圆形底板成形工艺分析
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【摘要】本文分析了底板零件冲压工艺，选择最佳工艺方案并介绍方案设计中冲压时出现的难题及其对策。
【关键词】工艺分析；冲压；基本工序；模具设计
一、底板零件简单介绍
图1所示为汽车上某零件底板，该底板是回转圆形，材料为10钢，材料厚度为3mm，中间有孔和环形槽，都有一定公差要求，零件还有个高度较高的凸台，该件因为涉及到汽车的行驶安全问题，所以要求零件精度较高所用板料较厚，因此成形方法与常用薄板有所不同。
（1）首先为了得到底板材料需采用落料工序，沿封闭轮廓线冲切下部份为零件或其他工序需要的毛坯，落料则根据坯料精度要求而定。（2）底板中间有孔，为了冲孔需要冲孔工序。（3）底板边缘以内的环形槽及凸台形状，则需要拉伸工序将零件拉成空心零件。（4）为了得到底板竖立的边缘，要进行翻边工序将零件翻成一定角度直边。（5）零件经过拉伸翻边后，要准确保证左右的尺寸公差不可能，因此为了保证高度尺寸，在翻边前应该加一道切边工序，通过分析基本上确定零件的工序。
三、底板冲压加工工序方案分析
（1）零件冲压加工可能出现的工艺方案。方案一：落料——冲孔——拉伸——切边——翻边。方案二：落料——拉伸——冲孔——切边——翻边。分析冲压工艺方案一冲孔工序在拉伸工序前面，由于孔大拉伸时冲好的孔会发生变形影响孔精度，所以这样不能确保冲孔的孔尺寸精度，想要保证冲孔尺寸不发生改变，只能将冲孔工序放在拉伸工序后面，因此方案一冲压方案行不通。从冲压工艺方案二过程来看冲孔工序在 拉伸工序后，保证孔的尺寸没有问题，在拉伸冲孔后进行切边，在翻边后保证尺寸也能够做到，但是经过工序加工出来的零件都有拉裂现象，产品零件不合格。为什么看起来行的工序制造的零件不合格？从零件出现拉裂的地方检查发现产品出现拉裂问题主要是凸台部分。（2）底板凸台产生裂口分析。凸台是零件成形的关键，冲压时，材料可能要承受两个方面的作用力即压应力和拉应力，如果材料只受到压应力不可能裂口，只会出现起皱现象，只有受到拉应力时才能裂口，因此可以确定采用方案二拉伸时材料受到了超过材料抗拉强度的拉应力。（3）底板凸台裂口解决方案。从上分析提出三种方案：增大材料的抗拉强度；减少材料内部受到拉应力；降低凸台周围的材料的变形拉力。增大材料的抗拉强度，即材料抗拉强度与材料的种类有关，材料选定后其抗拉强度就定下来了，所以增大材料的抗拉强度是不可行的。减少材料内部受到拉应力是不是可行？由于材料内受的拉应力与胀形变形程度有关，而变形前后的尺寸是确定的，故胀形变形程度不能改变，因此此方法也行不通。如果能将凸台周围变成在成形凸台时也是弱区，凸台周围的坯料在成形凸台时就会发生变形，即凸台周围的材料能向凸台变形区流动。由于不能在零件上随意冲孔而改变底板零件原有结构，因此只能利用底板原有孔Φ，即在成形凸台前，预冲一个减轻变形的工艺孔。再次冲孔该安排在何处？首先看安排在切边前是否可行，如果安排在切边前，切边时对孔的精度并没有什么影响，但是在切边后还有翻边整形，会对孔的精度造成影响，所以再次冲孔只能安排在翻边整形后。至此，该零件的冲压加工工艺方案确定为：落料—预冲Φ77mm工艺孔—拉伸—切边—翻边—冲孔。
四、模具结构设计问题
零件最终的尺寸、形状靠翻边整形工序进一步加工，以达到零件的尺寸精度要求，获得轮廓清晰的凸台，零件属于中厚板冲压成形，成形力大，我们采用摩擦压力机，但摩擦压力机工作特性模具闭合高度不能准确控制，这样不利于保护模具精度和保证冲压件的质量，所以只有在零件加工工艺方案和模具结构设计上采取措施，通过对模具结构改进克服上述不足，达到理想冲裁效果。该模具的最大特点是利用固定在上模座且均匀分布在凸模四周的4块导向块进行导向，导向块与凹模外径相接触的圆弧面半径应与凹模外径一样大，装配时，导向块圆弧面应紧贴凹模外缘。另外导向块下平面应超出凸模下端面15mm～20mm，目的是在凸模下降时，凹模先进入导向块导向。随着滑块的不断下降，导向块与凹模外缘的接触面积不断增加，最后在充分导向的情况下，凸模进入凹模完成切边。在这一过程中，由于导向块和凹模有一定的刚度且装配精度高，足以克服压力机精度不足所引起的冲压件质量问题。解决模具封闭高度不准确的方法是在与导向块对应的下模座上也固定4块限位块，用以限制模具的闭合高度，以保证模具不受过大的冲击。