摘要：在板料沖壓件上，按其料厚不同分別采用精沖小孔、變薄翻邊、冷沖擠等工藝方法，成形螺紋底孔。本文論述了上述螺紋沖壓成形工藝、沖模結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。
主題詞：沖件螺紋底孔 沖小孔 變薄翻邊 冷沖擠 成形技術(shù)
螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)，尤其緊螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)，是各種機(jī)電與家電產(chǎn)品中零部件最主要的聯(lián)接結(jié)構(gòu)型式。薄板沖壓件進(jìn)行緊螺紋聯(lián)接，需要有大于料厚的聯(lián)接螺紋長(zhǎng)度，以確保其聯(lián)接可靠性，增強(qiáng)其負(fù)載能力，才能達(dá)到使薄板沖件聯(lián)接牢靠、重量小的目的，從而使其成為結(jié)實(shí)、輕巧、緊湊的理想結(jié)構(gòu)零件。
在儀器儀表、電子電器、各類(lèi)家電、家用器具、玩具等產(chǎn)品的板料沖壓件上，經(jīng)常采用M2-M10的小螺紋緊聯(lián)接結(jié)構(gòu)。為提高效率并滿(mǎn)足大量生產(chǎn)的需求，采用精沖小孔、變薄翻邊、冷沖擠等工藝方法，沖壓成形這些小螺紋底孔，不僅能以沖壓制孔取代鉆孔而大幅度提高生產(chǎn)效率，同時(shí)能獲得尺寸精確、一致性好的底孔，并可使螺紋聯(lián)接有足夠的長(zhǎng)度，從而確保其聯(lián)接可靠性及設(shè)計(jì)要求的承載能力。所以，用沖壓成形技術(shù)加工小螺紋底孔，具有優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果，也是一種成熟而值得推廣的工藝技術(shù)。
1 螺紋底孔的計(jì)算
合適螺紋底孔的大小，不僅取決于螺紋直徑，而且與其螺距有著密切的關(guān)系，通常可按下式計(jì)算：
當(dāng)tL≤1時(shí)，取：dZ=d-tL
當(dāng)tL>1時(shí)，取：dZ=d-(1.04～1.06)tL (2)
式中 tL-螺距，mm
dz-螺紋底孔直徑，mm
d-螺紋直徑，mm
表1 螺紋底孔直徑的合理值(mm)
| 螺紋直徑d | 螺距tL | 底孔直徑dz |
| M1 M2 M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 M30 | 0.25 0.4 0.5 0.7 0.8 1 1.25 1.5 1.75 2 2 2.5 2.5 2.5 3 3 3.5 | 0.75 1.6 2.5 3.3 4.2 5 6.7 8.5 10.2 11.9 13.9 15.4 17.4 19.4 20.9 23.9 26.3 |
2 沖制螺紋底孔的基本工藝方法
用冷沖壓沖制板料沖壓件上螺紋底孔的主要工藝方法有如下幾種：
(1)厚料沖小孔與精沖孔
當(dāng)沖件厚t可以滿(mǎn)足螺紋聯(lián)接所需長(zhǎng)度時(shí)，可用沖壓制孔工藝解決。通常在這種情況下，多為厚料沖小孔，即沖制螺紋底孔的直徑dz≤t或稍大于t，見(jiàn)表2。螺紋聯(lián)接的最小有效長(zhǎng)度取決于螺紋直徑、螺距并與聯(lián)接件的材料種類(lèi)密切相關(guān)。
表2 厚板沖制小螺紋底孔參數(shù)(中碳鋼沖件)
沖件料厚
t(mm) | 螺絲直徑d | 螺距tL(mm) | 底孔直徑dz(mm) | 要求螺紋聯(lián)接最小長(zhǎng)度
Lmm(mm) |
| 3 | M2
M3
M4 | 0.4
0.5
0.7 | 1.6
2.5
3.3 | 1.7
2.2
2.6 |
| 4 | M3
M4
M5 | 0.5
0.7
0.8 | 2.5
3.3
4.2 | 2.2
2.6
3.2 |
| 5 | M4
M5
M6 | 0.7
0.8
1 | 3.3
4.2
5 | 2.6
3.2
3.3 |
| 6 | M5
M6
M8
M10 | 0.8
1
1.25
1.5 | 4.2
5
6.7
8.5 | 3.2
3.3
4.6
5.7 |
| 8 | M8
M10
M12
M14 | 1.25
1.5
1.75
2 | 6.7
8.5
10.2
11.9 | 4.6
5.7
6.8
7.8 |
| 10 | M10
M12
M14
M16 | 1.5
1.75
2
2 | 8.5
10.2
11.9
13.9 | 5.7
6.8
7.8
8.5 |
| 12 | M10
M12
M14
M16
M18
M20 | 1.5
1.75
2
2
2.5
2.5 | 8.5
10.2
11.9
13.9
15.4
17.4 | 5.7
6.8
7.8
8.5
9.6
10.5 |
從表2可以看出，一些t≥3～12mm的中厚板沖件，其料厚可以滿(mǎn)足螺紋直徑適中的一些緊螺紋聯(lián)接要求的螺紋聯(lián)接長(zhǎng)度。故可用沖孔或精密沖孔、沖小孔諸工藝方法沖制螺紋底孔。
螺紋底孔不僅尺寸要求較晉嚴(yán)，孔壁也要垂直平整。否則，攻制螺紋時(shí)因絲錐較細(xì)而長(zhǎng)，沖制孔壁因冷作硬化較硬，很易磨損與折斷。故一般用標(biāo)準(zhǔn)間隙或大間隙沖孔，均不能滿(mǎn)足攻絲要求，除非另加擴(kuò)孔或鉸孔工序。而這樣做顯然不經(jīng)濟(jì)。這里推薦用精沖孔或小間隙厚料沖小孔工藝對(duì)表2所列小螺紋底孔的沖制加工。這些沖壓制孔工藝都已在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，比較成熟。即便使用普通國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)壓力機(jī)進(jìn)行精沖孔或厚料沖小孔工藝，國(guó)內(nèi)使用也很普遍，尤其在儀表、開(kāi)關(guān)電路行業(yè)、應(yīng)用較多。
(2)變薄翻邊
對(duì)薄料沖件采用變薄翻邊沖制小螺紋底孔是目前國(guó)內(nèi)使用廣泛的工藝方法。通過(guò)對(duì)薄料的變薄翻邊，增加螺紋底孔的軸向長(zhǎng)度，使螺紋聯(lián)接長(zhǎng)度加大，使螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固、可靠。同時(shí)，還能有效減小產(chǎn)品重量。利用變薄翻邊沖制螺紋底孔多用于料厚 t≥3mm的薄板沖件。其翻邊幾何尺寸參數(shù)列入表3，供參考。
表3變薄翻邊沖壓成形螺紋底孔推薦參數(shù)
沖件料厚
t(mm) | 螺紋直徑
d | 翻邊預(yù)沖底孔直徑
d0 | 翻邊預(yù)螺紋孔直徑
dz | 翻邊凸緣外徑
Dz | 翻邊凸緣高度
H0 |
| 1 | M2
M2.5
M3
M4 | φ1
φ1.1
φ1.15
φ1.2 | φ1.6
φ2.1
φ2.5
φ3.3 | φ2.4
φ3.1
φ3.6
φ4.4 | 1.7
2.0
2.2
2.6 |
| 1.5 | M3
M4
M5
M6 | φ1.5
φ1.6
φ1.7
φ2.2 | φ2.5
φ3.3
φ4.2
φ5 | φ3.2
φ4.2
φ5.6
φ6.4 | 2.2
2.6
3.2
3.3 |
| 2 | M4
M5
M6
M8 | φ2
φ2.1
φ2.2
φ3 | φ3.3
φ4.2
φ5
φ6.7 | φ4.3
φ5.4
φ6.6
φ8.3 | 3
3.4
3.8
4.6 |
| 2.5 | M5
M6
M8
M10 | φ2.5
φ2.6
φ3
φ3.6 | φ4.2
φ5
φ6.7
φ8.5 | φ5.6
φ7
φ8.4
φ10.7 | 3.9
4.2
4.9
5.4 |
| 3 | M6
M8
M10
M12 | φ3.2
φ3.4
φ3.8
φ4.3 | φ5
φ6.7
φ8.5
φ10.2 | φ7.1
φ8.5
φ11
φ12.4 | 4.6
5.3
5.7
6.2 |
(3)冷擠壓
對(duì)料厚t≤2mm的薄板沖件，采用冷擠壓的方法在板料上沖擠出類(lèi)似翻邊的螺紋底孔。此工藝無(wú)須預(yù)沖孔，用閉式冷擠模沖擠。凸模壓入板料后，材料在凹模中圍繞在凸模周?chē)匦路峙涑森h(huán)狀凸緣，從而獲得孔徑精確、高度足夠的螺紋底孔。孔的末端帶有薄薄的連皮，在改制螺紋時(shí)由絲錐沖去。這種工藝早在60年中期已在國(guó)外應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是冷擠孔凸緣壁厚比翻邊的厚而均勻，加上冷擠中比翻邊更劇烈的冷作硬化，使其螺紋聯(lián)接具有更高的負(fù)載能力。但該工藝至今尚未在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。
3 沖制小螺紋底孔的工藝技術(shù)
在t>3～12mm的中厚板上沖制d≤t的小孔作為螺紋底孔dz，不僅生產(chǎn)效率高，而且質(zhì)量好，互換性強(qiáng)。同時(shí)，冷作硬化效應(yīng)還能提高螺紋強(qiáng)度。為此，在料厚能保證螺紋聯(lián)接長(zhǎng)度時(shí)，為確保制螺紋底孔的孔形及孔壁垂直度與光潔表面，即使dz>t仍采用沖小孔或精沖孔的工藝技術(shù)加工，可省去普通沖孔后增加擴(kuò)孔與鉸孔工序，獲取良好的經(jīng)濟(jì)效益。
厚料沖小孔及精沖孔與普通沖大孔在工藝技術(shù)上的主要區(qū)別在于：
(1)普通沖大孔的沖孔間隙Z值，以中碳鋼為例，Z=(5%～10%)t(單邊，下同)。故沖出孔徑上小下大帶有明顯的錐度，僅上部約料厚三分之一為光亮帶，孔口下部約料厚三分之二孔壁為粗糙的撕裂斷面。而沖小孔與精沖孔的沖孔間隙Z=(0.5%～ 1%)t,僅為普通沖大孔的十分之一左右，故沖出孔尺寸精確，孔壁垂直，孔壁表面粗糙度可達(dá)Ra0.8～Ra0.4。
(2)在中厚板上沖大孔，通常都采用硬性卸料板，板料在自由狀態(tài)下沖孔；沖小孔與精沖孔均采用強(qiáng)力壓料板，沖孔時(shí)在板料沖孔直徑周?chē)?5～8)d范圍內(nèi)施加0.3～0.5σs的壓料力(σs為沖件材料的屈服極限)，約為普通彈壓卸料板壓料力的3～5倍，見(jiàn)圖2.a～m各圖。
(3)與眾所周知的普通沖大孔的分離變形過(guò)程不同，厚料沖小孔與精沖孔均使材料處在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下，以微間隙進(jìn)行塑性純剪切或接近塑性純剪切的分離變形過(guò)程。沖孔廢料由同凸模強(qiáng)制沖擠進(jìn)入凹模孔中。當(dāng)要求較高的沖孔尺寸精度和孔壁表面質(zhì)量時(shí)，必須適當(dāng)?shù)臏p小沖孔間隙，增加壓料力，以便產(chǎn)生更好的沖擠過(guò)程，見(jiàn)圖1。
(4)精沖及沖小孔的孔壁與凸模中心線平行，沒(méi)有普通沖大孔那樣的錐度，而且孔的尺寸較穩(wěn)定。通常沖出孔直徑比凸模稍大，孔壁為100%光亮帶，其表面粗糙度Ra值為0.4～0.8μm。
(5)由于清沖孔，沖小孔的分離變形過(guò)程與普通沖大孔截然不同，見(jiàn)圖1。如使用普通標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械壓力機(jī)實(shí)施精沖孔，沖小孔時(shí)，除計(jì)算最大沖孔力外，還應(yīng)計(jì)算其沖裁功，以便準(zhǔn)確地選定設(shè)備噸位。而在計(jì)算最大沖孔力時(shí)，采用眾所周知的傳統(tǒng)計(jì)算公式則不符合沖小孔、精沖孔的實(shí)際情況，推薦使用Timmerbeil公式：
Pmax=Loto(1-t'/t)σb (N) (1)
式中 Pmax--最大沖孔力，(N)
L--沖裁線長(zhǎng)度即沖孔周長(zhǎng)，(mm)
t--沖孔件料厚，(mm)
t'--沖孔初始階段，凸模擠入材料深度，(mm)
σb--沖孔件材料抗拉強(qiáng)度，(MPa)
(1-t'/t)--取決于沖件材料屈強(qiáng)比，即σs/σb比值。就05～20鋼而言，(1-t'/t)之值約在0.6～0.7之間。
只按最大沖孔力(沖裁力)選定壓力機(jī)噸位是很不夠的。因?yàn)椋瑝毫C(jī)的輸出壓力取決于它的曲軸抗彎強(qiáng)度和齒輪齒廓的抗剪強(qiáng)度；而壓力機(jī)輸出的沖壓(有效)功則取決于它的飛輪儲(chǔ)備能量大小及其電機(jī)輸出功率大小和充許的超載能力。功率超載會(huì)使其飛輪轉(zhuǎn)速急劇下降，電機(jī)滑差，線圈過(guò)熱而燒毀。壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力是曲柄旋轉(zhuǎn)至下死點(diǎn)前30°、滑塊下行至下死點(diǎn)前6.7%的行和處所產(chǎn)生的整個(gè)行程的最大壓力。大于6.7%行程各點(diǎn)的壓力都小于公稱(chēng)壓力，行程中間點(diǎn)壓力最小，僅為其公稱(chēng)壓力的一半。壓力機(jī)輸出的沖壓功隨飛輪轉(zhuǎn)速下降而減少。電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)備能量。飛輪轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速才能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定輸出的沖壓(有效)功。與上述公稱(chēng)壓力一樣，電機(jī)功率、飛輪轉(zhuǎn)速及有效功等參數(shù)，壓力機(jī)使用說(shuō)明書(shū)中都有詳細(xì)論述。計(jì)算時(shí)只要按下式求得的沖裁功小于所選壓力機(jī)額定輸出有效功，就可滿(mǎn)足要求。
A=kpt/1000 (J) (2)
式中 A--平刃中沖裁變形功，J
P--沖裁力，N
t--沖件料厚，mm
k--材料種類(lèi)系數(shù)，見(jiàn)表4。
表4系數(shù)K數(shù)值
| 沖件材料 | 料厚(mm) |
| <1 | 1～2 | 2～4 | >4 |
軟鋼
中硬鋼
硬鋼
鋁銅(退火的) | 0.70～0.65
0.60～0.55
0.45～0.40
0.75～0.70 | 0.65～0.60
0.55～0.50
0.40～0.35
0.70～0.65 | 0.60～0.50
0.50～0.42
0.35～0.30
0.65～0.55 | 0.45～0.35
0.40～0.30
0.30～0.15
0.50～0.4 |
由于中厚板沖小孔、沖深孔與普通沖孔的變形過(guò)程、板料受力情況以及對(duì)沖壓力和功的需要是截然不同的，應(yīng)予分別對(duì)待。
在普通沖裁過(guò)程中，對(duì)中厚低碳鋼板沖孔，如果沖孔間隙適當(dāng)，凸模只需進(jìn)入料厚的三分之一左右，沖孔就完成了，但由于此時(shí)間隙值達(dá)料厚的4%～13%t(單邊)，料厚的三分之二以上是拉斷、撕裂而不是剪切，故在沖擊孔的上邊，即貼近凸模的一面，孔的尺寸接近凸模；而下部孔的底面即貼在凹模表面的孔徑則按近凹模尺寸。故孔的上下兩端直徑相差兩邊的沖孔間隙。即便按4%t小間隙(單邊)計(jì)算，如t=5mm,沖孔直徑d=4mm,孔上、下部直徑差0.4mm。
國(guó)內(nèi)目前在中厚板上沖小孔的工藝方法除強(qiáng)力齒圈壓板精沖孔外，還有在普通機(jī)械壓力機(jī)上進(jìn)行光潔沖裁，包括小間隙圓刃口凹模、小間隙截錐形和圓錐形以及分段臺(tái)階式凸模精沖孔、小間隙強(qiáng)力壓料板壓料沖深孔等多種方法。
圖1示出在t=7mm低碳鋼板上沖制φ2.5mm小孔的過(guò)程。當(dāng)強(qiáng)力壓料板通過(guò)凸模導(dǎo)向護(hù)套在板料上5～8d沖孔范圍內(nèi)施加的壓料力和凸模端面加壓后使材料應(yīng)力達(dá)到比例極限σn時(shí)，使材料進(jìn)入彈性變形階段1。此時(shí)，凸模擠入材料0.5mm，材料受壓而聚集在凸模周?chē)纬奢p微的環(huán)關(guān)凸起；凸模及壓料板加大壓力，應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限σ。使沖孔材料進(jìn)入2塑性流動(dòng)階段，凸模擠入材料2mm,材料產(chǎn)生定向塑性流動(dòng)，開(kāi)始進(jìn)入凹模；凸模繼續(xù)下行，進(jìn)入材料達(dá)33mm時(shí)，材料停止向孔周流動(dòng)并大量擠入凹模。此時(shí)刃口部分材料應(yīng)力達(dá)到其抗剪強(qiáng)度極限στ并發(fā)生顯微裂紋，即圖示3剪切變形階段；凸模再下行進(jìn)入材料3.5mm深時(shí)，上述顯微裂紋擴(kuò)展并沿凹模刃口出現(xiàn)剪切裂紋，開(kāi)始剪裂，見(jiàn)圖1～4剪裂階段；凸模再繼續(xù)下行至凹模刃口上表面0.1～0.2mm時(shí)，完全剪斷。凸模把沖孔廢料推入凹模洞口，完成最后的5推卸階段。
中厚板沖小孔，包括沖孔直徑d=t或稍大于t的凸模，一般都采用圖2所示加固結(jié)構(gòu)。但若沖制螺紋底孔，都采用圖2-a～g強(qiáng)力壓料及可伸縮(見(jiàn)圖2-a.b.)導(dǎo)套或卸料板導(dǎo)向結(jié)構(gòu)型式。
圖2 沖小孔凸模的常用加固結(jié)構(gòu)型式
a～g 系強(qiáng)力壓料沖孔凸模加固結(jié)構(gòu)；
a.b-可伸縮凸模護(hù)套；
c～e-局部強(qiáng)力壓料；
f～g-導(dǎo)向壓料結(jié)構(gòu)；
h～m 系固定卸料沖孔凸模加固結(jié)構(gòu)；
e.m.j-用于細(xì)長(zhǎng)凸模的加固結(jié)構(gòu)；
h.k-普通沖孔凸模的加固結(jié)構(gòu)。
4 變薄翻邊成形小螺紋底孔的工藝技術(shù)
據(jù)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就A3、08～20鋼、H62～H68黃銅及軟態(tài)紫銅等材料的薄板沖壓件變薄翻邊成形小螺紋底孔而言，控制和合理確定其變薄翻邊系數(shù)Ko、翻邊孔壁的變薄系數(shù)Eo等，是保證變薄翻邊成形合格螺紋底孔的關(guān)鍵。
推薦變薄翻邊系數(shù)：
Ko=do/dz=0.40～0.45 (3)
推薦預(yù)沖孔直徑：
do≥t (4)
推薦翻邊孔壁變薄系數(shù)：
Eo=[(Dz-dz)/2]/t=0.60～0.65 (5)
推薦按以下各式進(jìn)行小螺紋底孔的變薄翻邊工藝計(jì)算：
預(yù)沖孔直徑：
do≈(0.45～0.50)dz (mm) (6)
翻邊孔外徑：
Dz=dz+1.3t (mm) (7)
翻邊高度：
Ho=[t(D2z-d2z)/(D2z-D2z)]+(0.1～0.3) (mm) (8)
在正常情況下，采用上述計(jì)算方法及推薦工藝參數(shù)，翻邊孔不會(huì)開(kāi)裂，并具有足夠的翻孔壁厚和強(qiáng)底，達(dá)到較好的翻邊質(zhì)量。
5 冷擠壓小螺紋底孔的工藝技術(shù)
在閉口結(jié)構(gòu)冷鍛模中，通過(guò)無(wú)毛邊體積沖壓，實(shí)際上是冷擠壓，獲得尺寸精確、孔壁垂直的翻邊螺紋底孔。閉式模中冷沖擠所需壓力較大，推薦用下式計(jì)算其沖壓力PT：
PT=PσSVKT (N) (9)
式中 F--沖壓件的水平投影面積，mm2；
σS--沖件材料的屈服強(qiáng)度，MPa；
V--閉口冷態(tài)體積沖壓特性系數(shù)。
無(wú)毛邊沖擠取V=1.7～2；
KT--考慮沖壓結(jié)構(gòu)型式及外摩擦系數(shù)，一般取KT=1.3～1.6。
冷沖擠薄板成翻邊小螺紋底孔時(shí)，凸模沖出底孔內(nèi)徑，因無(wú)預(yù)沖孔，凸模沖下材料的體積，約大于凹模中圍繞凸模之環(huán)狀型腔容積的1～2%，即0.7854d2h=0.7854(D2-d2)(H-h)+0.02(0.7854d2h)。其中，d即dz，D即Dz。由于工作時(shí)，凸模直徑d及凹模腔直徑D都要承受驟裂摩擦，往往要經(jīng)常加潤(rùn)滑油，加上材料的彈性變形，d與D尺寸反映在沖件上總比計(jì)算dz與Dz有少許偏差。設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮這些因素。說(shuō)明：dz小螺紋底孔的底部連皮很薄，在攻制螺紋時(shí)，由絲錐頂部沖去，無(wú)須另設(shè)專(zhuān)門(mén)工序去除。
6 沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
在板料沖壓件上，用沖壓法獲取螺紋底孔，所用沖模結(jié)構(gòu)有一些不同的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)這種沖模時(shí)，應(yīng)注意以下一些要點(diǎn)：
(1)用沖壓制孔即沖孔獲取螺紋底孔時(shí)，用普通沖裁工藝沖孔，獲取的孔形及孔徑尺寸精度等均不能滿(mǎn)足作為螺紋底孔的起碼要求，除非增加擴(kuò)孔與鉸孔工序。由于普通沖孔的孔壁有個(gè)較大的錐度，且僅孔深三分之一為光潔壁，余下三分之二撕裂孔壁，孔徑大，表面又粗糙，甚至是個(gè)臺(tái)階。所以，為一次沖制成螺紋底孔，通常都采用：沖深孔、光潔沖孔、精沖孔等工藝方法，以獲取孔徑尺寸精確、孔壁垂直、孔壁表面平整光潔，完全滿(mǎn)足作為螺紋底孔的各項(xiàng)精度要求。這些與普通沖孔工藝不同的上述各種沖孔工敢的工檢同特點(diǎn)是：沖孔間隙小，僅為普通沖孔的10%左右，一般取間隙Z=0.5%～1%t(單邊)；采用強(qiáng)力彈壓卸料板機(jī)構(gòu)，不華裔能校平板料且可將板料壓牢在凹模表面，約為普通沖裁壓料力的2～3倍。在沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)體現(xiàn)這些特點(diǎn)。否則就沖不出合格的螺紋底孔。
(2)在t<3mm的薄板沖壓件上，通過(guò)變薄翻邊獲取小螺紋底孔，所用沖模多為一模成形的多工位連續(xù)式復(fù)合模。而且多數(shù)為沖孔、翻邊、落料三工位連續(xù)模。其中，翻邊凸模的設(shè)計(jì)、間隙的合理值確定并始終保持均勻是這類(lèi)沖模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。此外，對(duì)細(xì)長(zhǎng)沖孔、翻邊凸模的合理加固和進(jìn)距限位裝置的選擇也十分重要。
(3)由于翻邊凸緣作為緊螺紋聯(lián)接的螺母基體，對(duì)其尺寸精度要求較高：變薄翻邊凸緣高度Ho、翻邊凸緣內(nèi)孔即螺紋底孔dz、翻邊凸緣外徑Dz等，允許偏差均小于±0.05c～v±0.1mm。這對(duì)沖模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有關(guān)工藝計(jì)算，都提出了較高要求。
(4)翻邊凸模的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)及翻邊間隙的合理確定是這類(lèi)沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。圖5所示翻邊凸模常用的結(jié)構(gòu)形狀，可供設(shè)計(jì)選用。
圖5 變薄翻邊凸模的結(jié)構(gòu)形狀
有預(yù)沖孔翻邊凸模，見(jiàn)圖a～c；無(wú)預(yù)沖孔翻邊凸模(穿孔翻邊)，見(jiàn)圖d～e。圖中符號(hào)意義：t沖件料厚， d2翻邊凸緣內(nèi)徑即螺紋底孔直徑，Dz翻邊凸緣外徑，Ho翻邊凸緣高度，do翻邊預(yù)沖孔直徑，Do翻邊凸模桿部直徑，d無(wú)預(yù)沖孔翻邊凸模穿孔直徑。
由于在薄板沖壓件上通過(guò)變薄翻邊獲得的小螺紋底孔，對(duì)Ho、dz以及翻邊凸緣壁厚to=(Dz-dz)/2≈0.65t等參數(shù)值要求精度較高，一般應(yīng)控制在±0.05～±0.1mm。通常都優(yōu)先選用圖5a凸緣口部平整度要求不高時(shí)，亦可用圖5b、c所示凸模型式。無(wú)預(yù)沖孔翻邊所獲凸緣口部不齊，多數(shù)情況下僅用于t<1.5mm薄料非螺紋底孔的翻邊成形以及對(duì)Ho尺寸無(wú)精底要求的粗淺螺紋底孔加工。
(5)進(jìn)距限位裝置的選擇要與沖件料厚及其尺寸大小與精度、沖模結(jié)構(gòu)等相匹配，對(duì)于單工位的翻邊模和沖孔、翻邊、落料復(fù)合模，以采用各種擋料裝置對(duì)送進(jìn)材料進(jìn)距限位為主，包括：固定擋料銷(xiāo)、固定擋料板(塊)及定位板、活動(dòng)擋料銷(xiāo)、自動(dòng)擋料裝置等。而翻邊件用多工位連續(xù)模，尤其變薄翻邊成形小螺紋底孔的連續(xù)模，由于沖件料厚t<3mm，又都采用導(dǎo)柱模架、強(qiáng)力彈壓卸料板結(jié)構(gòu)，其進(jìn)距限位裝置大多使用側(cè)刀。
側(cè)刀有標(biāo)準(zhǔn)的與非標(biāo)準(zhǔn)的兩大類(lèi)。常用的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃有普通帶導(dǎo)頭和不帶導(dǎo)頭的二類(lèi)各有矩形、凹槽形及單面凹槽形計(jì)六種都已納入國(guó)際GB2865.1～4--81《冷沖模側(cè)刃和導(dǎo)料裝置--側(cè)刃》標(biāo)準(zhǔn)中，合計(jì)各38個(gè)規(guī)格，總計(jì)228個(gè)規(guī)格，可供設(shè)計(jì)選用；為了節(jié)省材料，利用沿邊廢料和沖件能夠進(jìn)行無(wú)搭邊排樣等結(jié)構(gòu)形狀的特點(diǎn)，用專(zhuān)用特殊形狀的側(cè)刃，進(jìn)行條料側(cè)邊的成形沖切及落料部裁，即通稱(chēng)的成形側(cè)刃、落料側(cè)刀。使用側(cè)刃的條件如下：
①用各種薄板金屬材料大量生產(chǎn)中小尺寸、高精度沖件并要求有更高的生產(chǎn)率。
②沖件尺寸精度在ITIO級(jí)以上并有相當(dāng)或更高的形位精度要求。
③使用標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃，送料進(jìn)距S≤50mm,送進(jìn)誤差≤±0.15mm；使用非標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃，進(jìn)距大小不受限制，沖切形狀也可按需要設(shè)定，但側(cè)刃切料長(zhǎng)度通常均等于進(jìn)距S。
④沖件料厚t≤0.5mm應(yīng)優(yōu)先選用側(cè)刃對(duì)進(jìn)距限位；t>0.5～1.0mm時(shí)，推薦使用側(cè)刃；t>1.0mm使用側(cè)刃要與其他進(jìn)距限位裝置比較選用。
⑤送料進(jìn)距小，使用其他進(jìn)距限位裝置皆有困難或達(dá)不到要求的限位精度。
⑥采用卷(帶)料進(jìn)行高速連續(xù)沖壓。
在多工位連續(xù)模中，用側(cè)刃限位比用固定擋料銷(xiāo)、活動(dòng)擋料銷(xiāo)等精確、可靠。但普通標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃只適用于有搭邊排樣，增加廢料量、加大了沖裁力，使用沖模結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜。使用非標(biāo)準(zhǔn)成形側(cè)刃、落料側(cè)刃可以消減廢料消耗，克服標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃缺點(diǎn)，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。
7 沖模的典型結(jié)構(gòu)淺識(shí)
以下簡(jiǎn)介的幾套沖模結(jié)構(gòu)經(jīng)生產(chǎn)中長(zhǎng)期使用效果不錯(cuò)。現(xiàn)就其結(jié)構(gòu)淺識(shí)如下：
圖6 沖深孔模典型結(jié)構(gòu)
1 凹模框 2 定位板 3 導(dǎo)柱、導(dǎo)向卸料板 4 壓簧 5 墊板 6.11.18.20 螺釘 7 上模座 8 模柄 9 沖孔凸模 10.15 凸模可伸縮扇形塊護(hù)套 12 導(dǎo)柱 13 銷(xiāo)釘 14.17導(dǎo)套 16 凹模鋃塊 19 定位釘 21 下模座
圖7 變薄翻邊三工位連續(xù)式復(fù)合模
圖注：1.15壓簧 2.7.10.11.16.17.21.22.26各種螺釘 3.23銷(xiāo)釘 4.模柄 5 推入式活動(dòng)模柄 6.25上下模座 8.墊板 9.小導(dǎo)柱 12.導(dǎo)料板 13.承料板 14.側(cè)刃 18.翻邊凸模 19.落料凸模 20.導(dǎo)料板
24.防護(hù)柵 28.卸料板 29.導(dǎo)套
(1)厚料沖深孔模
通常當(dāng)沖孔直徑d≤(0.5～0.7)t時(shí)，在中厚板即t>3mm的板上沖孔，優(yōu)先推薦采用這類(lèi)沖深孔模。
該沖模使中加厚模座、加粗、導(dǎo)柱的強(qiáng)壓卸料板導(dǎo)向中間導(dǎo)柱模架，高精度浮動(dòng)模柄，加厚卸料板，故模具整體剛度好，導(dǎo)向好。
僅φ2.5mm的細(xì)長(zhǎng)凸模，因采用了全長(zhǎng)導(dǎo)向的可伸縮扇形塊式護(hù)套，且與凸模直徑采用了(基軸制)h7/H8配合，單邊配合間隙控制在≤2%d較理想。
(2)變薄翻邊多工位連續(xù)式復(fù)合模
該沖模為薄料小尺寸沖件的沖孔、翻邊、落料三工位連續(xù)式復(fù)合模。沖件的翻邊凸緣高度
Ho=2.6±0.1mm,凸緣內(nèi)徑即螺紋底孔dz=φ3.3±0.1mm，凸緣口部翻邊后不允許有裂紋。沖件外形尺寸=厚×長(zhǎng)×寬=1×5×15mm，無(wú)更高的形位精度要求。
該沖模采用推入式活動(dòng)模柄、加厚模座后側(cè)導(dǎo)柱模架，卸料板加小導(dǎo)柱導(dǎo)向，使模具不僅整體剛度好，而且導(dǎo)向精度。卸料板相應(yīng)模孔與細(xì)長(zhǎng)沖孔及翻邊凸模采用基軸制h6/H7配合，增強(qiáng)了這些凸模抗縱彎的穩(wěn)定性。落料凹模采用鋃塊結(jié)構(gòu)，也可采用整體凹模。則具有更佳的制造工藝性。為確保操作安全，該沖模在下模安裝了防護(hù)柵。
