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        開拓光潔沖裁技術(shù)

        2012-10-20 11:57:36涂光祺北京機(jī)電研究所
        鍛造與沖壓 2012年12期
        關(guān)鍵詞:精沖沖裁壓邊

        文/涂光祺·北京機(jī)電研究所

        開拓光潔沖裁技術(shù)

        文/涂光祺·北京機(jī)電研究所

        最近南方某廠來(lái)電咨詢開展精沖的相關(guān)事宜,不過(guò)根據(jù)廠家的介紹,筆者認(rèn)為該廠目前采用光潔沖裁更為適宜,光潔沖裁不需要專用的精沖設(shè)備,投資省、見(jiàn)效快,有利于推廣。此外,它不需要強(qiáng)力壓邊,比精沖工藝更節(jié)能、節(jié)材,凸、凹模的壽命也更高。

        沖裁工藝分析

        如圖1所示為各種沖裁工藝的間隙取值示意圖。圖中負(fù)間隙沖裁的實(shí)質(zhì)是沖裁—整修復(fù)合工藝過(guò)程,一般凸模的尺寸比凹模尺寸大(0.1~0.2)t;小間隙沖裁和精密沖裁都可獲得剪切面光潔的零件,前者通過(guò)接近于零的小間隙使材料的變形區(qū)處于純剪切的應(yīng)力狀態(tài),后者通過(guò)V形環(huán)強(qiáng)力壓邊使材料的變形區(qū)處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài),提高材料的塑性;普通沖裁的間隙在(7%~11%)t之間,低碳鋼取下限值,高碳鋼取上限值,普通沖裁主要用于為后續(xù)成形工序制坯。

        圖1 各種沖裁時(shí)凸模刃口的位置

        強(qiáng)力壓邊精沖工藝

        強(qiáng)力壓邊精沖工藝20世紀(jì)20年代發(fā)明,但直到50年代才進(jìn)入實(shí)用階段。當(dāng)時(shí)精沖模具的凸模和凹模的間隙需要在淬火前配做,淬火后變形大、廢品率高、修配工作量大,嚴(yán)重制約了精沖技術(shù)的發(fā)展。60年代出現(xiàn)了電火花加工和線切割加工,它們是在模塊已經(jīng)淬硬的情況下進(jìn)行的,從根本上改變了淬火變形的困擾,促進(jìn)了精沖技術(shù)的發(fā)展。此時(shí)國(guó)外精沖壓力機(jī)的制造廠家已經(jīng)迅速增加到了10多家,并且主要集中在瑞士和日本,這些廠家還利用自產(chǎn)的自動(dòng)精沖壓力機(jī)大批量生產(chǎn)精沖零件。

        強(qiáng)力壓邊精沖工藝在我國(guó)一開始就是引進(jìn)和自主開發(fā)同步進(jìn)行的,20世紀(jì)60年代起步,70年代開始用于生產(chǎn),前期在儀器儀表、辦公機(jī)械、電器開關(guān)等行業(yè)應(yīng)用,80年代開始進(jìn)入汽車、摩托車等行業(yè)。生產(chǎn)精沖零件的廠家超過(guò)30多家,分布在全國(guó)各大、中城市。

        70年代初,筆者發(fā)明的液壓模架可使普通壓力機(jī)也實(shí)現(xiàn)精沖,且投資省、見(jiàn)效快,深受廠家的歡迎,促進(jìn)了精沖技術(shù)在我國(guó)的推廣。據(jù)北京機(jī)電研究所趙彥啟教授估計(jì),采用液壓模架生產(chǎn)的精沖件每年的產(chǎn)值可達(dá)4~5億人民幣。

        由上述可以看出,長(zhǎng)期以來(lái)強(qiáng)力壓邊精沖技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均占據(jù)著主導(dǎo)的地位。

        光潔沖裁

        在強(qiáng)力壓邊精沖技術(shù)正如日中天的時(shí)候,卻出現(xiàn)了美國(guó)的擠出精沖(Gripflow Stamping)和德國(guó)的集成精沖(Integral Fineblanking),它們都可用專用的精沖壓力機(jī)來(lái)進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。這種精沖技術(shù)和強(qiáng)力壓邊精沖技術(shù)的主要區(qū)別是:

        ⑴壓邊圈上沒(méi)有V形環(huán)齒,為平面形狀,沖裁開始前和沖裁過(guò)程中平面壓邊圈均壓緊材料,保持材料和沖裁方向垂直。

        ⑵沖裁間隙取值比強(qiáng)力壓邊精沖更小。

        以前將這種精沖工藝稱為平面壓邊精沖,但這顯然是不確切的。工件光潔的剪切面主要是采用接近于零的小間隙,使沖裁時(shí)材料的變形區(qū)處于純剪切的應(yīng)力狀態(tài)而獲得的,因此這種工藝應(yīng)稱為小間隙沖裁或小間隙光潔沖裁(簡(jiǎn)稱為光潔沖裁)。

        F. Rotter給出了光潔沖裁的試驗(yàn)結(jié)果,如圖2所示。落料試樣直徑為φ70mm,4種材料分別為10鋼、30鋼、20CrMn、42CrMo,試樣材料厚度t分別為6mm和11mm;沖裁間隙分別為0.015mm和0.045mm;反壓力P3為200kN。兩種材料厚度和兩種沖裁間隙交叉試驗(yàn)獲得4組試驗(yàn)數(shù)據(jù),分別示于圖2a、b、c、d。

        從圖2可以看出,光潔沖裁落料,當(dāng)材料厚度t=6mm、間隙c=0.015mm時(shí),各種材料均可達(dá)到100%的剪切面完好率;而當(dāng)c=0.045mm時(shí),要用塑性好的材料10鋼、20CrMn才能達(dá)到完整的剪切面完好率。當(dāng)材料厚度t=11mm時(shí),無(wú)論間隙c為0.045mm還是0.015mm,都只有塑性較好的材料10鋼、20CrMn才能獲得完整的剪切面完好率。所以目前在國(guó)內(nèi)外強(qiáng)力壓邊精沖仍都占據(jù)主導(dǎo)的地位,應(yīng)重視這種狀況并使其延續(xù)下去。

        圖2 光潔沖裁剪切面完好率(落料)

        幾點(diǎn)看法和建議

        ⑴由于可長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)且技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著,

        ⑵充分利用慢走絲線切割機(jī)床、數(shù)控點(diǎn)位坐標(biāo)磨床和連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床等先進(jìn)的設(shè)備加工出光潔沖裁所需用的模具。

        ⑶建議相關(guān)的政府部門或者行業(yè)組織挑選幾家對(duì)光潔沖裁技術(shù)有興趣且條件較好的企業(yè)進(jìn)行試生產(chǎn),取得一定的結(jié)果后再在行業(yè)內(nèi)推廣。

        ⑷在相關(guān)的技術(shù)和工藝成熟后可以考慮光潔沖裁專用壓力機(jī)的開發(fā)。由于光潔沖裁間隙的取值接近于零,所以這種技術(shù)對(duì)設(shè)備滑塊的導(dǎo)向精度要求很高,可以考慮采用導(dǎo)向精度極高的臺(tái)階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌。

        光潔沖裁通過(guò)接近于零的小間隙使材料的變形區(qū)處于純剪切的應(yīng)力狀態(tài)而獲得剪切面光潔的零件,它不需要專用的精沖設(shè)備,投資省、見(jiàn)效快,有利于推廣。

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