多台阶复杂结构零件的精冲工艺研究

2017-10-19高志生管明文许刚苏州东风精冲工程有限公司

锻造与冲压 2017年20期

文/高志生，管明文，许刚·苏州东风精冲工程有限公司

多台阶复杂结构零件的精冲工艺研究

文/高志生，管明文，许刚·苏州东风精冲工程有限公司

对多台阶复杂结构零件的精冲工艺进行了研究，分析了成形原理，对工艺进行了分析和优化，介绍了纵向连续精冲工艺的应用，并做了工艺试验。结果表明，采用纵向连续精冲工艺，极大地提高了零件的尺寸精度，是实现复杂零件冲压的有效方法。

精冲技术的应用极大地提高了零件剪切面的质量和生产效率。随着精冲技术的发展，精冲工艺由单工步落料冲孔复合精冲工艺，发展到多工步连续精冲工艺，再到纵向连续精冲工艺及多工步纵向连续精冲工艺。精冲件的复杂程度也在不断提高。由最初的平板落料件，到简单成形件，再到如今的具有复杂成形特征的零件。

纵向连续精冲工艺的特点，就是在同一个工步顺序完成不同成形内容。本文选择了一个典型的多台阶结构的零件作为研究对象，通过对其精冲成形工艺进行分析研究，介绍纵向连续精冲工艺的原理及应用。

工艺分析

零件结构

图1所示为零件结构尺寸。

该零件有三个台阶，零件尺寸及形位公差要求为，φ50mm和φ38mm半冲孔公差分别为±0.02mm和±0.015mm，且φ50mm和φ38mm半冲孔底面平面度为0.1。

此零件可采用多工步连续精冲，冲压过程的受力情况如图2所示，F1是落料和成形力；F2是落料时的压边力；F3是反顶力；F4是半冲成形的压料力。从图2中可以看出，冲压该零件需要有4个单独作用的力，仅靠精冲机床自身提供的3个力（这3个力是指去掉F4的F1、F2和F3，如图3所示)是存在风险的。

图1 零件结构尺寸

图2 多工步连续精冲工艺受力图

图3 靠精冲机床自身提供的3个力的受力图

半冲成形时没有压料力，半冲部位的材料就会发生流动，引起平面的形变，同时在连接部位会产生拉应力，当应力过大时还会产生裂纹（图4)，对零件的使用性能造成较大影响。

图4 变形情况示意图

另外，该工艺的第一步成形的φ38mm内孔公差较严，在第二步冲压时如果发生变形，则该尺寸就会超差。为避免φ38mm孔的变形，可以采用在同一工步成形φ50mm和φ38mm半冲孔的方案，如图5所示。

图5 改进工艺受力图

此方案增加了φ50mm和φ38mm半冲孔的压料力F4和F5，可以保证两处的平面度；两半冲孔在垂直方向上分步进行，最终成形时两半冲孔凸模均在孔内，避免了成形时的孔径变形，可以很好的保证孔径尺寸精度。

工艺试验及分析

两种方案进行工艺试验

⑴采用二工步连续精冲工艺。第一步成形φ38mm半冲孔，第二步成形φ50mm半冲孔和落料。图6为该工艺冲压零件的断面放大图。

图6 二工步连续模冲压件断面放大图

从图6中可以看出，两台阶处的平面均发生了明显的变形，测量数据如图所示，平面度远远超出了图面的要求，同时因φ38mm与φ50mm之间的平面变形引起了φ38mm孔的孔径收缩，造成了孔径的超差。

⑵采用纵向连续精冲工艺。图7为纵向连续精冲工艺的模具结构示意图。

由图7可以看出，在冲压过程中，共使用了5个力，其中半冲和落料力F1是由机床主冲力油缸提供；落料时的压边力F2由机床的压边力油缸提供；零件的退料力和反顶力F3是由机床的反顶力油缸提供；F4和F5是增加的辅助力，F4用于提供φ38mm半冲孔的成形力、φ50mm半冲孔的压料力和退料力，F5用于提供φ38mm半冲孔的压料力和退料力。

图7 纵向连续精冲模具

图8为纵向连续精冲工艺冲压零件的断面放大图，从图8中可以看出，各台阶面的平面度都非常好，经检测，几个关键尺寸全部达到要求。

图8 纵向连续模冲压件断面放大图

试验分析

试验结果表明，采用纵向连续精冲工艺生产的零件，平面度及尺寸均比普通连续模生产的零件有极大的提高。该工艺的要点在于：增加了两个辅助力，辅助力通过特殊结构施加在模具上，为零件成形提供了必要的成形力和压料力，实现了在同一个工步中的三个动作（半冲φ38mm的孔，半冲φ50mm的孔和落料)，保证零件尺寸的精度。