圓形底板成形工藝分析

【摘要】本文分析了底板零件沖壓工藝，選擇最佳工藝方案并介紹方案設計中沖壓時出現的難題及其對策。

【關鍵詞】工藝分析；沖壓；基本工序；模具設計

一、底板零件簡單介紹

圖1所示為汽車上某零件底板，該底板是回轉圓形，材料為10鋼，材料厚度為3mm，中間有孔和環形槽，都有一定公差要求，零件還有個高度較高的凸臺，該件因為涉及到汽車的行駛安全問題，所以要求零件精度較高所用板料較厚，因此成形方法與常用薄板有所不同。

二、底板基本成形沖壓順序分析

（1）首先為了得到底板材料需采用落料工序，沿封閉輪廓線沖切下部份為零件或其他工序需要的毛坯，落料則根據坯料精度要求而定。（2）底板中間有孔，為了沖孔需要沖孔工序。（3）底板邊緣以內的環形槽及凸臺形狀，則需要拉伸工序將零件拉成空心零件。（4）為了得到底板豎立的邊緣，要進行翻邊工序將零件翻成一定角度直邊。（5）零件經過拉伸翻邊后，要準確保證左右的尺寸公差不可能，因此為了保證高度尺寸，在翻邊前應該加一道切邊工序，通過分析基本上確定零件的工序。

三、底板沖壓加工工序方案分析

（1）零件沖壓加工可能出現的工藝方案。方案一：落料——沖孔——拉伸——切邊——翻邊。方案二：落料——拉伸——沖孔——切邊——翻邊。分析沖壓工藝方案一沖孔工序在拉伸工序前面，由于孔大拉伸時沖好的孔會發生變形影響孔精度，所以這樣不能確保沖孔的孔尺寸精度，想要保證沖孔尺寸不發生改變，只能將沖孔工序放在拉伸工序后面，因此方案一沖壓方案行不通。從沖壓工藝方案二過程來看沖孔工序在 拉伸工序后，保證孔的尺寸沒有問題，在拉伸沖孔后進行切邊，在翻邊后保證尺寸也能夠做到，但是經過工序加工出來的零件都有拉裂現象，產品零件不合格。為什么看起來行的工序制造的零件不合格？從零件出現拉裂的地方檢查發現產品出現拉裂問題主要是凸臺部分。（2）底板凸臺產生裂口分析。凸臺是零件成形的關鍵，沖壓時，材料可能要承受兩個方面的作用力即壓應力和拉應力，如果材料只受到壓應力不可能裂口，只會出現起皺現象，只有受到拉應力時才能裂口，因此可以確定采用方案二拉伸時材料受到了超過材料抗拉強度的拉應力。（3）底板凸臺裂口解決方案。從上分析提出三種方案：增大材料的抗拉強度；減少材料內部受到拉應力；降低凸臺周圍的材料的變形拉力。增大材料的抗拉強度，即材料抗拉強度與材料的種類有關，材料選定后其抗拉強度就定下來了，所以增大材料的抗拉強度是不可行的。減少材料內部受到拉應力是不是可行？由于材料內受的拉應力與脹形變形程度有關，而變形前后的尺寸是確定的，故脹形變形程度不能改變，因此此方法也行不通。如果能將凸臺周圍變成在成形凸臺時也是弱區，凸臺周圍的坯料在成形凸臺時就會發生變形，即凸臺周圍的材料能向凸臺變形區流動。由于不能在零件上隨意沖孔而改變底板零件原有結構，因此只能利用底板原有孔Φ，即在成形凸臺前，預沖一個減輕變形的工藝孔。再次沖孔該安排在何處？首先看安排在切邊前是否可行，如果安排在切邊前，切邊時對孔的精度并沒有什么影響，但是在切邊后還有翻邊整形，會對孔的精度造成影響，所以再次沖孔只能安排在翻邊整形后。至此，該零件的沖壓加工工藝方案確定為：落料—預沖Φ77mm工藝孔—拉伸—切邊—翻邊—沖孔。

四、模具結構設計問題

零件最終的尺寸、形狀靠翻邊整形工序進一步加工，以達到零件的尺寸精度要求，獲得輪廓清晰的凸臺，零件屬于中厚板沖壓成形，成形力大，我們采用摩擦壓力機，但摩擦壓力機工作特性模具閉合高度不能準確控制，這樣不利于保護模具精度和保證沖壓件的質量，所以只有在零件加工工藝方案和模具結構設計上采取措施，通過對模具結構改進克服上述不足，達到理想沖裁效果。該模具的最大特點是利用固定在上模座且均勻分布在凸模四周的4塊導向塊進行導向，導向塊與凹模外徑相接觸的圓弧面半徑應與凹模外徑一樣大，裝配時，導向塊圓弧面應緊貼凹模外緣。另外導向塊下平面應超出凸模下端面15mm～20mm，目的是在凸模下降時，凹模先進入導向塊導向。隨著滑塊的不斷下降，導向塊與凹模外緣的接觸面積不斷增加，最后在充分導向的情況下，凸模進入凹模完成切邊。在這一過程中，由于導向塊和凹模有一定的剛度且裝配精度高，足以克服壓力機精度不足所引起的沖壓件質量問題。解決模具封閉高度不準確的方法是在與導向塊對應的下模座上也固定4塊限位塊，用以限制模具的閉合高度，以保證模具不受過大的沖擊。