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薄板小孔冲孔翻边工艺分析及模具设计

1 引言

某家电零件的底板如图1所示，生产中需要多道工序才能完成成形加工，在首次生产工艺中，将冲孔翻边分两道工序，又有7个M3mm和4个月M4mm内螺纹孔，冲孔翻边后需要攻牙加工，加工工作量大，产品质量不稳定。该零件质量的优劣，直接影响到整机质量的优劣。为了提高产品质量，提高生产效率，必需对产品生产工艺进行改进，满足生产需求。

2 零件、冲孔翻边工艺分析

该零件见图1，材料为A3冷轧板，料厚t=0.8mm，成形加工后，表面喷漆处理，该零件外形较大、复杂，一种典型的家电结构零件，需要多道工序，才能完成成形加工。为了降低模具的加工难度，充分利用公司现有的设备，结合实际加工能力，经过研究分析，确定零件的加工工序为:①落料;②冲孔I(冲散热孔)③冲孔II(冲安装孔及翻边预冲孔);④冲孔翻边;⑤攻牙;⑥折弯I;⑦折弯II;⑧铆固定柱;共需要8道工序，才能完成零件成形加工，是一种常用的冲压工艺方法。

在生产过程中，零件的翻边孔质量差，11个翻边孔中常有翻边后不完整的孔产生，造成零件不合格而且孔翻边后需要攻牙加工，当翻边孔不完整时，螺丝孔的牙也不完整。同时，攻牙加工是手工操作的，工的劳动强度大，生产效率低，并且攻牙的质量不稳定，这也是产品质量不稳定的重要根源。

3 冲孔翻边工艺分析

当冲孔翻边分在两道工序时，冲孔翻边的预冲孔(小孔)冲完后，在下一道工序完成翻边，当翻边预冲孔与翻边凹模孔不同心时，翻边后该翻边孔就不完整由于该零件外形较大，又是薄板，落料后零件已有弯曲或扭曲，在翻边时，必然会出现翻边预冲孔与翻边凹模孔不同心的现象，造成翻边孔破孔。

经过研究分析后认为，将冲孔翻边在一道工序内完成，这样可以避免出现翻边孔破孔的现象，其工作过程是，凸模先冲预冲孔，凸模继续进给一小段，然后完成翻边。它在液压机床上加工是最理想的，在冲床上也能完成冲孔翻边。在冲床上，利用冲床的特性，在冲床滑块的上止点附近完成预冲孔，到冲床滑块的下止点完成翻边，压料是用弹簧来实现的，到滑块的下止点弹簧压力最大，冲床可承载的压力也最大。

为了改变攻牙加工工艺，决定选用三棱自攻螺丝代替机牙螺丝。三棱自攻螺丝的特点是:选用匹配的底孔，利用螺丝上锋利的螺牙，在紧锁力的作用下，螺丝切人孔内，使螺丝锁紧，同时螺丝能在孔内攻出完整的螺牙。这样，攻牙加工就可以取消了，使零件的加工质量由手工操作控制改为由模具加工来控制，使加工工艺合理化。

工艺改进后，可将原工序③、④合并在一副模具上，工序⑤取消。更改后加工工序为:①落料;②冲孔I(冲散热孔);③冲孔II(冲安装孔及冲孔翻边);④折弯I;⑤折弯II;⑥铆固定柱;共需要6道工序完成零件加工。

4 模具设计

该模具为冲孔2工序，冲孔用两个圆孔来定位，该工序共有圆孔7-Φ2.6mm，4-Φ3.3mm，2-Φ3.5mm，2-Φ5mm，24-Φ5.4mm，2-Φ6mm，2-Φ8mm，6-Φ11mm，圆孔2-10.6mmx12mm，方孔4-3mm·2mm，其中冲孔翻边为7-Φ2.6mm，4-Φ3.3mm，由于模具外形较大，必需在60t以上冲床才能安装使用。模具采用正装式冲孔、冲孔翻边复合模结构，模具结构见图3所示。

所有冲孔的凸模按零件尺寸加工，凹模配做单边间隙0.03-0.O4mm，冲孔翻边凸模 (见图4所示)M3mm、M4mm工作部分dp为Φ2.6mm. Φ3.3mm，有效长度>6mm，与卸料板有配合(导向作用)，单边间隙为0.01~0.O2mm，预冲孔直径 do分别取为Φ1.4mm、Φ1.6mm，翻边凹模(见图5所示)直径取为Φ3.9mm、Φ4.6mm;冲孔翻边凸模长度比冲孔凸模长3-5.5mm，冲床吨位大，则取大值。

图5

图5 为了减小卸料压力，采用减小压料面积的办法来实现，将冲孔凹模、冲孔翻边凹模采用嵌件式结构，凹模用模具钢淬火处理，凹模固定板为普通钢板A3即可，凹模固定在凹模固定板上，嵌件凹模比凹模固定板高0.5~1.5mm;卸料板用中碳钢调质处理。

模具加工完成后，经试模验证，模具合格，制品符合设计要求，M3mm孔翻边高度可达 1.9mm,M4mm孔翻边高可达2.1mm，能满足自攻螺丝使用要求。

5 模具特点、工作过程

(1)模具主要特点。

该模具将冲孔、冲孔翻边设计在一副模具上，将孔集中在一副模具上完成 (主要是安装孔)，操作方便、简单，提高了零件的加工精度。如果要减小翻边孔的内R角，即翻边的垂直度，只要改变冲孔翻边凹模的配合间隙，就可以实现。

(2)模具工作过程。

该工序加工中，用两个圆孔来定位的。零件放在凹模上，利用边上的销钉粗定位，将零件内的两圆孔套进定位销钉，销钉采用锥形销，为精确定位。冲床滑块下压，卸料板在弹簧推动下，将工件压在凹模面上，滑块继续下压，冲孔翻边的凸模开始冲预冲孔，滑块继续下压，翻边凸模开始将材料挤进翻边凹模内，快到下止点时翻边完成，在翻边即将完成时，所有的冲孔凸模开始冲孔，到下止点，冲孔完成(或冲孔、翻边同时完成);冲床滑块回升，弹簧推动卸料板，将工件翻边凸模上卸下，复位完成，冲床完成一个工作过程。

该模具将冲孔、冲孔翻边在一道工序完成，将机牙螺丝改为自攻螺丝，实现了无切削加工，降低了工人的劳动强度，提高了生产效率，降低了生产成本，使产品的外观质量提升。该模已大批量生产多年，实践证明，模具结构合理，动作可靠，生产操作简单、方便，确保每批生产任务都能按时、顺利地完成，为公司创造了显著的经济效益，并且该工艺方法在其它产品开发中得到有效的推广应用。