钣金件翻边孔冲压工艺的研究丁惠文（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）摘要：本文通过对钣金件翻边孔冲压加工的工艺研究，改善冲压模具结构以解决翻边孔带废料问题。

关键词：翻边孔；带废料；工艺分析；模具Abstract：Through the research on turned-out holes’ punch process, it improves the structure of punching tooling mold and eliminate the waste during punching turned-out holes. Practical practice showed that it reliable and effective, and it can be popularized and applied.Key words：turned-out holes；waste during punching process；process analysis；tooling mold引言钣金件的连接常采用自攻螺钉连接紧固，对于材料厚度小于1mm 的钣金件，为保证连接的牢固，螺钉孔要求采用翻边孔形式，这些翻边孔直径基本都小于6mm，属于小直径翻边孔。

翻边孔的加工直接影响到零件的质量、生产效率及连接的可靠性。

1 常用的翻边孔加工形式翻边孔是沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的冲压工序。

常见的翻孔冲压加工形式有：有预孔的翻孔和无预孔的翻孔。

(1)有预孔的翻孔如图1所示，先冲好预孔，再采用抛物线的翻孔凸模翻孔，此类凸模有光滑圆弧过渡，翻孔质量良好[1]。

但有预孔的翻边孔，需要先冲孔，再翻孔，增加了工序，影响生产效率，不适合减员增效的要求。

(2)无预孔的翻孔常用的有穿刺翻孔形式和冲孔翻孔形式穿刺翻孔形式，如图2所示，凸模端部采用60度锥形结构[1]，冲制的翻边孔边缘不平齐，容易割伤手，不能满足部分客户的要求。

冲孔翻孔形式，如图3所示，凸模采用阶梯形式，前段冲孔，后段翻孔，一次完成，冲制的孔边缘平齐，不需要增加工序。

Research on Process of Punching Turned-out Holes图1 有预孔的翻孔图2 穿刺翻孔边缘不齐图 3 冲孔翻孔(3)变薄翻孔钣金件螺钉连接时为保证连接牢固，要求螺钉孔翻孔凸缘高度不低于2mm，当料厚较小时，常规翻孔凸缘高度达不到要求，只能采用变薄翻孔形式。

变薄翻孔是指通过使孔壁部变薄以增加翻孔凸缘高度的翻孔方式，广泛用于钣金件连接的螺钉孔的冲压。

综合考虑质量、安全和效率等方面，钣金件螺钉连接用的翻边孔普遍采用冲孔翻孔形式加工，而且是变薄翻孔。

2 翻边孔加工存在的问题分析及处理措施2.1 翻边孔孔口开裂孔口圆周上产生裂纹。

主要是冲出的预孔断面有撕裂面，产生毛刺，该处存在应力集中点，在翻孔过程中该处塑性差，容易开裂。

采用延伸率较好的材料，能增加翻孔处的变形程度，减少翻孔开裂。

在成型允许的情况下，尽量加大预孔孔径，减小翻孔的变形程度，有助于减少翻孔开裂。

在结构允许的条件下，尽量采用薄料，以增大预孔的相对直径（D0/t）, 有助于减小翻孔开裂几率。

模具设计时，翻孔凸模最好采用抛物线形或球面形，能增加局部的材料允许变形程度，减少开裂。

冲压加工时，可以将翻孔的方向与冲预孔的方向相反，使毛刺位于翻孔的内侧，可减少开裂。

2.2 翻边孔孔口收口翻孔后孔口收缩，凸缘不垂直，孔口直径变小，会造成装配时打螺钉困难。

造成收口的主要原因有材料的回弹、凸模与凹模之间的间隙z/2偏大等。

生产时采用性能较好的材料，回弹小，可以改善收口问题。

模具设计时，选取合适的凸凹模间隙，可以保证翻孔凸缘垂直。

凸模与凹模之间的间隙一般取略小于材料厚度，经验取值可参考表1。

2.3 翻边孔高度不足翻孔后凸缘高度不足，直接减小了螺钉与孔的旋合长度，影响螺钉连接的可靠性。

影响翻孔凸缘高度的因素有预孔孔径过大等。

选取较小的冲预孔孔径，可以加高翻孔高度。

在预孔孔径不能减小时，可采取变薄翻孔形式，使壁部变薄来增加翻孔凸缘的高度。

2.4 翻边孔根部R过大翻孔后根部R过大，会造成装配时根部有相当一部分与螺钉无接触，减小了螺钉与孔的旋合长度，降低了螺钉连接的可靠性。

导致翻边孔根部R过大与材料厚度、翻孔凹模入口圆角有关。

材料厚度越厚，根部R会越大；凹模入口圆角越大，翻孔根部R也会越大。

要减小翻边孔根部R，应尽量选用薄料，模具设计时设计较小的凹模入口圆角。

当使用较厚的材料或凹模入口圆角小于2倍的材料厚度时，翻孔凸模应设计增加带整形的台肩，在冲压行程末端对根部R进行整形，或者单独增加整形工序。

2.5 翻边孔带废料采用冲孔翻孔形式加工翻边孔时, 冲孔时凹模上是没有对应结构匹配的，材料是拉断的，冲孔废料可能随机粘连在孔边缘，造成经常带有冲切废料现象（如图4所示），这些废料取料、搬运时的振动易散落在模具工作面或零件上，造成零件表面产生压印缺陷（如图5所示），需要人工返修，对外观件返修很难达到要求，只能报废处理，浪费人力和材料；翻边孔废料如带至总装易割伤操作人员，并影响打螺钉；对电器类零件，如翻边孔废料在打螺钉时掉落到电器元件内还容易造成短路而导致电器安全问题。

[1]长期以来，因翻边孔带废料而导致以上一系列的产材料厚度（t）凸、凹模间隙（z/2）0.50.450.60.550.80.71.00.851.2 1.01.5 1.32.0 1.7表1 翻孔间隙经验值厚或略小于料厚，这就为废料留存提供了空间，导致废料仍能残留在零件上，如图6所示。

为使废料顺利与零件分离，必须从凸、凹模结构着手，采用合适的结构。

（1）在翻孔凹模内部增加与凸模前段预冲孔部位配合的浮动凹模结构，拟达到先正常冲预孔的目的，经过试生产验证，因中部增加的结构为浮动结构，其空间受限，只能选用较小的弹簧，弹簧很快失效导致冲预孔废料不能正常切断而使翻孔仍然带废料。

粘连废料废料压印图4 翻边孔粘连废料图5 废料压印缺陷图6 翻边孔带废料带废料图7 改进的冲孔翻孔结构（2）在翻孔凹模内增加台肩，消除废料残留空间，拟通过翻孔凸模的下行，在翻孔凸模与台肩的配合作用下将废料与零件彻底分离并从漏料孔漏下，以彻底避免废料粘连在翻边孔上导致零件取出时仍粘连废料或废料在取料、搬运过程中掉落在模具工作面或工件上而压伤零件。

对翻孔凸模、凹模结构改进，凹模增加台肩，凸模上冲预孔段与翻孔段采用弧线过渡，提高翻孔质量，具体如图7所示。

品质量等问题一直困扰着我们的冲压生产，为缓解该问题，常规采取了用压缩空气吹、人工钳掉废料、人工清扫模具工作面废料、工人每生产一件必须翻看检查一遍等等方法以保证质量，但实际效果很有限，缺陷率仍然居高不下，而且严重影响生产效率。

为解决翻边孔带废料造成的一系列问题，我们进行了全面的工艺分析与试验研究，并通过试验验证确定了改善方案。

3 翻边孔带废料的工艺分析与改善分析常规的冲孔翻孔冲压过程，如果将冲预孔与翻孔分开为两道工序，则翻孔时不会有带废料情况，但需要增加人员和设备投入，为保证减员增效，不能增加单独冲预孔工序，只能采取冲孔翻孔一次加工的形式。

[1]分析模具结构，翻边孔带废料主要原因是模具结构上存在缺陷，在凸模前段冲孔时凹模部位没有对应结构与之匹配，材料不是剪切而是拉断的，当孔周边部分分离后，随着凸模的下行，废料可能会向下翻转没有完全分离，凸模继续下行翻孔时，凹模部位为直壁形式，翻孔凸模与凹模之间留有间隙，该间隙一般为单边1个料4 翻边孔加工改善的验证4.1 试验验证确定改进结构后，为验证改进效果，安排开制了一副简易试验冲孔模，一次冲3个翻边孔，利用边料试冲了约15000件，共冲了45000个翻边孔均未出现带废料情况，说明改进方案可以有效解决翻边孔带废料问题。

简易冲孔模及试冲的试件如图8所示。

4.2 生产验证经试验验证可行后，选择一个实际生产带废料比较严重的零件按新冲孔结构改模进行批量生产验证。

通过比较正在生产的零件的检验数据，其中GWC09右侧板翻边孔带废料基本上是100%，就确定以该零件作为研究对象，对其冲孔切边模中冲翻边孔的凸、凹模结构进行了更改替换。

试生产超过50000件，翻边孔带废料情况没有出现。

但在生产验证过程中出现过一次异常，冲头粘废料掉落到模板上，经分析原因为使用磁性安全手取料及冲头经多次冲压被磁化而带有磁性，造成冲头带废料情况，对模具进行退磁后，恢复正常。

针对冲头粘废料异常，经仔细分析讨论，冲头在冲压过程中被磁化现象不能完全避免，检讨模具结构，为确保生产稳定性，确定对冲孔翻孔冲头结构继续进行改进,对凹模套结构尺寸及公差再次局部微调，具体冲头结构及凹模套改进如图9所示。

翻孔冲头主要改进点是在冲头内增加顶芯结构,冲头冲压回程时顶芯在弹簧作用下顶脱可能被磁吸在冲头下端的废料，使废料掉落到漏料孔内排出。

经过对GWC09右侧板模具再次改善后投入生产，未案，生产验证表明，可以彻底解决翻边孔带废料问题，解决了冲压生产难题，有效减少返工和报废，降低成本，提高效率，消除安全隐患，可以进行推广应用。

图8 简易冲孔模及试冲件图9 完善后的冲孔翻孔结构再发生翻边孔带废料及冲头带废料问题，改善效果良好。

5 结语通过对钣金件翻边孔冲压加工工艺进行分析及研究，对翻边孔加工常见问题制定了解决措施。

针对采用冲孔翻孔形式冲压加工翻边孔过程中普遍存在的带废料问题，经对常规使用的凸模和凹模结构进行分析，制定了改善方弹簧顶芯参考文献[1]《冲模设计手册》编写组：冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社，1988.。