摘 要：通過(guò)對(duì)支撐管零件沖孔工藝進(jìn)行了分析，介紹了各種加工工藝的特點(diǎn)。根據(jù)該零件特點(diǎn)，提出了采用有凹模沖孔加工，并介紹了模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程。
1 零件分析
支撐管是某產(chǎn)品的重要零件，如圖1所示。材料為45鋼，規(guī)格為40×3mm的無(wú)縫管，筒壁上有一個(gè)5.60+0.0075mm的孔，精度要求較高且壁厚較厚，零件表面不允許有很小的凹坑和塌陷等缺陷存在。零件生產(chǎn)批量較大，為年產(chǎn)2萬(wàn)件。
2 成形件工藝分析
（1）鉆孔加工。
采用鉆孔加工，盡管能保證孔的尺寸精度，但生產(chǎn)效率低。由于該零件生產(chǎn)批量較大，無(wú)法滿足大批量生產(chǎn)的要求。
（2）無(wú)凹模沖孔加工。
采用無(wú)凹模沖孔加工，盡管生產(chǎn)效率較高，零件的尺寸精度也能保證，但管壁上存在著的凹坑和塌陷等缺陷，而且零件壁厚較厚，凸模直徑較小，凸模很容易被折斷。
（3）有凹模沖孔加工。
采用有凹模沖孔加工，不但生產(chǎn)效率較高，而且零件的尺寸精度也能保證。零件壁厚較厚，凸模直徑較小，凸模很容易被折斷，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮使用凸模保護(hù)裝置。
通過(guò)以上分析，由于φ5.600+0.075的孔距離零件端面較近，只有20mm，故采用有凹模沖孔加工。
3 工藝計(jì)算
3.1 模具工作部分尺寸計(jì)算
（1）凸凹模沖裁間隙。
凸凹模沖裁間隙一般按下式計(jì)算：
Z=Kt
式中
Z——凸凹模沖裁間隙，mm
K——系數(shù)，對(duì)于45鋼，K=0.08
t——材料厚度，mm
將以上數(shù)值代入得，凸凹模沖裁間隙Z=0.24mm。
（2）模具工作部分尺寸計(jì)算。
沖孔凸模尺寸：
沖孔凹模尺寸：
3.2 沖裁力計(jì)算
（1）沖裁力計(jì)算。
沖裁力按下式計(jì)算：
式中
P——沖裁力，N
d——沖孔直徑，mm
t——材料厚度，mm
τ——材料的抗剪強(qiáng)度（MPa）。查資料，對(duì)于45鋼，τ=549MPa
將以上數(shù)值代入得：
（2）推件力計(jì)算。
推件力按下式計(jì)算：
P1=nK1P
式中
P1——推件力，N
P——沖裁力，N
n——同時(shí)梗塞在凹模內(nèi)的廢料數(shù)，n=h/t
t——材料厚度（mm）
h——圓柱形凹模型腔高度（mm）
K1——推件力系數(shù)，查資料，推件力系數(shù)K1=0.045
將以上數(shù)值代入得：
P1=4 x 0..045 x 37649=6776.8N=6.77kN
總作用力：
F1=P+P1=37.6+6.77kN
故選用JB23-63壓力機(jī)。
4 模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程
4.1 模具結(jié)構(gòu)
根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)沖孔模具如圖2所示。
4.2 模具工作過(guò)程
將模具置于壓力機(jī)工作臺(tái)上，將待沖孔的工件套在芯軸14上，并使工件端面頂緊芯軸14上的定位部分，同時(shí)工件通過(guò)作用在擋塊16上的彈力，使工件內(nèi)表面最高點(diǎn)與芯軸14緊密接觸。壓力機(jī)滑塊向下運(yùn)動(dòng)，模具的上模部分隨之向下運(yùn)動(dòng)，凸模6開始接觸工件，隨著上模部分繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，凸模6與凹模4共同作用，完成沖孔工作。上模部分回程，工件上從凸模6上卸下，當(dāng)上模部分向上運(yùn)動(dòng)到極限位置后，將工件從芯軸14上卸下，完成一個(gè)工作循環(huán)。
5 模具設(shè)計(jì)
5.1 凹模設(shè)計(jì)
為了保證沖裁力均勻，凹模端面必須與工件的內(nèi)表面充分接觸，故將凹模端面設(shè)計(jì)成圓弧形。凹模如圖3所示。
凹模材料的選用Cr12MoV制造，熱處理硬度58～62HRC。
凹模與芯軸按H7/m6配合，采用該結(jié)構(gòu)不僅簡(jiǎn)化了凹模加工工序，而且節(jié)省了冷作模具材料，同時(shí)，也方便了凹模維修。
尺寸34±0.095mm，由凹模與芯軸裝配后一起磨削加工來(lái)保證。
5.2凸模設(shè)計(jì)
由于沖孔直徑較小，必須對(duì)沖孔凸模進(jìn)行壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力校核，檢查其危險(xiǎn)斷面尺寸和自由長(zhǎng)度是否滿足強(qiáng)度要求。經(jīng)校核，凸模自由長(zhǎng)度超過(guò)允許最大自由長(zhǎng)度，必須采取對(duì)沖孔凸模增加保護(hù)裝置的措施。沖孔凸模保護(hù)套常用的有兩種：扇形槽式凸模保護(hù)套、簡(jiǎn)易凸模保護(hù)套。扇形槽式凸模保護(hù)套雖然能較好地保護(hù)沖小孔，但凸模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高。簡(jiǎn)易凸模保護(hù)套具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工簡(jiǎn)單、方便。根據(jù)以上分析，決定選用帶簡(jiǎn)易凸模保護(hù)套的沖小孔模具。凸模如圖4所示，保護(hù)套如圖5所示。
凸模和保護(hù)套選用Cr12MoV制造，凸模熱處理硬度60～64HRC；保護(hù)套熱處理硬度55～58HRC。
5.3 芯軸的設(shè)計(jì)
芯軸是模具的重要零件之一，在工作過(guò)程中，它承受偏心載荷的作用。為保證沖孔工作的順利進(jìn)行，必須保證芯軸具有一定的剛度，故芯軸選用40Cr材料制造，調(diào)質(zhì)處理240～280HB。為保證定位部分具有較高的耐磨性，定位部分須進(jìn)行高頻表面淬火，淬火50～55HRC。芯軸如圖6所示。
6 結(jié)束語(yǔ)
采用上述模具，生產(chǎn)出的支撐管，完全滿足產(chǎn)品圖的要求，生產(chǎn)效率高，沖孔凸模使用壽命較高，零件的生產(chǎn)成本低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。