典型齒輪零件加工工藝分析

引言

冷沖壓就是將各種不同規(guī)格的板料或坯料，利用模具和沖壓設(shè)備（壓力機(jī)，又名沖床）對(duì)其施加壓力，使之產(chǎn)生變形或分離，獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。一般生產(chǎn)都是采用立式?jīng)_床，因而決定了沖壓過程的主運(yùn)動(dòng)是上下運(yùn)動(dòng)，另外，還有模具與板料和模具中各結(jié)構(gòu)件之間的各種相互運(yùn)動(dòng)。

機(jī)械運(yùn)動(dòng)可分為滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和滾動(dòng)等三種基本運(yùn)動(dòng)形式，在沖壓過程中都存在，但是各種運(yùn)動(dòng)形式的特點(diǎn)不同，對(duì)沖壓的影響也各不相同。

既然沖壓過程存在如此多樣的運(yùn)動(dòng)，在沖壓模具設(shè)計(jì)中就應(yīng)該對(duì)各種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，以達(dá)到模具設(shè)計(jì)的要求；同時(shí)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況，靈活運(yùn)用各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到產(chǎn)品的要求。

沖壓過程的主運(yùn)動(dòng)是上下運(yùn)動(dòng)，但是在模具中設(shè)計(jì)斜楔結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)、滾軸結(jié)構(gòu)和旋切結(jié)構(gòu)等，可以相應(yīng)把主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為水平運(yùn)動(dòng)、模具中的轉(zhuǎn)動(dòng)和模具中的滾動(dòng)。在模具設(shè)計(jì)中這些特殊結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜和困難，成本也較高，但是為了達(dá)到產(chǎn)品的形狀、尺寸要求，卻不失為一種有效的解決方法。

沖裁模具

沖裁工藝的基本運(yùn)動(dòng)是卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸并繼續(xù)下降進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致板料分離，然后凸、凹模分開，卸料板把工件或廢料從凸模上推落，完成沖裁運(yùn)動(dòng)。卸料板的運(yùn)動(dòng)是非常關(guān)鍵的，為了保證沖裁的質(zhì)量，必須控制卸料板的運(yùn)動(dòng)，一定要讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則沖裁件切斷面質(zhì)量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具壽命減少。

按通常的方法設(shè)計(jì)落料沖孔模具，往往沖壓后工件與廢料邊難以分開。在不影響工件質(zhì)量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位塊，以使落料沖孔運(yùn)動(dòng)完成后，凹模卸料板先把工件從凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把廢料也從凸凹模上推落，這樣一來，工件與廢料也就自然分開了。

對(duì)于一些有局部凸起的較大的沖壓件，可以在落料沖孔模的凹模卸料板上增加壓型凸模，同時(shí)施加足夠的彈簧力，以保證卸料板上壓型凸模與板料接觸時(shí)先使材料變形達(dá)到壓型目的，再繼續(xù)落料沖孔運(yùn)動(dòng)，往往可以減少一個(gè)工步的模具，降低成本。

有些沖孔模具的沖孔數(shù)量很多，需要很大沖壓力，對(duì)沖壓生產(chǎn)不利，甚至無足夠噸位的沖床，有一個(gè)簡單的方法，是采用不同長度的2～4批沖頭，在沖壓時(shí)讓沖孔運(yùn)動(dòng)分時(shí)進(jìn)行，可以有效地減小沖裁力。

對(duì)那些在彎曲面上有位置精度要求高的孔（例如對(duì)側(cè)彎曲上兩孔的同心度等）的沖壓件，如果先沖孔再彎曲是很難達(dá)到孔位要求的，必須設(shè)計(jì)斜楔結(jié)構(gòu)，在彎曲后再?zèng)_孔，利用水平方向的沖孔運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到目的。對(duì)那些翻邊、拉深高度要求較嚴(yán)需要做修邊工序的，也可以采用類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

彎曲模具

彎曲工藝的基本運(yùn)動(dòng)是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運(yùn)動(dòng)。卸料板及頂桿的運(yùn)動(dòng)是非常關(guān)鍵的，為了保證彎曲的質(zhì)量或生產(chǎn)效率，必須首先控制卸料板的運(yùn)動(dòng)，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應(yīng)確保頂桿力足夠，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產(chǎn)效率低。對(duì)于精度要求較高的彎曲件，應(yīng)特別注意一點(diǎn)，最好在彎曲運(yùn)動(dòng)中，要有一個(gè)運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)，即所有相關(guān)結(jié)構(gòu)件能夠碰死。

有些工件彎曲形狀較奇特，或彎曲后不能按正常方式從凹模上脫落，這時(shí)，往往需要用到斜楔結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)，例如，采用斜楔結(jié)構(gòu)，可以完成小于90度或回鉤式彎曲，采用轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)圓筒件一次成型。

值得一提的是，對(duì)于有些外殼件，如電腦軟驅(qū)外殼，因其彎曲邊較長，彎頭與板料間的滑動(dòng)，在彎曲時(shí)，很容易擦出毛屑，材料鍍鋅層脫落，頻繁拋光彎曲沖頭效果也不理想。通常的做法是把彎曲沖頭鍍鈦，提高其光潔度和耐磨性；或者在彎曲沖頭R角處嵌入滾軸，把彎頭與板料的彎曲滑動(dòng)轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)，由于滾動(dòng)比滑動(dòng)的摩擦力小得多，所以不容易擦傷工件。

拉深模具

拉深工藝的基本運(yùn)動(dòng)是，卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降，進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板料體積成形，然后凸、凹模分開，凹?；瑝K把工件推出，完成拉深運(yùn)動(dòng)。

卸料板和滑塊的運(yùn)動(dòng)非常關(guān)鍵，為了保證拉深件的質(zhì)量，必須控制卸料板的運(yùn)動(dòng)，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則拉深件容易起皺，甚至裂開；其次應(yīng)確保凹模滑塊壓力足夠，以保證拉深件底面的平面度。

拉深復(fù)合模設(shè)計(jì)合理，可以很好地控制結(jié)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)過程，達(dá)到多工序組合的目的。例如典型的落料拉深切邊沖孔復(fù)合模具的設(shè)計(jì)。

另外，有些裝飾品和日用品的拉深件需要有卷邊（或滾邊）工序，模具設(shè)計(jì)中也用到了滾軸結(jié)構(gòu)，所以在卷邊過程中滾動(dòng)的摩擦力非常小，不容易擦傷工件表面。

對(duì)那些需要在馬達(dá)中旋轉(zhuǎn)的拉深結(jié)構(gòu)件,切邊的高度、跳動(dòng)度等要求相當(dāng)高，需要在模具中設(shè)計(jì)特別的旋切結(jié)構(gòu)，利用旋轉(zhuǎn)（切）運(yùn)動(dòng)修邊，不僅能保證切邊的尺寸精度高，甚至切邊的毛刺及沖切紋路亦相當(dāng)美觀。值得一提的是，此旋切結(jié)構(gòu)在實(shí)際設(shè)計(jì)改良后，已經(jīng)非常易于模具加工制作，并且已運(yùn)用于連續(xù)拉深模具當(dāng)中。

連續(xù)模具

連續(xù)模具中常常同時(shí)包括了沖裁、彎曲和拉深等沖壓工藝，因而其沖壓過程中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)也包括了這三種工藝的基本運(yùn)動(dòng)模式，對(duì)連續(xù)模具中運(yùn)動(dòng)的控制，應(yīng)分成各基本工藝分別進(jìn)行控制。

通常連續(xù)模具要求不斷加快沖壓速度，提高生產(chǎn)效率，有些形狀較復(fù)雜、較特別的沖壓件，其沖壓運(yùn)動(dòng)較費(fèi)時(shí)，在連續(xù)模具設(shè)計(jì)中可以分解成效率較高的沖壓運(yùn)動(dòng)。

需要特別指出的是，連續(xù)模具因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中還牽涉到送料機(jī)、吹風(fēng)裝置等，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮到這些因素，讓沖床、模具、送料機(jī)和吹風(fēng)裝置的運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上配合好，連續(xù)模具才能真正順利生產(chǎn)。