wú)錐度，翻孔的口部不能有圓角，翻孔根部最大圓角為R0.2 mm，要求翻孔端面光滑，且翻孔端面與銜鐵底面有平行度要求，翻孔內(nèi)徑φ13.8 mm為過(guò)渡配合孔，且該孔兩端都為裝配入口端，尺寸精度和表面粗糙度要求較高。

圖2 未整形的普通翻孔

圖3 整形后的銜鐵翻孔部分

2 原銜鐵排樣方案及成形工藝驗(yàn)證分析

原銜鐵排樣方案如圖4所示，先在材料寬度兩邊沖雙排導(dǎo)正孔、翻孔底孔，再雙排導(dǎo)正、翻孔、整形，然后沖4×φ2.2 mm孔、粗切外形、精切外形、壓毛刺、校平，最后切邊、出件。中間圓孔部位采用翻孔后整形工藝，經(jīng)過(guò)3次整形，4×φ2.2 mm孔在中間圓孔部位就近工位沖裁，減少誤差累積，保證4×φ2.2 mm孔與中間圓孔的位置尺寸精度。銜鐵上、下兩大面平面度、平行度要求高，且外形棱邊要求無(wú)毛刺，基本無(wú)塌角，所以外形部分采用粗切邊后再精切邊工藝，同時(shí)增加壓毛刺、校平工位。整個(gè)零件外形采用切邊方式，最后從模具上方氣吹出件，零件毛邊一致，兩大面平面度比較好。

翻孔、整形各工位主要工藝尺寸如圖4所示，因翻孔后孔壁變薄，翻孔凹模、第一次和第二次整形凹模與翻孔外徑之間的間隙較大，翻孔外徑尺寸是自然變形所得，其外徑大小隨翻孔高度變化而變化，整個(gè)工藝尺寸按翻孔高度變化設(shè)計(jì)。翻孔底孔尺寸忽略整形時(shí)材料的輕微變化，按照整形前后體積不變?cè)瓌t預(yù)先確定，最后按實(shí)際尺寸輕微調(diào)整。

從理論上分析，該排樣設(shè)計(jì)緊湊、合理，能滿足零件尺寸及成形要求，但經(jīng)沖壓生產(chǎn)驗(yàn)證，存在以下問(wèn)題：①中間圓孔內(nèi)壁局部有類似環(huán)形的凹槽；②中間圓孔局部有拉傷痕跡、導(dǎo)正孔有拉傷、輕微變形；③4×φ2.2 mm圓孔、外形與中間圓孔的位置有偏移，尺寸超差；④料帶送料不穩(wěn)定，有被拉扯情況。經(jīng)過(guò)檢查、分析及驗(yàn)證，出現(xiàn)上述問(wèn)題的原因可能有以下2點(diǎn)。

（1）由于中間圓孔部位翻孔后口部和根部存在較大圓角，孔壁厚度明顯小于料厚，翻孔外壁存在較大錐度，翻孔后整形時(shí)，翻孔部分材料受到擠壓而流動(dòng)，翻孔高度由高變低，孔壁厚度由薄變厚，翻孔壁、翻孔端部部分材料流到翻孔口部，填充口部圓角，翻孔根部圓角部位材料又流到翻孔壁及其它位置，消除根部圓角。在這一變形過(guò)程中，翻孔部位材料變形量、變形程度不同，材料流動(dòng)不均，流動(dòng)所受阻力不同，其中翻孔外圓因切向變形更大，存在較大錐度，而內(nèi)孔切向變形較小，基本無(wú)錐度，所以內(nèi)孔壁摩擦面大，所受摩擦阻力大，孔壁部分材料在流動(dòng)變形過(guò)程中產(chǎn)生褶皺，導(dǎo)致圓孔內(nèi)壁出現(xiàn)凹槽。

（2）翻孔部位在整形過(guò)程中，由于受到擠壓，翻孔端部、根部材料向翻孔壁、口部圓角處流動(dòng)，引起翻孔周圍材料也出現(xiàn)一定的流動(dòng)變化，導(dǎo)致包括導(dǎo)正孔在內(nèi)的相關(guān)形、孔位置發(fā)生變動(dòng)，各形、孔與中間圓孔的位置尺寸增大。這種材料流動(dòng)導(dǎo)致的尺寸變化雖然較小，但因?yàn)槎喙の徊骄嗾`差累積，在送料導(dǎo)正時(shí)，料帶被拉扯而向后移動(dòng)，最終導(dǎo)致整形后中間圓孔壁和導(dǎo)正孔壁出現(xiàn)拉傷、輕微變形，4×φ2.2 mm圓孔、外形與中間圓孔的位置偏向一側(cè)，尺寸超差。

針對(duì)上述問(wèn)題，增加整形工位卸料板的彈壓力，同時(shí)增加翻孔后整形次數(shù)，由起初的3次整形變?yōu)?次整形，以減小每工位整形時(shí)材料的變形量，避免材料向翻孔周圍流動(dòng)，同時(shí)盡可能減小孔內(nèi)壁的褶皺。經(jīng)試模驗(yàn)證，增加整形工位壓力及整形次數(shù)并不能阻止材料向四周流動(dòng)，也不能消除孔內(nèi)壁凹槽、刮傷等問(wèn)題。

3 銜鐵排樣方案及成形工藝的改進(jìn)

根據(jù)原排樣方案及成形工藝存在的問(wèn)題、原因分析及驗(yàn)證總結(jié)，對(duì)排樣方案及成形工藝進(jìn)行了以下改進(jìn)。

（1）導(dǎo)正孔和導(dǎo)正方式的改進(jìn)。根據(jù)沖壓成形特點(diǎn)，先后設(shè)置了2組導(dǎo)正孔，采用2種不同的導(dǎo)正方式。在翻孔、整形階段，因材料從翻孔部位向四周流動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)正孔位置偏移，無(wú)法精確導(dǎo)正，所以在此階段采用間隙較大的粗導(dǎo)正方式，保證料帶按設(shè)計(jì)步距順利送料，待中間翻孔部位整形完成后的各工位成形時(shí)不再出現(xiàn)類似的材料流動(dòng)，再?zèng)_切1組導(dǎo)正孔對(duì)料帶進(jìn)行精確導(dǎo)正，成形除中間翻孔部位以外的形狀（包括外形）、4×φ2.2 mm孔等，保證外形、4×φ2.2 mm圓孔與中間圓孔的位置尺寸。

（2）中間圓孔部位成形工藝的改進(jìn)。改進(jìn)前中間圓孔部位是通過(guò)翻孔后多次整形方式成形，因整形時(shí)材料流動(dòng)不可避免，造成其它形、孔及其位置的變化始終存在，基于此，在翻孔整形后采用精密沖裁方式，一方面糾正因整形時(shí)材料流動(dòng)造成的孔及其位置的偏差，另一方面消除整形時(shí)孔內(nèi)壁凹槽、拉傷等缺陷，同時(shí)精沖后再進(jìn)行2次整形，消除沖切時(shí)可能出現(xiàn)的微小毛刺，保證翻孔口部無(wú)圓角，進(jìn)一步降低孔內(nèi)壁粗糙度值及提高尺寸精度。

考慮銜鐵材料易于擠壓成形的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)整形前后尺寸的測(cè)算對(duì)比，考慮整形后增加精沖工序，翻孔后只進(jìn)行了一次回壓整形。精沖時(shí)，單邊沖切量小，不超過(guò)0.2 mm，所以此處無(wú)毛刺或毛刺高度低。中間圓孔部位因翻孔高度較小，仍采用翻孔后整形工藝，無(wú)需采用拉深、沖底孔、再翻孔、整形工藝。

改進(jìn)后的排樣如圖5所示，先在料帶中間沖初始導(dǎo)正孔，對(duì)料帶整形前各工位粗導(dǎo)正，再依次沖翻孔底孔、翻孔、回壓整形、精密沖孔、整形，之后在材料寬度兩邊再?zèng)_1對(duì)導(dǎo)正孔，對(duì)料帶精確導(dǎo)正，沖4×φ2.2 mm孔、粗切外形、精切外形、壓毛邊、校平，最后從模具上方氣吹出件。第⑨工位粗切邊因切邊與導(dǎo)正孔間距較小，為避免導(dǎo)正孔變形選擇先粗切邊再?zèng)_導(dǎo)正孔。因翻孔后整形時(shí)材料流動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)正孔位置發(fā)生了變化，為了順利送料，初始導(dǎo)正孔只是粗略導(dǎo)正，導(dǎo)正間隙比較大，精沖、整形后料帶基本穩(wěn)定，此時(shí)沖壓寬度兩邊的導(dǎo)正孔才是精確導(dǎo)正。

翻孔、整形、精切各工位主要工藝尺寸如圖5所示，翻孔底孔尺寸確定和改進(jìn)前一樣，按照整形前后體積不變?cè)瓌t預(yù)先確定，其中應(yīng)考慮精沖切除材料，最后按實(shí)際尺寸調(diào)整。

4 主要工位的模具結(jié)構(gòu)

翻孔、擠壓、精沖、整形各主要工位的模具結(jié)構(gòu)如圖6所示，擠壓、精沖、整形后，首先擠壓托板8、精沖托板4、整形托板26在氮?dú)鈴椈?、彈簧的作用下向上浮起，使料帶脫離相應(yīng)的凹模鑲件，隨后在擠壓整形浮料銷27的作用下，料帶脫離凹模鑲件各托板，在浮料銷14的作用下浮升到安全高度，保證送料順暢。在料帶托起過(guò)程中，浮料銷14、擠壓整形浮料銷27及各個(gè)托板同時(shí)作用，只是浮起的高度不同。

圖6 主要工位模具結(jié)構(gòu)

T形鎖扣一側(cè)呈T形，靠T形固定在凹模板上，另一側(cè)通過(guò)不同高度的臺(tái)階對(duì)凹模鑲件固定板、托板分別起定位、限位作用。

為便于調(diào)整高度，擠壓鑲件5、6設(shè)計(jì)為分體結(jié)構(gòu)，在實(shí)際使用中可以根據(jù)其強(qiáng)度、易損程度設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)，如整形鑲件28。

擠壓整形浮料銷設(shè)置在擠壓、整形工位，使料帶從擠壓、整形托板上脫離。擠壓、整形工位變形大，卸料力大，需使用氮?dú)鈴椈?，通過(guò)凹模鑲件托板把料帶從凹模鑲件上脫離。在卸料力最大處通過(guò)托板卸料，卸料平穩(wěn)，避免了料帶變形。

5 模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)需注意以下事項(xiàng)。

（1）翻孔后整形時(shí)，翻孔部位材料變形量較大，成形中間圓孔對(duì)應(yīng)鑲件所受包緊力大，一方面，在生產(chǎn)中容易損壞零件，設(shè)計(jì)選材時(shí)還要考慮抗拉、抗壓強(qiáng)度高，韌性、耐磨性、紅硬性等綜合性能；另一方面，普通彈簧無(wú)法順利卸料，為保證料帶安全脫離并浮起，需選用彈力大的氮?dú)鈴椈?；此外，因?qū)?yīng)的變形力大，卸料板易發(fā)生變形，導(dǎo)致凸模斷裂，所以在整形工位的卸料板上需安裝氮?dú)鈴椈?，保證上下彈壓力平衡，避免卸料板變形和凸模斷裂。

（2）整形后精沖時(shí)，為降低圓孔內(nèi)壁表面粗糙度值，減少精沖凸模的磨損，需對(duì)精沖凸模進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，具體可在卸料板上設(shè)計(jì)油槽、油孔，通過(guò)油閥控制給油量。

（3）翻孔后整形引起材料向四周流動(dòng)量較小，孔距、步距變化較小，預(yù)測(cè)在0.01 mm左右，最大不超過(guò)0.015 mm，孔內(nèi)壁凹槽深度較淺，預(yù)測(cè)在0.1 mm以內(nèi)，所以精密沖切量不宜過(guò)大，選擇單邊0.2 mm左右。

（4）應(yīng)保證翻孔底孔的粗糙度值小、毛刺小，否則翻孔撕口破裂較嚴(yán)重，影響后序整形效果。

6 結(jié)束語(yǔ)

銜鐵排樣方案及成形工藝的改進(jìn)、模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證、分析、總結(jié)，具有一定的創(chuàng)新性，原排樣方案雖然存在一些不足，但通過(guò)對(duì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題及原因進(jìn)行分析說(shuō)明，對(duì)類似零件的模具設(shè)計(jì)具有一定的啟發(fā)和引導(dǎo)作用。改進(jìn)后的排樣方案及成形工藝已應(yīng)用在模具生產(chǎn)中，模具使用穩(wěn)定良好，有一定的推廣價(jià)值。