CN112296158B - 一种一体式螺母板冲压成型工艺 - Google Patents
一种一体式螺母板冲压成型工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种一体式螺母板冲压成型工艺,首先在母板上冲压出轴向尺寸及周向尺寸均大于一体式螺母板的螺母的设计尺寸的凸包;然后通过2个以上冲压工步对凸包进行连续冲压,逐步压缩减小凸包的轴向尺寸及周向尺寸,直至凸包的轴向尺寸和壁厚均满足设计要求;最后在凸包上冲通孔,并在内径攻丝,得到该一体式螺母板。本发明提供的一体式螺母板冲压成型工艺以锥形凸包形式聚料,且凸包的高度及直径均大于最终设计螺母高度与直径,通过多工步,逐渐将周向及轴向材料在模具的作用下再分配,由于采用高、径具缩的方式再分配材料,成形效率较高,通过7道工序,可以实现最小壁厚2.4mm,最大壁厚4.5mm,高6.7mm的一体式螺母板冲压。
Description
技术领域
本申请属于金属零件加工技术领域,具体涉及一种一体式螺母板冲压成型工艺。
背景技术
在汽车制造过程中,零部件之间存在大量的螺栓与螺母配合连接,这就需要其中一个零部件上分布有螺母,目前最常用的螺母1与零件2连接依然采用焊接方式,如图1所示。焊接后由于存在虚焊或应力集中等问题,汽车在实际使用过程中由于路况复杂,虚焊部位在长期震动的工况下工作,极易发生失效开裂,造成一定安全风险。一体式螺母板由于螺母与零件为一体成型,避免了焊接过程中的焊接缺陷,在汽车上广泛使用。
目前,一体式冲压螺母板有三种成型方式:
第一种是先在母板3上直接翻孔31,之后再翻孔内径攻螺纹,如图2所示。该种工艺的缺陷在于要求翻孔高度不能太高,且要求材料翻边性能较好,对母材性能以及操作工艺均提出了较高要求。
第二种是在母板上先拉深圆筒32,再局部墩粗,之后再冲孔,最后在孔内径攻螺纹,如图3所示。该种工艺单纯通过将深圆筒轴向尺寸减小,基于体积不变定理,通过材料再分配,来补偿螺母壁厚,该工艺材料再分配相对容易,但墩粗后壁厚变化不均匀(如图3 所示,图3中曲线a代表螺母实际内壁,直线b代表螺母设计内壁,曲线a证明墩粗后螺母壁厚变化不均匀;且曲线a与直线b偏离较大,证明螺母壁厚不达标),且易发生叠料、扭曲,同时显微组织显示该种成型内部织构波动较大,影响螺母的使用性能。
第三种是先在母板上一次性冲压出高度等于螺母高度的大孔径的环状翻边33,之后基于体积不变定理,保持翻边高度不变逐渐缩小环状翻边的内径和外径以增加壁厚,最后精整螺丝内孔并攻丝,如图4所示。该种成型工艺单纯通过将环状翻边周向尺寸减小,将多余的材料再分配,从而提高螺母厚度,该工艺由于将整个周向材料增厚,材料再分配困难,成型力要求更高。
上述三种成型工艺均难以兼顾成型力要求、加工效率、螺母成型质量,限制了一体式螺母板的大范围推广应用。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种一体式螺母板冲压成型工艺,在径向和周向同时压缩迫使材料体积再分配,成型效率较高,成型质量好。
实现本发明目的所采用的技术方案为,一种一体式螺母板冲压成型工艺,包括如下步骤:
(1)在母板上冲压出轴向尺寸及周向尺寸均大于所述一体式螺母板的螺母的设计尺寸的凸包;
(2)通过2个以上冲压工步对所述凸包进行连续冲压,逐步压缩减小所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸,直至所述凸包的轴向尺寸和壁厚均满足所述设计要求;
(3)在所述凸包上冲通孔,并在内径攻丝,得到所述一体式螺母板。
进一步地,步骤(1)中,所述凸包呈圆台状。
进一步地,步骤(1)中,所述凸包的底部周向尺寸为所述螺母的周向设计尺寸的 2~5倍。
进一步地,步骤(1)中,所述凸包的顶部周向尺寸为所述螺母的周向设计尺寸的 1~4倍。
进一步地,步骤(1)中,所述凸包的轴向尺寸不超过所述螺母的轴向尺寸的2倍。
进一步地,步骤(2)中,所述通过2个以上冲压工步对所述凸包进行连续冲压,逐步压缩减小所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸,包括:
通过2个以上冲压工步对所述凸包进行连续冲压,每个所述冲压工步均对所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸进行压缩,从而逐步压缩减小所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸。
进一步地,步骤(2)中,2个以上所述冲压工步的压缩比逐步减小。
进一步地,步骤(2)中,所述冲压工步的数量为5个以上。
进一步地,步骤(3)中,所述在所述凸包上冲通孔,包括:在所述凸包上采用精冲工艺冲通孔。
基于同样的发明构思,本发明还提供了一种一体式螺母板冲压成型工艺,所述一体式螺母板的螺母的设计数量为2个以上,所述一体式螺母板冲压成型工艺包括如下步骤:
(1)在母板上同时冲压出与所述螺母的设计数量相同、且轴向尺寸及周向尺寸均大于对应的所述螺母的设计尺寸的凸包;
(2)通过2个以上冲压工步对2个以上所述凸包进行同步连续冲压,逐步压缩减小所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸,直至2个以上所述凸包的轴向尺寸和壁厚均满足所述设计要求;
(3)在2个以上所述凸包上同时冲通孔,并在内径攻丝,得到所述一体式螺母板。
由上述技术方案可知,本发明提供的一体式螺母板冲压成型工艺,首先在母板上冲压出轴向尺寸及周向尺寸均大于螺母设计尺寸的凸包,然后通过2个以上冲压工步对凸包进行连续冲压,逐步压缩减小凸包的轴向尺寸及周向尺寸,直至得到所需螺母壁厚要求;最后在凸包上冲通孔并在内径攻丝,得到一体式螺母板。本发明的冲压成型工艺是先成型较大凸包,之后在轴向和周向同时压缩体积,迫使材料再分配,从而成型螺母板,本发明的冲压成型工艺由于在轴向及周向均提前储料,因此成型效率较高,所需工步数量明显少于现有技术,且成型质量好,避免了单纯从高度和周向储料而造成成型螺母质量不高效率较低的问题。
附图说明
图1为现有技术螺母与零件焊接的结构示意图;
图2为现有技术翻孔成型螺母的操作示意图;
图3为现有技术深圆筒镦粗成型螺母的操作示意图;
图4为现有技术环状翻边压缩成型螺母的操作示意图;
图5为本发明实施例中一体式螺母板冲压成型工艺的操作示意图;
图6为本发明实施例中凸包的结构示意图;
图7为本发明实施例中一体式螺母板在冲通孔前的结构示意图;
图8为本发明实施例中一体式螺母板在冲压工步的截面图1;
图9为本发明实施例中一体式螺母板在冲压工步的截面图2;
图10为本发明实施例中一体式螺母板在冲压工步的截面图3;
图11为本发明实施例中一体式螺母板在冲压工步的截面图4;
图12为本发明实施例中一体式螺母板在冲压工步的截面图5;
图13为本发明实施例中一体式螺母板在冲压工步的截面图6;
图14为本发明实施例中成型的一体式螺母板的截面图;
附图标记说明:1-螺母;2-零件;3-母材,31-孔,32-深圆筒,33-翻边,34-凸包,341-顶部,342-底部。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请,下面结合附图,通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
在本发明实施例中,一种一体式螺母板冲压成型工艺,参见图5,包括如下步骤:
(1)在母板3上冲压出轴向尺寸及周向尺寸均大于一体式螺母板的螺母1的设计尺寸的凸包34,如图6所示。
具体的,参见图5、图6和图8,凸包34呈圆台状,拱起的凸包的中心为顶部341,凸包与母板3连接的部位为底部342。凸包34的顶部341周向尺寸为螺母1的周向设计尺寸的1~4倍,底部342周向尺寸为螺母1的周向设计尺寸的2~5倍。凸包34的轴向尺寸不超过螺母1的轴向尺寸的2倍。由于具体操作时是依靠模具进行冲压成型,因此上述尺寸数据均指凸包34的外表面数据,也即模具的型孔的数据。
由于凸包34的轴向尺寸及周向尺寸均大于螺母的设计尺寸,因此步骤(1)所形成的凸包在轴向及周向均提前储料。该冲压凸包34的大小为经过体积不变定理或有限元分析软件等理论分析后计算的尺寸。冲压后的凸包不可以破裂,若发生破裂,则该凸包应舍弃。
(2)通过2个以上冲压工步对凸包34进行连续冲压,逐步压缩减小凸包34的轴向尺寸及周向尺寸,直至凸包34的轴向尺寸和壁厚均满足设计要求,如图7所示。
具体的,通过2个以上冲压工步对凸包34进行连续冲压,每个冲压工步均对凸包34的轴向尺寸及周向尺寸进行压缩,从而逐步压缩减小凸包34的轴向尺寸及周向尺寸。由于每个冲压工步均对凸包34的轴向尺寸及周向尺寸进行压缩,相比于现有技术单向尺寸压缩,采用高、径具缩的方式,逐渐将周向及轴向材料在模具的作用下再分配,成型效率更高。
具体的,本实施例中,2个以上冲压工步的压缩比逐步减小,也即,各冲压工步中凸包34的变形量(在轴向及周向上的压缩量)逐步减小,确保步骤(2)结束后得到的凸包的壁厚变化均匀,且无叠料现象。
为了减小单个冲压工步的压缩比,该冲压工步的数量优选5个以上,凸包逐步、缓慢过渡至所需螺母壁厚,减小成型螺母内部织构波动。
(3)在凸包34上冲通孔,并在内径攻丝,得到一体式螺母板,其截面如图14所示。
具体的,本实施例中在凸包34上采用精冲工艺冲通孔,保证螺母的内径质量。
若该一体式螺母板的螺母1的设计数量为2个以上,则在步骤(1)中,在母板3 上同时冲压出与螺母1的设计数量相同、且轴向尺寸及周向尺寸均大于对应的螺母1的设计尺寸的凸包34。在步骤(2)中,通过多个冲压工步对2个以上凸包34进行同步连续冲压,逐步压缩减小凸包34的轴向尺寸及周向尺寸,直至2个以上凸包34的轴向尺寸和壁厚均满足设计要求。在步骤(3)中,在2个以上凸包34上同时冲通孔,并在内径攻丝,得到一体式螺母板。多个螺母1的加工工序同步进行,提高生产效率。
通过本发明的一体式螺母板冲压成型工艺,最终可以实现最小壁厚2.4mm,最大壁厚4.5mm,高6.7mm的一体式螺母板的冲压。
下面通过应用实例对本发明进行进一步描述:
某企业采用本发明的一体式螺母板冲压成型工艺,在厚度为1.2mm的母板上冲压成型螺母,螺母的设计高度为6.7mm,最小壁厚为2.4mm(如图14所示,冲压得到的螺母,纵截面呈梯形,螺母的壁厚自顶部至底部逐渐增大,且壁厚变化均匀,最小壁厚指代螺母顶部的壁厚),设计公称直径为6mm。具体工艺如下:
(1)在母板3上冲压出凸包34,冲压后凸包34的截面如图8所示,该凸包34呈圆台状(具有一定锥形),凸包34的顶部周向尺寸为14.82mm,底部周向尺寸为21.78mm,轴向尺寸为9mm。
(2)通过连续5个冲压工步对凸包34进行连续冲压,逐步压缩减小凸包34的轴向尺寸及周向尺寸,直至凸包34的轴向尺寸和壁厚均满足设计要求。
5个冲压工步的冲压数据如下:
第一冲压工步:凸包34的顶部周向内径尺寸为14.08mm,底部周向内径尺寸为19.86mm,轴向尺寸为8.82mm,最小壁厚为1.4mm,冲压后凸包34的截面如图9所示。
第二冲压工步:凸包34的顶部周向内径尺寸为13.04mm,底部周向内径尺寸为17.64mm,轴向尺寸为8.52mm,最小壁厚为1.6mm,冲压后凸包34的截面如图10所示。
第三冲压工步:凸包34的顶部周向内径尺寸为11.48mm,底部周向内径尺寸为14.78mm,轴向尺寸为8.14mm,最小壁厚为1.86mm,冲压后凸包34的截面如图11所示。
第四冲压工步:凸包34的顶部周向内径尺寸为8.92mm,底部周向内径尺寸为10.72mm,轴向尺寸为7.52mm,最小壁厚为2.32mm,冲压后凸包34的截面如图12所示。
第五冲压工步:凸包34的顶部周向内径尺寸为5.12mm,底部周向内径尺寸为5.14mm,轴向尺寸为6.74mm,最小壁厚为3.06mm,冲压后凸包34的截面如图13所示。
(3)在凸包34上冲通孔,并在内径攻丝,得到一体式螺母板,其截面如图14所示。
经检测,成型的一体式螺母板上,螺母的实际高度为6.74mm,螺母的实际最小壁厚为2.44mm,实际公称直径为6.02mm,壁厚变化均匀,无扭曲、叠料现象,显微组织显示成型内部织构波动较小,该组织拨动不影响螺母的使用性能。
通过上述实施例,本发明具有以下有益效果或者优点:
1)本发明提供的一体式螺母板冲压成型工艺,是先成型较大凸包,之后在径向和周向同时压缩迫使材料体积再分配,从而成型螺母板的新工艺。以锥形凸包形式聚料,且凸包的高度及直径均大于最终设计螺母高度与直径,由于在高度及周向均提前储料,采用高、径具缩的方式再分配材料,因此成型效率较高且成型截面结构更加稳定,避免了单纯从高度和周向储料而造成成型螺母质量不高效率较低的问题,提高了螺母板的成型质量及使用寿命。本发明成型效率较高,通过7道工序,可以实现最小壁厚2.4mm,最大壁厚4.5mm,高6.7mm的一体式螺母板冲压。
2)本发明提供的一体式螺母板冲压成型工艺,2个以上冲压工步的压缩比逐步减小,也即,各冲压工步中凸包的变形量(在轴向及周向上的压缩量)逐步减小,确保冲压工步结束后得到的凸包的壁厚变化均匀,且无叠料现象,冲压工步的数量优选5个以上,凸包逐步、缓慢过渡至所需螺母壁厚,减小成型螺母内部织构波动。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种一体式螺母板冲压成型工艺,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在母板上冲压出轴向尺寸及周向尺寸均大于所述一体式螺母板的螺母的设计尺寸的凸包;
所述凸包的底部周向尺寸为所述螺母的周向设计尺寸的2~5倍;
所述凸包的顶部周向尺寸为所述螺母的周向设计尺寸的1~4倍;
所述凸包的轴向尺寸不超过所述螺母的轴向尺寸的2倍;
(2)通过2个以上冲压工步对所述凸包进行连续冲压,每个所述冲压工步均对所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸进行压缩,2个以上所述冲压工步的压缩比逐步减小,逐步压缩减小所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸,直至所述凸包的轴向尺寸和壁厚均满足所述设计要求;
(3)在所述凸包上冲通孔,并在内径攻丝,得到所述一体式螺母板。
2.如权利要求1所述的一体式螺母板冲压成型工艺,其特征在于:步骤(1)中,所述凸包呈圆台状。
3.如权利要求1所述的一体式螺母板冲压成型工艺,其特征在于:步骤(2)中,所述冲压工步的数量为5个以上。
4.如权利要求1所述的一体式螺母板冲压成型工艺,其特征在于:步骤(3)中,所述在所述凸包上冲通孔,包括:在所述凸包上采用精冲工艺冲通孔。
5.一种一体式螺母板冲压成型工艺,所述一体式螺母板的螺母的设计数量为2个以上,其特征在于,所述一体式螺母板冲压成型工艺包括如下步骤:
(1)在母板上同时冲压出与所述螺母的设计数量相同、且轴向尺寸及周向尺寸均大于对应的所述螺母的设计尺寸的凸包;
所述凸包的底部周向尺寸为所述螺母的周向设计尺寸的2~5倍;
所述凸包的顶部周向尺寸为所述螺母的周向设计尺寸的1~4倍;
所述凸包的轴向尺寸不超过所述螺母的轴向尺寸的2倍;
(2)通过2个以上冲压工步对2个以上所述凸包进行同步连续冲压,每个所述冲压工步均对所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸进行压缩,2个以上所述冲压工步的压缩比逐步减小,逐步压缩减小所述凸包的轴向尺寸及周向尺寸,直至2个以上所述凸包的轴向尺寸和壁厚均满足所述设计要求;
(3)在2个以上所述凸包上同时冲通孔,并在内攻丝,得到所述一体式螺母板。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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