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        鈑金折彎質(zhì)量控制

        2020-11-21 08:30:26中車永濟(jì)電機(jī)公司山西永濟(jì)044502楊旭紅田浩辰
        金屬加工(冷加工) 2020年10期
        關(guān)鍵詞:下模形槽圓角

        ■ 中車永濟(jì)電機(jī)公司 (山西永濟(jì) 044502) 楊旭紅 馮 偉 田浩辰

        鈑金加工廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車電子、鐵路機(jī)車和工程機(jī)械等各領(lǐng)域。鈑金折彎是大多數(shù)零部件成形的一道關(guān)鍵工序,折彎質(zhì)量的好壞直接影響產(chǎn)品的最終形狀與性能。

        影響鈑金折彎精度的因素有多種,如配件展開尺寸的準(zhǔn)確性、模具選用及折彎順序的合理性等,因此對(duì)鈑金折彎精度的研究必須從這些因素逐一分析,研究如何控制折彎質(zhì)量,才能達(dá)到折彎質(zhì)量的全面提升。

        1. 鈑金展開尺寸計(jì)算

        (1)配件彎曲半徑設(shè)計(jì) 材料彎曲時(shí),其圓角區(qū)外層受到拉伸,內(nèi)層受到壓縮。當(dāng)材料厚度一定時(shí),折彎內(nèi)圓角越小,材料的拉伸和壓縮比就越大,當(dāng)外層圓角的拉伸應(yīng)力超過材料的極限強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂紋或折斷,因此,折彎件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免過小的彎曲圓角半徑。

        彎曲件的最小彎曲圓角半徑與材料的力學(xué)性能、表面質(zhì)量、硬化程度及纖維方向等因素有關(guān)。最小彎曲圓角半徑只有在產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要時(shí)才采用,一般情況下采用彎曲內(nèi)圓角等于或略小于板料厚度。

        (2)折彎系數(shù)計(jì)算 產(chǎn)品要保證準(zhǔn)確的折彎尺寸,確定板料的展開長(zhǎng)度是首要因素。由于折彎時(shí)板料外層受到拉伸變長(zhǎng),內(nèi)層受到壓縮變短,只有中性層的長(zhǎng)度不變,在理論上中性層的長(zhǎng)度就等于料長(zhǎng)。而實(shí)際上同樣厚度的板料,由于材質(zhì)和硬度的不同,在折彎時(shí)硬度大的材料拉伸變形較小,中性層就靠外;硬度小的材料拉伸變形大,中性層就靠?jī)?nèi),所以在計(jì)算展開料長(zhǎng)時(shí)就需要折彎系數(shù)來補(bǔ)正。

        除了板料材質(zhì)以外,板料的厚度、折彎的角度以及模具形狀等都對(duì)折彎系數(shù)有影響。由于受到上述多種因素的影響,折彎系數(shù)的計(jì)算比較困難。目前主要采用PRO/E等三維軟件計(jì)算板料的折彎因子,其與折彎系數(shù)相一致。

        下面詳細(xì)介紹如何利用PRO/E三維軟件計(jì)算板料的折彎因子。各參數(shù)如圖1所示。

        圖1 板料折彎系數(shù)計(jì)算各相關(guān)參數(shù)示意

        中性層系數(shù)K=δ/T,Y=K×(π/2),折彎區(qū)長(zhǎng)度L=(πR+2YT)θ/180,經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a=L-2T。K={a-2T+2(R+T)tan〔(180-θ)×π/360〕}×180/〔(180-θ)πT〕-R/T。當(dāng)θ=90°時(shí),K=(2R+a)×180/(πTθ)-R/T。展開長(zhǎng)度L=L1+L2+π(R+KT)(180-θ)/180-2(T+R)tan〔(180-θ)π/360〕。其中L1、L2為配件折彎尺寸,R為配件彎曲內(nèi)圓半徑,T為板材厚度。

        2. 彎曲件孔邊距離

        預(yù)先加工好孔的毛坯料,在彎曲時(shí)如果孔位于彎曲變形區(qū)內(nèi),那么孔的形狀在折彎后會(huì)拉伸變形,同時(shí)也會(huì)影響折彎后配件尺寸。為了避免孔位分布在折彎變形區(qū)內(nèi),一般應(yīng)保證孔邊距離b(折彎后外邊至孔邊的最近距離)≥3倍板厚。對(duì)于平行于彎曲線的橢圓形孔,為保證折彎精度和防止孔位變形,孔邊距離一般應(yīng)≥4倍板厚。

        如果孔位必須分布在變形區(qū)內(nèi),則為了保證精度,一般采用先加工小孔,待折彎后再擴(kuò)孔的方法達(dá)到要求,也可在折彎位置沖工藝孔或缺口來轉(zhuǎn)移變形區(qū)。

        3. 彎曲件直邊高度

        對(duì)于90°彎曲,為便于成形,工件直角邊高度h≥2t(t為板厚)。如果設(shè)計(jì)需要彎曲件的直邊高度h<2t,則首先要加大彎邊高度,待彎曲成形后再加工到所需要的尺寸;或者在彎曲變形區(qū)內(nèi)加工淺槽后再折彎。

        對(duì)彎曲側(cè)邊帶有斜角的彎曲件,即彎曲變形區(qū)域在斜線上時(shí),由于斜線末端直線高度低,彎曲后工件會(huì)發(fā)生變形,因此彎曲側(cè)邊的最小高度應(yīng)滿足h>2t,否則應(yīng)增加彎曲件直邊高度或改變零件結(jié)構(gòu)。

        4. 彎曲件的彎曲方向

        確定彎曲方向時(shí),應(yīng)盡量使毛坯的沖裁斷裂帶處于彎曲件的內(nèi)側(cè),避免斷裂帶內(nèi)的微裂紋在外側(cè)拉應(yīng)力的作用下擴(kuò)展成裂口。如果受零件結(jié)構(gòu)限制,必須正反面兩個(gè)方向折彎時(shí),則應(yīng)盡量加大彎曲半徑或采用其他工藝措施。

        板料的各向異性對(duì)彎曲變形也有一定影響,特別是對(duì)塑性較差的材料,在許可情況下,應(yīng)盡量使工件的彎曲線與板料纖維方向垂直,否則當(dāng)彎曲線與纖維方向平行時(shí),彎曲件外側(cè)易形成裂紋。如果必須多方向彎曲時(shí),則應(yīng)使彎曲線與纖維方向成一定角度。

        5. 彎曲件的回彈

        彎曲件的回彈是指板料的塑性變形使彎曲件離開模具后,發(fā)生形狀與尺寸改變的現(xiàn)象。回彈的程度通常用彎曲后工件的實(shí)際彎曲角與模具彎曲角的差值即回彈角的大小來表示。

        影響回彈的因素包括材料的力學(xué)性能、相對(duì)彎曲半徑、工件形狀、模具間隙及彎曲時(shí)的壓力等。由于影響回彈的因素較多,理論分析計(jì)算復(fù)雜,一般來講,折彎件的內(nèi)圓角半徑與板厚之比越大,回彈就越大。彎曲件的回彈,目前主要是通過模具生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)模具時(shí),采取一定的措施來減小回彈,比如下模預(yù)留回彈角,采用88°或86°的V形角度等,或折彎時(shí)增加校正壓力來解決。

        6. 鈑金折彎模具上模的選擇

        (1)上模類型的選擇 選用何種上模是由工件的形狀決定的,因?yàn)檎蹚澾^程模具與工件之間不得干涉,例如在U形折彎時(shí),應(yīng)根據(jù)三邊尺寸比例選擇合適的上模。通常情況如果底邊尺寸大于或等于另外兩條直角邊,可選框用上模;若底邊小于其他兩邊,應(yīng)選用鵝頸上模。為防止折彎時(shí)零件與模具干涉,造成零件變形或報(bào)廢,可利用AMADA折彎?rùn)C(jī)床顯示屏對(duì)此配件進(jìn)行模擬折彎,以檢測(cè)模具是否適合該配件折彎成形。

        (2)上模圓角半徑R的選擇 工件的外圓角半徑主要由下模的V形槽寬度決定,而上模的圓角半徑R也有一定的影響。上模的圓角半徑R一般取與板厚相同或略小一些,在折硬鋁等塑性較差的零件時(shí),為防止斷裂或產(chǎn)生裂紋,應(yīng)選擇圓角半徑和V形槽尺寸較大的上下模,同時(shí)在配件折彎線兩端設(shè)計(jì)止裂槽。

        (3)上模尖端角度的選擇 除了90°上模外,在折回彈量大的SUS不銹鋼板、鋁板或中厚板時(shí),按照材料回彈的大小可選擇86°、88°上模,同時(shí)應(yīng)選擇相同角度的下模與其相配。

        7. 鈑金折彎模具下模的選擇

        (1)下模V形槽寬度的選擇 V形槽寬度的選擇主要是根據(jù)板厚,V形槽寬度越大,所需折彎壓力越小,一般情況下,較薄板料常取V=6t,其中V為下模V形槽寬度;t為板厚。普通下模V形槽寬度與板厚的選定見表1。

        表1 普通下模V形槽寬度與板厚的選定

        另外,還要考慮零件折彎尺寸。當(dāng)尺寸較小時(shí),若下模V形槽寬度較大,折彎時(shí)板料頂端無法與V形槽兩肩同時(shí)接觸受力,會(huì)滑入V形槽中,導(dǎo)致無法成形。

        (2)下模形狀的選擇 下模一般分為單槽下模和雙槽下模。單槽下模使用靈活方便,雙槽下模穩(wěn)定性較好,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來決定適用的下模。另外還有一些特殊形狀的下模,例如段差模、壓邊拍平模以及折圓弧的彈性橡膠下模等。

        (3)下模的V形槽角度V形槽按照角度分為直角下模和銳角下模,銳角下模常用的角度是30°和45°,直角下模常用的角度有88°和90°,標(biāo)準(zhǔn)下模角度為88°,其選擇是根據(jù)材料的性質(zhì)以及回彈量來確定的。當(dāng)材料抗拉強(qiáng)度較大以及回彈量較大時(shí),例如不銹鋼或者較薄的板料,應(yīng)選用88°下模;普通低碳鋼和銅等較軟的材料可選用90°下模。

        影響回彈的因素分析如下。

        1)與材料性質(zhì)有關(guān)。在模具相同和材料厚度相同的條件下,回彈量大小比較為:SUS>Al>SPCC。

        2)在模具相同和材料相同條件下,薄板回彈量>厚板回彈量。

        3)相同材質(zhì)折彎內(nèi)圓弧半徑R較大者,回彈量大。

        4)折彎壓力越大,回彈量越小。

        8. 關(guān)于偏置折彎

        在可行的情況下,工件應(yīng)盡可能在機(jī)器中軸線對(duì)稱放置進(jìn)行折彎,這樣操作比工件偏置折彎精度更高,而且可以避免由于偏載對(duì)機(jī)器的不利影響,如果確須偏置折彎,建議折彎噸位不超過總噸位的30%。

        9. 折彎常見問題及解決措施

        (1)折彎尺寸不符合圖樣要求 原因分析及解決措施見表2。

        表2 折彎尺寸不符合圖樣要求的原因分析及解決措施

        (2)折彎角度過大或過小 原因分析及解決措施見表3。

        表3 折彎角度過大或過小的原因分析及解決措施

        (3)折彎角度不一致 原因分析及解決措施見表4。

        表4 折彎角度不一致的原因分析及解決措施

        (4)折彎尺寸不一致 原因分析及解決措施見表5。

        表5 折彎尺寸不一致的原因分析及解決措施

        (5)零件加工中發(fā)生干涉,折彎成形不能全部完成 原因分析及解決措施見表6。

        表6 零件加工中發(fā)生干涉的原因分析及解決措施

        (6)板料彎角處有裂紋 原因分析及解決措施見表7。

        表7 板料彎角處有裂紋的原因分析及解決措施

        10. 結(jié)語

        本文主要從折彎工藝的角度對(duì)鈑金折彎過程及相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行了分析,著重對(duì)板料折彎過程中如何計(jì)算展開尺寸和折彎補(bǔ)償值,如何合理選擇模具、確定折彎力大小及折彎過程出現(xiàn)的常見問題給出了一定的解答,具有一定的借鑒意義。

        專家點(diǎn)評(píng)

        本文對(duì)鈑金折彎過程中影響精度的客觀因素和工藝參數(shù)進(jìn)行分析,重點(diǎn)闡述了折彎常見問題及解決措施。在計(jì)算板材展開尺寸和折彎補(bǔ)償值,以及確定折彎力大小方面發(fā)表了自己的經(jīng)驗(yàn)和看法。

        文章結(jié)構(gòu)合理,實(shí)用性強(qiáng),針對(duì)多樣化鈑金件折彎成形中存在的問題進(jìn)行深入研究,提出合理的解決方案,并以此總結(jié)經(jīng)驗(yàn),具有很好的指導(dǎo)作用。

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