汽車螺母板翻孔工藝及級進(jìn)模設(shè)計(jì)

韓耀東，韓明彥

（武漢中人瑞眾汽車零部件產(chǎn)業(yè)有限公司，湖北武漢 430073）

1 引言

翻邊翻孔在沖壓生產(chǎn)中屬于典型的成形工藝，翻邊主要分為內(nèi)凹翻邊（伸長類翻邊）和外凸翻邊（壓縮類翻邊），如圖1所示。

翻孔最常見的是翻圓孔，如圖2 所示。異形孔翻孔的原理也與翻圓孔類似。沖壓工藝中，除了正常翻孔的形式外（一般情況下，翻孔后的壁厚大約是原材料的85%t），還有變薄翻孔工藝（壁厚比85%t小，甚至更小）。還有另外一種情況就是翻孔后進(jìn)行反鐓工藝，可以使翻孔的壁增厚（可以超過材料的原始壁厚）。翻孔的類型比較多，工藝也各不相同。在實(shí)際生產(chǎn)中，最常見的是先沖底孔再翻孔，還有直接刺孔翻孔、沖孔翻孔一體化、還有無預(yù)孔的直接翻孔、先拉伸再翻孔等多種工藝形式。

沖壓件通過翻孔之后再攻螺紋的情況非常多，有些情況下，因?yàn)橹萍壮叽绲囊蠛头坠に嚨木窒扌裕枰?jīng)過拉伸成形之后再?zèng)_孔翻孔。一方面是滿足翻孔有足夠的高度；另一方面是防止因翻孔變形太大，而導(dǎo)致翻孔開裂的情況發(fā)生，但這些工藝所產(chǎn)生的翻孔壁厚，往往都比原材料料厚薄。

汽車螺母板是汽車上比較常見的沖壓件，不僅品種多，而且每車的使用數(shù)量也比較多，這種制件因?yàn)閺?qiáng)度要求較高，往往需要螺紋孔的壁厚比較厚，以前很多是通過沖壓件焊接螺母的形式實(shí)現(xiàn)，或者是通過螺母盒里面鑲嵌活動(dòng)螺母而實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進(jìn)和工藝優(yōu)化，汽車螺母板改進(jìn)為純沖壓件，它是通過拉伸、翻孔、反鐓、攻絲的工藝形式完成，這就是通常所說的螺母板沖壓工藝。雖然是沖壓件，但是螺母板的強(qiáng)度沒有降低要求。汽車上車門的安裝、安全帶的安裝、座椅的安裝等，都用到了螺母板。螺母板的形式多種多樣，這里以其中的一個(gè)品種作具體介紹。

2 螺母板簡介

圖3所示為某車型螺母板，材料QSTE420TM,料厚t=4mm，標(biāo)準(zhǔn)Q/BQB310-2009，屬于高強(qiáng)度板；螺紋M8×1.25mm-6H，等級AC12，螺紋的加工方式是采用擠壓絲錐成形，擠壓螺紋的底孔尺寸為?7.45±0.05mm。螺母部分的外部直徑為?18mm，壁厚為5.275mm（攻絲前），相當(dāng)于比原始料厚增厚了1.275mm，這在沖壓翻孔工藝?yán)锩鎸儆诒容^困難的事情，一般情況下翻孔的壁厚為料厚的80%～85%，而且翻孔的高度為9mm，超過了正常的翻邊高度。為此，需要針對性的設(shè)計(jì)特殊的沖壓工藝手段，達(dá)到制件要求的效果。

3 成形工藝分析

圖4所示的螺母板，材料強(qiáng)度較高，料厚較厚，翻孔直徑小，翻孔高度高，而且壁厚要求增厚，按常規(guī)的翻孔工藝，顯然是無法實(shí)現(xiàn)的。由于翻邊高度不能達(dá)到要求，考慮用多次拉伸的方式，先儲(chǔ)備材料，再翻孔，最后通過反鐓的工藝方式，使壁厚變厚，完成螺母底孔的沖壓工藝。由于制件的用量比較大，單工序生產(chǎn)無法滿足生產(chǎn)要求，因此，考慮級進(jìn)模的生產(chǎn)方式，解決生產(chǎn)的效率問題。從制件圖紙看，螺母底孔的成形是這個(gè)制件沖壓的關(guān)鍵所在，其它的鐓苞、修邊工序都屬于常規(guī)的、簡單的沖壓工藝，所以，先從螺母底孔的成形分析開始探討。

具體的成形工藝：先拉伸、再?zèng)_底孔、再翻孔（由于料太厚，孔太小，不需要進(jìn)行翻孔，直接精修底孔到螺紋底孔尺寸）；然后利用反鐓成形，使螺紋底孔的壁厚增厚。

（1）根據(jù)螺母板的制件圖紙，采用等體積法的原理，計(jì)算出毛坯尺寸的大小，如圖4所示。

（2）根據(jù)螺母底孔最終的尺寸，推算出反鐓之前，制件所需要拉伸的形狀，以及翻孔的形狀（這里由于料厚較厚必須區(qū)域太小，不需要進(jìn)行翻孔，采用沖孔的工藝方案可以直接替代翻孔）。拉伸、翻孔、反鐓的局部尺寸，如圖5所示。

（3）根據(jù)制件的毛坯尺寸和拉伸所需要的最終底孔尺寸要求，利用等體積法和材料的拉伸系數(shù)計(jì)算原理，推算沖壓件的拉伸次數(shù)和各拉伸工序所要求的尺寸。經(jīng)過初步計(jì)算，需要15道拉伸工序和1道整形、1道沖孔工序完成最終底孔的尺寸要求，具體拉伸次數(shù)和拉伸系數(shù)如表1所示。

表1 螺母板拉伸次數(shù)和拉伸系數(shù)計(jì)算值

（4）沖壓件從毛坯開始，每道工序的拉伸工序圖，如圖6所示。

（5）螺母板經(jīng)過拉伸整形沖孔工序后，開始幾次反鐓、拉伸、整形的工序。反鐓是為了增加壁厚，拉伸是為了使壁厚平滑均勻避免折疊，整形是為了達(dá)到制件的最終尺寸要求。經(jīng)過幾次反復(fù)工序，使螺母板的壁厚逐步增加，其工序圖如圖7所示。

反鐓主要是使翻孔的壁厚增厚，通過減小翻孔的高度和增大翻孔的外徑實(shí)現(xiàn)壁厚增厚。內(nèi)徑因?yàn)橐ソz，其表面質(zhì)量要求比較高，就不再參與成形，其目的是防止材料因成形過程中產(chǎn)生局部暗疊料或內(nèi)孔形狀輪廓不均勻，影響螺紋的形狀和強(qiáng)度。

（6）經(jīng)過沖壓件的毛坯形狀、拉伸次數(shù)、反鐓工藝等綜合分析，可以得到完整的級進(jìn)模的料帶工序圖，考慮到模具的強(qiáng)度問題以及調(diào)試過程中的其它情況發(fā)生，在料帶的排布過程中，采用了一模二件的形式，對稱分布，同時(shí)設(shè)置了料帶伸縮工藝切口，保證了導(dǎo)正銷正常導(dǎo)正，并適當(dāng)安排了空步工序。具體排樣如圖8所示。

4 螺母板級進(jìn)模結(jié)構(gòu)

螺母板的級進(jìn)模結(jié)構(gòu)如圖9所示。

根據(jù)排樣圖，設(shè)計(jì)級進(jìn)模的模具結(jié)構(gòu)，模具的基本結(jié)構(gòu)分為上模座、上墊板、凸模固定板、卸料板、凹模固定板、下墊板、下模座、下模支撐板、下模壓板組成。整副模具采用8 個(gè)導(dǎo)柱導(dǎo)向，確保模具的精度。由于模具的總工步數(shù)是41步，考慮模具加工困難和變形等因素，把模具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分成5個(gè)小模塊拼裝在一起，每個(gè)模塊都有4個(gè)獨(dú)立的小導(dǎo)柱導(dǎo)向。每一工步都是獨(dú)立的小單元模芯，可以單獨(dú)拆卸和裝配，方便制造、維修和更換部件。模具的分型面全長都設(shè)置有平衡塊，防止模具在工作過程中產(chǎn)生不平衡的情況，確保模具整個(gè)過程平衡工作。最后是制件落料1模2件，制件從模具下方漏出，條料的廢料從右邊切斷側(cè)滑出。由于是高強(qiáng)度厚板料拉伸成形，所以，凸、凹模部分需要做表面涂覆處理，防止拉傷制件或凸、凹模的工作部分，凸、凹模部分需要設(shè)置有排氣功能。厚板料拉伸，對應(yīng)壓料不是很關(guān)鍵，但每個(gè)工步必須設(shè)置有頂出功能，方便工序件脫模。

5 結(jié)束語

經(jīng)過模具的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試，整個(gè)過程比較順利，生產(chǎn)的制件滿足要求。由于是級進(jìn)模生產(chǎn)，又是一模二件，生產(chǎn)效率比較高，所以模具的表面涂覆、生產(chǎn)過程中使用潤滑油顯得非常重要。同時(shí)，模具的易損備件必須要有準(zhǔn)備，隨時(shí)可以快速更換。拉伸、翻孔工藝是沖壓領(lǐng)域的常規(guī)工藝，而且在材料成形中占很大比例。但是，拉伸、翻孔使材料壁厚增厚的工藝方案并不多見。采用反鐓成形工藝，使壁厚增加，又能實(shí)現(xiàn)級進(jìn)模的高效生產(chǎn)方式，是一種比較新穎的工藝方案，尤其適用于螺紋孔的成形工藝。該制件的調(diào)試比較滿意，實(shí)物如圖10所示。

通過對材料拉伸、翻孔、反鐓的成形分析，對級進(jìn)模的排樣方式以及每道序的工作內(nèi)容進(jìn)行綜合考慮，最終形成了比較完善的螺母板的生產(chǎn)工藝，克服了螺母板翻孔壁厚變薄的問題，實(shí)現(xiàn)了壁厚增厚的要求，為類似制件的生產(chǎn)提供了一定的幫助。由于制件的強(qiáng)度高、尺寸小，生產(chǎn)效率高，在模具制造的過程中，對模具的制造精度、表面涂覆、模具冷卻、潤滑等都有嚴(yán)格的要求。該制件的螺紋加工是在另外的工序完成，這里不作介紹。如果要使生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高，還可以在模具里面設(shè)置模內(nèi)攻絲機(jī)，直接完成整個(gè)成品的制造過程。這些先進(jìn)的理念應(yīng)用，會(huì)使生產(chǎn)效率得到顯著提升。