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)

Jun 15, 2022

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转发自:模具工业 2019年第45卷第4期

作者:窦寒玙 1,韩英平 1,李彦磊 1,周 亮 2

(1.长春一东离合器股份有限公司,吉林长春 130012; 2.陆军装甲兵驻长春地区军代室,吉林长春 130012)

A部分尺寸计算:采用公式DA2=d22+4(d1×h1+d2× h2)计算可得理论参考值DA≈599.8 mm,经过实际试制后确定采用直径DA为566 mm,小于理论计算值,考虑图5中h2=43.5 mm翻边部分可按拉深近似值计算,计算过程中毛坯直径取DA=590 mm。

B部分尺寸计算:根据零件尺寸结构R=r,如图 6所示,B部分毛坯直径尺寸:采用公式DB2=d22+4× d1×H-3.44r×d1,其中H=23.5 mm,计算可得理论参考值DB≈503.6 mm,经过实际试制后确定采用毛坯直径DB为566 mm,计算过程中毛坯直径取DB=500 mm。

图6 B部分结构尺寸

综合AB部分结构尺寸,经过整合计算初步确定了毛坯尺寸,实际尺寸通过试制后核算验证。在剪板和排样时考虑到板材的材料纤维方向,设计了经济的剪板排样(见图7)和料片排样尺寸535 mm×535 mm,如图8所示。

图7 剪板排样

图8 料片排样尺寸

(2)拉深工艺方案分析。零件是带凸缘圆筒形件,由压形、拉深和翻边3种工艺成形,为简化计算,将压形部分视为拉深,如图9所示。

此处只计算h1、 H部分的拉深系数和拉深次数以决定模具数量,计算过程为:

h1H是同一起始平面进行拉深的不同高度尺寸,按照同类冲压件生产经验分析可采用1 次拉深成形;

②拉深内圆角 R7 mm(材料厚度 7 mm);

③材料的相对厚度:100t/D=100×7/500=1.4;拉深系数 m=(+ 2t)/d=(394 + 2 × 7)/480=408/480= 0.85,其中,厚度t=7 mm;DB=500 mm;

④通过材料相对厚度和拉深系数的计算,确定可以1次拉深成形,采用压边圈不会出现起皱现象;

⑤有压边圈拉深力按公式F拉=πdtRmK计算,其中,d为拉深件直径(中线),取394+7=401 mm;t为料厚,7 mm;Rm为材料抗拉强度,取270 MPa;K1为系数,取1.1;计算可得:F拉 =3.14×401×7×270×1.1= 2 617 752.06 N

翻边力采用公式 F翻=0.7KBt2Rm/R+t,按 U 形弯曲力计算,其中,K为安全系数,取 1.3;B为翻边宽度,计算约为1 350 mm;Rm为材料抗拉强度,270 MPa;t 为料厚

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。

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大3.7 mm,材料厚度7 mm)。

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。

(1) 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到零件的设计要求,壳体圆度、壁厚不均匀等问题有很大改善。

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.