多台阶复杂结构零件的精冲工艺研究莱芜
文章来源：猎奇机械网 | 2022-07-13
对多台阶复杂结构零件的精冲工艺进行了研究，分析了成形原理，对工艺进行了分析和优化，介绍了纵向连续精冲工艺的应用，并做了工艺试验。结果表明，采用纵向连续精冲工艺，极大地提高了零件的尺寸精度，是实现复杂零件冲压的有效方法。
精冲技术的应用极大地提高了零件剪切面的质量和生产效率。随着精冲技术的发展，精冲工艺由单工步落料冲孔复合精冲工艺，发展到多工步连续精冲工艺，再到纵向连续精冲工艺及多工步纵向连续精冲工艺。精冲件的复杂程度也在不断提高。由最初的平板落料件，到简单成形件，再到如今的具有复杂成形特征的零件。
纵向连续精冲工艺的特点，就是在同一个工步顺序完成不同成形内容。本文选择了一个典型的多台阶结构的零件作为研究对象，通过对其精冲成形工艺进行分析研究，介绍纵向连续精冲工艺的原理及应用。
工艺分析
零件结构
图1所示为零件结构尺寸。
该零件有三个台阶，零件尺寸及形位公差要求为，φ50mm和φ38mm半冲孔公差分别为±0.02mm和±0.015mm，且φ50mm和φ38mm半冲孔底面平面度为0.1。
此零件可采用多工步连续精冲，冲压过程的受力情况如图2所示，F1是落料和成形力;F2是落料时的压边力;F3是反顶力;F4是半冲成形的压料力。从图2中可以看出，冲压该零件需要有4个单独作用的力，仅靠精冲机床自身提供的3个力(这3个力是指去掉F4的F1、F2和F3，如图3所示)是存在风险的。
图1 零件结构尺寸
半冲成形时没有压料力，半冲部位的材料就会发生流动，引起平面的形变，同时在连接部位会产生拉应力，当应力过大时还会产生裂纹(图4)，对零件的使用性能造成较大影响。
图4 变形情况示意图
另外，该工艺的第一步成形的φ38mm内孔公差较严，在第二步冲压时如果发生变形，则该尺寸就会超差。为避免φ38mm孔的变形，可以采用在同一工步成形φ50mm和φ38mm半冲孔的方案，如图5所示。
图5 改进工艺受力图
此方案增加了φ50mm和φ38mm半冲孔的压料力F4和F5，可以保证两处的平面度;两半冲孔在垂直方向上分步进行，最终成形时两半冲孔凸模均在孔内，避免了成形时的孔径变形，可以很好的保证孔径尺寸精度。
工艺试验及分析
两种方案进行工艺试验
⑴采用二工步连续精冲工艺。第一步成形φ38mm半冲孔，第二步成形φ50mm半冲孔和落料。图6为该工艺冲压零件的断面放大图。
从图6中可以看出，两台阶处的平面均发生了明显的变形，测量数据如图所示，平面度远远超出了图面的要求，同时因φ38mm与φ50mm之间的平面变形引起了φ38mm孔的孔径收缩，造成了孔径的超差。
⑵采用纵向连续精冲工艺。图7为纵向连续精冲工艺的模具结构示意图。
由图7可以看出，在冲压过程中，共使用了5个力，其中半冲和落料力F1是由机床主冲力油缸提供;落料时的压边力F2由机床的压边力油缸提供;零件的退料力和反顶力F3是由机床的反顶力油缸提供;F4和F5是增加的辅助力，F4用于提供φ38mm半冲孔的成形力、φ50mm半冲孔的压料力和退料力，F5用于提供φ38mm半冲孔的压料力和退料力。
图8为纵向连续精冲工艺冲压零件的断面放大图，从图8中可以看出，各台阶面的平面度都非常好，经检测，几个关键尺寸全部达到要求。
试验分析
试验结果表明，采用纵向连续精冲工艺生产的零件，平面度及尺寸均比普通连续模生产的零件有极大的提高。该工艺的要点在于：增加了两个辅助力，辅助力通过特殊结构施加在模具上，为零件成形提供了必要的成形力和压料力，实现了在同一个工步中的三个动作(半冲φ38mm的孔，半冲φ50mm的孔和落料)，保证零件尺寸的精度。
结束语
纵向连续精冲工艺为复杂结构零件的生产提供了一种高效、可靠的加工方法。纵向连续精冲工艺的优点十分突出，但纵向连续模的结构相对紧凑，对模具设计的要求及模具制造的精度要求都很高，相信随着精冲技术和模具制造技术的不断发展，纵向连续精冲工艺将会应用于越来越多的复杂结构精冲件的生产。
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