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        勞保鞋防砸內(nèi)包頭沖壓工藝分析及模具改進(jìn)設(shè)計(jì)

        2014-03-09 02:07:00胡兆國楊金鳳冷禎龍
        機(jī)床與液壓 2014年8期
        關(guān)鍵詞:工藝

        胡兆國,楊金鳳,冷禎龍

        (四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川德陽 618000)

        勞保鞋防砸內(nèi)包頭沖壓工藝分析及模具改進(jìn)設(shè)計(jì)

        胡兆國,楊金鳳,冷禎龍

        (四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川德陽 618000)

        分析了勞保鞋防砸內(nèi)包頭翻邊時(shí)起皺的原因以及原內(nèi)包頭沖壓工藝方案及模具設(shè)計(jì)存在的不足之處,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。改進(jìn)措施經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

        勞保鞋;內(nèi)包頭;翻邊;起皺;模具

        勞保鞋又叫安全鞋,根據(jù)使用的場地不同,種類很多,但都有防止物體砸傷腳面和腳趾的功能。其護(hù)趾防砸的功能是靠圖1所示的鋼質(zhì)內(nèi)包頭來實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)包頭用抗沖擊性好、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的金屬材料制成,其強(qiáng)度、抗沖擊性能等都要經(jīng)過嚴(yán)格的試驗(yàn),達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方可使用。

        圖1 防砸內(nèi)包頭零件圖

        1 零件的沖壓工藝性分析

        (1)零件材料的工藝性

        該零件采用的是沖壓性能良好的碳鋼材料,因此,可用沖壓的方法生產(chǎn)該零件。

        (2)零件結(jié)構(gòu)的工藝性

        該零件的結(jié)構(gòu)比較簡單,形狀不是很復(fù)雜,可以進(jìn)行沖壓加工。

        (3)零件精度的工藝性

        由于該零件是用于勞保鞋,其所有尺寸都沒有標(biāo)注公差,即精度要求很低,因此,在保證尺寸精度方面不是問題。

        (4)其他方面的工藝性

        該零件要求表面光滑、無皺折。

        2 原沖壓工藝方案及不足之處

        2.1 原沖壓工藝方案

        原沖壓工藝方案為:落料(圓形)→拉深(近似橢圓筒形)→剖切 (從近似橢圓筒形中間切開)→切邊(原拉深后橢圓筒形口部處)→翻邊 (切邊處)。該沖壓工藝過程并無不符合沖壓成型規(guī)律之處,因此,生產(chǎn)出合格產(chǎn)品不是問題。不足處在于: (1)落料成圓形,材料利用率不高;(2)全部采用單工序模具,模具數(shù)量多、操作人員多、成本高。

        2.2 改進(jìn)后的沖壓工藝方案

        針對上述問題,作出如下修改:(1)落料成橢圓形,因拉深后的形狀不是圓形,落料的形狀沒必要是圓形;(2)將原沖壓工藝過程中的落料、拉深兩道工序合并成一道工序采用落料、拉深復(fù)合模具生產(chǎn)。

        3 原產(chǎn)品存在的主要問題

        原產(chǎn)品存在的主要問題是圖2所示的翻邊處起皺(曲率最大地方附近)。

        圖2 翻邊處起皺

        4 解決問題的措施

        從沖壓成型理論可知起皺的原因是坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力超過其承受能力所致。對于拉深時(shí)凸緣部分的起皺可采取設(shè)置壓料裝置、壓料筋等措施來防止,此處的起皺不是拉深時(shí)凸緣部分的起皺,而是在曲面上翻邊時(shí)起皺,因此,防止拉深時(shí)凸緣部分起皺的措施在此處并不適用。

        4.1 從翻邊前的坯料形狀上采取措施

        既然起皺的原因是坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力超過其承受能力所致,也就是說坯料起不起皺與兩方面的因素有關(guān):(1)坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力大小;(2)坯料承受壓應(yīng)力能力的強(qiáng)弱。那么,防止起皺的措施就可從減小坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力和提高坯料承受壓應(yīng)力的能力著手。從沖壓成型理論可知,坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力大小與變形量有關(guān),變形量越大,坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力越大;坯料承受壓應(yīng)力能力的強(qiáng)弱與其厚度及變形部位的寬度有關(guān),厚度越厚、變形部位的寬度越窄,坯料承受壓應(yīng)力的能力越強(qiáng)。顯然,坯料的厚度是不能改變的,也就是不能通過增加坯料的厚度來增強(qiáng)坯料承受壓應(yīng)力能力。能否改變變形部位 (曲率最大地方附近)坯料的寬窄呢?表面看,好像也不能改變。但從塑性變形理論可知,變形前后的體積不變即3個(gè)方向的應(yīng)變之和為零,用公式ε1+ε2+ε3= 0表示。該公式表明:一個(gè)方向上如果是最大壓縮應(yīng)變 (最大主應(yīng)變,縮短),另兩個(gè)方向上一定是伸長應(yīng)變 (增厚、變寬)。對此零件而言,沿圖2翻邊曲線即為最大壓縮應(yīng)變 (最大主應(yīng)變,縮短),那么,在翻邊時(shí)坯料的厚度一定增厚、翻邊后的寬度一定增寬。它們的變化量與兩個(gè)方向上的變形阻力有關(guān),阻力大,變形量小,反之就大。對該零件來說,寬度方向的阻力小于厚度方向,所以,翻邊后的寬度增加量大于翻邊部分的增厚量。既然翻邊后翻邊的寬度有一定的增加量,在翻邊前對此處 (圖2中曲率最大的地方)的寬度作一個(gè)俢形,使其稍微比其他地方窄一點(diǎn),俢形量通過試驗(yàn)確定 (其原則是沿圖2的曲線翻邊后俢形處不能有明顯的凹陷痕跡)。這樣的好處在于:(1)根據(jù)前述,可以提高坯料承受壓應(yīng)力的能力;(2)由于寬度變窄,翻邊時(shí)需要壓縮的量減小,坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力減小。俢形后一方面是提高了坯料承受壓應(yīng)力的能力,另一面又減小了坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力,因此,對翻邊時(shí)起皺處俢形可以防止其起皺。

        4.2 從翻邊模具上采取措施

        從生產(chǎn)實(shí)際來看,通過對翻邊時(shí)起皺處俢形大多數(shù)情況下可以防止其起皺,但偶爾仍會出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。針對此種情況,仔細(xì)分析原來的模具結(jié)構(gòu)及翻邊凹模形狀得出,原翻邊凹模形狀圖3元件5在翻邊時(shí)曲率最大的地方是最后才翻邊,因而,曲率最大地方附近的材料需全部壓縮在此范圍之內(nèi)而不能向其他地方轉(zhuǎn)移,所以,曲率最大地方受到的壓應(yīng)力很大,容易起皺。由于翻邊時(shí)總的壓縮量是一定的,如能讓壓縮量不全部集中在曲率最大地方附近能夠向其他地方轉(zhuǎn)移一部分,翻邊時(shí)曲率最大地方附近需要壓縮的量相應(yīng)地就減少了,進(jìn)而,翻邊時(shí)曲率最大地方附近坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力也減小了,起皺的可能性就減小了。基于這樣的指導(dǎo)思想,將原翻邊凹模形狀 (圖 3)修改成圖4元件5所示。從圖4可以看出:該形狀能使曲率最大的地方最先翻邊,其他地方后翻邊,這樣,曲率最大地方附近的材料在壓縮時(shí)有一部分轉(zhuǎn)移到其以外的地方,減小了曲率最大地方附近材料的壓縮量,進(jìn)而減小了該范圍內(nèi)的壓應(yīng)力,因而,起皺的可能性就減小了。

        圖3 修改前翻邊模具

        圖4 修改后翻邊模具

        5 結(jié)束語

        生產(chǎn)實(shí)踐證明:改進(jìn)后的沖壓工藝方案、模具結(jié)構(gòu)及翻邊凹模形狀設(shè)計(jì)合理,模具在調(diào)試合格后能穩(wěn)定地生產(chǎn)出完全符合要求的零件,產(chǎn)品的合格率極高。

        【1】朱旭霞.沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

        【2】劉建超,張寶忠.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造[M].北京:高等教育出版社,2004.

        【3】楊占堯.沖壓工藝編制與模具設(shè)計(jì)制造[M].北京:人民郵電出版社,2010.

        【4】劉庚武.冷沖壓模具設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

        【5】成虹.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2000.

        【6】楊關(guān)全.冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,2012.

        TH12

        B

        1001-3881(2014)8-165-2

        10.3969/j.issn.1001-3881.2014.08.054

        2013-03-12

        胡兆國 (1966—),男,副教授,主要從事模具設(shè)計(jì)、CAD/CAM的教學(xué)和研究工作。E-mail:huzhaoguo123@ 163.com。

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