俞 蓓

(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，安徽 蕪湖 241002)

1 設(shè)計(jì)背景

三檔殼體產(chǎn)品為SGM自動(dòng)變速箱內(nèi)的一個(gè)重要零件，產(chǎn)品的生產(chǎn)制造集合了落料、沖孔、翻孔、拉深、成形、整形以及切邊等多種沖壓工藝[1]。該零件如圖1所示，零件材料為AISI1008，HRC40-55，厚度2.5 mm，

年產(chǎn)量10萬件以上；零件未注圓角R1.5，未注角度公差尺寸為±1.0°，最小屈服強(qiáng)度159.0 MPa，材料允許變薄和增厚量為0.49 mm；所有毛刺及制造缺陷必須去掉。該零件的精度要求高，可以說每個(gè)尺寸都關(guān)系著人們的生命安全，在進(jìn)行沖壓工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要嚴(yán)格按照精度要求進(jìn)行工藝方案制訂及模具設(shè)計(jì)。

圖1 產(chǎn)品圖

2 零件分析及沖壓方案分析

通過分析三檔殼體的結(jié)構(gòu)特征、尺寸、精度及技術(shù)要求，結(jié)合沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)等，其沖壓成形主要涉及以下幾個(gè)重要問題：

1)零件成形涉及完成類似于帶凸緣的圓筒形件的拉伸(φ(84.225±0.08) mm)，且能否進(jìn)行一次拉伸[2]。除此，零件拉伸內(nèi)形根部需要清角。

2)零件均布3個(gè)凸包(7.6 mm×(2.0±0.1) mm×(2.6±0.2) mm)需要通過成形工序。

3)零件內(nèi)形孔(φ(51.7±0.1) mm)需要翻孔完成，且外形根部需進(jìn)行清角(1×0.5 mm)處理方可達(dá)到尺寸要求。

4)零件下端口部設(shè)計(jì)有45°斜角，需要成形模具完成。

5)零件整體精度要求高，為了更好地保證尺寸要求，需要通過整形模具保證。

上述分析之后，初步確定該零件可以通過以下3種方案完成，見表1所示。

表1 沖壓方案對(duì)比表

方案3采用多工位級(jí)進(jìn)模沖壓，安全可靠、生產(chǎn)率高，但對(duì)設(shè)備要求高，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，在大批量生產(chǎn)中使用相對(duì)廣泛。

方案1和方案2采用多工序組合的沖壓方式，生產(chǎn)率較低，但各工序模具結(jié)構(gòu)簡單、制造費(fèi)用低，對(duì)中小批量生產(chǎn)較為合適[4]。通過對(duì)比分析，方案2將翻孔工序置于壓3個(gè)小凸包之前較不合理，一是不利于保證零件已成形部分的形狀與尺寸精度，二是翻孔過后再壓3個(gè)小凸包，模具需要考慮零件的定位，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，最終確定采用方案1對(duì)零件進(jìn)行加工。

3 主要工藝計(jì)算及工序設(shè)計(jì)

3.1 拉伸坯料直徑計(jì)算及工序設(shè)計(jì)

零件料厚t=2.5 mm，取零件拉伸后底部圓角半徑r=3 mm>t，凸緣處的圓角半徑R=6 mm>2t[4]，均滿足拉深工藝對(duì)零件形狀和圓角半徑的要求，依據(jù)拉伸件坯料相關(guān)計(jì)算，結(jié)合零件尺寸并查表可得：a=4.9 mm(切邊余量)，r=3 mm，R=6 mm，h=16.5-9=7.5 mm；d1=84.6-6=78.6 mm；d2=84.6+2.5=87.1 mm；d3=84.6+12=96.6 mm；d4=95.1+a=100 mm。代入下式得：

式中：d1為帶凸緣拉伸件底面非圓角區(qū)直徑，mm；r為帶凸緣拉伸件底面圓角半徑，mm；R為帶凸緣拉伸件凸緣處圓角半徑，mm；d2為帶凸緣拉伸件底面中性層直徑，mm；d3為帶凸緣拉伸件口部非凸緣區(qū)直徑，mm；d4為帶凸緣拉伸件口部凸緣區(qū)直徑，mm；h為帶凸緣拉伸件非圓角區(qū)高度，mm。

實(shí)驗(yàn)確定此零件毛坯直徑為116 mm，理論與實(shí)踐相結(jié)合，這樣取得毛坯直徑為116 mm。計(jì)算零件相對(duì)厚度為t/D×100=2.5 / 116×100≈2.155%，h/d=16.5 / 89.6≈0.184。通過查表得帶凸緣筒形件第一次拉深的最大相對(duì)高度h1/d1=0.65～0.80，因?yàn)閔/d

3.2 壓凸包相關(guān)計(jì)算及工序設(shè)計(jì)

壓3個(gè)小凸包(7.6 mm×(2.0±0.1)mm×(2.6±0.2)mm)，120°均布)，此道工序緊跟在落料沖孔工序之后，可以為后面的多道工序做定位之用，利于保證零件的尺寸精度。

3.3 翻孔相關(guān)計(jì)算及工序設(shè)計(jì)

計(jì)算坯料上預(yù)先沖制出的翻孔預(yù)制孔尺寸，根據(jù)翻孔時(shí)徑向尺寸近似不變，預(yù)制孔孔徑按彎曲展開原則計(jì)算得出31.8 mm[4]。

其次，對(duì)翻孔外形根部進(jìn)行清角，根據(jù)零件尺寸要求清角處圓角半徑取R=1.5 mm，清角深度不超過0.5 mm，寬度不超過1.0 mm，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，只要清角凸模設(shè)計(jì)合理即可達(dá)到成形要求。

通過上述主要計(jì)算，結(jié)合沖壓工藝方案，具體各工序及主要尺寸如圖2所示。

(a)落料沖孔

(b)壓3個(gè)小凸包

(c)翻孔

(d)清角及第1次拉伸

(e)第2次拉伸

(f)整直角及內(nèi)清角和三搭平面

(g)成形45°角

(h)沖孔

(i)切邊圖2 各工序件主要尺寸圖

4 各工序沖壓模具簡圖

經(jīng)過上述計(jì)算及9道沖壓工序的具體排布設(shè)計(jì)，三檔殼體零件涉及的模具除第一道工序采用沖孔落料級(jí)進(jìn)模、第9道工序采用切邊沖裁模，其余皆為結(jié)構(gòu)較簡單的各類成形模具，其模具結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

(a)落料沖孔級(jí)進(jìn)模

(b)壓凸包成形模

(c)翻孔模

(d)拉伸模

(e)二次拉伸模

(f)整形模

(g)成形模

(h)沖孔模

(i)切邊模圖3 各工序模具結(jié)構(gòu)簡圖

5 結(jié)語

殼體零件的使用頻繁，其沖壓工藝方案的設(shè)計(jì)存在一定的難點(diǎn)，需要把零件的結(jié)構(gòu)特征以及前后工序?qū)α慵螤畹挠绊懽魃钊氲姆治?，進(jìn)而設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)。上述沖壓三檔殼體零件的各模具經(jīng)調(diào)試生產(chǎn)后，所得零件各尺寸及技術(shù)要求均滿足圖紙要求。