浙江威爾金森電梯有限公司 (永康 321300) 潘 欣

江西省新余市長(zhǎng)林集團(tuán)長(zhǎng)林機(jī)器公司 (338029) 鐘翔山

上板沖壓工藝及模具改進(jìn)設(shè)計(jì)

浙江威爾金森電梯有限公司 (永康 321300) 潘 欣

江西省新余市長(zhǎng)林集團(tuán)長(zhǎng)林機(jī)器公司 (338029) 鐘翔山

圖1所示上板是某批量生產(chǎn)的軍用裝甲車輛上的零件，采用2 mm厚的616裝甲鋼制成，由于結(jié)構(gòu)及功能上的需要，其板面需拉延出兩個(gè)階梯淺筒，同時(shí)在筒底要成形出多處加強(qiáng)筋，成形后的底面要求保證平面度為0.5 mm，以便與相應(yīng)結(jié)構(gòu)的下板組合后，能在其結(jié)合面間添加適當(dāng)?shù)膹?fù)合材料，通過(guò)特殊處理后，達(dá)到既有抵抗槍彈沖擊能力，同時(shí)又具有“三防”的功能。

圖1 上板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.工藝分析及原加工的不足

該零件外形尺寸較大，二處拉延階梯筒體直徑分別為1100 mm及600 mm，拉延高度均僅為4 mm，屬于淺拉延。

根據(jù)工件高度h與最小直徑d之比h/d及材料的相對(duì)厚度 (t/D)×100、凸緣相對(duì)直徑等參數(shù)，依照階梯形件拉延次數(shù)的判斷條件可知:該件可以一次拉延成功。

考慮到零件外形尺寸較大，各筒體拉延高度僅為4 mm，約等于 (1.5～2)t=3～4 mm，基本上屬于局部成形，零件的成形難度不大，因此，模具設(shè)計(jì)成上下模結(jié)構(gòu)，通過(guò)直接壓制而獲得形狀，由于模具結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，此處不再詳述。

模具設(shè)計(jì)、制造后，加工出的零件出現(xiàn)較大翹曲，導(dǎo)致平面度嚴(yán)重超差，為保證產(chǎn)品要求，需手工校正保證，由于所用616裝甲鋼既有良好的韌性又有較高的強(qiáng)度，加之料較薄，彈性大，使手工校正困難，而對(duì)零件中心孔φ350 mm的加工，由于整個(gè)零件外形尺寸及加工孔的直徑較大，使鉆床難以裝夾、無(wú)法加工，必須在大型立式車床或鏜床上才能完成，這種機(jī)械加工方式不但造成了裝夾的困難，而且生產(chǎn)效率也十分低下，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，不利于批量生產(chǎn)及企業(yè)效益的提高。

2.原因分析

針對(duì)零件平面度超差，結(jié)合零件結(jié)構(gòu)分析后認(rèn)為:幾處拉延部位距外形邊緣直邊距離及板料中心孔的距離均不大，拉延時(shí)易引起邊緣材料的部分轉(zhuǎn)移，也易造成外形收縮的畸形，而多處不對(duì)稱布置的各種成形筋的存在，一方面加重了板料各處受拉部位中的不均勻性，使整個(gè)板料所受拉應(yīng)力不平衡，另一方面，又一定程度上加劇了拉延過(guò)程中，材料流通的不暢趨勢(shì)，而在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為降低模具成本，又沒(méi)有采用壓邊及校正措施，從而未從模具結(jié)構(gòu)上對(duì)板料的平整性進(jìn)行控制，這一切最終導(dǎo)致了零件過(guò)大的不平整。

3.工藝方案改進(jìn)

為滿足零件平面度要求，增加材料拉延時(shí)的流動(dòng)性能顯然是一種行之有效的方法，經(jīng)過(guò)在坯料中部率先加工出φ200 mm的預(yù)制孔，然后再成形出各階梯筒及成形筋的試驗(yàn)表明:該工藝措施有助于零件平面度的較大改善，由于零件中心部位的筒底材料向筒壁發(fā)生了流動(dòng)，使預(yù)制孔出現(xiàn)了嚴(yán)重變形。

由此可見(jiàn)，采用在坯料中部先加工出φ200 mm的預(yù)制孔后，再進(jìn)行成形的工藝方案是可行的，對(duì)提高零件平面度是有效的，但板料中部的φ350 mm孔仍需要成形后加工。

考慮到該零件不便于機(jī)械加工，對(duì)中部孔宜采用壓力加工，但零件外形大，模具外形也大，必將造成模具費(fèi)用的增加，經(jīng)分析零件結(jié)構(gòu)，查閱資料后決定:改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，使模具在完成拉延及成形后，通過(guò)適當(dāng)?shù)淖兓?，?shí)現(xiàn)零件的中部孔沖切及零件平面的校正，達(dá)到一模多用。

4.模具設(shè)計(jì)改進(jìn)

(1)改進(jìn)后的模具結(jié)構(gòu) 針對(duì)加工上板出現(xiàn)的工藝難點(diǎn)，通過(guò)在拉延上模1中部加裝預(yù)沖孔凸凹模3，在拉延下模2中部適當(dāng)位置加裝與預(yù)沖孔凸凹模3相配的預(yù)沖孔凸模4后，原模具結(jié)構(gòu)便被改進(jìn)設(shè)計(jì)成上板拉延及沖中心孔兩用模，圖2為上板預(yù)沖孔及拉延狀態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2 上板拉延模結(jié)構(gòu)圖

(2)預(yù)沖孔及拉延工作原理 改進(jìn)后的模具仍置于Y28—450液壓機(jī)上加工，工作過(guò)程分零件成形及卸料二階段。

首先，坯料置于拉延下模2上平面的適當(dāng)位置，壓力機(jī)下移，預(yù)沖孔凸凹模3內(nèi)形與拉延下模2上與之相配合的預(yù)沖孔凸模4刃口接觸，首先將坯料的預(yù)沖孔沖切出來(lái)，隨著壓力機(jī)的緩緩下移，拉延上模1與拉延下模2共同作用，將預(yù)沖孔后的坯料拉延并成形出來(lái)，由于拉延與成形過(guò)程中，材料能從坯料的外緣及內(nèi)孔較自由地流動(dòng)，因而，零件的平整性得到了較好的保證。

隨著壓力機(jī)滑塊的上行，聚氨酯塊5發(fā)生彈性回復(fù)，將成形好的坯料部分翹起，整個(gè)零件通過(guò)手工卸下。至此，整個(gè)卸料完成，壓力機(jī)轉(zhuǎn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

(3)沖中心孔工作原理 當(dāng)該批零件全部成形后，半成品轉(zhuǎn)入沖中心孔工序，圖3所示為上板中心孔沖切及零件平面校正結(jié)構(gòu)圖。

圖3 上板中心孔沖切及平面校正結(jié)構(gòu)圖

模具工作時(shí)，首先在預(yù)沖孔凸凹模3及上模板之間開(kāi)設(shè)的缺口處安放墊塊6，同時(shí)用固定螺釘5與上模板聯(lián)接好，隨后將成形好的半成品置于模具拉延下模2型腔中，隨著壓力機(jī)滑塊的下行，預(yù)沖孔凸凹模3外形與拉延下模2中與之相配合的拉延下模2中的刃口接觸，將坯料中心孔沖切出來(lái)，隨著壓力機(jī)的再次緩緩下移，拉延上模1與拉延下模2共同作用，對(duì)已拉延及成形后的零件進(jìn)行校正，進(jìn)一步控制并保證零件大平面的平面度要求。

隨著壓力機(jī)滑塊的上行，聚氨酯塊7發(fā)生彈性回復(fù)，將沖切中心孔的廢料推離型腔，整個(gè)零件卸料通過(guò)手工進(jìn)行。至此，完成整個(gè)零件的加工。

(4)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 該套模具，既能完成坯料的拉延和成形，又可實(shí)現(xiàn)零件中心孔的加工和整個(gè)成形零件校正，其中預(yù)沖孔凸凹模3內(nèi)孔是成形預(yù)沖孔的凹模，外形為沖切中部中心孔的凸模，它與拉延下模相應(yīng)部位配合完成預(yù)沖孔及中部孔的沖切，保證單面間隙為0.11～0.15 mm。

該套模具在進(jìn)行零件中心孔加工時(shí)，必須先在預(yù)沖孔凸凹模3及上模板之間開(kāi)設(shè)的缺口處安放墊塊6，同時(shí)用螺釘5與上模板固定聯(lián)接好，以防止墊塊6在工作中移動(dòng)。

考慮到模具外形大，拉延上模1、拉延下模2均采用分塊結(jié)構(gòu)，直接固定在相應(yīng)的固定板上 (結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖中未表示)，以節(jié)省材料費(fèi)用。

5.結(jié)語(yǔ)

上述工藝方案及模具改進(jìn)完成后，零件一次試沖合格，生產(chǎn)的零件經(jīng)檢驗(yàn)，完全達(dá)到圖樣要求。由于實(shí)現(xiàn)了一模兩用，從而使一套模具能完成拉延及成形、沖孔兩套模具的工作任務(wù)，既減少了模具數(shù)量，生產(chǎn)效率又得到了提高，操作人員工作條件得到改善。目前，模具工作正常，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

20140123)