《模具設(shè)計(jì)與制造李集仁》課件-第5章

第5章其它沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)5.1縮口與脹形5.2翻邊與局部成形5.3校平與整形5.4旋壓與強(qiáng)力旋壓5.5冷擠壓5.6硬質(zhì)合金沖模5.7多工位級(jí)進(jìn)模5.8特種沖壓模具的特點(diǎn)與使用范圍 5.1縮口和脹形

縮口和脹形是屬于二次加工的兩個(gè)成形工序,其毛料大多是管件或拉深件?？s口是把沖壓件或管件的口部縮小,而脹形則是將毛料的某部分脹大。有時(shí)這兩個(gè)工序也在同一零件中出現(xiàn)。5.1.1縮口

縮口是將預(yù)先拉深好的圓筒形件或管件毛料通過縮口模具將其口部直徑縮小的一種成形工序。有時(shí)用它來代替拉深工序以加工某些零件,減少成形工序。如圖5－1所示的工件,原來采用拉深工藝在底部沖孔需要五道工序。改用管料縮口工藝后只要三道工序。圖5－1縮口零件

(a)工件;(b)縮口工藝縮口工序的變形特點(diǎn)如圖5－2所示。在變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)是切向σθ和徑向σ?都為壓應(yīng)力,而應(yīng)變狀態(tài)則是厚度方向εt和徑向ε?為拉伸應(yīng)變,切向εθ為壓縮應(yīng)變。在縮口變形過程中,材料主要受切向壓應(yīng)力,使直徑減小,壁厚增加。切向壓應(yīng)力作用的結(jié)果,縮口時(shí)毛料便容易失穩(wěn)起皺。同時(shí),在非變形區(qū)的筒壁,由于承受全部縮口壓力,也易失穩(wěn)產(chǎn)生變形。所以防止失穩(wěn)是縮口工藝的主要問題,因而縮口的極限變形程度也主要是受失穩(wěn)條件的限制。圖5－2縮口工序變形特點(diǎn)縮口變形程度用縮口系數(shù)m表示:(5－1)式中:d——縮口后的直徑;

D——縮口前的直徑。極限縮口系數(shù)的大小主要與材料種類、厚度、模具形式和毛料表面質(zhì)量有關(guān)?？s口模具的支承形式一般有三種:第一種是無支承,這種模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但穩(wěn)定性差;第二種是外支承,如圖5－3(a)所示,這種模具結(jié)構(gòu)較前者復(fù)雜,但縮口過程中毛料穩(wěn)定性較好,許可縮口系數(shù)也可取小些;第三種為內(nèi)外支承形式,如圖5－3(b)所示,這種模具結(jié)構(gòu)在三種形式中最為復(fù)雜,但穩(wěn)定性也最好,許可縮口系數(shù)也是三者中最小的。圖5－3縮口模具的支承形式當(dāng)工件需要進(jìn)行多次縮口時(shí),其中各次縮口系數(shù)可參考下面公式:

首次縮口系數(shù)

m1=0.9

m0m2=(1.05

~

1.10)m0再次縮口系數(shù)式中:m0——平均縮口系數(shù),參看表5－1。

縮口次數(shù)可按下式確定:(5－2)

縮口后,工件端部壁厚略為變大,一般可忽略不計(jì)。精確時(shí)可計(jì)算如下:設(shè)備縮口前的厚度為tn-1,縮口后的厚度為tn,則縮口后,工件高度有變化?？s口毛料高度H按式(5－4)~式(5－6)計(jì)算。式中符號(hào)參看圖5－4。圖5－4縮口工件的尺寸圖(a)型式:(5－4)圖(b)型式:(5－5)圖(c)型式:(5－6)縮口凹模的半錐角α對(duì)縮口成形過程有重要作用,一般使α＜45°,最好使α在30°以下。當(dāng)模具有合理的半錐角α?xí)r,允許的極限縮口系數(shù)m可以比平均縮口系數(shù)m0小10%~15%?？s口后,由于回彈,工件尺寸要比模具增大0.5%~0.8%。

圖5－5是一種縮口模原理圖?？s口時(shí)工件由下模的夾緊器夾住。夾緊器的夾緊動(dòng)作由上模帶錐度的套筒實(shí)現(xiàn)。凹模裝在上模,通過凹模錐角的作用使工件逐步形成。圖5－5縮口模原理圖

縮口凹模的半錐角α對(duì)縮口成形過程有重要作用,一般使α＜45°,最好使α在30°以下。當(dāng)模具有合理的半錐角α?xí)r,允許的極限縮口系數(shù)m可以比平均縮口系數(shù)m0小10%~15%?？s口后,由于回彈,工件尺寸要比模具增大0.5%~0.8%。

圖5－5是一種縮口模原理圖?？s口時(shí)工件由下模的夾緊器夾住。夾緊器的夾緊動(dòng)作由上模帶錐度的套筒實(shí)現(xiàn)。凹模裝在上模,通過凹模錐角的作用使工件逐步形成。5.1.2脹形

脹形是通過模具使空心件或管狀毛料向外擴(kuò)張,脹出所需的凸起曲面。

脹形可以采用不同的方法來實(shí)現(xiàn),一般有機(jī)械脹形、橡皮脹形和液壓脹形三種。機(jī)械脹形是利用分塊的凸模,由錐形心塊將其頂開,以使毛料脹出所需形狀,如圖5－6所示。

橡皮脹形(圖5－7)是以聚氨酯橡膠作為凸模,在壓力作用下聚氨酯橡膠(80A)變形而使工件沿凹模脹出所需的形狀。

圖5－8所示的是液壓脹形的一種。工作前先在毛料內(nèi)灌注液體,當(dāng)壓床外滑塊下行時(shí)先把工件的口邊壓住,然后內(nèi)滑塊下行,通過橡皮墊使液體產(chǎn)生高壓將毛料脹壓成形。圖5－6機(jī)械脹形圖5－7聚氨酯橡膠脹形圖5－8液壓脹形脹形的變形特點(diǎn)主要是材料受切向和母線方向拉伸。脹形的變形程度受材料的極限延伸率限制,常以脹形系數(shù)k表示脹形變形程度。(5－7)式中:dmax——脹形后的最大直徑;

d0——毛料原始直徑。脹形系數(shù)k和毛料延伸率ε的關(guān)系為或k=1+ε

(5－8)脹形毛料的計(jì)算如下(圖5－9):毛料直徑(5－9)毛料長(zhǎng)度L0=L[1+(0.3~0.4)ε]+b

(5－10)式中:L——零件的母線長(zhǎng)度;

ε——工件切向最大延伸率;

b——切邊留量,一般b=10~20mm。系數(shù)0.3~0.4為因切向伸長(zhǎng)而引起高度縮小所需的留量。圖5－9脹形零件尺寸綜上所述,縮口和脹形工序有以下特點(diǎn):

(1)縮口變形時(shí)工件主要是受切向壓應(yīng)力,而脹形時(shí)工件則主要是受切向拉應(yīng)力;

(2)縮口成形中主要是防止工件失穩(wěn)起皺,而脹形時(shí)則主要是防止毛料受拉而脹裂;

(3)縮口變形程度和脹形變形程度都采用變形前后工件的直徑比來表示,即其區(qū)別在于:脹形變形程度k＞1,縮口變形程度m＜1。 5.2翻邊與局部成形

5.2.1翻邊

翻邊是將工件的孔邊緣或外邊緣在模具的作用下翻出豎立或一定角度的直邊。

翻邊是沖壓生產(chǎn)中常用的工序之一。根據(jù)制件邊緣的性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)的不同,翻邊可分為內(nèi)孔翻邊和外緣翻邊(見圖5－10)。外緣翻邊又可分為外凸的外緣翻邊和內(nèi)凹的外緣翻邊。

1.內(nèi)孔翻邊

1)內(nèi)孔翻邊的變形特點(diǎn)和翻邊系數(shù)

內(nèi)孔翻邊時(shí),主要是材料沿切線方向產(chǎn)生拉深變形,愈接近口部,其變形愈大。因此,主要危險(xiǎn)在于邊沿被拉裂。破裂的條件取決于變形程度的大小。變形程度以翻邊前孔徑d與翻邊后孔徑D的比值m來表示。(5－11)

m稱為翻邊系數(shù)。顯然,m值愈大,變形程度愈小;m值愈小,則變形程度愈大。翻邊時(shí)孔邊不破裂所能達(dá)到的最大變形程度即為許可的最小m值,稱為極限翻邊系數(shù)。極限翻邊系數(shù)與許多因素有關(guān),主要有:

(1)材料的塑性:塑性好的工件,極限翻邊系數(shù)可以小些。

(2)孔的邊緣狀況:翻邊前孔邊表面質(zhì)量高(無撕裂、無毛刺)時(shí)就有利于翻邊成形,極限翻邊系數(shù)可小些。因此,為了提高變形程度,有時(shí)采用先鉆孔再翻邊或整修沖孔邊緣后再翻邊的工藝。

(3)翻邊前的孔徑d和材料厚度t的比值d/t愈小,即相對(duì)材料厚度大時(shí),在斷裂前材料的絕對(duì)伸長(zhǎng)可以大些。因此,較厚材料的極限翻邊系數(shù)可以小些。

(4)凸模的形狀:球形(拋物線形或錐形)凸模較平底凸模對(duì)翻邊有利,因?yàn)榍罢咴诜厱r(shí)孔邊是圓滑地逐漸脹開,所以極限翻邊系數(shù)可以小些。

(5)翻邊孔的形狀:內(nèi)孔翻邊可分為圓孔翻邊和非圓孔翻邊,圖5－10中(a)為圓孔翻邊,圖5－11為非圓孔翻邊。如圖5－11所示的非圓孔翻邊時(shí),從變形情況看,可以沿孔邊分成a、b、c三種性質(zhì)不同的變形區(qū),其中只有c區(qū)屬于圓孔翻邊變形,b區(qū)為直邊,屬于彎曲變形,而a區(qū)和拉深變形情況相似。由于a區(qū)和b區(qū)非翻邊部分的變形性質(zhì)可以減輕翻邊部分的變形程度,因此,非圓孔翻邊系數(shù)m′(一般指小圓弧c部分的翻邊系數(shù))可小于圓孔翻邊系數(shù)m,兩者的關(guān)系大致是:m′=(0.85

~

0.95)

m圖5－10翻邊示意圖

(a)內(nèi)孔翻邊;(b)外緣翻邊圖5－11非圓孔內(nèi)孔翻邊表5－3所列的是低碳鋼圓孔翻邊的極限翻邊系數(shù)。從表中的數(shù)值可以看出,翻邊的凸模型式、孔的加工方法以及材料的相對(duì)厚度對(duì)極限翻邊系數(shù)均有影響。對(duì)于其它材料,按其塑性情況,可參考表列數(shù)值適當(dāng)增減。2)翻邊的工藝計(jì)算

進(jìn)行翻邊的工藝計(jì)算時(shí)(見圖5－12),需要根據(jù)工件的尺寸D計(jì)算出預(yù)沖孔直徑d,并核算其翻邊高度H。當(dāng)采用平板毛料不能直接翻邊出所要求的高度H時(shí),則應(yīng)預(yù)先拉深,然后在此拉深件的底部沖孔,再進(jìn)行翻邊。有時(shí)也可以進(jìn)行多次翻邊。由于翻邊時(shí)材料主要是切向拉伸,厚度變薄,而徑向變形不大,因此,在進(jìn)行工藝計(jì)算時(shí)可以根據(jù)彎曲件中性層長(zhǎng)度不變的原則近似地進(jìn)行預(yù)沖孔孔徑大小的計(jì)算。實(shí)踐證明這種計(jì)算方法誤差不大?，F(xiàn)分別就平板毛料翻邊和拉深后沖孔翻邊兩種情況進(jìn)行討論。圖5－12翻邊工藝計(jì)算示意圖當(dāng)在平板毛料上翻邊時(shí),其預(yù)沖孔直徑d可按下式計(jì)算(見圖5－12):(5－12)式中符號(hào)均表示于圖5－12中。因?yàn)镈1=D+2r+t,h=H–r-t以此代入式(5－12),并簡(jiǎn)化之,則翻邊高度H的表達(dá)式如下:(5－13)或(5－14)由式(5－14)可見,當(dāng)已知工件尺寸D、r、t時(shí),只要翻邊系數(shù)m選定后,翻邊高度H也就相應(yīng)確定了。根據(jù)式(5－14)還可以知道,在極限翻邊系數(shù)mmin時(shí)的許可最大翻邊高度Hmax為(5－15)

當(dāng)工件要求高度H＞Hmax時(shí),就難以一次直接翻邊成形,這時(shí)可以先拉深,再在拉深件底部沖孔翻邊。圖5－13拉深件底部沖孔翻邊工藝計(jì)算示意圖在拉深件底部沖孔翻邊時(shí),應(yīng)先決定翻邊所能達(dá)到的最大高度,然后根據(jù)翻邊高度及工件高度來確定拉深高度。由圖5－13可知,翻邊高度h為(5－16)若以極限翻邊系數(shù)mmin代入式(5－16),可求得翻邊的極限高度hmax為(5－17)此時(shí),預(yù)沖孔直徑d應(yīng)為d

＝mmin

D

或d=D+1.14r–2h

(5－18)于是,拉深高度h1,為h1=H-hmin+r+t

(5－19)式中:H——工件總高度;

D——翻邊后直徑(中徑)。

2.外緣翻邊

外緣翻邊如圖5－14所示。圖(a)為外凸的外緣翻邊,其變形情況近似于淺拉深,變形區(qū)主要為切向受壓,在變形過程中,材料容易起皺。圖(b)為內(nèi)凹的外緣翻邊,其變形特點(diǎn)近似于內(nèi)孔翻邊,變形區(qū)為切向拉伸,邊緣容易拉裂。圖5－14外緣翻邊示意圖

(a)外凸的外緣翻邊;(b)內(nèi)凹的外緣翻邊外緣翻邊的變形程度可用下式表示:(5－20)(5－21)式(5－20)適用于外凸的外緣翻邊,式(5－21)適用于內(nèi)凹的外緣翻邊。

3.翻邊模

圖5－15為典型的內(nèi)孔翻邊模,其結(jié)構(gòu)與拉深模相似,但需注意以下幾點(diǎn):

(1)翻邊模凸模圓角半徑一般做得較大,有的做成球形或拋物線形的頭部,以利于翻邊時(shí)金屬的流動(dòng)。

(2)凹模圓角半徑取為工件的圓角半徑。

(3)模具間隙小于材料厚度,一般取單邊間隙Z=0.85t。圖5－15翻邊模5.2.2局部成形

局部成形時(shí),在局部區(qū)域內(nèi)材料兩向受拉、厚度變薄,從而形成要求的局部形狀。根據(jù)工件的要求,局部成形可以壓出各種形狀,生產(chǎn)中常見的有壓筋、壓棱、壓包、壓字、壓花等。經(jīng)過局部成形后的工件,特別是生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的壓筋成形,由于壓筋后工件慣性矩的改變和材料加工硬化的作用,能夠有效地提高工件的剛度和強(qiáng)度。

在局部成形過程中,由于材料主要是承受拉應(yīng)力,當(dāng)變形量太大時(shí),可能產(chǎn)生裂紋。對(duì)于一般比較簡(jiǎn)單的局部成形工件,可以近似地根據(jù)下式確定其極限變形程度:(5－22)式中:δn——局部成形時(shí)極限變形程度;

δ——材料單向拉伸的延伸率;

l0、l1——工件變形前后的長(zhǎng)度(見圖5－16)。系數(shù)0.7~0.75視局部成形的形狀而定,球形筋取大值,梯形筋取小值。圖5－16局部成形零件表5－5和表5－6分別列出了加強(qiáng)筋的形式和尺寸,以及加強(qiáng)筋間距和加強(qiáng)筋與工件邊緣之間距離的數(shù)值,可供參考。局部成形的筋與邊框的距離如果小于(3~3.5)t時(shí),由于成形過程中邊緣材料要往內(nèi)收縮,成形后需增加切邊工序,因此,應(yīng)預(yù)先留出切邊余量。

綜上所述,除外凸的外緣翻邊外,翻邊和局部成形有以下共同的特點(diǎn):

(1)翻邊和局部成形時(shí),材料主要是受拉而變形,因此,在變形部位及其附近處的材料主要是受拉應(yīng)力,其變形是拉伸變形,厚度變薄。

(2)由于材料主要是受拉變形,因此,其破壞特點(diǎn)主要是拉裂。

(3)翻邊和局部成形的極限變形程度都和工件所用材料的延伸率有關(guān)。延伸率大的材料,其極限變形程度越大。

5.3校平與整形

1.校平與整形工藝特點(diǎn)

校平與整形允許的變形量都很小,因此必須使沖件的形狀和尺寸相當(dāng)接近制件。校平與整形后制件精度高,因而模具成形部分的精度也相應(yīng)地提高。

校平與整形時(shí),應(yīng)使沖件內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)有利于減少卸載過程中由于材料的彈性變形而引起制件形狀和尺寸的彈性恢復(fù)。在各種不同整形工藝中,由于制件的形狀尺寸要求不同,沖件所處的應(yīng)力狀態(tài)和產(chǎn)生的變形都不一樣,所以要比一般成形過程復(fù)雜得多。

由于校平與整形需要在曲軸壓力機(jī)下死點(diǎn)進(jìn)行,因此,對(duì)所使用設(shè)備的剛度、精度要求高,通常在專用的精壓機(jī)上進(jìn)行。若采用普通的壓力機(jī),則必須設(shè)有過載保護(hù)裝置,以防損壞設(shè)備。

2.校平

校平多用于沖裁件,消除其穹彎造成的不平。表面不允許有壓痕的制件,一般用光面校平模(見圖5－17)。對(duì)較厚制件常采用齒形校平模(見圖5－18)。圖5－17通用光面校平模

(a)浮動(dòng)上模;(b)浮動(dòng)下模圖5－18校平模齒形

(a)尖齒齒形;(b)平頂齒形

3.整形

整形一般用于彎曲、拉深成形工序之后。整形模與一般成形模具相似,只是工作部分的定形尺寸精度高,粗糙度Ra值要求更低,圓角半徑和間隙值都較小。

整形時(shí),必須根據(jù)制件形狀的特點(diǎn)和精度要求,正確地選定產(chǎn)生塑性變形的部位、變形的大小和恰當(dāng)?shù)膽?yīng)力狀態(tài)。

4.校平、整形力的計(jì)算

用模具校平與整形時(shí)的壓力,主要取決于材料的力學(xué)性能、板料厚度等因素。校平、整形力P可按下式計(jì)算:P=F

p

(5－23)式中:p——單位壓力(MPa),見表5－7;

F——校平、整形面積(mm2)。 5.4旋壓與強(qiáng)力旋壓

旋壓也稱趕形,廣泛地應(yīng)用于日用搪瓷和鋁制品等部門生產(chǎn)中。早在10世紀(jì)初,就由我國(guó)勞動(dòng)人民所發(fā)明,14世紀(jì)后傳入歐洲,1840年才傳入美國(guó)。近年來,隨著航空工業(yè)和火箭、導(dǎo)彈生產(chǎn)的發(fā)展,在普通旋壓工藝的基礎(chǔ)上,又發(fā)展了強(qiáng)力旋壓工藝。強(qiáng)力旋壓又稱旋薄。

5.4.1旋壓

旋壓是將毛料固定在旋壓機(jī)的模胎上,使毛料隨同旋壓機(jī)的主軸旋轉(zhuǎn),同時(shí)操作搟棒,使搟棒加壓于毛料,毛料便逐漸緊貼模胎,從而獲得所要求的形狀和尺寸的制件。用旋壓方法可以完成各種形狀旋轉(zhuǎn)體的拉深、翻邊、縮口、脹形和卷邊等工序。旋壓是一種比較通用的加工方法。旋壓加工的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備和工具都比較簡(jiǎn)單(沒有專用的旋壓機(jī)時(shí)可以用車床代替),但可加工相當(dāng)復(fù)雜形狀的旋轉(zhuǎn)體零件;缺點(diǎn)是生產(chǎn)率較低,勞動(dòng)強(qiáng)度較大,因而比較適用于試制和小批量生產(chǎn)。

圖5－19是圓筒形件旋壓過程示意圖。從圖中可以看出,頂塊3把毛料壓緊在模胎2上,隨同主軸一起旋轉(zhuǎn),再由手工操作搟棒5,使搟棒加壓于毛料上反復(fù)趕輾,由點(diǎn)到線,由線及面,使毛料逐漸緊貼于模胎上而成形。圖5－19圓筒形件旋壓過程示意圖在平板毛料通過旋壓加工成為圓筒形制件的過程中,主要是切向受壓,徑向受拉,但其變形過程和普通的沖模拉深并不一樣。旋壓時(shí)搟棒與毛料之間基本上是點(diǎn)接觸。毛料在搟棒的作用下,產(chǎn)生兩種變形:一種是搟棒直接接觸的材料產(chǎn)生局部塑性變形;另一種是毛料沿著搟棒加壓的方向倒伏。在操作過程中控制搟棒很重要,如操作不當(dāng),則會(huì)引起材料失穩(wěn)起皺、振動(dòng)或撕裂。

旋壓時(shí),恰當(dāng)?shù)剡x擇合理的主軸轉(zhuǎn)速、變形的過渡形狀以及搟棒旋壓力的大小是關(guān)系到旋壓質(zhì)量的重要問題。搟棒施加壓力于毛料的大小,一般憑經(jīng)驗(yàn),加壓不能太大,否則易于起皺。同時(shí),搟棒著力點(diǎn)必須逐漸轉(zhuǎn)移,使毛料均勻延伸變形。

旋壓成形的變形程度以旋壓系數(shù)m表示:(5－24)式中:D——毛料直徑(mm);

d——制件直徑(制件若是錐形件,則d為圓錐最小直徑)(mm)。圓筒形件的極限旋壓系數(shù)可取:m=0.6~0.8當(dāng)相對(duì)厚度(t/D)×100=0.5時(shí)m取大值,(t/D)×100=2.5時(shí)m取小值。圓錐形件的極限旋壓系數(shù)可取:

m=0.2~0.3制件需要的變形程度比較大時(shí),便需要多次旋壓。多次旋壓是由連續(xù)幾道工序在不同的模胎上進(jìn)行的,并且都以錐形過渡。由于加工硬化,多次旋壓時(shí)必須進(jìn)行中間退火。旋壓毛料的直徑D可以參照拉深件計(jì)算毛料直徑的方法求得。由于旋壓時(shí)材料的變薄比拉深大,因此,實(shí)用時(shí)應(yīng)將計(jì)算值減少5％~7％。5.4.2強(qiáng)力旋壓

強(qiáng)力旋壓也稱旋薄。

強(qiáng)力旋壓是在普通旋壓的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,在航空工業(yè)、導(dǎo)彈制造和其他一些軍用和民用工業(yè)中得到應(yīng)用。圖5－20所示便是一些用強(qiáng)力旋壓加工成的零件。這些火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)上的零件,原先采用機(jī)械加工或用板料彎曲、焊接再成形等方法加工,其質(zhì)量和成本都不及用強(qiáng)力旋壓好。圖5－20強(qiáng)力旋壓加工成的零件強(qiáng)力旋壓的加工過程如圖5－21所示。旋壓機(jī)的尾架頂塊3把毛料2緊壓于芯模1的頂端,芯模、毛料和頂塊隨同旋壓機(jī)的主軸一起旋轉(zhuǎn)。旋輪5靠模板沿一定軌跡移動(dòng),旋輪移動(dòng)時(shí)與芯模保持一定間隙,旋輪加壓于毛料。毛料在旋輪壓力作用下,按主模形狀逐漸成形,并使毛料厚度產(chǎn)生預(yù)定的變薄而加工成所需的制件。圖5－21強(qiáng)力旋壓加工過程示意圖強(qiáng)力旋壓的主要特點(diǎn)是:

(1)與普通旋壓相比,強(qiáng)力旋壓在加工過程中毛料凸緣不產(chǎn)生收縮變形,因此沒有凸緣起皺的問題,也不太受毛料相對(duì)厚度的限制。普通旋壓通常限于加工有色金屬零件和變形程度較小的鋼零件,而強(qiáng)力旋壓則可不受此限制,可以一次旋壓出相對(duì)深度較大的零件。

(2)與冷擠壓相比較,強(qiáng)力旋壓是用局部變形逐步擴(kuò)展的辦法,因此所需變形力較冷擠壓小。某些用冷擠壓加工困難的材料,用強(qiáng)力旋壓也可加工。

(3)經(jīng)強(qiáng)力旋壓后,材料晶粒緊密細(xì)化,強(qiáng)度提高,表面質(zhì)量也比較好。

(4)強(qiáng)力旋壓一般要使用專門的強(qiáng)力旋壓機(jī),設(shè)備的剛度要求比較高,所需功率也比較大。采用強(qiáng)力旋壓不只對(duì)制件形狀有一定的限制,而且對(duì)制件批量的大小也應(yīng)具體進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。如果制件批量大,用冷擠壓或其它沖壓方法也能加工時(shí),則以不用強(qiáng)力旋壓更為經(jīng)濟(jì)合理。如果制件批量不大或者用其它方法加工困難時(shí),則用強(qiáng)力旋壓就合理了。當(dāng)然,如果制件數(shù)量很小,由于需要加工某些專用工具,用強(qiáng)力旋壓時(shí)制件成本也會(huì)增加。

在強(qiáng)力旋壓的變形過程中,毛料外徑保持不變,這是強(qiáng)力旋壓的一個(gè)變形特點(diǎn)。如圖5－21所示,在變形過程中制件凸緣直徑和毛料的外徑基本相等。變形過程中制件表面積的增加只是通過材料的變薄來實(shí)現(xiàn)的。 5.5冷擠壓

5.5.1冷擠壓類型

根據(jù)冷擠壓時(shí)金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向間的關(guān)系,可將常用的冷擠壓方法分為正擠壓、反擠壓和復(fù)合擠壓三種(見圖5－22)。圖5－22冷擠壓方法

(a)、(b)正擠壓;(c)反擠壓;(d)復(fù)合擠壓

1.正擠壓

正擠壓時(shí),金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)的方向相同。圖5－22(a)為正擠壓實(shí)心零件的情形。將經(jīng)過處理的毛料放在凹模內(nèi),凸模擠壓毛料,強(qiáng)迫金屬從凹模上與工件尺寸相當(dāng)?shù)牡卓字辛鞒?從而獲得所需工件。

圖5－22(b)為正擠壓空心件的情形。先將杯形毛料置于凹模內(nèi),凹模底部有一與工件外形尺寸相當(dāng)?shù)目?凸模由凸模本體與芯軸兩部分組成,芯軸直徑與工件內(nèi)徑相等,芯軸與凹模底孔之間在半徑方向上的間隙等于工件壁厚,這樣,凸模往下擠壓,即可獲得空心工件。

2.反擠壓

反擠壓時(shí),金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)的方向相反,如圖5－22(c)所示。其加工過程是:先將扁平毛料置于凹模內(nèi),凸模與凹模之間的間隙等于工件壁厚,凸模向下加壓,金屬便在凸模和凹模之間的間隙內(nèi)向上流動(dòng),形成空心工件。

3.復(fù)合擠壓

復(fù)合擠壓時(shí),金屬向凸模運(yùn)動(dòng)的方向及相反的方向同時(shí)流動(dòng),如圖5－22(d)所示。5.5.2冷擠壓的優(yōu)越性

冷擠壓的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

1.節(jié)約原材料,提高生產(chǎn)效率

冷擠壓是少無切削加工工藝,與切削加工相比,其節(jié)約原材料的優(yōu)越性是顯而易見的。冷擠壓是在壓力機(jī)簡(jiǎn)單的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中生產(chǎn)零件,其生產(chǎn)效率很高。

2.提高零件的機(jī)械性能

在冷擠壓過程中,金屬處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài),變形后材料的組織致密,又有連續(xù)的纖維流向,變形中的加工硬化也使材料的強(qiáng)度增加。因此,冷擠壓零件與切削加工的零件相比,其機(jī)械性能大大提高。

3.提高零件的精度,降低表面粗糙度

冷擠壓零件的精度可達(dá)IT8~IT9級(jí),有色金屬冷擠壓零件的表面粗糙度可達(dá)Ra=1.6~0.4μm。因此,有的冷擠壓件無需切削加工。

綜上所述,冷擠壓是一種高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、少消耗的先進(jìn)加工工藝,在我國(guó)各工業(yè)部門中得到了廣泛的應(yīng)用和飛速的發(fā)展。5.5.3冷擠壓的變形程度

1.變形程度的表示方法

變形程度的表示方法最常用的有兩種:斷面縮減率和擠壓比。

(1)斷面縮減率:(5－25)式中:ψ——冷擠壓的斷面縮減率;

F0——冷擠壓變形前毛料的橫截面積;

F1——冷擠壓變形后工件的橫截面積。

(2)擠壓比:(5－26)式中:G——擠壓比;

F0——冷擠壓變形前毛料的橫截面積;

F1——冷擠壓變形后工件的橫截面積。

ψ與G之間存在如下關(guān)系:(5－27)

2.許用變形程度

冷擠壓的變形程度越大,擠壓的變形抗力也就越大,它會(huì)引起凸模、凹模等模具零件的破裂。冷擠壓的許用變形程度是指在目前模具強(qiáng)度條件下(目前一般模具材料的許用應(yīng)力為2500~3000N/mm2),可以采用的每次冷擠壓的變形程度。從提高生產(chǎn)率的角度來說,冷擠壓的許用變形程度值越大越好,使得零件能一次成形。但太大的變形程度勢(shì)必產(chǎn)生過大的變形抗力,使得模具壽命降低甚至損壞。因此,在冷擠壓生產(chǎn)中,必須選擇合適的變形程度,使得在保證模具具有一定使用壽命的條件下盡量減少冷擠壓工序。冷擠壓的許用變形程度取決于下列各方面的因素:

(1)可擠壓材料的機(jī)械性能。材料越硬,許用變形程度就越小。

(2)模具強(qiáng)度。模具鋼材好,模具制造中冷、熱加工工藝合理,模具結(jié)構(gòu)較合理,這樣的模具強(qiáng)度就高,許用變形程度可以大一些。

(3)冷擠壓的變形方式。在變形程度相同的條件下,反擠壓的力大于正擠壓的力。反擠壓的許用變形程度比正擠壓的應(yīng)該小些。

(4)毛料表面處理與潤(rùn)滑。毛料表面處理越好,潤(rùn)滑越好,許用變形程度也就大些。

(5)冷擠壓模具的幾何形狀。冷擠壓模具工作部分的幾何形狀對(duì)金屬的流動(dòng)有很大影響。形狀合理時(shí),有利于擠壓時(shí)的金屬流動(dòng),單位擠壓力降低,許用變形程度可以大些。表5－8有色金屬一次擠壓的許用變形程度5.5.4冷擠壓的主要技術(shù)問題

在冷擠壓變形過程中,被擠壓材料處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài),其變形抗力大大增加,所需的擠壓力很大,較之一般板料沖壓成形的力要大得多。因此,冷擠壓時(shí)材料的變形力與模具所能承受載荷的能力之間的矛盾是十分突出的,這是冷擠壓技術(shù)問題的關(guān)鍵所在。要解決這一問題,必須從以下幾方面著手。

(1)選用適合于冷擠壓的材料,要求材料具有一定的塑性、較低的強(qiáng)度和較低的加工硬化敏感性。

(2)正確選用冷擠壓的變形程度,避免因變形程度過大而使擠壓力增大,導(dǎo)致模具損壞。

(3)要使變形的金屬材料強(qiáng)度盡可能低,一般要對(duì)擠壓毛料進(jìn)行軟化退火處理。

(4)要采用表面處理與潤(rùn)滑,使變形毛料與模具間有一潤(rùn)滑層,避免變形毛料與模具直接接觸,以降低摩擦阻力、變形力和減少模具磨損。

(5)正確設(shè)計(jì)與制造冷擠壓模具,合理選擇冷擠壓模具材料,合理確定模具的冷、熱加工工藝。

(6)選用合適的設(shè)備,要求設(shè)備具有良好的剛性和良好的導(dǎo)向性能。5.5.5溫?zé)釘D壓

1.溫?cái)D的優(yōu)點(diǎn)與存在的問題

溫?zé)釘D壓(簡(jiǎn)稱溫?cái)D)是在冷擠壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新工藝。由前已知,冷擠壓是無切削、少切削的加工方法之一。溫?zé)釘D壓有很多優(yōu)點(diǎn):節(jié)約原材料、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品強(qiáng)度大,而且產(chǎn)品的公差等級(jí)與光潔度高。但是冷擠壓的變形力相當(dāng)大。金屬變形抗力大,就限制了零件的尺寸,同時(shí)也限制了難變形材料采用冷擠壓這項(xiàng)工藝。當(dāng)變形抗力大到超過模具材料的允許強(qiáng)度時(shí),就造成模具破壞。此外,由于變形抗力大,就需要大噸位的壓力機(jī)。

擠壓成形法一般將毛料加熱至熱鍛溫度,雖然可使材料變形抗力降低,但是加熱產(chǎn)生氧化、脫碳及熱膨脹等問題,降低了產(chǎn)品的尺寸公差等級(jí)和表面質(zhì)量,因而一般都需要經(jīng)過大量的切削加工,才能得到最后的成品。溫?cái)D的溫度一般是在再結(jié)晶溫度以下或者是在一般熱壓力加工溫度以下。由于金屬被加熱,毛料的變形抗力比冷擠時(shí)要小,成形比冷擠時(shí)容易,壓力機(jī)的噸位也可以降低,而且如果控制合適,模具的壽命也比冷擠時(shí)要高。與熱擠壓不同,因?yàn)樵谳^低溫度范圍內(nèi)加熱,氧化、脫碳的可能性小或大大減輕,產(chǎn)品的尺寸公差等級(jí)與光潔度較高,產(chǎn)品的機(jī)械性能也比退火材料要高。如在低溫范圍內(nèi)溫?cái)D,產(chǎn)品的機(jī)械性能與冷擠壓的產(chǎn)品差別不大。特別是在室溫下難加工的材料,例如,析出硬化相的不銹鋼和中、高碳素鋼、含鉻量高的一些鋼、高溫合金、鈦及鈦合金等,在加溫時(shí),可能變得可以加工或容易加工,甚至對(duì)合金工具鋼和高速工具鋼也可以進(jìn)行一定變形程度的溫?cái)D變形。溫?cái)D不僅適用于變形抗力高、加工困難的材料,就是對(duì)于冷擠壓適宜的低碳鋼,也適合作為溫?cái)D的對(duì)象。因?yàn)闇財(cái)D在較高溫度范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)(例如鋼在650~800℃溫?cái)D時(shí)),有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是便于組織連續(xù)生產(chǎn)。在冷擠壓時(shí),包括擠壓低碳鋼在內(nèi),一般在加工前要進(jìn)行預(yù)先軟化退火,在各道冷擠壓工序之間也要進(jìn)行退火。在冷擠壓鋼以前要進(jìn)行磷酸鹽處理(對(duì)不銹鋼是草酸鹽處理)。這就使組織連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生困難。在較高溫度(650~800℃)范圍內(nèi)進(jìn)行溫?cái)D時(shí)可以不進(jìn)行預(yù)先軟化退火和各工序之間的退火,也可以不進(jìn)行表面磷酸鹽處理,這就使得組織連續(xù)生產(chǎn)成為可能,至少可以減少許多輔助工序(如磷酸鹽處理、退火等)。溫?cái)D可以采用大的變形量,這樣就可以減少工序數(shù)目。模具費(fèi)用也可以大為減少,而且不一定需要?jiǎng)傂詷O高的高價(jià)專用冷擠壓機(jī),可以采用通用壓力機(jī)。所以，雖然溫?cái)D需要加熱金屬,但是總的加工費(fèi)用還是比較便宜。特別是在制造工序復(fù)雜的非軸對(duì)稱的異形零件時(shí),溫?cái)D尤可發(fā)揮它的作用。

當(dāng)然,溫?cái)D與冷擠相比,需要加熱設(shè)備,產(chǎn)品尺寸公差等級(jí)與表面光潔度雖與冷擠壓較接近,但總不免稍差一些,勞動(dòng)條件由于毛料加熱也較冷擠時(shí)為差。所以溫?cái)D雖有一系列優(yōu)點(diǎn),但一般說來,在下列三種情況下采用溫?cái)D是比較適宜的。

(1)對(duì)于高合金鋼、高強(qiáng)度材料,用冷擠壓進(jìn)行大變形加工有困難時(shí)。

(2)對(duì)于一般材料,用于冷擠壓而壓力機(jī)噸位不夠時(shí)。

(3)打算組織連續(xù)生產(chǎn)時(shí)。對(duì)可熱處理強(qiáng)化鋁合金的溫?zé)釘D壓研究結(jié)果表明:LY12和LC4等可熱處理強(qiáng)化鋁合金,是很適宜于溫?zé)釘D壓的結(jié)構(gòu)材料。采用溫?zé)釘D壓,可以克服這一類材料室溫下塑性差、容易引起產(chǎn)品表面出現(xiàn)裂紋的缺點(diǎn),同時(shí)可以降低變形抗力。400℃以上擠壓LY12和LC4后,產(chǎn)品機(jī)械性能接近或超過原材料淬火時(shí)效狀態(tài)的機(jī)械性能。這是因?yàn)樵?00℃以上,隨擠壓溫度升高,合金元素溶入基體更多,變形后的空冷使合金保持部分甚至大部淬火效應(yīng),隨后在室溫下自然時(shí)效而使強(qiáng)度提高。同時(shí),還保留部分加工硬化效應(yīng),因此強(qiáng)度可能達(dá)到甚至超過淬火時(shí)效狀態(tài)的水平。這一結(jié)論具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義。

2.溫?cái)D壓力的計(jì)算

圖5－23是鋼的溫?cái)D壓力計(jì)算圖表。圖中虛線上的箭頭表明了查圖的方法。例如,當(dāng)加工溫度為[WTBZ]650℃擠壓35鋼時(shí),可沿圖中550℃向上虛線交到35鋼的曲線上,然后箭頭向左標(biāo)到正擠壓斷面縮減率80％曲線上的一點(diǎn),這一點(diǎn)在水平軸上的投影數(shù)據(jù)為1900MPa,這就是35鋼在550℃作80％正擠壓變形時(shí)的單位擠壓力(最大凹模壓力)。如果是反擠壓,則箭頭向右標(biāo)去,同樣可查到某一斷面縮減率時(shí)的單位擠壓力(最大凸模壓力)數(shù)據(jù)。圖中斷面縮減率40％與60％的曲線相當(dāng)接近,說明在60％以下,斷面縮減率大小對(duì)單位擠壓力的影響不太顯著。圖中的中部曲線是各種材料的平均變形抗力曲線。采用的鋼種共計(jì)12種,其它鋼種的變形抗力,可以和這12種鋼種比較近似地推斷出來。

試驗(yàn)所用正擠凹模錐角為120°,反擠凸模錐角為176°(無平底部分)。試驗(yàn)所用毛料,除GCr15是經(jīng)球化退火的以外,其余毛料均是熱軋材料。試驗(yàn)在曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行。模具在60~100℃預(yù)熱。潤(rùn)滑劑使用以油為介質(zhì)的石墨膠質(zhì)溶液,涂刷在模具上。加工溫度在600℃以下者,毛料作磷酸鹽表面處理。在600℃以上者,毛料不作預(yù)先表面處理。圖5－23鋼溫?zé)嵴龜D和反擠時(shí)最大凹模壓力

與最大凸模壓力的計(jì)算圖表關(guān)于正擠關(guān)于反擠目前溫?cái)D用的潤(rùn)滑劑還不像冷擠壓時(shí)用的潤(rùn)滑劑那樣成熟,由于溫?cái)D這種加工的特點(diǎn),對(duì)潤(rùn)滑劑有下列要求;

(1)可耐2000MPa以上的高壓;

(2)能覆蓋擠壓時(shí)形成的大片新生表面;

(3)盡量保持低的摩擦系數(shù);

(4)適合大約800℃以下的溫?zé)釡囟确秶?要求在這一溫度范圍內(nèi)性能不產(chǎn)生變化,就是說能保持穩(wěn)定性;

(5)在溫?zé)釡囟确秶鷥?nèi),有足夠的粘度和附著性能;

(6)在溫?cái)D時(shí)能防止金屬質(zhì)點(diǎn)粘附到模具上去的現(xiàn)象(簡(jiǎn)稱粘?；蛘掣浆F(xiàn)象)。對(duì)在各種溫度下溫?cái)D各種材料時(shí)的潤(rùn)滑劑可作如下選擇:

(1)在450℃以下室溫以上溫?cái)D碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)可用石墨或二硫化鉬(用水或油調(diào)和),擠壓前毛料應(yīng)作磷酸鹽表面處理;

(2)在400~800℃范圍內(nèi)溫?cái)D碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、模具鋼、高速工具鋼等時(shí)可以采用石墨油劑或水劑,但在600℃以下擠壓時(shí),擠前毛料應(yīng)作磷酸鹽處理;

(3)在350℃以下溫?cái)D不銹鋼(如1Cr18Ni9Ti)和高溫合金(如GH140)時(shí),可以與冷擠它們時(shí)一樣,毛料采用草酸鹽表面處理后使用氯化石蠟85％加二硫化鉬15％作為潤(rùn)滑劑;

(4)在溫?cái)D有色金屬時(shí),可以采用石墨或者鋁金屬粉(用油調(diào)和)。 5.6硬質(zhì)合金沖模

1.模架選擇

上、下模板宜采用45鋼,調(diào)質(zhì)處理,25~30HRC,也可采用Q235A,但不宜采用灰鑄鐵。

導(dǎo)向裝置應(yīng)采用滾珠式導(dǎo)柱導(dǎo)套,以提高導(dǎo)向精度。

模柄應(yīng)采用浮動(dòng)式模柄。

2.凸、凹模緊固型式

常見的凸、凹模緊固型式有機(jī)械固定和熱套固定。

機(jī)械固定型式如圖5－24所示,該法固定時(shí)牢固可靠,且不易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,但配合面的精度要求較高。

熱套固定如圖5－25所示,由于鋼的線膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金大,故裝拆都較方便,過盈量一般取直徑的0.6%~1%,加熱溫度500~600℃,易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。圖5－24凸、凹模的機(jī)械固定圖5－25凸、凹模的熱套固定

3.彈壓卸料板設(shè)計(jì)

彈壓卸料板應(yīng)有可靠導(dǎo)向,避免對(duì)刃口的沖擊,模具閉合時(shí)卸料板與硬質(zhì)合金凹模平面間的間距應(yīng)超過板料最大厚度0.05mm,如圖5－26所示。卸料板材料可用T10A(42~46HRC)。圖5－26彈壓卸料板與凹模平面間的間距

4.墊板設(shè)計(jì)

為提高硬質(zhì)合金凹模剛度,防止碎裂,在凹模底面應(yīng)加淬硬的厚墊板,材料可用T10A,56~60HRC,厚度不小于一般鋼制沖模墊板的1.2~1.25倍。

5.模具刃口受力均勻

硬質(zhì)合金沖裁模設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)防止單邊沖裁,避免刃口崩裂。

6.沖壓設(shè)備的選擇

硬質(zhì)合金模適用于大批量的生產(chǎn),因此以采用快速?zèng)_床為宜,并配備自動(dòng)送料裝置。 5.7多工位級(jí)進(jìn)模

多工位級(jí)進(jìn)模在電子、儀表、機(jī)械行業(yè)已獲得廣泛的應(yīng)用。它已成為當(dāng)今在技術(shù)水平上有代表性的重要模具。

5.7.1概述

1.多工位級(jí)進(jìn)模的含義

多工位級(jí)進(jìn)模是將沖壓件加工分為若干等距工位,在每個(gè)工位上設(shè)置一定的沖壓工序或空位,條料在送進(jìn)機(jī)構(gòu)控制下,連續(xù)完成沖裁、彎曲、拉深、成形等加工。其中以沖裁、彎曲、拉深為主的多工位級(jí)進(jìn)模為基本形式。工位數(shù)可由幾個(gè)工位至幾十個(gè)工位,如有的工位數(shù)多達(dá)55個(gè)。

2.多工位級(jí)進(jìn)模的特點(diǎn)

多工位級(jí)進(jìn)模適用于小型金屬件的大批量生產(chǎn);連續(xù)完成多道工序,生產(chǎn)效率高;操作時(shí)手不需進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū),操作安全;自動(dòng)送料,自動(dòng)出件,易于實(shí)現(xiàn)沖壓自動(dòng)化;可將復(fù)雜形狀分解為簡(jiǎn)單形狀的分步?jīng)_裁,不必集中在一個(gè)工位,因而模具強(qiáng)度較高,壽命較長(zhǎng);模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工精度要求高,制造難度大,在使用過程中必須有具備一定技術(shù)水平的維修工人和維修設(shè)備。

3.多工位級(jí)進(jìn)模的發(fā)展趨勢(shì)

多工位級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已有了很大發(fā)展。在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家已廣泛采用了模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造(CAD/CAM),從而大大提高了模具設(shè)計(jì)和制造水平,縮短了設(shè)計(jì)制造周期。沖壓速度,帶彎曲工序的多工位級(jí)進(jìn)模已達(dá)500~600次/分,純沖裁加工的多工位級(jí)進(jìn)模已超過1000次/分,對(duì)于一般沖件約為200次/分。零件制造精度及步距精度達(dá)到μm級(jí),且提出向零公差靠近的口號(hào)。模具壽命已達(dá)3億次。目前,我國(guó)多工位級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)與制造水平已有很大提高,縮短了與世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家在模具領(lǐng)域的差距。多工位級(jí)進(jìn)模正向高精度、高效率、長(zhǎng)壽命的方面發(fā)展。5.7.2多工位級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.工藝分析

任何一個(gè)沖壓件在考慮采用多工位級(jí)進(jìn)模進(jìn)行沖壓生產(chǎn)時(shí),首先應(yīng)對(duì)該零件進(jìn)行全面的工藝分析。要求沖壓件的產(chǎn)量、批量足夠大,能夠穩(wěn)定、持久地生產(chǎn)。要有質(zhì)量穩(wěn)定的帶料供應(yīng)。零件的尺寸精度、加工難點(diǎn)用多工位級(jí)進(jìn)模能夠完成完整的加工,滿足質(zhì)量要求。

2.進(jìn)行必要的工藝計(jì)算,畫出沖壓件展開圖

以產(chǎn)品零件圖為依據(jù),進(jìn)行必要的工藝計(jì)算,如彎曲成形的展開尺寸計(jì)算,拉深成形的毛料尺寸計(jì)算等。必要時(shí)還應(yīng)制作簡(jiǎn)易模具予以驗(yàn)證、修改,再畫出展開圖。展開圖的作用:決定模具步距,即步距為展開尺寸的最寬處尺寸加上一定搭邊量(0.2~2.2mm);決定凸模上的各部分尺寸;推導(dǎo)模具各零件的部分尺寸。

3.精心設(shè)計(jì)排樣圖

排樣圖是設(shè)計(jì)多工位級(jí)進(jìn)模的重要依據(jù)。要設(shè)計(jì)出多種方案,加以分析、比較,采用最佳排樣方案。

在設(shè)計(jì)排樣圖工位時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)為了準(zhǔn)確排樣,可先制作一個(gè)沖壓件展開圖,初步確定各道工位的先后順序及沖壓終了成形零件留在載體上的方法和出模形式。

(2)盡量避免采用復(fù)雜形狀的凸、凹模,寧可增加一個(gè)工位,以簡(jiǎn)化凸、凹模結(jié)構(gòu)。

(3)零件若有彎曲,在彎曲前應(yīng)將彎曲部分周圍的余料分段逐次沖裁后,才能進(jìn)行彎曲成形。對(duì)彎曲要求高時(shí)應(yīng)加整形工序。

(4)對(duì)于有嚴(yán)格相對(duì)位置要求的局部?jī)?nèi)、外形,應(yīng)盡可能安排在同一工位沖出,以保證其位置精度。

(5)靠近彎邊的孔,應(yīng)先彎曲后沖孔,防止彎曲時(shí)孔發(fā)生變形。

(6)為避免應(yīng)力集中,提高凹模、凸模的強(qiáng)度及沖壓工藝的需要,要適當(dāng)設(shè)置空位。

(7)為了保證條料送進(jìn)的步距精度,必須設(shè)置導(dǎo)正銷。第一工位沖導(dǎo)正孔,第二工位開始導(dǎo)正。導(dǎo)正孔盡可能設(shè)置在廢料上,這樣可用較大的導(dǎo)正銷。

(8)對(duì)于沖裁周界較大的部分,應(yīng)盡可能安排在中間位置,使壓力中心與模具中心盡可能重合或接近。

(9)應(yīng)使條料的纖維方向與工件的彎曲線相垂直。由于條料是采用自動(dòng)送料,因此,應(yīng)按條料纖維方向來確定工件的排樣。

(10)由于多數(shù)多工位級(jí)進(jìn)模在沖壓過程中工件與條料始終連在一起,到最后一個(gè)工位才將工件與條料分離。因此,為保證工件與條料有足夠的連接強(qiáng)度,常在排樣中加大中間搭邊或側(cè)搭邊。

4.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在排樣方案確定之后,可以進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。多工位級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)由凹模組件、凸模組件、導(dǎo)正銷、卸料板、模架、導(dǎo)料裝置等組成。

1)凹模組件

確定凹模周界,計(jì)算壓力中心。凹模多采用高速鋼或鋼結(jié)硬質(zhì)合金制造,凹模比較大,為節(jié)約昂貴合金材料,便于加工、維修和互換,多采用鑲拼式凹模。鑲件用方套、楔鐵緊固,用螺釘固定到墊板上。根據(jù)沖壓設(shè)備及送料高度確定下模高度及模具的閉合高度。

2)凸模組件

凸模多用高速鋼或鋼結(jié)硬質(zhì)合金制成,小凸模硬度高,脆性大,易于折斷,還要適于高速?zèng)_裁,因而采用導(dǎo)向塊導(dǎo)正。為保證凸模通過孔中心與凹?？字行某叽缦嘁恢?使導(dǎo)向塊與凸模的工作間隙小于模具的沖裁間隙,防止凸模與凹模刃口相碰。凸模及其固定板盡可能從上模板下面分塊式固定、拆卸。這樣,當(dāng)某個(gè)凸模折斷時(shí),不必把整副沖模拆離壓力機(jī),而僅需把損壞部分取下,換上備用凸模即可恢復(fù)沖壓。單面受力的凸模要有擋塊,只有在擋塊擋住凸模時(shí)才能進(jìn)行沖壓。必要時(shí),凸模要有防止廢料跟上來的措施:如用彈簧頂料銷,凸模端面中間挖空和沖孔凸模端面制成錐形等。

3)導(dǎo)正銷

為了保證條料送進(jìn)的步距精度,必須設(shè)置導(dǎo)正銷。導(dǎo)正銷對(duì)連續(xù)工步引起的誤差偏移有自動(dòng)修正作用。在多個(gè)工位合理設(shè)置導(dǎo)正銷,零件落料時(shí),凸模上也可安裝導(dǎo)正銷。導(dǎo)正銷尺寸要穩(wěn)定,用耐磨材料制作。導(dǎo)正銷直徑取d≥4t(帶厚)。

4)卸料板

卸料板在多工位級(jí)進(jìn)模中不僅卸料,還起導(dǎo)正凸模、壓平材料的作用。卸料板常由模架導(dǎo)柱或小導(dǎo)柱導(dǎo)向。如果需要在行程下限壓平條料或壓平連續(xù)拉深的凸緣,則卸料板必須與各固定板及上模座(或板)同時(shí)保持接觸。

5)模架

模架由模座(或板)、導(dǎo)柱、導(dǎo)套和滾珠架等組成。模座用碳素鋼制作,厚度較厚,用四根導(dǎo)柱和導(dǎo)套聯(lián)接。導(dǎo)柱、導(dǎo)套和滾珠之間應(yīng)保持適度的過盈量(0.01~0.02mm)來保證導(dǎo)向精度。通常還配有滑動(dòng)或滾動(dòng)小導(dǎo)柱、小導(dǎo)套導(dǎo)向,以保持卸料板的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。

6)其它

導(dǎo)料裝置,浮料裝置和安全檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)。

5.設(shè)計(jì)后的審查

多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)、制造難度大,成本高,應(yīng)把問題發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段,這樣修改容易,損失小。若在加工完成后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題,更改極為困難,甚至導(dǎo)致整套模具的報(bào)廢,損失巨大。因此,設(shè)計(jì)之后,必須進(jìn)行認(rèn)真的審查。一般簡(jiǎn)單的多工位級(jí)進(jìn)模由專人審查即可。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密的多工位級(jí)進(jìn)模則要組織有關(guān)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)審,對(duì)其結(jié)構(gòu)的可靠性、合理性、沖壓件質(zhì)量的保證措施、模具零件的工藝性、設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性和安全保護(hù)機(jī)構(gòu)的可靠性等內(nèi)容進(jìn)行評(píng)審。評(píng)審?fù)ㄟ^之后,才能進(jìn)行加工制造。圖5-27安裝板零件圖

2.畫出安裝板零件的展開圖

彎曲成形展開尺寸計(jì)算:圓角半徑R=0.5,帶厚t=0.4,R＞t/2,即0.5＞0.2,展開長(zhǎng)度根據(jù)中性層長(zhǎng)度不變的原則進(jìn)行計(jì)算。查表得中性層位移系數(shù)x≈0.349,中性層彎曲半徑為ρ=R+xt=0.5+0.349×0.4=0.64(mm)直線段分布如圖5－28所示。計(jì)算其長(zhǎng)度。圖5－28兩個(gè)彎曲成形直線段分布圓弧中心角取平均值:α1=88.5o，α2=88.25o彎曲圓弧展開長(zhǎng)度:零件展開長(zhǎng)度:L1=a×2+b+l1+l2=(7.6-0.64)×2+(10.43+0.4-0.64×2)+0.988+0.985=25.44(mm)帶料寬度:L2=L1+搭邊量=25.44+1.28×2=28(mm)畫出安裝板零件的展開圖如圖5－29所示。為便于說明沖裁部位,采用邊名及代號(hào)來表示。如以展開圖中心線為基準(zhǔn)分上邊、下邊、左邊、右邊。代號(hào)如沖圓孔1、沖固定槽2……表示出沖裁部位和加工內(nèi)容。決定模具步距L=15.6(零件外廓尺寸)+2.4(搭邊值)=18(mm)圖5－29安裝板零件展開圖

3.排樣圖設(shè)計(jì)

安裝板的排樣圖如圖5－30所示。第(1)工位沖導(dǎo)正孔。第(2)工位沖圓孔及左右結(jié)構(gòu)槽,導(dǎo)正銷開始導(dǎo)正。過道及其彎曲成形有公差要求,是加工難點(diǎn)。第(6)工位用一個(gè)沖模完成過道及其端部圓角加工。第(14)工位采用彎曲校正工序,還可調(diào)整角度,有利于保證彎曲精度。第(2)~(10)工位逐次將彎曲部位周圍廢料切除后,第(12)工位開始彎曲。沖裁過程中注意到左右對(duì)稱或左右輪流加工,使條料受力盡可能均衡。導(dǎo)正孔安置在中間廢料上,可適當(dāng)加大導(dǎo)正孔尺寸和搭邊尺寸,有利于提高步距精度和載體強(qiáng)度。圖5－30安裝板的排樣圖

4.畫出模具裝配圖

安裝板多工位級(jí)進(jìn)模裝配圖如圖5－31所示。圖(a)為凹模俯