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多臺階復雜結構零件的精沖工藝研究
對多臺階復雜結構零件的精沖工藝進行了研究,分析了成形原理,對工藝進行了分析和優化,介紹了縱向連續精沖工藝的應用,并做了工藝試驗。結果表明,采用縱向連續精沖工藝,極大地提高了零件的尺寸精度,是實現復雜零件沖壓的有效方法。

精沖技術的應用極大地提高了零件剪切面的質量和生產效率。隨著精沖技術的發展,精沖工藝由單工步落料沖孔復合精沖工藝,發展到多工步連續精沖工藝,再到縱向連續精沖工藝及多工步縱向連續精沖工藝。精沖件的復雜程度也在不斷提高。由最初的平板落料件,到簡單成形件,再到如今的具有復雜成形特征的零件。
縱向連續精沖工藝的特點,就是在同一個工步順序完成不同成形內容。本文選擇了一個典型的多臺階結構的零件作為研究對象,通過對其精沖成形工藝進行分析研究,介紹縱向連續精沖工藝的原理及應用。

工藝分析

零件結構

圖1所示為零件結構尺寸。該零件有三個臺階,零件尺寸及形位公差要求為,φ50mm和φ38mm半沖孔公差分別為±0.02mm和±0.015mm,且φ50mm和φ38mm半沖孔底面平面度為0.1。
此零件可采用多工步連續精沖,沖壓過程的受力情況如圖2所示,F1是落料和成形力;F2是落料時的壓邊力;F3是反頂力;F4是半沖成形的壓料力。從圖2中可以看出,沖壓該零件需要有4個單獨作用的力,僅靠精沖機床自身提供的3個力(這3個力是指去掉F4的F1、F2和F3,如圖3所示)是存在風險的。

半沖成形時沒有壓料力,半沖部位的材料就會發生流動,引起平面的形變,同時在連接部位會產生拉應力,當應力過大時還會產生裂紋(圖4),對零件的使用性能造成較大影響。

另外,該工藝的第一步成形的φ38mm內孔公差較嚴,在第二步沖壓時如果發生變形,則該尺寸就會超差。為避免φ38mm孔的變形,可以采用在同一工步成形φ50mm和φ38mm半沖孔的方案,如圖5所示。

此方案增加了φ50mm和φ38mm半沖孔的壓料力F4和F5,可以保證兩處的平面度;兩半沖孔在垂直方向上分步進行,最終成形時兩半沖孔凸模均在孔內,避免了成形時的孔徑變形,可以很好的保證孔徑尺寸精度。

工藝試驗及分析

兩種方案進行工藝試驗

⑴采用二工步連續精沖工藝。第一步成形φ38mm半沖孔,第二步成形φ50mm半沖孔和落料。圖6為該工藝沖壓零件的斷面放大圖。

從圖6中可以看出,兩臺階處的平面均發生了明顯的變形,測量數據如圖所示,平面度遠遠超出了圖面的要求,同時因φ38mm與φ50mm之間的平面變形引起了φ38mm孔的孔徑收縮,造成了孔徑的超差。

⑵采用縱向連續精沖工藝。圖7為縱向連續精沖工藝的模具結構示意圖。
由圖7可以看出,在沖壓過程中,共使用了5個力,其中半沖和落料力F1是由機床主沖力油缸提供;落料時的壓邊力F2由機床的壓邊力油缸提供;零件的退料力和反頂力F3是由機床的反頂力油缸提供;F4和F5是增加的輔助力,F4用于提供φ38mm半沖孔的成形力、φ50mm半沖孔的壓料力和退料力,F5用于提供φ38mm半沖孔的壓料力和退料力。

圖8為縱向連續精沖工藝沖壓零件的斷面放大圖,從圖8中可以看出,各臺階面的平面度都非常好,經檢測,幾個關鍵尺寸全部達到要求。

試驗分析

試驗結果表明,采用縱向連續精沖工藝生產的零件,平面度及尺寸均比普通連續模生產的零件有極大的提高。該工藝的要點在于:增加了兩個輔助力,輔助力通過特殊結構施加在模具上,為零件成形提供了必要的成形力和壓料力,實現了在同一個工步中的三個動作(半沖φ38mm的孔,半沖φ50mm的孔和落料),保證零件尺寸的精度。

結束語

縱向連續精沖工藝為復雜結構零件的生產提供了一種高效、可靠的加工方法。縱向連續精沖工藝的優點十分突出,但縱向連續模的結構相對緊湊,對模具設計的要求及模具制造的精度要求都很高,相信隨著精沖技術和模具制造技術的不斷發展,縱向連續精沖工藝將會應用于越來越多的復雜結構精沖件的生產。



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