汽車螺母板翻孔工藝及級進模設計

韓耀東，韓明彥

（武漢中人瑞眾汽車零部件產業有限公司，湖北武漢 430073）

1 引言

翻邊翻孔在沖壓生產中屬于典型的成形工藝，翻邊主要分為內凹翻邊（伸長類翻邊）和外凸翻邊（壓縮類翻邊），如圖1所示。

翻孔最常見的是翻圓孔，如圖2 所示。異形孔翻孔的原理也與翻圓孔類似。沖壓工藝中，除了正常翻孔的形式外（一般情況下，翻孔后的壁厚大約是原材料的85%t），還有變薄翻孔工藝（壁厚比85%t小，甚至更?。?。還有另外一種情況就是翻孔后進行反鐓工藝，可以使翻孔的壁增厚（可以超過材料的原始壁厚）。翻孔的類型比較多，工藝也各不相同。在實際生產中，最常見的是先沖底孔再翻孔，還有直接刺孔翻孔、沖孔翻孔一體化、還有無預孔的直接翻孔、先拉伸再翻孔等多種工藝形式。

沖壓件通過翻孔之后再攻螺紋的情況非常多，有些情況下，因為制件翻孔尺寸的要求和翻孔工藝的局限性，需要經過拉伸成形之后再沖孔翻孔。一方面是滿足翻孔有足夠的高度；另一方面是防止因翻孔變形太大，而導致翻孔開裂的情況發生，但這些工藝所產生的翻孔壁厚，往往都比原材料料厚薄。

汽車螺母板是汽車上比較常見的沖壓件，不僅品種多，而且每車的使用數量也比較多，這種制件因為強度要求較高，往往需要螺紋孔的壁厚比較厚，以前很多是通過沖壓件焊接螺母的形式實現，或者是通過螺母盒里面鑲嵌活動螺母而實現?，F在經過結構改進和工藝優化，汽車螺母板改進為純沖壓件，它是通過拉伸、翻孔、反鐓、攻絲的工藝形式完成，這就是通常所說的螺母板沖壓工藝。雖然是沖壓件，但是螺母板的強度沒有降低要求。汽車上車門的安裝、安全帶的安裝、座椅的安裝等，都用到了螺母板。螺母板的形式多種多樣，這里以其中的一個品種作具體介紹。

2 螺母板簡介

圖3所示為某車型螺母板，材料QSTE420TM,料厚t=4mm，標準Q/BQB310-2009，屬于高強度板；螺紋M8×1.25mm-6H，等級AC12，螺紋的加工方式是采用擠壓絲錐成形，擠壓螺紋的底孔尺寸為?7.45±0.05mm。螺母部分的外部直徑為?18mm，壁厚為5.275mm（攻絲前），相當于比原始料厚增厚了1.275mm，這在沖壓翻孔工藝里面屬于比較困難的事情，一般情況下翻孔的壁厚為料厚的80%～85%，而且翻孔的高度為9mm，超過了正常的翻邊高度。為此，需要針對性的設計特殊的沖壓工藝手段，達到制件要求的效果。

3 成形工藝分析

圖4所示的螺母板，材料強度較高，料厚較厚，翻孔直徑小，翻孔高度高，而且壁厚要求增厚，按常規的翻孔工藝，顯然是無法實現的。由于翻邊高度不能達到要求，考慮用多次拉伸的方式，先儲備材料，再翻孔，最后通過反鐓的工藝方式，使壁厚變厚，完成螺母底孔的沖壓工藝。由于制件的用量比較大，單工序生產無法滿足生產要求，因此，考慮級進模的生產方式，解決生產的效率問題。從制件圖紙看，螺母底孔的成形是這個制件沖壓的關鍵所在，其它的鐓苞、修邊工序都屬于常規的、簡單的沖壓工藝，所以，先從螺母底孔的成形分析開始探討。

具體的成形工藝：先拉伸、再沖底孔、再翻孔（由于料太厚，孔太小，不需要進行翻孔，直接精修底孔到螺紋底孔尺寸）；然后利用反鐓成形，使螺紋底孔的壁厚增厚。

（1）根據螺母板的制件圖紙，采用等體積法的原理，計算出毛坯尺寸的大小，如圖4所示。

（2）根據螺母底孔最終的尺寸，推算出反鐓之前，制件所需要拉伸的形狀，以及翻孔的形狀（這里由于料厚較厚必須區域太小，不需要進行翻孔，采用沖孔的工藝方案可以直接替代翻孔）。拉伸、翻孔、反鐓的局部尺寸，如圖5所示。

（3）根據制件的毛坯尺寸和拉伸所需要的最終底孔尺寸要求，利用等體積法和材料的拉伸系數計算原理，推算沖壓件的拉伸次數和各拉伸工序所要求的尺寸。經過初步計算，需要15道拉伸工序和1道整形、1道沖孔工序完成最終底孔的尺寸要求，具體拉伸次數和拉伸系數如表1所示。

表1 螺母板拉伸次數和拉伸系數計算值

（4）沖壓件從毛坯開始，每道工序的拉伸工序圖，如圖6所示。

（5）螺母板經過拉伸整形沖孔工序后，開始幾次反鐓、拉伸、整形的工序。反鐓是為了增加壁厚，拉伸是為了使壁厚平滑均勻避免折疊，整形是為了達到制件的最終尺寸要求。經過幾次反復工序，使螺母板的壁厚逐步增加，其工序圖如圖7所示。

反鐓主要是使翻孔的壁厚增厚，通過減小翻孔的高度和增大翻孔的外徑實現壁厚增厚。內徑因為要攻絲，其表面質量要求比較高，就不再參與成形，其目的是防止材料因成形過程中產生局部暗疊料或內孔形狀輪廓不均勻，影響螺紋的形狀和強度。

（6）經過沖壓件的毛坯形狀、拉伸次數、反鐓工藝等綜合分析，可以得到完整的級進模的料帶工序圖，考慮到模具的強度問題以及調試過程中的其它情況發生，在料帶的排布過程中，采用了一模二件的形式，對稱分布，同時設置了料帶伸縮工藝切口，保證了導正銷正常導正，并適當安排了空步工序。具體排樣如圖8所示。

4 螺母板級進模結構

螺母板的級進模結構如圖9所示。

根據排樣圖，設計級進模的模具結構，模具的基本結構分為上模座、上墊板、凸模固定板、卸料板、凹模固定板、下墊板、下模座、下模支撐板、下模壓板組成。整副模具采用8 個導柱導向，確保模具的精度。由于模具的總工步數是41步，考慮模具加工困難和變形等因素，把模具的內部結構分成5個小模塊拼裝在一起，每個模塊都有4個獨立的小導柱導向。每一工步都是獨立的小單元模芯，可以單獨拆卸和裝配，方便制造、維修和更換部件。模具的分型面全長都設置有平衡塊，防止模具在工作過程中產生不平衡的情況，確保模具整個過程平衡工作。最后是制件落料1模2件，制件從模具下方漏出，條料的廢料從右邊切斷側滑出。由于是高強度厚板料拉伸成形，所以，凸、凹模部分需要做表面涂覆處理，防止拉傷制件或凸、凹模的工作部分，凸、凹模部分需要設置有排氣功能。厚板料拉伸，對應壓料不是很關鍵，但每個工步必須設置有頂出功能，方便工序件脫模。

5 結束語

經過模具的設計、制造和調試，整個過程比較順利，生產的制件滿足要求。由于是級進模生產，又是一模二件，生產效率比較高，所以模具的表面涂覆、生產過程中使用潤滑油顯得非常重要。同時，模具的易損備件必須要有準備，隨時可以快速更換。拉伸、翻孔工藝是沖壓領域的常規工藝，而且在材料成形中占很大比例。但是，拉伸、翻孔使材料壁厚增厚的工藝方案并不多見。采用反鐓成形工藝，使壁厚增加，又能實現級進模的高效生產方式，是一種比較新穎的工藝方案，尤其適用于螺紋孔的成形工藝。該制件的調試比較滿意，實物如圖10所示。

通過對材料拉伸、翻孔、反鐓的成形分析，對級進模的排樣方式以及每道序的工作內容進行綜合考慮，最終形成了比較完善的螺母板的生產工藝，克服了螺母板翻孔壁厚變薄的問題，實現了壁厚增厚的要求，為類似制件的生產提供了一定的幫助。由于制件的強度高、尺寸小，生產效率高，在模具制造的過程中，對模具的制造精度、表面涂覆、模具冷卻、潤滑等都有嚴格的要求。該制件的螺紋加工是在另外的工序完成，這里不作介紹。如果要使生產效率進一步提高，還可以在模具里面設置模內攻絲機，直接完成整個成品的制造過程。這些先進的理念應用，會使生產效率得到顯著提升。