一种板类法兰零件冲挤复合成形工艺参数设计方法

摘要

本发明涉及一种板类法兰零件冲挤复合成形工艺参数设计方法。一种板类法兰零件冲挤复合成形工艺参数设计方法，冲挤复合成形工艺包括：冲压凸模往下挤压坯料，坯料往凹模型腔中流动，挤压凸模此时随着冲压凸模的运动而往下运动，当冲压凸模往下运动到设定距离H

说明书

技术领域

本发明涉及一种板类法兰零件冲挤复合成形工艺参数设计方法，具体涉及板类法兰零件 冲挤复合成形工艺中冲压与挤压行程的决定。

背景技术

板类法兰零件能够满足一定的连接或配合功能要求，这类零件在工业中已经得到广泛的 应用，特别是在汽车行业中，如汽车变速换挡机构中的拨叉等零件。板类法兰零件传统的加 工方法一般是采用冲孔、翻边、整形或者是拉深后切底再整形工艺，这些工艺级进模结构复 杂，生产效率较低，并且难于保证尺寸精度、形位公差。采用板料冲挤复合成形工艺生产板 类法兰零件，工序少，模具结构简单，尺寸、形位公差精度高，后续机加工少，能有效降低 制造成本，在工业零件精密成形制造中有着广阔的应用前景。

冲挤复合成形工艺中工艺参数比较复杂，材料变形非常剧烈，如果工艺参数选取不当则 在法兰的内壁容易产生裂纹，从而影响零件质量，甚至使零件报废。在冲压过程中，材料以 纯剪切方式变形，属于精冲变形过程。随着冲压过程的进行，冲头压下量得增大，变形区静 水应力减小，从而容易产生裂纹，另外如果挤压行程过大则容易使冲压凸模和挤压凸模发生 碰撞损坏模具。因此冲压行程和挤压行程的选定是一个关键的因素。传统的冲挤复合成形工 艺制定中一般通过经验，采用多次试模的方法确定，从而降低生产效率。本发明提供了一种 确定板类法兰零件冲挤复合成形工艺参数设计方法，从而快速确定冲压行程、挤压行程等工 艺参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种板类法兰零件冲挤复合成形工艺参数设计方法，该方法能提高 冲挤复合成形工艺参数设计效率，提高板料法兰零件质量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种板类法兰零件冲挤复合成形工艺参数设 计方法，冲挤复合成形工艺包括：冲压凸模往下挤压坯料，坯料往凹模型腔中流动，挤压凸 模此时随着冲压凸模的运动而往下运动，当冲压凸模往下运动到设定距离H₁时，限制挤压凸 模的运动，冲压凸模继续下行，下行距离为H₄，至此板料完全填充满型腔；最后通过冲裁掉 内孔连皮获得板类法兰零件；在冲挤复合成形工艺过程中，工艺参数H₁、H₄需要确定，其特 征在于工艺参数确定(设计)如下：

1)冲压凸模的外径D₁由法兰(即板类法兰零件)的内径D’₁决定，凹模的内径D₃由 法兰的外径D’₃决定，D₁＝D’₁，D₃＝D’₃；

2)为了便于冲裁，挤压凸模凸台直径D₂等于冲压凸模外径D₁，挤压凸模凸台的高度 H₃一般取为1～3mm；

3)在冲压行程中冲压凸模下行的距离为H₁，那么在冲压过程中被冲压凸模挤走的材料 的体积为材料此时流入凹模内的材料为根据体积不变原理 v₁＝v₂，因此可得到挤入凹模中板料的高度为H₂＝(D₁/D₃)²H₁；

4)挤压凸模凸台的高度为H₃，挤压凸模凸台直径为D₂；在挤压行程中，被冲压凸模挤 走的材料体积为材料此时流入到模具型腔中的体积为 $v_4=\frac{1}{4}\pi D_3^2{H}_3-\frac{1}{3}{H}_3[3D_2^2-6H_3{D}_2\tan \theta +4H_3^2{\tan }^2\theta ],$根据体积不变原理v₃＝v₄，那么在挤压 行程中冲压凸模运动距离H₄为，$H_4=\frac{D_3^2{H}_3-\frac{1}{3}{H}_3[3D_2^2-6H_3{D}_2\tan \theta +4H_3^2{\tan }^2\theta ]}{D_1^2},$式中θ 为挤压凸模的拔模角，由于拔模角度一般小于15°，那么tan²θ趋近于零，这样H₄可以表示 成根据此式确定挤压行程(挤压行程中冲压凸模运动距 离)H₄；

5)连皮的厚度设定为t₂，根据几何学关系，那么t₂与板料厚度t满足这个方程式： t₂＝t+H₂-H₁-H₄，根据此式，可以确定冲压行程(冲压行程中冲压凸模下行的距离) H₁＝t+H₂-H₄-t₂。

本发明的有益效果是：本发明能快速确定冲压行程、挤压行程等工艺参数，获得尺寸精 度高、表面质量好的法兰零件。该方法能提高冲挤复合成形工艺参数设计效率，提高板料法 兰零件质量。

附图说明

图1为本发明板类法兰零件冲挤复合成形工艺示意图。

图2为挤压凸模示意图。

图3为冲挤复合成形获得的板类法兰零件的图片。

图中：F_P表示冲裁力，F_B压边力，F_C反压力，H表示法兰高度。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不 仅仅局限于下面的实施例。

针对于汽车换挡机构中的某一板厚为5mm的拨叉零件，需要成形一个法兰(板类法兰零 件)，法兰的内径D’₁为12mm，外径D’₃为16.5mm，法兰的高度H为10mm。

因此，模具设计时冲压凸模的外径D₁为12mm，凹模的内径D₃为16.5mm。

根据配合关系挤压凸模外径D₄等于凹模内径D₃，因此为16.5mm，为了便于后续的冲孔 连皮，设定冲裁连皮的厚度为t₂＝0.5mm，挤压凸模上的凸台外径D₂为12mm，拔模斜角θ为 15°，挤压凸模凸台的高度H₃为1.3mm。t为5mm。

根据公式可以求出挤压行程H₄为1.23mm，由于拔模 角度一般小于15°，那么tan²θ趋近于零。

根据公式H₁＝t+H₂-H₄-t₂可以确定冲压行程H₁为6.95mm。

根据上述工艺设计，成功的采用冲挤复合成形工艺制备得到汽车换挡机构中某拨叉零件 (板类法兰零件)，如图3所示。