利用廢料沖裁的沖孔結(jié)構(gòu)

■寧波躍進汽車前橋有限公司（浙江 315000）席文清 王志東 薛興海 吳紅飛

由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。在汽車底盤系統(tǒng)制造行業(yè)當中，因管狀材料具備在相同抗彎或抗扭強度時，管狀斷面構(gòu)件比其他形狀斷面構(gòu)件質(zhì)量更輕、材料更省，因而常作為結(jié)構(gòu)件來使用。實際生產(chǎn)中，對于管材上的孔往往采用鉆、銑等常規(guī)方法加工，雖然質(zhì)量穩(wěn)定，但生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的需求。采用沖壓方法加工不僅能滿足管件的使用要求，而且效率高、模具結(jié)構(gòu)簡單，采用常規(guī)的冷沖壓設備即可完成加工。

1.工藝分析

零件圖樣如圖1所示，零件的材料是20鋼，外徑70mm，壁厚2.5mm。此管材件上的孔可采用機加工、沖壓等方式來實現(xiàn)。

（1）采用機加工的方式，一般通過使用鉆、銑床來實現(xiàn)，工藝為鉆（銑）孔1、鉆（銑）孔2、鉆（銑）孔3及鉆（銑）孔4，分四道工序來實現(xiàn)，該加工方式具有以下主要缺點：①生產(chǎn)效率低，不適宜大批量生產(chǎn)。②質(zhì)量不穩(wěn)定，四次加工，易造成同軸度和中心距超差現(xiàn)象。

（2）采用常規(guī)沖壓方式加工，一般通過采用常規(guī)壓力機來實現(xiàn)，工藝為沖孔1和沖孔2，分二道工序（正反沖裁方式）來實現(xiàn)，該加工方式具有以下主要缺點：①生產(chǎn)效率較低，不適宜大批量生產(chǎn)。②質(zhì)量不穩(wěn)定，二次加工，易造成同軸度超差現(xiàn)象。

仔細分析零件可知，管壁件上為共軸線、同孔徑的孔，針對零件孔的特點，可以采用廢料沖裁的方式，4個孔一次性沖壓出來，既可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，又可以提高工作效率。

圖1

這種沖裁方式有如下優(yōu)點：①生產(chǎn)效率高。②質(zhì)量穩(wěn)定，一次沖裁利于尺寸（同軸度等）精度的控制。③取件方便，適宜大批量生產(chǎn)。④同軸線兩孔一次垂直沖裁，利于廢料的排除。

在管材采用沖壓方式加工，按管內(nèi)有無凹模分為無凹模沖孔和有凹模沖孔。管材無凹模沖孔是在管內(nèi)無凹模支撐的狀態(tài)下，僅靠凸模對管壁實施沖孔加工，由于管材在空心狀態(tài)下沖孔，當凸模對管材施加的壓力超過管壁本身剛度所能承受的壓力時，管材就會壓扁，易出現(xiàn)壓扁、凹坑等缺陷。有凹模沖孔，是通過凸、凹模刃口對材料的剪切使材料分離實現(xiàn)沖孔的。有凹模沖孔，由于是間隙沖裁，沖孔后不可避免地在管材內(nèi)側(cè)留下毛刺，凹模的取出就異常困難，使沖孔無法完成，生產(chǎn)效率低下，不適應大批量生產(chǎn)的需求。因此，如何最大限度地提高沖孔的精度，控制毛刺的大小，將有間隙沖裁轉(zhuǎn)化為無間隙沖裁是控制沖孔成敗的關鍵。無論是在工藝設計還是在模具結(jié)構(gòu)設計方面，都必須采取特殊措施，以提高模具的沖裁精度，從而保證沖孔加工過程得以順利完成。

2.模具設計

（1）模具設計總體結(jié)構(gòu)設計及工作過程。在實際生產(chǎn)過程中，為某產(chǎn)品設計了一副如圖2～圖5所示的管材，有凹模的沖孔模，為了將有間隙的沖裁轉(zhuǎn)化為無間隙的沖裁并利于沖裁后的取件，在模具的左、右兩端通過采用斜鍥的方式將沖孔凹模及定位型腔移動至理論位置。為了提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和沖孔后廢料的排屑便利性，沖孔時采用廢料沖裁的方式，一次性沖兩孔。具體的模具結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

圖2

圖3

圖4

圖5

工作過程：①將管材放在壓料下模7、21中，上模板26通過導柱4、導套5導向下行，壓料上模8、22采用氮氣彈簧來壓料，保證零件定位的一致性。②在氮氣彈簧壓料開始后，滑塊驅(qū)動桿15下行推動滑塊14、沖孔凹模鑲塊18向零件管內(nèi)運動。③沖孔凹模鑲塊18（管材內(nèi)腔型面）到位后，上模繼續(xù)下行，沖孔凸模20開始工作，凸模20先與沖孔凹模鑲塊18接觸，完成第一次沖孔。④上模繼續(xù)下行，沖孔凸模20下行至沖孔凹模19中時（沖孔凸模7推動廢料一起運動），完成第二次沖孔。⑤上模上行，沖孔凸模20先后與沖孔凹模19、沖孔凹模鑲塊18分離。待完全分離后，滑塊驅(qū)動桿15向上運動，推動滑塊14、沖孔凹模鑲塊18向外運動。待沖孔凹模鑲塊18退出管材后，上模拉著壓料上模8、22向上運動，從而實現(xiàn)了卸料作用。

（2）模具設計要點。對于管材有凹模的沖孔，由于它的沖孔凹模需伸入管內(nèi)，定位需以管材的內(nèi)腔型面定位，以致于模具結(jié)構(gòu)不好布置，沖裁過程中因管材的定位凹模是需要伸入管內(nèi)的，所以一般的模具設計時與管材的內(nèi)腔型面需有一定的間隙，以保證零件定位的可操作性，沖裁過程就變成了有間隙的沖裁，沖孔后不可避免地在管材內(nèi)側(cè)留下毛刺。零件的取件就異常困難，因此存在生產(chǎn)效率低下，不能適應大批量生產(chǎn)的需求。如何將有間隙沖裁轉(zhuǎn)化為無間隙沖裁、提高生產(chǎn)效率是該類模具設計的首要問題，為了將有間隙沖裁轉(zhuǎn)化為無間隙沖裁，在沖孔開始前，通過斜鍥的方式來實現(xiàn)將沖孔凹模（管材內(nèi)腔型面）移動至定位位置并固定。因沖孔凹模采用斜鍥向下運動的方式，將斜鍥的垂直運動轉(zhuǎn)化為沖孔凹模（管材內(nèi)腔型面）的水平運動，通過斜鍥的方式轉(zhuǎn)化運動軌跡，將沖孔凹模的外型腔從側(cè)面插入的來實現(xiàn)模具的定位，從根本上解決了沖裁間隙問題。

值得一提的是，該模具在工藝方式上創(chuàng)新，一般沖孔模一個沖頭一個沖次只能沖裁一個孔，該模具采用廢料沖裁的沖壓方式，一個沖頭、一個沖次、一次性沖制兩個孔（同軸線）。由于是一次沖壓完成，在模具結(jié)構(gòu)上既保證了產(chǎn)品的尺寸（中心距和同軸度），又提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。廢料沖裁通過合理選擇沖裁間隙，在工作時，先利用廢料沖裁，再利用沖孔凸模7來達到擠孔效果，從而起到保證零件表面粗糙度值達標的作用。

3.結(jié)語

模具經(jīng)過實施生產(chǎn)，沖出的零件表面平滑美觀，比其他加工方式方便，完全可以滿足零件的設計要求。此類管材沖孔沖裁加工工藝，不僅可以滿足某些產(chǎn)品的特殊需要，同時因?qū)υO備的要求不高（在普通壓力機上即可實現(xiàn)）。所以希望通過該模具結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，可以為其他類似結(jié)構(gòu)的零件沖裁加工提供參考。但廢料沖裁過程中所遇到的工藝難點（如工藝參數(shù)），還需完善和進一步探索與研究。