精沖片齒輪的沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了精沖片齒輪的工藝方法及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，希望能為類似零件模具設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：片齒輪； 精沖； 工藝分析； 模具設(shè)計(jì)

1 沖制片齒輪的技術(shù)難點(diǎn)

用板、條、帶、卷料一模成形，直接沖制出各種齒型、不同模數(shù)和帶孔或不帶孔、輪輻加厚或減薄的圓形、扇形與特定任意形狀的片齒輪等，其沖壓加工的技術(shù)難點(diǎn)如下：

(1)齒型沖切面即齒廓嚙合面質(zhì)量，往往因材質(zhì)金相組織結(jié)構(gòu)不良、潤(rùn)滑不到位和模具刃口出現(xiàn)不均勻磨損等因素而使沖件沖切面塌角過大，塌角深度超過 25%T； 沖切面完好率不足 75%，低于Ⅳ級(jí)而影響使用； 沖切面局部毛刺過大，難以徹底清除； 沖切面的整體表面粗糙度值大于 RA1.6“m，無后續(xù)加工工序時(shí)小于 RA1.6”m，就無法使用。

(2) 料厚t<1mm 的小尺寸片齒輪，尤其當(dāng)t≤0.5mm 時(shí)，各種精沖方法都難以加工； 用高精度普通沖模沖制，沖切面質(zhì)量，特別是沖切面表面粗糙度值如何減小到符合要求。

(3) 小模數(shù)片齒輪，如模數(shù) m<0.25mm 的漸開線片齒輪，其沖裁模齒形沖切刃口，包括凸模與凹模的齒形刃口在沖裁過程中，要承受較大的壓力載荷，容易出現(xiàn)崩刃、壓塌、局部過量磨損……，沖制的工件，齒頂部位塌角大，料厚減薄明顯，而且模數(shù)越小減薄越嚴(yán)重。在齒頂刃口處過量磨損而失效。也有在齒根圓的位

(4)所有沖制片齒輪的沖模，壽命都很低。多數(shù)都置，凸模出現(xiàn)了裂紋。由于齒形模數(shù)小，節(jié)圓上的齒寬B 遠(yuǎn)小于零件料厚，沖裁時(shí)凸模齒形部位的壓力峰值數(shù)倍于凸模的平均壓應(yīng)力，因而大幅度增加了齒形部位的摩擦力以及由此產(chǎn)生的成倍磨耗，必然導(dǎo)致沖模提前刃磨。

(5) 料厚t≥1mm-3mm 的薄板片齒輪，多采用各種精沖方法，直接從原材料沖制成品片齒輪零件。由于模數(shù)小，節(jié)圓齒寬 B 大多都小于t，多數(shù)僅為 B≤60%T，甚至 40%T 或更小。不僅凸模齒形承載壓力大，而且沖出齒形齒頂部位減薄，塌角深達(dá) 20%T-25%T，軟料更為嚴(yán)重。

(6) 片齒輪的齒形精度、整體的線性尺寸精度以及齒形外廓與孔，尤其是中心孔的同軸度、輪輻群孔的位置度等，受沖壓工藝、沖模結(jié)構(gòu)型式、沖模制造精度的制約； 沖件材料的力學(xué)性能對(duì)沖切面質(zhì)量影響較大。采用連續(xù)沖裁工藝沖制的帶孔或輪輻厚度與齒形不同需要減薄輪輻或齒形部位的工件，可采用多工位連續(xù)沖壓工藝： 先在壓形打扁減薄的工位內(nèi)外兩旁邊切口，容納多余材料及料厚減薄增大的面積，而后才能精沖孔或擴(kuò)孔、精沖齒形，與只有沖裁工位的連續(xù)沖裁模一樣，精準(zhǔn)的定位系統(tǒng)是確保工件形位精度的關(guān)鍵。齒形與尺寸精度則主要靠提高制模精度保證。

2 超薄料片齒輪的沖制

料厚t≤0.5mm 的片齒輪，采用V形齒圈強(qiáng)力壓板精沖，即 FB 精沖有難度，特別是t≤0.3mm 時(shí)，因標(biāo)準(zhǔn)齒圈的V形齒最小高度 hmIN 為 0.3mm，壓入材料過深會(huì)將材料咔斷，故不能實(shí)施精沖。其他精沖方法，如對(duì)向凹模精沖，也不能精沖t≤0.5mm 的零件。這些厚度不大的各種材料的片齒輪，特別是t≤0.5mm-1mm或更薄一些的片齒輪，儀表產(chǎn)品中使用較多。

下文筆者舉例一種與安徽電影機(jī)械廠合作，在普通壓力機(jī)上推廣應(yīng)用精沖技術(shù)而設(shè)計(jì)的精沖模結(jié)構(gòu)之一。該模具為電影放映機(jī)輸片齒零件在普通壓力機(jī)上進(jìn)行精沖的固定凸模式 FB 精沖模。該模具有推件滯后結(jié)構(gòu)，能避免因滑塊回程將工件推入廢料腔內(nèi)而刮壞斷面的缺陷，確保精沖件的斷面質(zhì)量。

推件滯后機(jī)構(gòu)由硬橡膠圈、球面接頭、調(diào)節(jié)墊和碟形彈簧組成。當(dāng)上模上行時(shí)，硬橡圈把模柄彈起，碟形彈簧放松，推件塊不動(dòng)。上模繼續(xù)上行，通過杠桿的作用使推件塊動(dòng)作，推出工件。使用這種機(jī)構(gòu)時(shí)需嚴(yán)格控制反推加壓行程及對(duì)模深度，否則會(huì)損壞推件塊或碟形彈簧。該模具采用通用模架，更換模芯，可沖制不同的工件。

對(duì)于t≤0.5mm 的片齒輪，使用高精度普通全鋼沖模，沖制薄料、超薄料零件，只要制模精度高、沖裁間隙小、沖裁刃口鋒利，也能獲得高質(zhì)量零件。

精沖件與普通沖裁件相比，沖切面光潔、平整，表面粗糙度值一般為 RA0.63!m-0.25∮m； 尺寸精度可達(dá)IT7-9 級(jí)。而普通沖裁件沖切面質(zhì)量隨料厚t 增加，波動(dòng)很大：t=1mm 時(shí)，其表面粗糙度值為 RA3.0-3.2∮m；T≤0.5mm 時(shí)，可達(dá) RA2.5m-2.0m，尺寸精度可達(dá) IT9-10 級(jí)。因此，對(duì)于料厚t<1mm 的片齒輪零件，尤其t≤0.5mm 的片齒輪零件，推薦采用圖 5 所示高精度固定卸料導(dǎo)板式?jīng)_裁模或連續(xù)沖裁模沖制片齒輪，可以收到精沖效果，達(dá)到 IT8-IT9 級(jí)沖壓精度。

3 薄板與中厚板片齒輪的沖制

料厚t>1mm-3mm 的薄板與t>3mm-4.75mm 中厚板片齒輪零件，當(dāng)投產(chǎn)批量達(dá)到大批大量生產(chǎn)的水平，推薦采用 FB 精沖，即用V形齒圈強(qiáng)力壓板精沖工藝加工。實(shí)施 FB 精沖，采用專用CNC精沖機(jī)組，不僅效率高、自動(dòng)化

程度高、操作安全性高，更主要的是以人為本，勞動(dòng)強(qiáng)度低，無噪聲與污物對(duì)環(huán)境污染，精沖在封閉空間進(jìn)行，外擴(kuò)散噪聲控制在 85dB(A) 以下。專用CNC精沖機(jī)或成套CNC精沖機(jī)組過去一直靠進(jìn)口，價(jià)格高昂，維修技術(shù)要求高，配套水、電、空調(diào)、壓縮空氣等動(dòng)力系統(tǒng)及設(shè)施投資巨大，專用精沖機(jī)與CNC 精沖機(jī)國(guó)內(nèi)也有幾家生產(chǎn)，售價(jià)仍覺偏高。建議外委協(xié)作加工。同時(shí)，對(duì)于尺寸不大的小型精沖件，也可用特殊結(jié)構(gòu)的沖模，在普通壓力機(jī)上實(shí)施 FB 精沖。

下圖所示是齒弧板零件在專用CNC精沖機(jī)上精沖的沖孔——落料復(fù)合沖裁精沖模。該模具采用順裝-結(jié)構(gòu)型式，齒圈壓板件 6 亦是沖裁凸模件 13 的導(dǎo)板，雖采用滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)е＜埽星堆b在模座沉孔中的V形齒圈壓板為內(nèi)嵌式凸模導(dǎo)向，兩者原本同軸度極好，導(dǎo)向也可達(dá)到零偏差或接近零偏差導(dǎo)向，精度極高。

4 厚板齒輪、凸輪與類似零件的精沖、整修及后續(xù)加工

料厚超過t≥4.75mm 的片齒輪，如果產(chǎn)量達(dá)到成批和大量生產(chǎn)的水平，采用CNC專用精沖機(jī)組生產(chǎn)最合算，不僅僅是發(fā)展與深化了科學(xué)發(fā)展觀的理念，堅(jiān)持以人為本的宗旨，獲得巨大經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益和良好的社會(huì)與環(huán)保效益，而且確保沖壓生產(chǎn)安全，消除了多項(xiàng)安全隱患。所以，推廣厚板零件，包括片齒輪、凸輪、棘輪等，用精沖工藝生產(chǎn)，擴(kuò)大無削加工范圍，使沖壓生產(chǎn)技術(shù)得到提升。

目前國(guó)內(nèi)已有內(nèi)江鍛壓機(jī)床廠、徐州特種鍛壓設(shè)備廠、武漢華夏精沖公司等企業(yè)制造多種規(guī)格的精沖機(jī)。其性能比世界一流的瑞FEINTOOL公司CNC精沖機(jī)有一些差距，但實(shí)際使用效果還不錯(cuò)，其售價(jià)也遠(yuǎn)低于進(jìn)口機(jī)。用國(guó)產(chǎn)精沖機(jī)實(shí)際精沖，效益也會(huì)很好的。對(duì)普通沖裁的齒輪、凸輪、棘輪等零件，經(jīng)過后續(xù)整修獲得高的尺寸與形位精度、光潔平整的沖切面。實(shí)踐證明，該工藝行之有效。對(duì)于厚板高精度片齒輪等零件，不僅可行，而且經(jīng)濟(jì)，特別適合小型零件的多品種生產(chǎn)。

諸如凸輪、多邊形型板、標(biāo)準(zhǔn)孔板、基座等精沖件，厚度雖都較大，一般t≥4.75mm 屬于厚板零件，但其外廓形狀簡(jiǎn)單，有利于沖裁后整修加工。微間隙整修變形過程有些類似的負(fù)間隙整修工藝，用于形狀簡(jiǎn)單、材料強(qiáng)度不大的低碳鋼、有色金屬零件加工，效果很好。例如有種模具是采用負(fù)間隙修整，凸模、凹模間負(fù)間隙為(0.1-0.2)T，凹模刃口帶有小圓角，其圓角半徑取R0.05-R0.1mm。卸料板既起卸料作用又起毛坯的定位作用，故下端面離凹模刃面應(yīng)小于料厚(約取0.8T)，以保證毛坯定位，又能排屑。排屑需用壓縮空氣吹掉。由于凸模刃口大于凹模刃口，故用兩限位柱，以防凹、凸模的刃口啃傷。整修完畢，工件沒有全部擠入凹模，由下一個(gè)工件整修時(shí)將它全部推入并推出凹模。

參考文獻(xiàn)

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