一种冲压覆盖件成形工艺分析及切边夹具设计

许红伍

（苏州健雄职业技术学院，江苏 苏州 215400）

1 工艺分析

图1所示工件，材料为SUS304,料厚1.0mm，中批量生产。工件是一个非圆的冲压覆盖件，底部边缘不整齐，最大外形尺寸为174.5×115.9×60.6。外形尺寸精度取IT12，底部边缘要求形状正确且光顺，最大减薄率小于25%。

此冲压覆盖件拉深高度较高，如果在高度方向增加工艺补充面，拉深系数会很小，需要两次拉深成形，切边工序采用旋切模式，旋切模具结构较复杂。为了简化生产过程，节约成本，我们采用一次拉深，一次切边（切边的同时冲孔），一次翻边的工艺来完成此产品的成形，成形过程分析如下。

图1 工件三维示意简图

图2 拉深的分模面

（1）拉深工序。在保证拉深不破裂，且减薄率低的情况下尽量减小翻边变形的高度尺寸，同时，力争翻边高度的均匀性，拉深的分模线和压边面设置如图2所示。拉深采用大小为247×200的毛坯，实际用毛坯大小与模拟分析基本一致，拉深分析的效果图如图3，减薄率满足要求，无裂纹，起皱现象也不明显。

图3 拉深效果图

图4 切边线

（2）切边工序。切边参考来自CAE分析，切边线如图4所示。

经过简单计算，翻边高度满足要求。切边模具的制作结果直接影响到翻边的质量，为了确保翻边质量，我们可能需要多次切边，因此，我们设计了一款切边夹具用来确定最终的切边参数。切边夹具的设计我们将后续进行说明。

（3）翻边工序。我们通过翻边工序来保证最后产品的底部形状和尺寸，由于翻边高度不大，相对均匀，翻边工艺性好。翻边模具结构相对简单和常见，这里我们就不再详述了。

接下来，我们重点介绍一下切边夹具的设计。

2 冲压覆盖件的切边夹具设计

2.1 切边夹具设计的意义

冲压塑性成形的工艺尺寸的理论计算很复杂，目前要么借助CAE软件进行成形分析得到参考，要么借助经验简单计算来确定冲压工序尺寸，但不管采用什么方法，最终都需要通过试模来确定最终工艺尺寸。

确定最终模具的工艺尺寸最常见的方法通过制造模具试模来完成。先制造模具，边试模边修模，直到冲出合格产品，这个模式有很广的应用性。但对于带翻边的覆盖件来说，要确定翻边前的切边工序的切边尺寸，试模过程需要多组试模参数，每组试模参数需要一套切边模，这样做显然不合理，试模修模的方法是行不通的。目前，翻边工序前的切边工序的试模常采用的方法是通过简单夹具切边，试出合适尺寸后再制造切边模，但这种切边夹具一般是一次性的，每组试模参数需要一套简单夹具，要得到合适的切边参数往往需要很多套简单夹具。电火花线切割技术在模具制造过程中的应用越来越普遍了，此项目的重点就是针对线切割设备设计一套夹具，此夹具可以重复使用，而且通用性强。

2.2 夹具结构及工作过程

切边夹具的结构如图5所示。

本产品由两部分组成：

（1）夹具本体部分：本体部分由夹具外框（件3）、夹具支撑座（件2）、轴套（件4）、嵌入式螺母（件7）、支撑轴（件6）、销（件5）组成。在夹具支撑座（件2）的四个侧面有4个等高的安装孔，4个嵌入式螺母（件7）分别采用小过盈量的过盈配合嵌入件2的孔中；在夹具外框（件3）的四个侧面也有4个等高的安装孔，4个轴套（件4）分别采用小过盈量的过盈配合嵌入件3的孔中。夹具外框（件3）的安装孔与夹具支撑座（件2）的安装孔位置对应，4根支撑轴分别从4个轴套中穿过，支撑轴（件6）与轴套（件4）形成小间隙配合，可以相对转动和移动。支撑轴（件6）的一端有螺纹，通过螺纹连接与嵌入式螺母（件7）连接在一起，工作时可以分开。支撑轴的另一端有周向的通孔，4个销（件5）分别与4根支撑轴（件6）的通孔形成过渡配合，与支撑轴连接在一起。

图5

（2）冲压件定位部分：冲压件定位部分有两个零件，一个是冲压件定位块（件1），一个是紧定螺钉（件8）。冲压件定位块（件1）底部有通槽，通过通槽安放在夹具支撑座（件2）上；冲压件定位块（件1）侧面有一个螺纹孔，紧定螺钉（件8）穿入此螺纹孔来实现冲压件定位块（件1）与夹具支撑座（件2）的定位和紧固。冲压覆盖件安放在冲压件定位块上，通过内形面定位。

最佳实施方案：将夹具置于线切割机床工作平台上；穿丝；根据冲压件定位块的两个侧边找正；手动调整电极丝到合适的位置；安放一个需要切边的冲压覆盖件；编程；切割。取下切边完成的冲压覆盖件；再放一个需要切边的冲压覆盖件；重新编程；切割。如此反复可以得到多组切边工艺参数，方便后续翻边试模或切边打样。

切割过程中，详细的夹具工作情况如下：为方便描述，我们将4根支撑轴（件6）分别命名为X向支撑轴、-X向支撑轴、Y向支撑轴、-Y向支撑轴。当电极丝靠近X向支撑轴时，暂停切割，手动旋转X向支撑轴上的销（件5），带动X向支撑轴旋转，直至X向支撑轴与嵌入式螺母（件7）分离，然后将X向支撑轴沿X向移出一段位移，确保避开电极丝的前进轨迹。此时，夹具支撑块（件2）仍受到-X、Y、-Y三个方向的支撑轴的约束，保持不动，冲压件定位块及冲压覆盖件也保持不动。开始继续切割，当电极丝靠近Y向支撑轴时，再次暂停切割，将X向支撑轴向内移动，并手动旋转X向支撑轴上的销（件5），带动X向支撑轴旋转，使其与对应的嵌入式螺母连接，然后手动旋转Y向支撑轴上的销（件5），带动Y向支撑轴旋转，使其与对应的嵌入式螺母分离，并手动将Y向支撑轴沿Y向移出一段距离，避开电极丝的前进轨迹，开始继续切割。依次再对-X向支撑轴、-Y向支撑轴进行同样的操作，直至电极丝回到切割终止点。在整个切割过程中，夹具支撑块（件2）至少受到3个方向的支撑轴（件6）的支撑和约束，始终处于静止状态，冲压覆盖件也处于静止状态，定位准确。冲压覆盖件切边完成后，取下已经切边后的覆盖件，放上另一个需要切边的覆盖件，重新编程，重复同样的操作，直至得到多组不同切边样品。

2.3 切边夹具的优点

此夹具降低试模成本，可以使用较低成本验证CAE或人工分析的切边工艺参数的合理性，为切边模的设计与制作提供了强有力的参考；此夹具用在线切割机床上，夹具损耗小，夹具的寿命长。另外，当覆盖件形状改变时，只需要更换覆盖件定位块即可，切边夹具的通用性也非常好；在线割过程中，夹具始终受到三向支撑，切边夹具的稳定性也是非常好的。

3 结语

经实践证明：（1）充分合理地利用翻边工艺可以节约覆盖件的制作成本；（2）对于外形不规则或存在不确定性的切边工序进行模具设计的情况下，采用夹具进行试切是一种可选的方案；（3）线切割设备可以较好地运用于冲压产品的试制过程中。