多臺階復雜結構零件的精沖工藝研究

文/高志生，管明文，許剛·蘇州東風精沖工程有限公司

多臺階復雜結構零件的精沖工藝研究

文/高志生，管明文，許剛·蘇州東風精沖工程有限公司

對多臺階復雜結構零件的精沖工藝進行了研究，分析了成形原理，對工藝進行了分析和優化，介紹了縱向連續精沖工藝的應用，并做了工藝試驗。結果表明，采用縱向連續精沖工藝，極大地提高了零件的尺寸精度，是實現復雜零件沖壓的有效方法。

精沖技術的應用極大地提高了零件剪切面的質量和生產效率。隨著精沖技術的發展，精沖工藝由單工步落料沖孔復合精沖工藝，發展到多工步連續精沖工藝，再到縱向連續精沖工藝及多工步縱向連續精沖工藝。精沖件的復雜程度也在不斷提高。由最初的平板落料件，到簡單成形件，再到如今的具有復雜成形特征的零件。

縱向連續精沖工藝的特點，就是在同一個工步順序完成不同成形內容。本文選擇了一個典型的多臺階結構的零件作為研究對象，通過對其精沖成形工藝進行分析研究，介紹縱向連續精沖工藝的原理及應用。

工藝分析

零件結構

圖1所示為零件結構尺寸。

該零件有三個臺階，零件尺寸及形位公差要求為，φ50mm和φ38mm半沖孔公差分別為±0.02mm和±0.015mm，且φ50mm和φ38mm半沖孔底面平面度為0.1。

此零件可采用多工步連續精沖，沖壓過程的受力情況如圖2所示，F1是落料和成形力；F2是落料時的壓邊力；F3是反頂力；F4是半沖成形的壓料力。從圖2中可以看出，沖壓該零件需要有4個單獨作用的力，僅靠精沖機床自身提供的3個力（這3個力是指去掉F4的F1、F2和F3，如圖3所示)是存在風險的。

圖1 零件結構尺寸

圖2 多工步連續精沖工藝受力圖

圖3 靠精沖機床自身提供的3個力的受力圖

半沖成形時沒有壓料力，半沖部位的材料就會發生流動，引起平面的形變，同時在連接部位會產生拉應力，當應力過大時還會產生裂紋（圖4)，對零件的使用性能造成較大影響。

圖4 變形情況示意圖

另外，該工藝的第一步成形的φ38mm內孔公差較嚴，在第二步沖壓時如果發生變形，則該尺寸就會超差。為避免φ38mm孔的變形，可以采用在同一工步成形φ50mm和φ38mm半沖孔的方案，如圖5所示。

圖5 改進工藝受力圖

此方案增加了φ50mm和φ38mm半沖孔的壓料力F4和F5，可以保證兩處的平面度；兩半沖孔在垂直方向上分步進行，最終成形時兩半沖孔凸模均在孔內，避免了成形時的孔徑變形，可以很好的保證孔徑尺寸精度。

工藝試驗及分析

兩種方案進行工藝試驗

⑴采用二工步連續精沖工藝。第一步成形φ38mm半沖孔，第二步成形φ50mm半沖孔和落料。圖6為該工藝沖壓零件的斷面放大圖。

圖6 二工步連續模沖壓件斷面放大圖

從圖6中可以看出，兩臺階處的平面均發生了明顯的變形，測量數據如圖所示，平面度遠遠超出了圖面的要求，同時因φ38mm與φ50mm之間的平面變形引起了φ38mm孔的孔徑收縮，造成了孔徑的超差。

⑵采用縱向連續精沖工藝。圖7為縱向連續精沖工藝的模具結構示意圖。

由圖7可以看出，在沖壓過程中，共使用了5個力，其中半沖和落料力F1是由機床主沖力油缸提供；落料時的壓邊力F2由機床的壓邊力油缸提供；零件的退料力和反頂力F3是由機床的反頂力油缸提供；F4和F5是增加的輔助力，F4用于提供φ38mm半沖孔的成形力、φ50mm半沖孔的壓料力和退料力，F5用于提供φ38mm半沖孔的壓料力和退料力。

圖7 縱向連續精沖模具

圖8為縱向連續精沖工藝沖壓零件的斷面放大圖，從圖8中可以看出，各臺階面的平面度都非常好，經檢測，幾個關鍵尺寸全部達到要求。

圖8 縱向連續模沖壓件斷面放大圖

試驗分析

試驗結果表明，采用縱向連續精沖工藝生產的零件，平面度及尺寸均比普通連續模生產的零件有極大的提高。該工藝的要點在于：增加了兩個輔助力，輔助力通過特殊結構施加在模具上，為零件成形提供了必要的成形力和壓料力，實現了在同一個工步中的三個動作（半沖φ38mm的孔，半沖φ50mm的孔和落料)，保證零件尺寸的精度。

結束語

縱向連續精沖工藝為復雜結構零件的生產提供了一種高效、可靠的加工方法。縱向連續精沖工藝的優點十分突出，但縱向連續模的結構相對緊湊，對模具設計的要求及模具制造的精度要求都很高，相信隨著精沖技術和模具制造技術的不斷發展，縱向連續精沖工藝將會應用于越來越多的復雜結構精沖件的生產。