沉頭孔的加工方法一般為鉆孔加工和沉孔加工。精沖沉孔工藝是利用成形凸模在料帶表面壓出與之相似的凹陷形狀，從而獲得沉孔的加工方法，原理與普沖類似，只不過在精沖模具上工況更加復(fù)雜。本文將結(jié)合圓錐形沉孔在精沖生產(chǎn)中遇到的問題進(jìn)行分析，并提出解決方法。產(chǎn)品介紹
Plate latch 齒板是用在乘用車電動(dòng)座椅上進(jìn)行前后滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)件。產(chǎn)品上的圓錐形沉孔用于產(chǎn)品的定位以及安裝。產(chǎn)品示意圖如圖1 所示，圓錐孔尺寸如圖2 所示。
尺寸及精度分析
⑴原材料厚度2.4mm，沉孔直徑尺寸φ3.55mm ≥0.6 倍的料厚，可以精沖。
⑵沉孔精度±0.05mm，接近精沖的經(jīng)濟(jì)能力極限(±0.03mm)，精度可以保證。⑶根據(jù)VDI-3345 技術(shù)規(guī)程，按照料厚2.4mm 對(duì)標(biāo)φ3.55mm 的精度為IT7(公差為10μm)剛好可以滿足圖紙要求，但是此孔處實(shí)際材料厚度為1mm，會(huì)增加制造難度。
初步工藝確定
鑒于此孔是用于安裝和定位的產(chǎn)品基準(zhǔn)孔，并有檢驗(yàn)球高度的要求，沉頭深度較深，因此工藝路線初定為：預(yù)沖孔→成形錐形→精切底孔，如圖3 所示。
第一步的沖切方向從上往下，第二、三步?jīng)_切方向從下往上。第一步和第三步的沖切廢料分別從模具下方和上方出模。精沖機(jī)是上機(jī)臺(tái)固定，下機(jī)臺(tái)浮動(dòng)式，與普沖剛好倒過來。模具結(jié)構(gòu)
此產(chǎn)品的模具是浮動(dòng)凹模式級(jí)進(jìn)模具，開模狀態(tài)下凹模組件由下模油缸及頂桿的作用浮起，模具閉合時(shí)，在上模壓邊力的推動(dòng)下，凹模板與墊板閉合，同時(shí)成形沖頭完成成形工作。在成形的整個(gè)過程里，帶料始終處于上下模板的夾緊之中。同時(shí)，浮動(dòng)式凹模結(jié)構(gòu)可以將成形沖頭在開模時(shí)隱藏到模板中，起到保護(hù)作用。模具開模狀態(tài)及閉合狀態(tài)如圖4 和圖5 所示。
成形工藝及模具結(jié)構(gòu)分析
根據(jù)《簡(jiǎn)明精沖手冊(cè)》以及《精沖工藝圖解》，沉頭深度小于40%料厚的時(shí)候才可以采用這種成形方式，然而這個(gè)產(chǎn)品的沉頭深度已經(jīng)達(dá)到了80%料厚，材料的局部流動(dòng)劇烈，增加了成形的難度。另外，采用這個(gè)工藝的關(guān)鍵問題在于：如何確認(rèn)預(yù)沖孔過程的沖頭直徑。預(yù)沖孔沖頭直徑大了，沖切的材料過多，無法預(yù)留出足夠用于成形的材料。成形高度可以滿足，但是最后的精切會(huì)切不到材料，底孔直徑φ3.55mm 無法保證尺寸及精度。
預(yù)沖孔沖頭直徑小了，會(huì)導(dǎo)致成形時(shí)材料積壓，成形時(shí)受到更多的對(duì)抗力，無法保證成形深度。首先通過最終的產(chǎn)品處沉孔形狀，計(jì)算出沉孔處的體積V1，然后預(yù)留出精切時(shí)的材料體積V2，即得到第二步成形后的體積為V3，然后按照5%左右的體積損失經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算出第一步預(yù)沖孔后的體積V4。即V4×95%=V3 =V1+V2最終估算出預(yù)沖孔的直徑為φ3.6mm，雖然通過以上方法可以推算出預(yù)沖孔的直徑，但是在實(shí)際的精沖成形過程中，料帶會(huì)往外擴(kuò)展，無法得到精確的計(jì)算值，需要找到另一種更加可靠的方法進(jìn)行確認(rèn)和比較。
模擬仿真
目前CAE 技術(shù)在普沖、鍛造和注塑生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用，例如有Dynaform、Deform、Moldflow 等優(yōu)秀的仿真軟件。精沖是材料在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的塑性變形過程，因此并沒有專業(yè)的模擬軟件進(jìn)行仿真分析，所以CAE 分析軟件在精沖中并未得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)了解，國內(nèi)的很多精沖廠家甚至還處于2D 建模狀態(tài)，開模效率和試制成功率較低，生產(chǎn)成本和周期較長。
建立仿真3D 造型
仿真模型如圖6 所示，第一步的預(yù)沖孔沖頭直徑采用計(jì)算所得的φ3.6mm，產(chǎn)品形狀呈軸對(duì)稱，因此采取建立1/4 模型的方式，用以減輕計(jì)算機(jī)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。料帶的網(wǎng)格數(shù)量為20 萬，并在沉孔處增加了更多的網(wǎng)格細(xì)分處理。
仿真環(huán)境設(shè)置
網(wǎng)格劃分后，需要對(duì)網(wǎng)格材料屬性進(jìn)行定義，斷裂值，體積補(bǔ)償，還需要定義物件之間的接觸，運(yùn)動(dòng)，壓力等其他細(xì)節(jié)。根據(jù)類似產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算，每一步都設(shè)置了合理的壓力狀態(tài)，這里不在贅述。有一點(diǎn)需要說明一下，就是第一步建立料帶模型，第二、三步分別在上一步完成模擬后的料帶網(wǎng)格基礎(chǔ)上再進(jìn)行模擬。
仿真結(jié)果
模擬的前100 步為預(yù)沖孔，這里主要觀察第二步成形過程，材料流動(dòng)如圖7 所示。
我們可以看到，整個(gè)成形過程中，預(yù)沖孔附近的材料向外和向下不斷擴(kuò)展，但成形沖頭接近成形完成時(shí)，才將向下擴(kuò)展的材料一并向內(nèi)收縮，完成成形過程。整個(gè)成形過程材料流動(dòng)和壓力狀態(tài)均正常，預(yù)切沖頭的直徑合理。
