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1、冲压工艺与冲模设计第2版主编翁其金第十章非轴对称曲面零件冲压第一节非轴对称曲面零件冲压工艺8h-10一、零件及其成形特点解决问题的办法等,基本上都可以用于分析非轴对称曲面形状零件的成形。但是,既然是非轴对称的曲面零件,尤其大型覆盖零件,其成形过程必然有不少其他特殊问题,如变形程度及其控制、变形不均匀性及其对策等。因此,冲压件的结构设计、冲压工艺、冲模设计与制造等都具有特殊性。8h-10二、冲压工艺非轴对称曲面零件的冲压工艺是建立在前面所述冲压工艺基础之上,也有冲裁、拉深、弯曲、成形等工序。但它毕竟是非轴对称的立体曲面零件,其成形工序往往是复合成形;其模具结构与前面所述的又有原则区别;设计这类零
2、件的冲压工艺必须认真分析研究。1.成形可能性分析首先,覆盖零件一般都采取一次成形,这是零件表面质量和产品经济性的要求。为此,应在选材、零件设计、冲压工艺设计及模具设计方面为一次顺利冲压成形创造条件。对于这类零件成形的可能性,不能简单地利用以前所述的各冲压工序的工艺参数或零件尺寸参数加以确定。它很难准确计算出极限变形程度,因而采用分析方法来确定一次成形可能性。8h-10(1)类比法即参考以往冲压过的类似零件的工艺资料,进行分析比较,以判断一次成形的可能性。(2)应力应变分析法覆盖件能否顺利成形取决于两方面:一是传力区的承载能力,即传力区是否有足够的抗拉强度;二是变形区的变形方式及可能产生的问题。
3、通过对覆盖件各部位应力和变形的分析,可以粗略地掌握覆盖件的变形特点及成形顺利进行的主要障碍;还可以进一步明确应采取什么措施,以保证一次成形的顺利进行。如果应用坐标网格试验分析法,将试验数据与零件形状尺寸对照分析,可以得出更接近实际的结果。(3)成形度判断法=100%8h-102.冲压方向和压料面冲压方向必须保证凸模顺利地进出凹模,需要成形的部位在一次冲压中完成;开始拉深成形时,凸模与板料接触状态良好;拉深深度浅且各处拉深深度均匀,以使拉深时各部分进料阻力均匀。压料面尽量为平面,便于坯料定位和模具加工,如图10-1所示,曲面压料面多用在深拉深件上。8h-10图10-1冲压方向和压料面选择8h-1
4、03.工艺补充部分和工艺切口为了给覆盖件创造良好的拉深成形条件,在覆盖件以外增加而在后续工序中切除的部分,称为工艺补充部分,如图10-2所示。工艺补充部分主要有两种作用:一种是工艺延伸(图10-2b),即通过工艺延伸使拉深件形成侧壁,拉深件周边形成封闭形状,以利于拉深成形;另一种作用是压料的需要(图10-2a),压料面由工艺补充部分和零件凸缘部分组成,或全部是工艺补充部分。以上都是拉深成形必不可少的。8h-10图10-2中所示参数和其他结构形式及参数可参考有关设计资料。图10-2工艺补充部分8h-10寸的工艺孔或工艺切口,使成形部分变形程度得以减轻,以免局部开裂。其冲切时间(落料时冲出或拉深时
5、冲出)、位置、形状、尺寸一般是在试冲时确定,如图10-3所示。图10-3汽车门外板拉深预冲工艺孔工艺切口一般是在拉深件某些凹形或凸起(即与拉深方向相反的反成形部分)。当局部变形程度太大时,可在该部分适当部位冲出适当形状及尺8h-104.坯料形状和尺寸覆盖件坯料展开形状和尺寸对拉深时周边阻力的均匀性影响很大,但很难用计算方法准确确定。一般是根据零件变形性质,采用以前所述坯料展开法,并考虑压料面和修边量等,初步确定坯料形状和尺寸,再经过试冲修正,最后确定坯料的形状和尺寸。如果用剪切方法下料,坯料形状只能接近所需的理想形状。8h-105.冲压工艺方案覆盖件冲压工序包括落料、拉深成形、修边、冲孔、翻边
6、等。其工艺方案应根据产量和零件结构等确定。当小批量生产时,一般只有拉深成形用冲模,其他工序则用其他加工方法,如落料、修边采用剪切等;中批量生产时,除拉深成形外,修边、翻边等影响零件质量和工作量大的工序也用冲模生产;大批量生产时,每道工序基本上都用冲模生产,并在一条冲压生产线上,工序间以各种自动化装置及其控制系统实现传递。8h-10第二节非轴对称曲面零件冲模8h-10一、拉深模1.压料肋的设置图10-4所示零件,在成形时沿坯料周边产生的拉深变形是不均匀的,直边部分变形小,径向拉应力也小;曲线部分变形较大,拉应力也较大。所以冲件整个侧壁内拉应力的分布是不均匀的,差值可能相当大。8h-10图10-4
7、非轴对称曲面零件的拉深a)非轴对称曲面零件图b)拉深模8h-10图10-5大型覆盖零件的压料肋布置8h-10由此看来,在非旋转体曲面形状零件拉深模设置压料肋,不仅能增大径向拉应力以防皱,同时还能调整坯料周边进入凹模的阻力,使整个周边摩擦阻力均匀。并且通过改变压料肋的结构、高度、圆角半径和数目,都可以调整径向拉应力,调整方便,范围大。这是前述的轴对称曲面零件拉深采用调整压料力和改变坯料尺寸来调整径向拉应力的方法难以做到的。压料肋在冲件周边上的布置,应根据冲件的几何形状和变形特点而定,如图10-4和图10-5所示,在径向拉应力较大的圆弧曲线部位上不设或少设压料肋;在径向拉应力较小的直线部位或曲率较
8、小的曲线部位上要设或多设压料肋。8h-102.拉深模的导向机构拉深模导向包括压料圈与凸模之间导向和凹模与压料圈之间导向。(1)单动压力机上用拉深模的导向单动压力机用拉深模,其凸模通常装在压机工作台上,凹模装在滑块上。8h-10图10-6单动压力机用拉深模导向机构8h-10(2)双动压力机上用拉深模的导向双动拉深压力机上用拉深模,其凹模通常装在压机工作台上,凸模装在内滑块上,压料圈装在外滑块上。8h-10图10-8为单动拉深压力机用大型覆盖件拉深模。模具主要由三大件构成:凸模6、凹模1、压料圈5。压料圈由通过顶杆孔的顶杆7和限位块支承。3.拉深模典型结构双动拉深压力机用拉深模如图10-4b所示。
9、模具由四大件构成:凸模、凹模、凸模座和压料圈。大型拉深模应注意凸、凹模通气孔设置。拉深模材料可选用HT250、HT300、QT6003或钼钒合金铸铁。8h-10图10-8单动压力机用拉深模1凹模2、11通气孔3限位块4导板5压料圈6凸模7顶杆8起重棒9定位块10定位键12滑板13到位标志器14限位螺钉8h-10图10-9为低熔点合金拉深模简图。其制造过程如下:先熔化置于熔箱5内的低熔点合金,并放入样件3,样件上有许多小孔,以便让合金流过,然后放入凸模固定板8,凝固后以样件为界分开,取出样件,修光凸、凹模,即可使用。图10-9低熔点合金拉深模简图1下模座2低熔点合金凹模3样件4、12螺钉5熔箱6
10、导柱固定座7导柱8凸模固定板9压边圈10垫板11通气孔13低熔点合金凸模14凹模镶块8h-10二、切边模1.覆盖件切边模特点覆盖件切边模是用来将拉深工序件的工艺补充部分和压料面多余材料切掉。由于零件较大,而且往往是在曲面上切边,因此,切边模有如下特点:1)凸、凹模工作部分一般是采用拼块结构,为了节约模具钢,有的还采用堆焊刃口结构。2)冲压往往是多方向的。3)卸料一般采用废料切刀装置,但废料切刀结构不同于前面所述的标准结构,而是采用拼块式废料刀。8h-10图10-10拼块及其堆焊刃口的结构形式a)Q235板块式拼块(堆焊刃口)b)工具钢板块式拼块c)角式拼块(堆焊刃口)d)工具钢角式拼块e)刀片
11、式拼块(堆焊刃口)f)工具钢刀片式拼块1、4模体2、3拼块8h-10图10-11切边方向示意图a)垂直切边b)水平切边与倾斜切边c)斜面垂直切边(锐角)d)斜面垂直切边(钝角)1下模2、7凹模拼块3、6凸模拼块4推件器5上模8h-10图10-12废料切刀装置8h-10图10-13废料切刀的布置类型8h-10图10-14为垂直切边冲孔复合模。该模具属于斜面(钝角)、平面垂直切边,水平面上垂直冲孔。同样道理,根据零件形状及孔位置的需要,也有倾斜冲孔、水平冲孔和在小于30斜面上垂直冲孔。2.切边模典型结构8h-101导柱2导套3定位杆4内滑板5凹模拼块6凸模(堆焊)7冲孔凸模8冲孔凹模9气动顶件器1
12、0推件器11废料切刀图10-14垂直切边冲孔复合模8h-10三、翻边模解决问题的办法,基本上适用于覆盖件的翻边。但覆盖件翻边模比较复杂。按翻边凸模或凹模运动的方向,有垂直翻边模、水平翻边模、倾斜翻边模;有向内翻边模、向外翻边模。还有部分翻边模和周边封闭翻边模等。8h-10图10-15为垂直翻边模。该模具的特点是:工件的四个圆角部为压缩类翻边,用钢制凹模镶块;工序件以顶件块7四周工作型面定位;8个弹簧10的弹力通过推件块9把包在凸模5上的工件卸下;由顶件器把工件顶出凹模并由气动顶件装置8将工件顶离顶件块并翻转一定角度,以便出件;上、下模以导柱导向,顶件器7与凹模以滑板导向。8h-101推件限位柱2吊杆3导柱4导套5凸模拼块6凹模7顶件块8气动顶件装置9推件块10弹簧图10-15垂直翻边模8h-10图10-16为两边向内水平翻边模。上模下行,压料板1首先把工件紧紧压在凸模座2上,接着活动翻边凸模8在中间斜楔7作用下扩张到翻边位置后不动,翻边凹模镶块6与滑块5一起在斜楔3推动下向内翻边。上模上行时,凹模在弹簧9作用下复位,凸模也在弹簧作用下向内收缩,取出工件。由以上两例可见,覆盖件翻边模设计必须十分注意卸件装置的设置。8h-10图10-16两边向内水平翻边模1压料板2凸模座3斜楔4滑板5滑块6凹模镶块7中间斜楔8活动翻边凸模9弹簧
