文／牛福忙，李宏斌，張靖波，趙建勇·山西惠豐機(jī)械工業(yè)有限公司沖壓廠

利用彈性體使普通沖床實(shí)現(xiàn)精沖

文／牛福忙，李宏斌，張靖波，趙建勇·山西惠豐機(jī)械工業(yè)有限公司沖壓廠

在沖裁模架中設(shè)計(jì)安裝彈性體，可使零件在普通沖裁時(shí)也受三向壓應(yīng)力的作用，從而在普通沖壓設(shè)備上也能夠生產(chǎn)出尺寸精度高、剪切面光潔度好的高精密零件。

近年來(lái)，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展極為迅猛，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，這就使得產(chǎn)品的制造周期不斷的在縮短。要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，機(jī)械制造企業(yè)必須要拓寬思路，進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，尋求性?xún)r(jià)比更高、交貨期更短的工藝解決方案。由此可見(jiàn)，技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能降耗是當(dāng)今機(jī)械制造企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、增加員工收入、在競(jìng)爭(zhēng)中不斷發(fā)展壯大的最佳選擇。

本公司是一個(gè)生產(chǎn)軍品、民品、汽車(chē)零部件等的綜合性的加工基地，零件品種多、批量大小不均。為了高效率的生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品來(lái)滿足客戶(hù)的需求，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備的情況，我們對(duì)精密沖裁零件的加工采取了以下三種方法：⑴采用進(jìn)口的精密沖壓設(shè)備。⑵采用普通沖壓設(shè)備改造成的精沖設(shè)備。⑶在普通沖壓設(shè)備的模架中設(shè)計(jì)安裝彈性體來(lái)實(shí)現(xiàn)精沖。下面就以第⑶種方法為例，將相關(guān)技術(shù)探索的過(guò)程與讀者分享。

應(yīng)用彈性體的背景

如圖1所示的零件是一個(gè)半成品，其使用的材料為25鋼板，材料厚度為3mm，由兩處7.7mm和四處4mm按照?qǐng)D示角度的要求繞橫軸實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布。兩處7.7mm根部都帶有空位槽，用以滿足零件彎曲的要求，四處4mm根部的R1.5的圓弧也是為了方便零件成形而留的。其余尺寸的公差要求在0.05～0.1mm之間，表面粗糙度Ra值均為1.6μm。由此可見(jiàn)，零件的形狀較為復(fù)雜，尺寸精度和表面光潔度要求很高。

圖1零件圖

查閱有關(guān)資料后得知，用普通沖模加工所得的零件的尺寸精度大都在IT9～I(xiàn)T11級(jí)，表面粗糙度Ra值在6.3～12.5μm之間，斷面只有三分之一的光亮帶，其余是粗糙的撕裂帶，并微帶有斜度。對(duì)于一般的尺寸精度及表面質(zhì)量要求不高的沖裁件，普通沖?；旧隙寄軡M足要求。

從理論上講，用普通沖模加工該零件，尺寸精度還是能夠滿足要求的，但表面粗糙度Ra值就滿足不了1.6μm的要求了。只有把工件先進(jìn)行沖裁，然后再進(jìn)行精修、擠光或剃削、銑削、磨削、拉削等才能得到符合要求的零件表面質(zhì)量。因此，用普通沖模來(lái)加工該零件，加工工藝煩瑣、周期長(zhǎng)、成本高、效率低。

此零件的實(shí)際生產(chǎn)情況是這樣的：當(dāng)時(shí)分廠的生產(chǎn)任務(wù)很重，進(jìn)口的精沖機(jī)和改造后可以實(shí)現(xiàn)精沖的普通沖床這兩臺(tái)設(shè)備已滿負(fù)荷工作，而新增加的這批零件生產(chǎn)任務(wù)又比較急，要求的加工周期也比較短，如果購(gòu)置新設(shè)備，那么投資將會(huì)很大，而改造舊設(shè)備的話，雖然投資小但時(shí)間上來(lái)不及。在此情況下，技術(shù)人員產(chǎn)生了一種設(shè)想，能否在模具設(shè)計(jì)中做一次大膽的改進(jìn)，讓普通沖壓設(shè)備也能夠在精密零件的加工中發(fā)揮重要作用呢？基于這樣的設(shè)想，技術(shù)人員便開(kāi)始了深刻的理論研究和大膽的實(shí)踐。

改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)

圖2改進(jìn)后的精沖模具

普通沖裁是利用模具和設(shè)備對(duì)板材施加壓力，使板材產(chǎn)生分離；而精密沖裁則是利用模具和設(shè)備對(duì)板料施加三向壓應(yīng)力（齒圈對(duì)板料的壓緊力，推件塊對(duì)零件的反頂力，凸模對(duì)材料的沖裁力），使板料產(chǎn)生分離，故精密沖裁可以獲得更高的尺寸精度和斷面質(zhì)量。在對(duì)精密沖裁的基本原理進(jìn)行細(xì)化、分解之后，我們決定在沖裁模架中用彈性體替代液壓裝置來(lái)使普通沖床實(shí)現(xiàn)精沖，在進(jìn)行了多次的實(shí)物模擬試驗(yàn)之后，最終設(shè)計(jì)出了如圖2所示的模具結(jié)構(gòu)，將設(shè)想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。

改進(jìn)后的精沖模具結(jié)構(gòu)（圖2）與改進(jìn)前的精沖模具結(jié)構(gòu)（圖3）相比較，所用的上模板、導(dǎo)套、襯板、凹模、導(dǎo)柱、凸模、卸料板、下模板、下緊固螺釘、下固定銷(xiāo)、定位圈、小導(dǎo)柱、推件塊、上緊固螺釘、上固定銷(xiāo)等的結(jié)構(gòu)和形狀基本相同，安裝位置也大致相同，不同之處是改進(jìn)后的精沖模具（圖2）用上彈性體23、調(diào)整螺桿24替代了改進(jìn)前的精沖模具（圖3）中的上傳力柱18來(lái)傳遞液壓系統(tǒng)的壓力，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺桿24，把上彈性體23產(chǎn)生的壓力調(diào)整到一個(gè)適當(dāng)?shù)闹祩鬟f給推件塊21；改進(jìn)后的精沖模具（圖2）中的卸料板7為活動(dòng)式卸料板，替代了改進(jìn)前的精沖模具（圖3）中的固定式卸料板7；改進(jìn)后的精沖模具（圖2）用卸料螺釘11、下彈性體12、下墊板13、螺帽14、螺桿15、上墊板16替代了改進(jìn)前的精沖模具（圖3）中的下傳力柱11來(lái)傳遞液壓系統(tǒng)的壓力，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺帽14來(lái)調(diào)整下彈性體12對(duì)卸料板7壓力的大小，把下彈性體12產(chǎn)生的壓力傳遞給卸料板7；改進(jìn)后的精沖模具（圖2）中的凸模6和墊板9、固定板8結(jié)合緊固在下模板10上。

圖3改進(jìn)前的精沖模具

改進(jìn)后模具的工作原理

將改進(jìn)后的精沖模具裝在普通沖床上，模具的上半部分通過(guò)模柄與沖床滑塊連接并緊固，下半部分通過(guò)下模板、附加螺釘、螺帽和壓板與沖床的工作臺(tái)連接。工作時(shí)沖床滑塊下行，模具上半部分的下表面與下半部分的上表面接觸，此時(shí)上彈性體23通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺桿24產(chǎn)生的壓緊力直接傳遞給推件塊21，下彈性體12通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺帽14產(chǎn)生的反頂力通過(guò)卸料螺釘11間接傳遞給卸料板7，壓緊力與反頂力結(jié)合形成立體的壓應(yīng)力體系，滿足了精密沖裁時(shí)材料受三向壓應(yīng)力的特點(diǎn)。

改進(jìn)后模具的特點(diǎn)

⑴本次改進(jìn)所用的彈性體材料為聚氨酯橡膠，與常用的彈簧、普通橡膠相比，硬度高、強(qiáng)度高、彈性好、耐磨、耐撕裂、耐老化，在封閉的容器內(nèi)受壓時(shí)具有液體靜壓的性質(zhì)，在各個(gè)方向上所受到的單位壓力相同，制造方便，成本低，是一般的彈性體材料所不能比擬的。所以，在沖壓模具結(jié)構(gòu)中聚氨酯橡膠常被用來(lái)做沖裁模、彎曲模、成形模、拉深模等，但是在沖壓模具中用它來(lái)替代精沖設(shè)備中的液壓系統(tǒng)來(lái)傳遞壓緊力和反頂力，這種情況在筆者所查閱的相關(guān)資料中還尚未發(fā)現(xiàn)。

⑵單從模具結(jié)構(gòu)觀察，改進(jìn)后的精沖模具比改進(jìn)前的精沖模具結(jié)構(gòu)要更為復(fù)雜一些，并且使用的零件也要多7種，但這些零件的結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單，加工成本很低，最重要的是省去了一套提供壓緊力和反頂力的液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這套液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的加工成本可以說(shuō)是上述7種零件加工成本的上百倍。同一種精密沖裁零件在保證加工零件質(zhì)量且模具費(fèi)用接近的前提下，在進(jìn)口的精密沖壓設(shè)備上加工的成本，是在普通沖壓設(shè)備上用改進(jìn)后的精沖模具加工的成本的十幾倍。所以這次改進(jìn)，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且大大降低了生產(chǎn)成本，這對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的。

結(jié)束語(yǔ)

用彈性體替代液壓裝置的精沖模具已使用在筆者所在單位的63t普通沖床上，并且已經(jīng)成功運(yùn)行了兩年多了，實(shí)現(xiàn)了規(guī)格不同的高精密零件的批量生產(chǎn)，尤其是對(duì)3mm以下的低碳鋼和有色金屬中小型精密零件沖裁效果最佳。生產(chǎn)出的零件完全滿足零件圖中的各項(xiàng)加工要求，質(zhì)量穩(wěn)定，工藝可靠。按時(shí)完成了各批次的生產(chǎn)任務(wù)，為拓寬普通沖床的加工領(lǐng)域，高精度、高效率、低成本地完成沖壓生產(chǎn)任務(wù)提供了可借鑒的技術(shù)資料。