超薄制件的沖裁

摘要：超薄制件的沖裁問題關(guān)鍵在于模具的設(shè)計和制造。模具的設(shè)計應(yīng)從制件的形狀、尺寸、精度要求及產(chǎn)品的生產(chǎn)批量等方面進(jìn)行分析，結(jié)合上面選擇模具的結(jié)構(gòu)、模具的間隙以及加工工作零件的加工路線予以制造和裝配、調(diào)試。文章論述了超薄制件的沖裁過程和模具的制造與裝配調(diào)試。

關(guān)鍵詞：超薄制件；精度控制；間隙配合；制造加工

中圖分類號：TG386文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0035-02

一、概述

振動片的形狀和尺寸精度如圖1所示，振動片的產(chǎn)量為100000片/月，振動片的材料是不銹鋼（1Cr18Ni9Ti），材料厚度為0.03mm。振動片的技術(shù)要求是：工件應(yīng)平整且毛刺應(yīng)很小，一般肉眼看無明顯毛刺。根據(jù)技術(shù)要求和圖紙的尺寸來分析，振動片的幾何形狀簡單沒有加工的難度，但是工件的加工技術(shù)難度在于材料的厚度為0.03mm。從材料的厚度來說工件沖裁為超薄件的沖裁，且材料的力學(xué)性能與一般碳鋼相差較大，加工質(zhì)量要求高，難度大。要沖裁出該制件的關(guān)鍵在于如何從模具的設(shè)計精度、模具結(jié)構(gòu)、模具的間隙選擇以及模具的加工和裝配、調(diào)試等全面考慮。

二、模具的設(shè)計

（一）制品分析

從圖紙的幾何形狀上來分析，該工件的幾何形狀比較簡單，加工和制造的難度不大，但從制件的材料和沖裁的斷面質(zhì)量要求來分析則其加工和制造就有一定的難度，另外材料為不銹鋼不同于一般的碳鋼，它存在強(qiáng)度高、韌性好、硬度高、抗剪強(qiáng)度較高等力學(xué)的問題。工件的厚度為0.03mm這對于模具的間隙的要求和制造又是一個比較大的難題，這是我們應(yīng)該重視的問題。

（二）確定凸凹模間隙

首先確定模的沖裁性質(zhì)是落料，落料從沖裁的機(jī)理來講它是從彈性變形開始到塑性變形、斷裂告終，其裂紋首先在凹模刃口側(cè)面產(chǎn)生，此時凸模的行程比：凸模接觸板料開始的壓下深度與材料厚度之比為20%，裂紋產(chǎn)生后先向廢料側(cè)發(fā)展，主裂紋暫停發(fā)展然后裂紋前端附近依次重新產(chǎn)生微小裂紋，微小裂紋的根部匯成主裂紋直到主裂紋成長到凸模側(cè)產(chǎn)生的裂紋重合而使材料斷裂。由其機(jī)理可知，沖裁時裂紋不一定從兩刃口同時發(fā)生，上下裂紋是否重合與凸凹模間隙值大小有關(guān)，當(dāng)凸凹模間隙控制在一定合理值范圍內(nèi)時，由凸凹模刃口沿最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生裂紋將互相重合此時制件的斷面質(zhì)量從塌角、光亮帶、斷裂帶、毛刺都較為合理，且沖裁的力較小，從尺寸精度來說，凸凹模間隙，材料性質(zhì)，工件的形狀與尺寸都對其有影響，但是凸凹模間隙影響較大，所以確定模具的間隙值是該模具的又一個重要環(huán)節(jié)。根據(jù)有關(guān)資料和本人多年的實(shí)踐經(jīng)驗，確定振動片凸凹模的模具間隙為Zmax=0.003mm，Zmin=0.0027mm。

（三）模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具的間隙確定后，選擇模的結(jié)構(gòu)沖裁模由各種模塊構(gòu)成模具的上下往復(fù)運(yùn)動由導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向，工作零件凸凹模分別緊固在固定定板內(nèi)或上下模座上，卸料機(jī)構(gòu)由卸料板、卸料螺釘、橡膠、彈簧、頂料桿、推料塊等構(gòu)成。主要作用是將成品或廢料從模具中頂出，確保下一循環(huán)的沖裁順利進(jìn)行。綜合上面的分析振動片的模具如果用敞開模具的形式，模具的間隙應(yīng)由機(jī)床的導(dǎo)軌來保證，這樣應(yīng)對沖床導(dǎo)軌精度需達(dá)到很高的要求才能完成生產(chǎn)任務(wù)。而采用導(dǎo)柱模的形式，采用一般的沖床就可以完成生產(chǎn)任務(wù)，但是這樣模具的制造成本增加，加工的復(fù)雜程度同比之下也增加了，從振動片這類超薄的工件來說用導(dǎo)柱模是可取的。卸料的問題根據(jù)圖紙和技術(shù)要求采用彈性卸料，它可以起到壓料的作用，而制品的卸出則以下卸料的形式來處理。

（四）排樣設(shè)計及沖裁力的計算

考慮到材料是比較特殊的超薄不銹鋼板料，它的來源是從外國進(jìn)口，經(jīng)濟(jì)價值較高，排樣值得認(rèn)真考慮的問題。從產(chǎn)量、排樣、搭邊和定位綜合考慮，本人設(shè)計按圖2來排樣、搭邊和定位。

沖裁力的計算：

根據(jù) Q=β·L·τ·t

=1.3×85.048×110×0.03

=364.86（kg）

三、模具的制造與裝配調(diào)試

從模具的設(shè)計方面來看，該模具的結(jié)構(gòu)比較簡單，但從間隙方面來考慮在制造方面就有較高的難度，主要問題是在工作零件的制造。首先是選擇模具的材料，凸模與凹模從模具的角度要有一定的硬度差，所以凹模選擇Cr12，而凸模則選擇高速鋼。加工方面由于振動片的形狀不是簡單的旋轉(zhuǎn)體，用普通的內(nèi)外圓磨床加工不了，所以采用數(shù)控線切割機(jī)床來加工，而根據(jù)數(shù)控線切割原理它對圓的加工是展成法數(shù)控線切割對凹模的加工也能一次加工達(dá)到要求。故采用線切割到一定的尺寸（留0.02mm的加工余量）后采用研磨的方法來達(dá)到加工的目的。具體的方法是首先加工凹模，如圖3所示：

同時加工出工藝互助零件，并用組合的方法加工出研磨棒，如圖4所示。

研磨是研磨棒與凹模和工藝互助零件同時進(jìn)行研磨，在研磨的過程用內(nèi)徑表（千分表）對凹模進(jìn)行反復(fù)多次測量，直到凹模的加工尺寸達(dá)到圖紙的要求。然后通過工藝互助零件再對凸模進(jìn)行研磨加工并控制尺寸達(dá)到所需間隙。凸模加工完成后采用過盈的配合把它裝配在凸模固定板上，并裝上彈簧和卸料板。導(dǎo)柱裝配在凸模固定板上，凹模加工后裝配上定位零件并裝配在凹模座上，如圖5所示：

四、結(jié)語

通過上述設(shè)計和制造振動片順利的產(chǎn)生，由于模具的設(shè)計比較合理，關(guān)鍵的模具間隙從設(shè)計到制造得到有效的控制，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品得到客戶的認(rèn)同，同時也說明了超薄件的沖裁關(guān)鍵的問題在于模具的設(shè)計精度和間隙控制制造的工藝和合理的裝配控制。

參考文獻(xiàn)

[1]王考培．沖壓設(shè)計資料[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]湖南省機(jī)械工程學(xué)會鍛壓分會．沖壓工藝[M]．湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1986．

[3]馮炳堯．模具設(shè)計與制造簡明手冊[M]．上海科學(xué)技術(shù)出版社，2011．

作者簡介：胡志國（1977-），男，湖北孝感人，廣東省潮州市技工學(xué)校機(jī)械講師，碩士，研究方向：機(jī)械制造。

（責(zé)任編輯：陳 倩）