一種沖壓覆蓋件成形工藝分析及切邊夾具設計

許紅伍

（蘇州健雄職業技術學院，江蘇 蘇州 215400）

1 工藝分析

圖1所示工件，材料為SUS304,料厚1.0mm，中批量生產。工件是一個非圓的沖壓覆蓋件，底部邊緣不整齊，最大外形尺寸為174.5×115.9×60.6。外形尺寸精度取IT12，底部邊緣要求形狀正確且光順，最大減薄率小于25%。

此沖壓覆蓋件拉深高度較高，如果在高度方向增加工藝補充面，拉深系數會很小，需要兩次拉深成形，切邊工序采用旋切模式，旋切模具結構較復雜。為了簡化生產過程，節約成本，我們采用一次拉深，一次切邊（切邊的同時沖孔），一次翻邊的工藝來完成此產品的成形，成形過程分析如下。

圖1 工件三維示意簡圖

圖2 拉深的分模面

（1）拉深工序。在保證拉深不破裂，且減薄率低的情況下盡量減小翻邊變形的高度尺寸，同時，力爭翻邊高度的均勻性，拉深的分模線和壓邊面設置如圖2所示。拉深采用大小為247×200的毛坯，實際用毛坯大小與模擬分析基本一致，拉深分析的效果圖如圖3，減薄率滿足要求，無裂紋，起皺現象也不明顯。

圖3 拉深效果圖

圖4 切邊線

（2）切邊工序。切邊參考來自CAE分析，切邊線如圖4所示。

經過簡單計算，翻邊高度滿足要求。切邊模具的制作結果直接影響到翻邊的質量，為了確保翻邊質量，我們可能需要多次切邊，因此，我們設計了一款切邊夾具用來確定最終的切邊參數。切邊夾具的設計我們將后續進行說明。

（3）翻邊工序。我們通過翻邊工序來保證最后產品的底部形狀和尺寸，由于翻邊高度不大，相對均勻，翻邊工藝性好。翻邊模具結構相對簡單和常見，這里我們就不再詳述了。

接下來，我們重點介紹一下切邊夾具的設計。

2 沖壓覆蓋件的切邊夾具設計

2.1 切邊夾具設計的意義

沖壓塑性成形的工藝尺寸的理論計算很復雜，目前要么借助CAE軟件進行成形分析得到參考，要么借助經驗簡單計算來確定沖壓工序尺寸，但不管采用什么方法，最終都需要通過試模來確定最終工藝尺寸。

確定最終模具的工藝尺寸最常見的方法通過制造模具試模來完成。先制造模具，邊試模邊修模，直到沖出合格產品，這個模式有很廣的應用性。但對于帶翻邊的覆蓋件來說，要確定翻邊前的切邊工序的切邊尺寸，試模過程需要多組試模參數，每組試模參數需要一套切邊模，這樣做顯然不合理，試模修模的方法是行不通的。目前，翻邊工序前的切邊工序的試模常采用的方法是通過簡單夾具切邊，試出合適尺寸后再制造切邊模，但這種切邊夾具一般是一次性的，每組試模參數需要一套簡單夾具，要得到合適的切邊參數往往需要很多套簡單夾具。電火花線切割技術在模具制造過程中的應用越來越普遍了，此項目的重點就是針對線切割設備設計一套夾具，此夾具可以重復使用，而且通用性強。

2.2 夾具結構及工作過程

切邊夾具的結構如圖5所示。

本產品由兩部分組成：

（1）夾具本體部分：本體部分由夾具外框（件3）、夾具支撐座（件2）、軸套（件4）、嵌入式螺母（件7）、支撐軸（件6）、銷（件5）組成。在夾具支撐座（件2）的四個側面有4個等高的安裝孔，4個嵌入式螺母（件7）分別采用小過盈量的過盈配合嵌入件2的孔中；在夾具外框（件3）的四個側面也有4個等高的安裝孔，4個軸套（件4）分別采用小過盈量的過盈配合嵌入件3的孔中。夾具外框（件3）的安裝孔與夾具支撐座（件2）的安裝孔位置對應，4根支撐軸分別從4個軸套中穿過，支撐軸（件6）與軸套（件4）形成小間隙配合，可以相對轉動和移動。支撐軸（件6）的一端有螺紋，通過螺紋連接與嵌入式螺母（件7）連接在一起，工作時可以分開。支撐軸的另一端有周向的通孔，4個銷（件5）分別與4根支撐軸（件6）的通孔形成過渡配合，與支撐軸連接在一起。

圖5

（2）沖壓件定位部分：沖壓件定位部分有兩個零件，一個是沖壓件定位塊（件1），一個是緊定螺釘（件8）。沖壓件定位塊（件1）底部有通槽，通過通槽安放在夾具支撐座（件2）上；沖壓件定位塊（件1）側面有一個螺紋孔，緊定螺釘（件8）穿入此螺紋孔來實現沖壓件定位塊（件1）與夾具支撐座（件2）的定位和緊固。沖壓覆蓋件安放在沖壓件定位塊上，通過內形面定位。

最佳實施方案：將夾具置于線切割機床工作平臺上；穿絲；根據沖壓件定位塊的兩個側邊找正；手動調整電極絲到合適的位置；安放一個需要切邊的沖壓覆蓋件；編程；切割。取下切邊完成的沖壓覆蓋件；再放一個需要切邊的沖壓覆蓋件；重新編程；切割。如此反復可以得到多組切邊工藝參數，方便后續翻邊試模或切邊打樣。

切割過程中，詳細的夾具工作情況如下：為方便描述，我們將4根支撐軸（件6）分別命名為X向支撐軸、-X向支撐軸、Y向支撐軸、-Y向支撐軸。當電極絲靠近X向支撐軸時，暫停切割，手動旋轉X向支撐軸上的銷（件5），帶動X向支撐軸旋轉，直至X向支撐軸與嵌入式螺母（件7）分離，然后將X向支撐軸沿X向移出一段位移，確保避開電極絲的前進軌跡。此時，夾具支撐塊（件2）仍受到-X、Y、-Y三個方向的支撐軸的約束，保持不動，沖壓件定位塊及沖壓覆蓋件也保持不動。開始繼續切割，當電極絲靠近Y向支撐軸時，再次暫停切割，將X向支撐軸向內移動，并手動旋轉X向支撐軸上的銷（件5），帶動X向支撐軸旋轉，使其與對應的嵌入式螺母連接，然后手動旋轉Y向支撐軸上的銷（件5），帶動Y向支撐軸旋轉，使其與對應的嵌入式螺母分離，并手動將Y向支撐軸沿Y向移出一段距離，避開電極絲的前進軌跡，開始繼續切割。依次再對-X向支撐軸、-Y向支撐軸進行同樣的操作，直至電極絲回到切割終止點。在整個切割過程中，夾具支撐塊（件2）至少受到3個方向的支撐軸（件6）的支撐和約束，始終處于靜止狀態，沖壓覆蓋件也處于靜止狀態，定位準確。沖壓覆蓋件切邊完成后，取下已經切邊后的覆蓋件，放上另一個需要切邊的覆蓋件，重新編程，重復同樣的操作，直至得到多組不同切邊樣品。

2.3 切邊夾具的優點

此夾具降低試模成本，可以使用較低成本驗證CAE或人工分析的切邊工藝參數的合理性，為切邊模的設計與制作提供了強有力的參考；此夾具用在線切割機床上，夾具損耗小，夾具的壽命長。另外，當覆蓋件形狀改變時，只需要更換覆蓋件定位塊即可，切邊夾具的通用性也非常好；在線割過程中，夾具始終受到三向支撐，切邊夾具的穩定性也是非常好的。

3 結語

經實踐證明：（1）充分合理地利用翻邊工藝可以節約覆蓋件的制作成本；（2）對于外形不規則或存在不確定性的切邊工序進行模具設計的情況下，采用夾具進行試切是一種可選的方案；（3）線切割設備可以較好地運用于沖壓產品的試制過程中。