羅 綱，姚玲峰,，肖世德

LUO Gang1, YAO Ling-feng1,2, XIAO Shi-de2

（1. 成都紡織高等專(zhuān)科學(xué)校 機(jī)械工程學(xué)院，成都 611731；2. 西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，成都 610031 ）

0 引言

一種薄壁大跨板結(jié)構(gòu)如圖1所示 ，該零件材料采用Q235，壁厚2.3mm，長(zhǎng)度規(guī)格有三種，分別為3000mm、4500mm和6000mm，在板兩端有三個(gè)異性孔。它的原始生產(chǎn)工藝流程如圖2所示，將剪切至合適尺寸的板材送入拉伸成型的生產(chǎn)線上，經(jīng)拉伸成型后，由電鋸鋸斷，再由工人將切割好的跨板移至沖床，由沖床沖出異性孔，最后由人工打磨修邊。

圖1 薄壁大跨板結(jié)構(gòu)圖

圖2 改造前大跨板生產(chǎn)流程圖

1 原設(shè)備切斷工藝分析

1.1 跨板受力分析

跨板采用電鋸鋸斷，電鋸安裝在側(cè)面，鋸刀由側(cè)部切入，在切割過(guò)程中跨板受力如圖3所示。工件受工作臺(tái)支撐力Fn，鋸片切割力 Ft作用，F(xiàn)t作用于鋸片與工件接觸的法線方向。

圖3 跨板切割時(shí)受力分析

式中：Fx為 Ft在X軸上投影。

跨板側(cè)部在切割過(guò)程中，隨著鋸刀的切入，跨板底部受彎曲應(yīng)力為變化的，但在刀齒切入初期，刀齒距跨板底部最遠(yuǎn)，彎距最大，此時(shí)彎曲正應(yīng)力最大。

式中：σFmax為跨板與鋸刀接觸截面的彎曲正應(yīng)力；

M為跨板與鋸刀接觸截面上的彎矩；

W為跨板與鋸刀接觸截面的抗彎截面系數(shù)。

對(duì)于矩形截面：

按p=10KW ，φ=35°，n=400r/min，b=3m ，h=0.01m ，l=0.15m計(jì)算得：

遠(yuǎn)大于Q235許用彎曲正應(yīng)力[σ]=158MPa，必然造成板材底部變形。

1.2 鋸刀使用時(shí)間和工件表面質(zhì)量關(guān)系

由于鋸刀切割過(guò)程振動(dòng)大，刀具相對(duì)于工件磨損較大，影響工件表面質(zhì)量，同時(shí)每一個(gè)刀齒在切割時(shí)受變幅交變載荷影響，刀具容易因疲勞失效造成刀具壽命降低，這些都將造成工件斷面粗糙，毛刺多。根據(jù)鋸刀使用時(shí)間的統(tǒng)計(jì)及工件表面質(zhì)量的測(cè)量列出表1，并繪制圖4鋸刀使用時(shí)間和工件表面質(zhì)量關(guān)系圖，由表及圖中可見(jiàn)鋸刀在連續(xù)使用120h后，斷面的表面質(zhì)量S開(kāi)始急劇下降，工件表面需從新手工打磨才能符合技術(shù)要求。

圖4 鋸刀使用時(shí)間和工件表面質(zhì)量關(guān)系圖

表1 鋸刀使用時(shí)間和工件表面質(zhì)量關(guān)系表

2 設(shè)備改造方案

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)用模具完成沖孔和剪切可以避免板材底部產(chǎn)生變形。在沖孔和剪切時(shí)，使用電磁離合器斷開(kāi)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并同時(shí)對(duì)生產(chǎn)線制動(dòng)，開(kāi)始沖孔和剪切工作。沖孔和剪切工藝完成后，先松開(kāi)制動(dòng)裝置，再接通主電機(jī)，繼續(xù)送料。沖制完成后，由推料氣缸將廢料推出。整個(gè)方案工作過(guò)程如圖5所示，該方案工作過(guò)程比較連貫，避免電機(jī)的頻繁啟動(dòng)對(duì)電機(jī)壽命的影響，同時(shí)也避免了對(duì)設(shè)備的大改。

圖5 改造后大跨板生產(chǎn)線示意圖

圖6 改造后大跨板生產(chǎn)流程圖

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)備改造方案的分析，設(shè)計(jì)模具功能如下：模具能同時(shí)完成產(chǎn)品的沖孔和切斷，第一次沖孔為單工位工作，采用始用擋料銷(xiāo)定位，而后為雙工位工作，沖孔剪裁一體，一次將前板尾孔和后板始孔沖成，并保證對(duì)稱(chēng)。模具結(jié)構(gòu)如圖7～圖9所示。由于沖壓件為薄壁件，且有重疊部分，在沖壓時(shí)為防止工件變形，采用保型沖壓（如圖7所示），工件穿過(guò)保型塊，沖壓時(shí)彈簧被壓縮，切斷刀和沖孔凸模下行完成沖孔和切斷；開(kāi)模時(shí)，上模上行，保型塊在彈簧作用下下行到兩側(cè)擋板位置，保持和送料高度平齊，拉伸裝置繼續(xù)送料，當(dāng)達(dá)到送料長(zhǎng)度后，行程開(kāi)關(guān)控制沖床再次沖壓。

圖7 沖孔和切斷工藝模具上模結(jié)構(gòu)圖

下模（如圖8所示）由兩塊保型凹模下方由墊塊墊高，以便清除廢料，廢料的清除可人工完成，也可安裝推料液壓裝置。

圖8 沖孔和切斷工藝模具上模結(jié)構(gòu)圖

模具工作過(guò)程如圖9所示。

圖9 沖孔和切斷工藝模具工作過(guò)程圖

3.2 模具沖壓力計(jì)算

3.2.1 模具的沖裁力

式中：P孔為沖孔沖裁力；

P切為切斷力。

而沖孔沖裁力為：

式中： k為系數(shù)1.3；

n為孔數(shù)量；

t為材料厚度2.3mm；

τ為材料抗剪強(qiáng)度：300MPa。

將數(shù)值帶入公式：

3.2.2 模具的卸料力計(jì)算

式中，k卸為卸料力系數(shù)。

3.2.3 模具的頂件力計(jì)算

式中，k頂為頂件力系數(shù)。

3.2.4 用彈性卸料和上出料方式的總沖壓力

3.3 模具壓力中心確定

由圖10可知，沖孔切斷成對(duì)稱(chēng)布局，故壓力中心為切斷中心。

圖10 壓力中心

3.4 壓力機(jī)選擇

壓力機(jī)選用時(shí)需滿足：

式中P公為壓力機(jī)公稱(chēng)壓力。

即：

可選用J23-90型壓力機(jī)，其公稱(chēng)壓力為900kN。

4 大跨板前后工藝對(duì)比

表2 前后工藝對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

改造后采用模具替代鋸刀完成切斷工藝，避免了用鋸刀切斷薄壁跨板時(shí)造成的跨板板材切斷面底部變形，提高了工件斷面質(zhì)量。

使用改造后工藝可以一次完成產(chǎn)品的沖孔和切斷，在加工過(guò)程中只需要兩個(gè)人進(jìn)行成品的收集便可完成，機(jī)器調(diào)試好后，機(jī)器即沿工件導(dǎo)軌連續(xù)生產(chǎn)，這樣減少了二次加工造成的人力浪費(fèi)，節(jié)約了成本。

采用模具沖切直接成型，防止多次搬運(yùn)工件造成的工件表面劃傷，保證了工件的良好外觀。

[1]鄭佳賢.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]賈玉申,陳松林,蔡維忠,等.沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1996.

[3]彭建聲.冷沖壓技術(shù)問(wèn)答:上冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

[4]周大雋.沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要領(lǐng)與范例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[5]肖祥芷,王孝培.中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典:第3卷[M].南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社,2003.

[6]張宏飛,伍宇紅,聶和林.高壓大電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片通風(fēng)孔斜刃式?jīng)_模設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù),2010,35(2):106-108.

[7]沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

[8]模具實(shí)用技術(shù)叢書(shū)編委會(huì).沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

[9]袁根華.沖裁模中導(dǎo)柱導(dǎo)套設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討[J].鍛壓技術(shù),2009,34(5):1036-107.

[10]李慧敏.沖壓?jiǎn)卧M合模具在汽車(chē)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].鍛壓技術(shù),2009,34(2):94-97.