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1、薄壁管切断模具设计汉 光电工厂王宁林目前器件厂里有许多管状零件,这些管状零件往往是由原材料厂提供管材,由器件厂加工成需要的形状。圆筒状的管材切断较为容易,而且效率也不低,非旋转体的异型管材切断就不那末容易了,特别是薄壁件更显得困难。我们根据罗曼诺夫斯基“冷压手册”图例的提示,做了一些嘴试,收到了可喜的效果。下面概述如下。一、剪切过程薄壁管是指壁厚(,)比直径(D )小很多(去。1)的管材。薄壁管切断模的剪切过程如图1所示。当压力机滑块下行时,板尖凸模刃尖与管壁倪.侧。翻。翻奋翻奋翻奋翻奋翻奋翻劝翻冲翻铸翻奋侧奋翻奋翻香翻奋翻冲翻奋们。喃呻翻奋格奋翻奋翻待翻待翻心翻奋翻待翻功翻翻心钊碑翻化曲有曲
2、翻公翻奋翻铸卜卜 挤浅川二引 火火习牙牙图5顶 出与复位装笠顶杆与卸料板把带有 冲件的带料夹紧,使冲件进入定位钉定位部分时无法自动调正位置来保证送料定位的正确性,甚至还会损坏定位孔。因此在卸料板上必需安装两对推杆,在每个冲次开始时卸料板下降到接触顶杆前由推杆先将顶杆下降复位。其推杆有效长度应大于顶杆长度。4.凸凹模的间隙:为保证冲件质量并得到好的冲裁断面,必需选择合理的间隙。考虑到料厚只有0.1毫米,如按原来 的规律取间隙、则其值只有0.00 5 毫米左右,这样不但模具装配困难,而且很容易啃刀口,使模具易于损坏,寿命不长。因此选用了我厂经过多次反复试验和实际生产考验所总结的间隙值的确定原则:锡
3、青铜的间隙为料厚的2 0 、2 5%即0.02一0.02 5毫米(这数值仅适用于弹压卸料板)。5.定位钉定位直径的确定:定位钉定位直径与定位孔的间隙过大,就会影响冲件的精度。定位钉与定位孔的间隙过小则操作不方便。根据冲件的要求,定位钉直径比定位孔小O。0 1。.02毫米为最适宜。,2招Q接触,使管壁产生弹性变形。刃尖继续下行,压力也随着增加,当应力达到一定值时,刃尖与管壁接触处的材料发生塑性变形,同时,刃尖开始压入材料。随着刃尖压入程度的增加,出现了应力应变的高度集中,这个高度集中的应力,约为正常应力的1.22 8倍,并且往往是三向拉应力。因此,材料瞬间脆裂,刃尖进入管腔,板尖凸模侧刃和凹模侧
4、刃开始剪切管壁,同时,将废材弯曲、下推(图lb、。)直至切断(图ld )。认b万万 , ,/ / /汽飞飞 J J J J J飞飞图1、板尖凸模2、管材二、板尖凸模形状为了合理的设计板尖凸模的形状,先看图1、图5、图4。过O点做半径为R的圆,取00分别为R、2.5R、4R,然后过O点做0 0的垂线,并等分之。过每一个等分点分别以R、2.5R、4R为半径做弧线,与圆O相交,分别连接各等分点与相对应的交点。可以清楚的看到,当0 0=R时;等分点与交点的连线在第一象限几乎全部相交,且切割圆。,当。 。=2.5时,在第一象限的粤范围内,等分点与交点的连线相交且口切割圆o ,而夸范围内,则不相交,也不切
5、割圆。,当00 ,=“时,等分点与弧交点的连线几乎全部不相交,也不切割圆O。这说明,当板尖凸模的圆弧半径r:大于或等于管材半径的四倍时,在剪切过程中,板尖凸模始终将管壁压 向凹模侧壁,减少了管子的变形区域。当板尖凸模的圆弧半径r:小于4R时,因连线切割圆O,板尖凸模在剪切过程中,出现了较大的力矩,此力矩使管壁脱离凹模侧壁,引起管壁的弯曲变形。切断呈现明显的撕裂状态。因此,板尖凸模的圆弧半径应大于或等于4倍的管材半径。那末是不是板尖凸模的画弧半径可以无限制的增大呢?当然不是。受压力机行程和生产效率的影响,必然将”;限制在一定的范围之内,但至少要满足r:=4R这个必要条件。.分翼 不,图2图3当,
6、:R=1时,从图中第一象限可以看出,内孔受力点的法线全部交错,力矩很大,容易变形。当,:R=:.5时,从第一象限可以看 出,牛R范围内,受力点的法线相交错,有力 一“一一r“一-一-一一一一5一一一一一”一一”一一”“矩,易变形。一 粤R范围内法线不相交O即剪切力将管壁压向凹模,不易变形。百百 1 1 1 袱袱稚寨落三一二一一一一. . . 脚脚柳崔摹麦三二二一一一一髓髓臃豪条奚奚当,:R二4时,内孔受力点的法线不交错,即剪切力始终把管壁压向凹模,大大减少了管壁变形。若按r:二4R设计板尖凸模压力机行程不够时,即使剪切过程终止也不 能使 管坯分离,这样就必须对r:=4R进行修正。如图5斯示,在
7、相对于管子半径的令处取板尖凸模圆弧半径为r:二4R,而在余下的专处rZ=2SR。这样即可以保证管壁呈被剪切状态,又可以有效的缩短板尖凸模的高度。兮2考图2图3当,:R=1时,从图中第一象限可以看出,内孔受力点的法线全部交错,力矩很大,容易变形。当,:R=:.5时,从第一象限可以看 出,牛R范围内,受力点的法线相交错,有力 一“一一r“一-一-一一一一5一一一一一”一一”一一”“矩,易变形。一 粤R范围内法线不相交O即剪切力将管壁压向凹模,不易变形。百百 1 1 1 袱袱稚寨落三一二一一一一. . . 脚脚柳崔摹麦三二二一一一一髓髓臃豪条奚奚当,:R二4时,内孔受力点的法线不交错,即剪切力始终把
8、管壁压向凹模,大大减少了管壁变形。若按r:二4R设计板尖凸模压力机行程不够时,即使剪切过程终止也不 能使 管坯分离,这样就必须对r:=4R进行修正。如图5斯示,在相对于管子半径的令处取板尖凸模圆弧半径为r:二4R,而在余下的专处rZ=2SR。这样即可以保证管壁呈被剪切状态,又可以有效的缩短板尖凸模的高度。兮2考图2图3当,:R=1时,从图中第一象限可以看出,内孔受力点的法线全部交错,力矩很大,容易变形。当,:R=:.5时,从第一象限可以看 出,牛R范围内,受力点的法线相交错,有力 一“一一r“一-一-一一一一5一一一一一”一一”一一”“矩,易变形。一 粤R范围内法线不相交O即剪切力将管壁压向凹
9、模,不易变形。百百 1 1 1 袱袱稚寨落三一二一一一一. . . 脚脚柳崔摹麦三二二一一一一髓髓臃豪条奚奚当,:R二4时,内孔受力点的法线不交错,即剪切力始终把管壁压向凹模,大大减少了管壁变形。若按r:二4R设计板尖凸模压力机行程不够时,即使剪切过程终止也不 能使 管坯分离,这样就必须对r:=4R进行修正。如图5斯示,在相对于管子半径的令处取板尖凸模圆弧半径为r:二4R,而在余下的专处rZ=2SR。这样即可以保证管壁呈被剪切状态,又可以有效的缩短板尖凸模的高度。兮2考三、剪切力的计算切断力包括剪切力、废料的弯曲力、废料与模具的摩擦力。由于弯曲力和摩擦力与剪切力相比很小,故本文不做讨论,仅以剪
10、切力代替切断力。由图1可见,压力机滑块下行时,板尖凸模侧刃与凹模侧刃之间的管壁被剪切长度是随着板尖凸模切入管子的深度而变化的。到板尖凸模的圆弧与管子内径相切时(见 图9),剪切长度最长,截面积也最大。然后又逐步缩小。因此,我们只要将图九阴影部分的剪切力求出来就可以做为总的剪切力来看待。先求阴影部分的面积。天 节b与瘫围成的面积就等于曲线x:成的面积。解方程,求两条曲线的交点:+,2=r:2和,么+x一(r:R)“二r:2围2 2r一一n山、. . 沪毛XZ+YZ=ra Zy:+X一(rZ+R)将式化为;二了r!2一xZ代入式得:r!一XZ+x一一+R)2一r:X_r一 2+(r:+R )“一r
11、222(r:+R)设X二入代入式得:y=侧r一“一入名即两曲线相交于士丫r!2一、2两点。以y为自变量 积分得:丁+侧r l一亿r:一入“丫!:2一;2+丫一yZ一一+R,dy因为lx一(rZ+R)=士了r22一yZ,+了rZ 一;“在曲线X+yZ=”1外舍去,仅取一了r2 2一yZ,故上式中取十号。积分得:_ry九几-二丁 一.,不一11孟1一J 、乙!r,:.v 十 -止-are S inw e二w e十 2rxy/丁万一二 丁 一几之一1112-一 J-乙fr,z+一 -二一2are:in鱼r2一rZ+“,+犷rl:一入“一侧rx“一入2上式虽然精确,但是计算起来太烦锁,不宜在工作中使用
12、。在图9中,我们过圆O和圆O产的公切点P,做00产的垂线A产B,与两 圆相切。延 长几的弦交公切线A B ,于A ,延长贫的弦交公切线A ,B,于B ,。连接A、B两点,用A尹B尸Q的面积代替两圆弧围成的面积。, . A尹B产Q与ABQ相似.A,B,二ABQP一QF又AB=Zr:51。李乙QP=tQF=Zr:inZ竺生4tZr.:in一竺-2。 几A了B,= =2tet g共一q4 Zr:王n:. 万一又t g/.。_.ra1一、JOO2l+CoS一旦 2CoS一竺-=2r1 2+(r:+R)2一rZ么Zr:(r:+R)(r,一R)Zr:一(r:一R) (r:+R)Zr:+(r:+R)了Y7V
13、 一一一一a一4a一4. .tg丫“rl一代入上、 式了t(Zr:一t) (Zrx一t)(Zr:+Zr一t)三角形A了BQ的面积:1。_aZ么=二厂一、Lcg一几尸目、L乙4t名一了一-一一生些独止些-一(Zri一t)(Zr:+Zr:一t)=,八三丛翌全二塑旦巫土丝二卫,Zr:一t剪切力P:.226.P=4K丫。了竺丝互二丝鱼里竺止丝 Zr:一t二4K丫J,(D:一t) (D:+D;一t)D:一tK=1.11.4修正系数,薄壁取大值,厚壁取小值。丫一抗剪强度。r:一管材外径。r:一板尖凸模圆弧半径。t一管壁厚度。举例:切断小22xl的钢管,选择压力机?1.计算剪切力P,设:r:二4R=4x(1
14、1一1)=40K=1。2:。=5 0公斤/毫米2代入公式:p=K,。了 ts(Zr一t)(Zr:+Zr,一t)二4x1.2rZ一tZX50了里全 2二业左 旦全丝二卫8 0一1=1224(公斤)再乘以安全系数P。=12 24x1.3=159 1.2、2.6吨2.选择压力机的行程H。H=6R=60毫米鉴于上述计算,必须按行程选择压力机。故选择2 5吨压力机。四、压力机的 选择除第二部分已经分析过 的,压力机的行程应等于2倍的板尖凸模的有效高度(即6倍的管材半径)外,我们希望管材在 剪切过程中,变形愈小愈好,最好能象脆性材料那样,还没有来得及变形,就断裂了。因此,在选择压力机时,在其它条件允许的情
15、况下,尽量选择高速的好。五、模具结构的选择我们是根据零件的壁厚和技术要求选择模具结构的。零件壁厚七1毫米时,板尖凸模的厚度一般选用S二0.52毫米,当板尖凸模的厚度小于1毫米时,因为其稳定性太差,临界力接近于剪切力,为了不至 于因失稳而折断,所以采用了图1 0的结构,使板尖凸模始终不脱离凹模,书7.P=4K丫。了竺丝互二丝鱼里竺止丝 Zr:一t二4K丫J,(D:一t) (D:+D;一t)D:一tK=1.11.4修正系数,薄壁取大值,厚壁取小值。丫一抗剪强度。r:一管材外径。r:一板尖凸模圆弧半径。t一管壁厚度。举例:切断小22xl的钢管,选择压力机?1.计算剪切力P,设:r:二4R=4x(11
16、一1)=40K=1。2:。=5 0公斤/毫米2代入公式:p=K,。了 ts(Zr一t)(Zr:+Zr,一t)二4x1.2rZ一tZX50了里全 2二业左 旦全丝二卫8 0一1=1224(公斤)再乘以安全系数P。=12 24x1.3=159 1.2、2.6吨2.选择压力机的行程H。H=6R=60毫米鉴于上述计算,必须按行程选择压力机。故选择2 5吨压力机。四、压力机的 选择除第二部分已经分析过 的,压力机的行程应等于2倍的板尖凸模的有效高度(即6倍的管材半径)外,我们希望管材在 剪切过程中,变形愈小愈好,最好能象脆性材料那样,还没有来得及变形,就断裂了。因此,在选择压力机时,在其它条件允许的情况下,尽量选择高速的好。五、模具结构的选择我们是根据零件的壁厚和技术要
