厚板料高强度与高精度的冲压件的模具设计(二)

厚板料高强度与高精度的冲压件的模具设计(二)

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厚板料高强度与高精度的冲压件的模具设计(二)

2022-04-02

3 工艺设计存在的问题和解决方案

3.1 工艺设计存在的问题

设计评审是模具工艺设计的关键环节,一般在工艺流程完成后组织内部评审,在公司的生产实践中验证该工艺方案的可行性,可以开展模具设计和制造。

该工艺通过评审结合生产实际存在一些问题,具体如下。

(1) 成形工序除壳体R角外,其余尺寸直接翻边为设计要求的波浪直筒形状。壳体基本尺寸与产品设计尺寸一致,材料的弹性变形、模具翻边间隙、钢板纤维方向等因素,导致离合器盖翻边后直径尺寸呈不规则回弹变形,实际成形时,壳体的直径尺寸易波动。

(1) 后工序以离合器盖内型腔和辅助定位为基准进行二次整形、冲中心孔、精压、校平等加工时,离合器盖不能顺利放入模具内,不能准确定位,通过模具工作时将离合器盖压入模具内并随形自找正,容易造成放件、取件困难,并使离合器盖、模具凹模、凸模拉伤严重,模具需频繁抛光维修,离合器盖圆度、直径尺寸、壁厚存在差异。

3.2 工艺优化解决方案

分析审核意见后进行工艺改进、模具结构优化、缩短工艺路线、降低加工误差,尽量做到关键尺寸一步工序完成。主要工艺优化了成形和整形校平 2道工序:①改进冲压工艺和模具结构设计,在成形工序中将钢板料片预翻边为波浪锥筒形状;②在整形校平工序通过2次翻边和内反镦校平,冲压零件最终成为波浪直筒形状[4],改进后工序如表2所示。

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3.3 问题改进效果

(1) 冲压成形工序:零件预成形翻边为波浪锥筒形状,精压冲孔及整形校平以离合器盖内型腔为定位基准,利用锥体形状有自定位的特点,加上相应的辅助定位,使定位、放件、取件更准确、容易,减 21小了离合器盖2次定位产生的冲压加工误差。

(1) 整形校平工序:通过 2 次翻边和内反镦校平,离合器盖成为波浪直筒形状,成形零件的直径等关键尺寸1次成形达到设计要求。

(2) 上述2道关键工序的凹模、凸模均采用了分体结构以便维修、调整,凹模镶件使用表面TD处理技术改善翻边时零件拉伤情况和模具零件的磨损,零件的同轴度、尺寸精度和外观质量均得到有效改善。

4 模具结构设计和问题分析

根据零件结构和工艺流程的分析进行了模具结构设计,以下重点介绍工序③的成形模、工序⑤ 的精压冲孔和工序⑧的整形校平3副模具结构。

4.1 成形模设计

成形模设计时在离合器壳体的翻边部分与轴向设计夹角,翻边为波浪锥筒形,锥顶为离合器盖的直径尺寸,模具结构如图10所示,角度的选择主要基于以下2个方面。

(1) 利用锥体形状有自定位的特点,加上相应的辅助定位,在后工序(整形校平)2次翻边时,以离合器壳体内型腔定位能够顺利放入模具凸模上,能准确定位减小误差,操作时容易放件、取件。

翻边角度如果取得太小,离合器壳体翻边后接近波浪直筒,改进前的缺点依然会存在;翻边角度如果取得较大,则无法准确定位。

改进后的整形校平工序是2次翻边与校平同时进行,离合器壳体的直径等关键尺寸一步完成达到零件设计的波浪直筒形,为减少回弹保证尺寸精度,模具零件间隙设计很小,增加了2次翻边的(1) 难度,也增大了模具零件磨损和离合器壳体拉伤的概率。

通过以上分析,翻边角度的选取应在以下范围内较适宜:锥顶半径-锥底半径≈(0.5~0.6)t,其中t为材料厚度,既符合锥体自定位的特点,又可减少2次翻边的难度。

经计算求得整数单边角度为4°,取值约为0.53(此时壳体波浪锥筒形的锥底比锥顶单边t 大3.7 mm,材料厚度7 mm)。

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4.2 精压冲孔模设计

精压冲孔模要完成精压、冲中心孔、标识和校平工序,其结构如图11所示。模具增加可靠性连接和定位以提高生产稳定性,方便使用、维修和保证零件成形质量,模具的相对高度、相对位置和冲裁间隙、精压压块、配合部分都需要进行计算。

4.3 整形校平模设计

整形校平模结构如图12所示。

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离合器壳体在成形时翻边为波浪锥筒形,在该工序采用壳体内型腔定位可自找正,实现了零件放入、取出操作准确、方便快捷。

改进后的整形校平工序是二次翻边与校平同时进行,使离合器壳体最终成为波浪直筒形,成形零件的直径等关键尺寸一步完成并达校平采用内反镦形式可以保证螺栓孔有效平区,外反镦和内反镦的区别如下:

①外反镦:优点是壳体校平后的平面区范围大且稳定,校平块强度稍好;缺点是壳体必须是直筒形,在模具上定位、放件、取件困难,同时需要在校平前增加一道车削大端面工序,车削加工用时久、效率低,且外反镦容易使壳体产生擦伤、裂口、(1) 外径胀大,对模具整体损伤大,影响成形零件质量;

②内反镦:优点是取消了车削大端面工序,生产效率大幅提高,利用 Adams 软件验证废料添加外力的作用及位置对废料滑落状态的影响,以此判定是否需要顶料销或挂钩、顶料销的力的大小和方向以及顶料销和挂钩的位置等。

某车型翼子板异形废料滑落在冲裁过程中,运用Adams在废料上设定添加外力的位置及大小,如图11(a)所示。

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模拟结果显示,通过在异形废料直边处添加向上的外力,废料滑落顺畅。在模具整改过程中,根据模具有限空间,在上模镶件上增加挂钩装置,并且使挂钩对异形废料的施力点对应Adams模拟点位,如图11(b)所示,经过整改后解决了该废料卡料问题。

正修侧修复合废料,在生产过程中比正修、侧修异形废料更容易卡料,解决方法也更复杂,所以在模具前期设计中,应尽量避免此类工艺或对其进行废料滑出模拟,以便于缩短模具整改、验收周期。

3 结束语

Adams软件操作简单,能模拟生产过程中异形废料滑出过程,并能准确布置顶料销和挂钩等外力装置的位置及检测仿真力的大小。

在模具开发阶段运用Adams对产品中的异形废料的滑出进行模拟,发现废料滑出不畅的原因并加以解决,为后期的模具交付缩短周期,节省时间和财力物力。

对废料产生方式进行分类,通过其模拟结果与实际生产结果对比,可以得出这三类废料的卡料频次和解决方案的难易程度:正修侧修异形废料>侧修异形废料>正修异形废料。

对于内板件中,产品有异形孔时,在上模镶件上设置顶料销不宜少于3个;在工序排布和模具设计时,应尽量避免废料两端都搭接废料刀背的情况产生。

正侧修边异形废料通常需要增加外力装置,可以用Adams确定外力的形式、作用位置及力的大小。

参考文献:

[1]张 凌.基于项目管理和计算机辅助技术的汽车覆盖件模具开发过程研究[D].济南:山东大学,2014:1-5.

[2]王 强,庞建波.自动化冲压模具的研究[J].汽车工艺与材,2013(2):1-5.

[3]赵 丹,陈飞飞.基于Adams的汽车发动机盖外板二次切断废料滑落模拟应用[J].模具工业,2016,42(3):6-9.

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