危 淼,趙 寒,石存秀
(湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 機電工程學院;湖北 十堰 442000)
目前,得益于汽車行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展,沖壓模具行業(yè)也迎來了良好的發(fā)展環(huán)境。在沖壓模具設(shè)計中,不僅要考慮模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計,還應(yīng)該特別注意平衡模具內(nèi)部的側(cè)向力。設(shè)計者如果不考慮側(cè)向力的平衡,雖然模具在短期內(nèi)使用不會有太大的影響,然而隨著時間的增加,側(cè)向力會長時間地施加在模具的工作部分及導(dǎo)向部分,導(dǎo)致模具精度下降,甚至報廢。一些側(cè)向力大的模具(如翻邊模,側(cè)翻邊模等)如果不加以反側(cè),長時間使用甚至會對壓機的精度造成影響。
在某些沖壓零件中,因其外形高低起伏,造成了某一些面的受力無法與其他的面相互抵消,這樣就在模具的某一個方向形成了受力不平衡現(xiàn)象。
如圖1所示,在該零件的成形工序中,因為該零件僅有此處一個凸起,沒有別的地方與之平衡,由此在沖壓中產(chǎn)生了側(cè)向力。同理,由于零件的前后方向的起伏不均勻,或者零件大面積向某一個方面傾斜都有可能產(chǎn)生側(cè)向力,設(shè)計者應(yīng)當仔細分析。
圖1 某梁類件的局部
一般來說,模具工藝設(shè)計人員在布置沖壓工序時,應(yīng)當考慮工作內(nèi)容組合的合理性。盡量使工作區(qū)域受力平衡。然而由于零件的特殊外觀、左右件不一致、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性要求甚至生產(chǎn)成本等各種因素的影響,經(jīng)常會出現(xiàn)工作內(nèi)容組合區(qū)域的受力不均勻現(xiàn)象。
圖2所示為一個小五金件的折彎工序圖,這樣的小件雖然工序簡單,但是因為只有單邊折彎,在模具沖壓的過程中就一定會產(chǎn)生單邊側(cè)向力。設(shè)計者必須考慮設(shè)置反側(cè)裝置來平衡這樣的側(cè)向力。
圖2 某小件的單邊折彎
如圖3,為某汽車覆蓋件的左右件工序圖。左右件一模成形,工藝零件僅在模具后側(cè)(雙點劃線方框處)有翻邊工序,而在模具前側(cè)卻沒有與之相平衡的翻邊工序。由此在沖壓過程中產(chǎn)生了側(cè)向力。即便是在模具前側(cè)也有翻邊工序,如果前后側(cè)翻邊力的大小不一致,也同樣會產(chǎn)生側(cè)向力。
圖3 某汽車覆蓋件的左右件翻邊工序圖
斜楔、吊楔是一種改變沖壓方向的機構(gòu),通常用于將垂直沖壓方向改為水平或者傾斜沖壓方向。在某些零件的工序安排中,垂直沖壓無法滿足要求,模具工藝人員經(jīng)常會安排使用斜楔或者吊楔機構(gòu)來改變沖壓方向。由于這種機構(gòu)的滑塊與驅(qū)動塊在傾斜角度上接觸并受力,由此在沖壓過程中產(chǎn)生側(cè)向力。
圖4 某吊楔機構(gòu)PUCMSC80
在設(shè)計斜楔或者吊楔的反側(cè)機構(gòu)的時候,不僅要考慮到吊楔本體的側(cè)向力,還需要考慮到側(cè)修鑲塊在沖壓過程中的側(cè)向受力不平衡,在沖壓中再一次產(chǎn)生了側(cè)向力。
除了上面所述的三點原因以外,還有很多其他方面的原因產(chǎn)生的側(cè)向力。無論是哪一種方式產(chǎn)生了側(cè)向力,都必須要考慮設(shè)計反側(cè)裝置來進行側(cè)向力的平衡,以提高模具的工作精度及使用壽命。
如圖2,某五金件的單邊折彎成形模具,在設(shè)計過程中,可以直接對成形凸模進行反側(cè)設(shè)計,使其受力均衡。如圖6,彎曲凸模在下壓過程中,直接使用反側(cè)塊對其進行反側(cè),產(chǎn)生的翻邊力與反側(cè)力在環(huán)形安裝座上前后抵消。這也是目前模具行業(yè)小模具反側(cè)的常用的設(shè)計方法之一。
圖5 吊楔反側(cè)示意圖
圖6 小型件模具的翻邊反側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖
在圖5吊楔反側(cè)示意圖中,側(cè)修鑲塊由于只單邊受力,則必然受到側(cè)向力的影響。為保證鑲塊的沖壓間隙正常,可按圖7所示設(shè)置反側(cè)裝置。
圖7 吊楔鑲塊的反側(cè)結(jié)構(gòu)
按圖7在設(shè)置反側(cè)裝置時,還必須考慮到反側(cè)導(dǎo)板的安裝位置、反側(cè)導(dǎo)板的安裝臺階、反側(cè)臺階的高度又受限于側(cè)修鑲塊的材質(zhì)等等因素,設(shè)計者必須綜合考慮。
在某些模具的設(shè)計中,經(jīng)常無法單獨對工作部分或者工作鑲塊進行反側(cè),那么就可以在模具本體上進行反側(cè)。
圖1中,因為中間的特殊造型,導(dǎo)致了模具工作部分很難進行單獨反側(cè)。在設(shè)計中可以考慮將反側(cè)裝置安裝在模具本體的中間部位進行反側(cè)。如圖8所示。
圖8 在模具本體設(shè)置反側(cè)裝置
在設(shè)計此類反側(cè)裝置時,設(shè)計者要注意受力方向?qū)δ>叩挠绊懀缓笤倏紤]反側(cè)方向的設(shè)計。在上圖中,因為受力方向會給下模施加向右的力,所以上模的反側(cè)面應(yīng)當阻止下模向右的力。如果方向設(shè)置反了,就失去反側(cè)效果了。
在設(shè)計過程中,如果模具空間緊湊,無法在模具本體的中間部位進行反側(cè)設(shè)計,則可以考慮將反側(cè)裝置安裝在模具的端頭上。這樣既可以有足夠的空間進行設(shè)計,又可以方便觀察反側(cè)導(dǎo)滑面的間隙情況。
舉例如下。如圖9所示,由于兩邊吊楔的作用,使得模具的左右兩側(cè)的力相互抵消。然而模具前后方向的側(cè)向力卻無法抵消,由此產(chǎn)生了前后向的側(cè)向力。模具中間部位空間緊張,無法布置反側(cè)裝置,所以設(shè)計者將模具反側(cè)裝置安排在了模具的端頭部位。設(shè)計者要考慮到反側(cè)裝置的設(shè)計的方向性和反側(cè)導(dǎo)板的安裝。圖中因為反側(cè)導(dǎo)板距離底板高度不夠,無法使用鉆床及手電鉆進行螺釘孔的鉆孔,所以設(shè)計者將反側(cè)導(dǎo)板放置在了固定座上,以便于安裝。這在反側(cè)裝置的設(shè)計中是必須考慮到的。
圖9 在模具端頭設(shè)置反側(cè)裝置
模具設(shè)計的好壞直接關(guān)系到模具的生產(chǎn)質(zhì)量。設(shè)計者在設(shè)計中必須考慮到模具力的平衡,才能設(shè)計出結(jié)構(gòu)更合理的模具圖紙。筆者結(jié)合實際工作,列舉了幾種模具側(cè)向力產(chǎn)生的原因及對策,為大家的設(shè)計工作提供參考。