小螺孔變薄翻邊連續(xù)模結(jié)構(gòu)淺析

1、小螺孔變薄翻邊連續(xù)模結(jié)構(gòu)淺析張正修張冬冬摘要論述了在薄板沖壓件上，用變薄翻邊沖制小螺紋底孔的工藝、沖模結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)與制作技術(shù)。關(guān)鍵詞小螺紋底孔變薄翻邊復(fù)合模Modulus of Continuity Structure Analysis ofSmall Thread Flued OpeningZhang ZhengxiuZhang Dongdong(The Eleventh Design Institute of Mechanical Building Ministry)Abstract Discuss punching small thread flued opening technology

2、,die structure,die design and die manufacture technology on thin sheet.KeywordsSmall thread bottom outletFlued openingCompound die在儀器儀表、電子電器、各類家電、家用器具及兒童玩具等產(chǎn)品中的薄板沖壓件上經(jīng)常采用M2M5小螺紋緊連接結(jié)構(gòu)。為減輕重量、簡化結(jié)構(gòu)，在薄板沖壓件上采用變薄翻邊工藝沖制小螺紋底孔，可收到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果，特別是使用一模成形的多工位連續(xù)式復(fù)合模沖制帶小螺紋孔的復(fù)雜形狀成形沖壓件增產(chǎn)效果尤為顯著。圖1中沖件圖所示為儀表表芯連接臂沖件。為提高沖件的互換

3、性并滿足大量生產(chǎn)的需要，改單沖模多序分模沖制為多工位連續(xù)式復(fù)合模生產(chǎn)，從而提高了沖件質(zhì)量和生產(chǎn)效率，現(xiàn)就其沖壓工藝及沖模結(jié)構(gòu)淺識如下，供參考。(a)沖件圖(b)排樣圖圖1零件圖1沖壓工藝考慮沖件為H62黃銅，沖壓性能好，故采用沖孔后翻邊成形再落料的連續(xù)三工步?jīng)_壓。為簡化沖模結(jié)構(gòu)，采用了單列直排有搭邊排樣，詳見圖1排樣圖。曾考慮使用綜合式復(fù)合模即單工位含翻邊成形工步的復(fù)合模沖制該沖件，但由于：(1)沖件上最小孔邊距僅2mm，凸凹模壁厚太小，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度難以滿足長期大量生產(chǎn)的要求。況且類似和接近這種情況在該沖件上有多處，故經(jīng)慎重考慮，用連續(xù)模對提高沖模壽命有利，同時還可避免綜合式復(fù)合模因卸件和出件都

4、將中斷沖壓或另設(shè)置專用卸件與出件裝置等，不利于提高效率及降低制模費(fèi)用。(2)沖件翻邊內(nèi)孔4.2mm為后續(xù)攻制M5標(biāo)準(zhǔn)螺紋底孔。這種在薄板沖件上加工小螺紋孔常用的變薄翻邊工藝是儀器儀表、電子元器件及家電產(chǎn)品沖件優(yōu)先采用的沖壓方法。為了確保足夠的翻邊高度并使其翻邊口部不產(chǎn)生裂紋，采用預(yù)沖孔變薄翻邊，用連續(xù)模就可以達(dá)到這些要求，而用綜合式復(fù)合模就十分困難。(3)從制模工藝性及成本考慮，使用連續(xù)?？刹捎靡噪娀鸹ň€切割為主的，目前國內(nèi)普遍采用的沖模制造工藝制造，凸模固定板、卸料板及凹模相應(yīng)?？卓扇瀵B齊一次用線切割加工完成，制模周期短、成本低。而復(fù)合模則無如此良好的制造工藝性。與僅有沖裁作業(yè)工位(包括：

5、切口、沖孔、剪截、落料等分離沖切工位)的多工位連續(xù)沖裁模不同，多工位連續(xù)式復(fù)合模，除含有若干上述沖裁工位外，還具有諸如：彎曲、卷邊、拉伸、起伏、翻邊、鐓擠、壓印等成形作業(yè)的一種或幾種若干個工位，不僅其沖壓工藝有分離加變形的復(fù)合性，沖模結(jié)構(gòu)也因此而復(fù)雜多了。圖1中排樣圖說明，連接臂沖件用三工位連續(xù)式復(fù)合模模成形，其主要工藝參數(shù)及工位安排如下：工位間送進(jìn)采用送進(jìn)原材料攜帶法，故落料工位只能放在最后，即落料從原材料上分離出成品沖件。為使搭邊具有較好的強(qiáng)度，很好承擔(dān)起工位間送進(jìn)的紐帶作用，并使工位間保持一定的距離，使沖孔凹模與翻邊凹模有足夠的壁厚，應(yīng)適當(dāng)放大搭邊與沿邊寬度，沖件料厚t1mm，故?。捍钸?/p>

6、寬b2mm，沿邊寬b11.5mm，側(cè)刃切邊寬b21mm已知沖件垂直于送料方向的長度Lo30mm，b11.5mm，b21mm則可求得所需條(帶)料寬度B2(b1b2）L035mm。從沖件圖可知，沖件沿送料方向的最大寬度B012mm，則可求得送料進(jìn)距SB0b12214mm。在按照常規(guī)方法計(jì)算沖壓力與沖壓功時，應(yīng)注意將計(jì)算結(jié)果加大一倍選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的壓力機(jī)，以防止在連續(xù)沖壓作業(yè)中，由于壓力機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速下降超過20以上，有可能因功率過載壓力機(jī)輸出壓力與功都會急驟下降，影響正常沖壓，甚至還會出現(xiàn)咔模，使電機(jī)滑差，線圈過熱而燒毀。在計(jì)算小螺孔變薄翻邊工藝數(shù)據(jù)時，推薦按以下各式及表列數(shù)據(jù)確定。預(yù)沖孔直徑d0(0

7、.450.5)d1(1)d1為翻邊孔內(nèi)徑螺紋底孔，見表1表1小螺紋孔變薄翻邊參數(shù) 螺紋公稱直徑d2/mm沖件料厚t/mm預(yù)沖孔直徑d0/mm翻孔內(nèi)徑d1/mm翻孔外徑d3/mm翻邊高度H/mmM20.81.00.81.62.32.41.61.9M2.50.81.01.21.02.12.93.03.11.82.02.3M30.81.01.21.51.22.53.43.53.63.71.82.12.32.7M41.01.21.52.01.53.34.54.64.74.92.22.53.03.6M51.01.21.52.02.52.04.25.55.65.86.06.22.42.73.13

8、.84.4 翻邊孔外徑d3d11.3t(2)翻邊高度 (3)式中t為沖件料厚mm。表1列出適用于低碳鋼、黃鋼、紫銅及鋁質(zhì)沖壓件上小螺紋孔變薄翻邊參數(shù)可供參考。2沖模結(jié)構(gòu)從圖2模具圖可以看出該沖模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：采用國標(biāo)GB 2862.781冷沖模模柄推入式活動模柄以克服壓力機(jī)滑塊導(dǎo)向誤差對沖模的影響以及沖壓時壓力機(jī)機(jī)架彈性變形的影響。特別是國產(chǎn)中小型機(jī)械壓力機(jī)絕大多數(shù)為開式C型機(jī)架，承載后不僅彈性變形大，據(jù)實(shí)測達(dá)0.01mm/10kN，而且是所謂“角變形”，即沖壓時C型機(jī)架開口處變形大，使工作臺外邊張口大、下沉多，而工作臺內(nèi)邊變形小，形成以C型機(jī)架背部箱體軸線為角頂?shù)淖冃谓牵瑥亩饹_

9、模導(dǎo)向面及刃口的不均勻磨損。采用國標(biāo)這種活動模，可以消減壓力機(jī)承載后機(jī)架出現(xiàn)的彈性變形對沖模的不利影響。對于薄料、小孔及具有成形工位的連續(xù)式復(fù)合模，這一點(diǎn)尤為重要。為適應(yīng)和滿足儀表沖件對尺寸精度和沖切面質(zhì)量要求較高的特點(diǎn)，采用了國標(biāo)沖裁間隙所列類間隙值，即取單邊沖裁間隙Zc3t0.03mm；小螺紋孔翻邊工位凸、凹模單邊間隙Zf0.65t0.65mm，以擠壓翻孔口部材料變薄，增加翻邊高度H值，見表1。眾所周知，確保均勻的間隙是保證沖件質(zhì)量、提高沖模壽命的關(guān)鍵。為此，采用國標(biāo)級GB/T 2851.390沖模滑動導(dǎo)向模架后側(cè)導(dǎo)柱模架。其導(dǎo)套、導(dǎo)柱配合精度為H6/h5。給定配合間隙值為0.0040.0

10、11mm，可以滿足該沖模確保凸、凹模始終保持均勻間隙的精確導(dǎo)向需要。該沖模的送料進(jìn)距限位機(jī)構(gòu)是采用兩組國標(biāo)GB 2865.181冷沖模側(cè)刃和導(dǎo)料裝置側(cè)刃中矩形側(cè)刃。為保證送料進(jìn)距S誤差小于0.01mm，側(cè)刃沿送料方向的刃口長度LZ在制造時應(yīng)按L0.05Z精磨完成。由兩塊長、寬、厚相等的導(dǎo)料板構(gòu)成的凹模表面的導(dǎo)料槽，應(yīng)具有適宜的深度與寬度。導(dǎo)料槽的深度取決于導(dǎo)料板厚度，為保證翻邊后原材料順暢而準(zhǔn)確送進(jìn)，決定取導(dǎo)料板的厚度T兩倍沖件沿沖壓方向的最大高度即2×(2.40.2)5.2mm。導(dǎo)料槽的寬度應(yīng)與使用的條、帶料之間具有合理差額，使送進(jìn)材料與每邊導(dǎo)料板間都有合理的導(dǎo)料間隙ZD。過大的送

11、料間隙ZD將使送入模內(nèi)材料左右擺動，增大沖件孔與外形同軸度、位置度誤差；過小的間隙ZD會因沖壓后材料變形、加寬而出現(xiàn)阻塞甚至咔模。因此，特推薦表2，導(dǎo)料ZD及相應(yīng)條料公差。表2連續(xù)式復(fù)合模導(dǎo)料間隙、條料公差 原材料(條、帶、卷)寬度B/mm沖件料厚t/mm1.01.02.02.04.04.06.0料寬B公差導(dǎo)料間隙ZD料寬B公差導(dǎo)料間隙ZD料寬B公差導(dǎo)料間隙ZD料寬B公差導(dǎo)料間隙Zo300.200.100.300.100.400.150.500.2030500.250.100.350.100.450.150.550.2050800.300.15400.150.500.200.600.

12、25801200.350.150.450.150.550.200.650.301201800.400.200.500.200.600.300.700.351802500.460.200.550.200.650.300.750.352500.500.250.600.300.700.300.800.35 3設(shè)計(jì)與制造提示在設(shè)計(jì)該沖模時，建議注意以下幾點(diǎn)：(1)翻邊凸模的設(shè)計(jì)應(yīng)采用球形頭，側(cè)壁中間微凸的圓錐形狀凸模工作端，球頭球徑約為1/3預(yù)沖孔直徑do，圓錐底徑與凸模桿部相等，并且與凹模保持變薄翻邊間隙Zf0.65t(單邊)。(2)細(xì)長的沖孔與翻邊凸模應(yīng)通過加粗桿部給予加固。無論其工作端

13、頭斷面形狀是圓是方或其他任意形狀，加粗的桿部都應(yīng)改為圓斷面直桿狀，以利于加工和總裝、修理。(3)為保證細(xì)長凸模工作時具有更好的抗縱彎穩(wěn)定性，應(yīng)設(shè)法使凸模的自由長度工作時無橫向支承，不受約束部分的長度盡量減小。圖2沖模為做到這一點(diǎn)，采用加厚凸模固定板、加厚卸料板并使卸料板與凸模配合?？撞捎眯〉膶?dǎo)向間隙，對凸模起到導(dǎo)向兼橫向支承作用。同時，選用滑塊行程可調(diào)的壓力機(jī)，采用合適而較小的行程。(4)為保障操作工人安全，沖模工作面外安裝防護(hù)柵，防止操作者不小心將手伸入模具工作區(qū)。(5)由于變薄翻邊凸、凹模間隙小于料厚并通過沖擠使翻邊部分材料減薄，增加翻邊高度，故在沖壓過程中，凸、凹模工作端與材料接觸表面，

14、因在高速高壓沖擊下強(qiáng)制材料變薄并沿沖壓方向流動，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦和磨損。所以，應(yīng)對翻邊凸、凹模選用淬硬性好的高耐磨材料。圖2所示翻邊凸、凹模推薦選用Cr12或Cr12MoV。(6)在圖2所示沖模設(shè)計(jì)中要進(jìn)行以下的驗(yàn)算及校核，即：加墊板或不加墊板以及要加墊板時加淬硬墊板還是不淬硬墊板?墊板多厚合適?應(yīng)通過常規(guī)的驗(yàn)算確定。對于小凸模尤其沖孔直徑小于3mm的圓孔及相當(dāng)孔徑非圓孔凸模固定端頂面與模座直接接觸，沖壓時其單位壓力常常會超過模座材料的許用擠壓應(yīng)力，因而會損傷模座表面。不加墊板模座承壓面的壓應(yīng)力應(yīng)小于其許用壓應(yīng)力，否則，就視值大小選用墊板。P/F(4)式中：P沖壓力F承壓面積模座或墊板的許用擠

15、壓應(yīng)力MPa各種常用材料模座、墊板的值查有關(guān)手冊。推薦采用國標(biāo)GB 2858.381冷沖模模板矩形墊板及GB 2858.681冷沖模模板圓形墊板，材料為GB 6996445鋼、GB 129877T7A，熱處理硬度設(shè)計(jì)確定。標(biāo)準(zhǔn)墊板厚度4mm、6mm、8mm、10mm、12mm五種供選擇。對細(xì)長小凸模要對其抗縱彎穩(wěn)定性即許用最大自由長度，按沖模結(jié)構(gòu)，采用源于材料力學(xué)中壓桿穩(wěn)定計(jì)算的Euler公式，將細(xì)長凸?？醋饕桓鶋簵U，而將凸模在沖模中兩端固定與支承結(jié)構(gòu)看作計(jì)算壓桿兩端的支座類型，從而使不同結(jié)構(gòu)類型沖模中的凸模，在Euler公式中分別采用不同的支座系數(shù)，便可分別計(jì)算出許用最大的自由長度Lk，如果

16、加上凸模緊固在固定板中的長度LE，即求得其總長度L。推薦按下式計(jì)算圖2沖模的許用最大自由長度Lk：圓孔凸模 (5)非圓孔凸模 (6)式中：d凸模或沖孔直徑mmt沖件料厚mmE凸模材料彈性模數(shù)mm2沖件材料抗剪強(qiáng)度MPaJ凸模斷面最小慣矩mm4P沖壓力N驗(yàn)算結(jié)果Lk大于實(shí)際設(shè)計(jì)凸模最大自由長度即可。制造圖示多工位連續(xù)式復(fù)合模提示如下：(1)為縮短制模周期并提高制模質(zhì)量，應(yīng)盡量采用國標(biāo)GB 2851287581冷沖模中規(guī)定與推薦的冷沖模零部件標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)條件。模柄、模架、防護(hù)柵、彈簧、側(cè)刃等均可按設(shè)計(jì)選用規(guī)格在市場購買。此外，墊板、固定板、卸料板、導(dǎo)料板、承料板、凹模板等，也均有標(biāo)準(zhǔn)模板半成品可供選

17、購，只需買回加工模孔、緊固孔。采用國家標(biāo)準(zhǔn)件省工、省料、成本低。(2)凸模固定板、卸料板、凹模板三板疊齊一次用電火花線切割出所有模孔，以確保其良好的同軸度。(3)采用線切割加工模板的?？?，應(yīng)在線切割之后進(jìn)行表面清理、拋光，以提高刃口、模腔的表面光潔度，使其表面粗糙度Ra為0.40.1m，以減少沖模工作面的摩擦和刃口、模腔的磨損。(4)總裝中應(yīng)使用力矩扳手?jǐn)Q緊螺釘，以保證緊螺紋連接具有合適的預(yù)緊力。凹模是四個螺拴，通過凹模表面的導(dǎo)料板上臺階沉孔，穿過凹模上的光孔，進(jìn)入下模座上表面的螺孔，通過擰緊螺拴將凹模壓緊夾牢在下模座上。銷釘僅起定位作用。在正常情況下，先將銷釘打入上述三件疊齊后相應(yīng)定位孔中，再插入螺拴擰緊。上述四個螺拴擰緊的松緊程度不一致，必然造成凹模傾斜，影響凸、凹模間隙的均勻度，造成刃口的不均勻磨損，沖裁件也會產(chǎn)生局部超標(biāo)毛刺。卸料板