关于补偿回弹的冲压件模具设计方法的探讨(一)

关于补偿回弹的冲压件模具设计方法的探讨(一)

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关于补偿回弹的冲压件模具设计方法的探讨(一)

2022-03-22

管幸寰

(上海电子工业学校,上海 201411)

摘要:在工业生产活动中,冲压属于一种常见工艺,金属以及非金属材料在加工过程中可能面临回弹问题,影响加工质量。

基于此,本文以回弹的影响作为切入点,重点给出补偿回弹的冲压件模具设计方法,利用有限元模型进行分析,综合考虑受力、形变、回弹等问题,设计往复式冲压件模具,再利用实验证明设计方法的可行性。

关键词:补偿回弹;有限元模型;往复式冲压件模具

中图分类号:TG385

文献标识码:A

文章编号:1671-0711(2018)02(下)-0106-02

板料冲压是利用冲模,使板料产生分离或形变的加工方法。

因多数情况下板料无需加热,故称冷冲压,又简称冷冲或冲压。

在进行板料加工时,材料的延展性、弹性等物理性质往往会带来影响,使板材在加工过后出现回弹问题,如果这种回弹的幅度较小,肉眼可能无法分辨,但在实际使用过程中,由于工件精度不足,可能影响使用价值。

就补偿回弹的冲压件模具设计方法进行探讨有一定的实际意义。

编辑

1 回弹问题的出现以及影响

1.1 板材的回弹

常规的冲压过程中,板材会按照模具状况不断出现形变,直到满足实际使用需求。

回弹问题在这一过程中是始终存在的,此前技术人员一般通过“试错法”进行处理,但结果并不理想。

由于大部分金属材料,尤其是合金和其他延展性较好的材料,回弹问题往往十分严重,在力的相互作用下,瞬时回弹以及加工后一小段时间内出现的回弹现象屡见不鲜,比如汽车使用的铝材,部分构件的回弹率甚至超过 0.5%,对实际性能产生了很多不利影响。

1.2 回弹的影响

回弹的影响包括直接影响和衍生影响两个方面,以数控机床所用工件为例,在冲压制造完成后,存在回弹问题的工件被应用于数控机床,会造成精度、刚性的下降,并进一步影响机床的电动稳定性。

数控机床对加工精度的要求非常高,精度则取决于刚性,刚性是指在固定工作负载条件下机床的加工结构出现的形变量,形变量越大、精度越低。

应用存在回弹问题的工件,机床的精度受到直接影响,在实际工作中,还可能产生啮合不严等问题,进一步降低刚性,而电动机工作带来的小幅位移则会加剧回弹工件的破坏作用,使机床的加工成果无法得到保证。

2 补偿回弹的冲压件模具设计方法

2.1 设计思路

回弹问题虽然广泛存在于各类板料的加工作业中,但带有一定的规律性,如进行一次冲压的板材可能存在较为严重的回弹问题,而反复冲压后,每一次回弹都能得到控制,总的回弹量也因此较低。

针对补偿回弹的冲压件模具设计也以此为切入点,分析可行思路。模具设计的核心理念为往复式加工,可以在现有技术条件下实现,其工作的基本流程是,了解加工物的特点,建立流水线,取固定模型,对于存在回弹可能的位置,给予多次冲压,并在反复加工的过程中逐步降低冲压力度,实现对其外形的有效控制,避免回弹问题。

从初定的模具型面的结点位移反向减去模拟计算的回弹量,得到用于补偿回弹所需的加工要求。

金属板料首先用试探模具成形,计算成形回弹后的工件形状。

该数值在不同的工件加工作业中也存在差异,需要根据实际情况确定往复次数和力负载水平。

将回弹后的工件形状与目标工件比较,如果存在的形状误差超出容许值,就从模具形状中减去形状误差,得到新的加工要求,作为确定往复加工所需负载的基础。

在往复加工中,金属板料将用这一新的试探模具型面成形。

如果成形工件的形状与目标工件误差仍超出容许值,将再次从试探模具型面反向减去形状误差,得到更新的加工要求,作为确定下一次往复加工所需力负载的基础,直到成形的工件形状满足要求,往复加工可进行 5 次或更多。

2.2 有限元模型分析

有限元模型以数据为基础建立,收集不同工件的基本使用要求和加工存在的问题、加工流程,建立涵盖上述内容的电子模型。

如工件为齿轮,其使用的核心要求是良好的啮合度,本质则是严格的精度控制。

加工存在的问题也主要在机床的精度上,加工流程则相对固定,对金属板材进行冲压、粗加工,再进行打磨作业。

建立模型时,以上述三项内容为基础,将工件的各个部分以微米为单位划分为若干部分,对存在较严重回弹问题的结构需要进行精划分。

冲压加工是一种典型的物理加工方法,应用外力破坏板材固有的物理特征,并通过模具对其进行规范,在这一过程中,板材首先受力,之后出现形变,并在整个过程中不断回弹。

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