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1、板料冲压件螺纹底孔冲压成形技术摘要：在板料冲压件上，按其料厚不同分别采用精冲小孔、变薄翻边、冷冲挤等工艺方法，成形螺纹底孔。本文论述了上述螺纹冲压成形工艺、冲模结构及其设计与制造技术。 主题词：冲件螺纹底孔 冲小孔 变薄翻边 冷冲挤 成形技术 螺纹联接结构，尤其紧螺纹联接结构，是各种机电与家电产品中零部件最主要的联接结构型式。薄板冲压件进行紧螺纹联接，需要有大于料厚的联接螺纹长度，以确保其联接可靠性，增强其负载能力，才能达到使薄板冲件联接牢靠、重量小的目的，从而使其成为结实、轻巧、紧凑的理想结构零件。 在仪器仪表、电子电器、各类家电、家用器具、玩具等产品的板料冲压件上，经常采用M2-M10的小
2、螺纹紧联接结构。为提高效率并满足大量生产的需求，采用精冲小孔、变薄翻边、冷冲挤等工艺方法，冲压成形这些小螺纹底孔，不仅能以冲压制孔取代钻孔而大幅度提高生产效率，同时能获得尺寸精确、一致性好的底孔，并可使螺纹联接有足够的长度，从而确保其联接可靠性及设计要求的承载能力。所以，用冲压成形技术加工小螺纹底孔，具有优质高产的效果，也是一种成熟而值得推广的工艺技术。 1螺纹底孔的计算 合适螺纹底孔的大小，不仅取决于螺纹直径，而且与其螺距有着密切的关系，通常可按下式计算： 当tL1时，取：dZ=d-tL 当tL1时，取：dZ=d-(1.041.06)tL (2) 式中 tL-螺距，mm dz-螺纹底孔直径，
3、mm d-螺纹直径，mm 表1 螺纹底孔直径的合理值(mm) 螺纹直径d螺距tL底孔直径dzM1 M2M3M4M5M6M8M10M12M14M16M18M20M22M24M27M300.25 0.40.50.70.811.251.51.75222.52.52.5333.50.75 1.62.53.34.256.78.510.211.913.915.417.419.420.923.926.32冲制螺纹底孔的基本工艺方法 用冷冲压冲制板料冲压件上螺纹底孔的主要工艺方法有如下几种： (1)厚料冲小孔与精冲孔 当冲件厚t可以满足螺纹联接所需长度时，可用冲压制孔工艺解决。通常在这种情况下，多为厚料冲小孔
4、，即冲制螺纹底孔的直径dzt或稍大于t，见表2。螺纹联接的最小有效长度取决于螺纹直径、螺距并与联接件的材料种类密切相关。 表2 厚板冲制小螺纹底孔参数(中碳钢冲件) 冲件料厚t(mm)螺丝直径d螺距tL(mm)底孔直径dz(mm)要求螺纹联接最小长度Lmm(mm)3M2M3M40.40.50.71.62.53.31.72.22.64M3M4M50.50.70.82.53.34.22.22.63.25M4M5M60.70.813.34.252.63.23.36M5M6M8M100.811.251.54.256.78.53.23.34.65.78M8M10M12M141.251.51.7526.7
5、8.510.211.94.65.76.87.810M10M12M14M161.51.75228.510.211.913.95.76.87.88.512M10M12M14M16M18M201.51.75222.52.58.510.211.913.915.417.45.76.87.88.59.610.5从表2可以看出，一些t312mm的中厚板冲件，其料厚可以满足螺纹直径适中的一些紧螺纹联接要求的螺纹联接长度。故可用冲孔或精密冲孔、冲小孔诸工艺方法冲制螺纹底孔。 螺纹底孔不仅尺寸要求较晋严，孔壁也要垂直平整。否则，攻制螺纹时因丝锥较细而长，冲制孔壁因冷作硬化较硬，很易磨损与折断。故一般用标准间隙或大
6、间隙冲孔，均不能满足攻丝要求，除非另加扩孔或铰孔工序。而这样做显然不经济。这里推荐用精冲孔或小间隙厚料冲小孔工艺对表2所列小螺纹底孔的冲制加工。这些冲压制孔工艺都已在生产中推广应用，比较成熟。即便使用普通国产标准压力机进行精冲孔或厚料冲小孔工艺，国内使用也很普遍，尤其在仪表、开关电路行业、应用较多。 (2)变薄翻边 对薄料冲件采用变薄翻边冲制小螺纹底孔是目前国内使用广泛的工艺方法。通过对薄料的变薄翻边，增加螺纹底孔的轴向长度，使螺纹联接长度加大，使螺纹联接结构更坚固、可靠。同时，还能有效减小产品重量。利用变薄翻边冲制螺纹底孔多用于料厚 t3mm的薄板冲件。其翻边几何尺寸参数列入表3，供参考。
7、表3变薄翻边冲压成形螺纹底孔推荐参数 冲件料厚t(mm)螺纹直径d翻边预冲底孔直径d0翻边预螺纹孔直径dz翻边凸缘外径Dz翻边凸缘高度H01M2M2.5M3M411.11.151.21.62.12.53.32.43.13.64.41.72.02.22.61.5M3M4M5M61.51.61.72.22.53.34.253.24.25.66.42.22.63.23.32M4M5M6M822.12.233.34.256.74.35.46.68.333.43.84.62.5M5M6M8M102.52.633.64.256.78.55.678.410.73.94.24.95.43M6M8M10M123
8、.23.43.84.356.78.510.27.18.51112.44.65.35.76.2(3)冷挤压 对料厚t2mm的薄板冲件，采用冷挤压的方法在板料上冲挤出类似翻边的螺纹底孔。此工艺无须预冲孔，用闭式冷挤模冲挤。凸模压入板料后，材料在凹模中围绕在凸模周围重新分配成环状凸缘，从而获得孔径精确、高度足够的螺纹底孔。孔的末端带有薄薄的连皮，在改制螺纹时由丝锥冲去。这种工艺早在60年中期已在国外应用。其优点是冷挤孔凸缘壁厚比翻边的厚而均匀，加上冷挤中比翻边更剧烈的冷作硬化，使其螺纹联接具有更高的负载能力。但该工艺至今尚未在国内推广应用。 3冲制小螺纹底孔的工艺技术 在t312mm的中厚板上冲制d
9、t的小孔作为螺纹底孔dz，不仅生产效率高，而且质量好，互换性强。同时，冷作硬化效应还能提高螺纹强度。为此，在料厚能保证螺纹联接长度时，为确保制螺纹底孔的孔形及孔壁垂直度与光洁表面，即使dzt仍采用冲小孔或精冲孔的工艺技术加工，可省去普通冲孔后增加扩孔与铰孔工序，获取良好的经济效益。 厚料冲小孔及精冲孔与普通冲大孔在工艺技术上的主要区别在于： (1)普通冲大孔的冲孔间隙Z值，以中碳钢为例，Z=(5%10%)t(单边，下同)。故冲出孔径上小下大带有明显的锥度，仅上部约料厚三分之一为光亮带，孔口下部约料厚三分之二孔壁为粗糙的撕裂断面。而冲小孔与精冲孔的冲孔间隙Z=(0.5% 1%)t,仅为普通冲大孔
10、的十分之一左右，故冲出孔尺寸精确，孔壁垂直，孔壁表面粗糙度可达Ra0.8Ra0.4。 (2)在中厚板上冲大孔，通常都采用硬性卸料板，板料在自由状态下冲孔；冲小孔与精冲孔均采用强力压料板，冲孔时在板料冲孔直径周围(58)d范围内施加0.30.5s的压料力(s为冲件材料的屈服极限)，约为普通弹压卸料板压料力的35倍，见图2.am各图。 (3)与众所周知的普通冲大孔的分离变形过程不同，厚料冲小孔与精冲孔均使材料处在三向压应力状态下，以微间隙进行塑性纯剪切或接近塑性纯剪切的分离变形过程。冲孔废料由同凸模强制冲挤进入凹模孔中。当要求较高的冲孔尺寸精度和孔壁表面质量时，必须适当的减小冲孔间隙，增加压料力，
11、以便产生更好的冲挤过程，见图1。 (4)精冲及冲小孔的孔壁与凸模中心线平行，没有普通冲大孔那样的锥度，而且孔的尺寸较稳定。通常冲出孔直径比凸模稍大，孔壁为100%光亮带，其表面粗糙度Ra值为0.40.8m。 (5)由于清冲孔，冲小孔的分离变形过程与普通冲大孔截然不同，见图1。如使用普通标准机械压力机实施精冲孔，冲小孔时，除计算最大冲孔力外，还应计算其冲裁功，以便准确地选定设备吨位。而在计算最大冲孔力时，采用众所周知的传统计算公式则不符合冲小孔、精冲孔的实际情况，推荐使用Timmerbeil公式： Pmax=Loto(1-t/t)b (N) (1) 式中 Pmax-最大冲孔力，(N) L-冲裁线
12、长度即冲孔周长，(mm) t-冲孔件料厚，(mm) t-冲孔初始阶段，凸模挤入材料深度，(mm) b-冲孔件材料抗拉强度，(MPa) (1-t/t)-取决于冲件材料屈强比，即s/b比值。就0520钢而言，(1-t/t)之值约在0.60.7之间。 只按最大冲孔力(冲裁力)选定压力机吨位是很不够的。因为，压力机的输出压力取决于它的曲轴抗弯强度和齿轮齿廓的抗剪强度；而压力机输出的冲压(有效)功则取决于它的飞轮储备能量大小及其电机输出功率大小和充许的超载能力。功率超载会使其飞轮转速急剧下降，电机滑差，线圈过热而烧毁。压力机的公称压力是曲柄旋转至下死点前30、滑块下行至下死点前6.7%的行和处所产生的整
13、个行程的最大压力。大于6.7%行程各点的压力都小于公称压力，行程中间点压力最小，仅为其公称压力的一半。压力机输出的冲压功随飞轮转速下降而减少。电机驱动飞轮旋转储备能量。飞轮转速达到额定转速才能达到设计规定输出的冲压(有效)功。与上述公称压力一样，电机功率、飞轮转速及有效功等参数，压力机使用说明书中都有详细论述。计算时只要按下式求得的冲裁功小于所选压力机额定输出有效功，就可满足要求。 A=kpt/1000 (J) (2) 式中A-平刃中冲裁变形功，J P-冲裁力，N t-冲件料厚，mm k-材料种类系数，见表4。 表4系数K数值 冲件材料料厚(mm)4软钢中硬钢硬钢铝铜(退火的)0.700.650.600.550.450.400.750.700.650.600.550.500.400.350.700.650.600.500.500.420.350.300.650.550.450.350.40
