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        不銹鋼燈罩雙向拉伸級進(jìn)模設(shè)計(jì)*

        2022-01-25 03:39:32鄒澤昌謝宇玲
        模具制造 2021年12期
        關(guān)鍵詞:進(jìn)模工步下模

        鄒澤昌,謝宇玲

        (福建船政交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械與智能制造學(xué)院,福建福州 350007)

        1 引言

        2 制件結(jié)構(gòu)分析

        圖1所示的燈罩俯視圖呈圓形,材料為304不銹鋼,尺寸為?98×23mm,側(cè)面為圓弧曲面,半徑為R30mm,料厚為0.5mm,中間呈圓筒形,尺寸為?70×18mm,底部圓弧半徑為R2mm,在圓筒形底部有兩個(gè)不規(guī)則的通孔。

        圖1 燈罩結(jié)構(gòu)

        由于制件上的兩個(gè)圓角半徑較小,其中圓筒形底部的圓角半徑為R2mm,口部的圓角半徑為R3mm,這兩個(gè)圓角需要多次拉伸成形,其中R2mm的圓角半徑應(yīng)分3次拉伸,R3mm的圓角半徑應(yīng)分兩次拉伸,否則材料會拉裂。圓筒形底部有兩個(gè)孔,兩個(gè)孔邊緣之間的距離較小,僅為1.5mm,需要分兩次才能沖出圓筒底部的兩個(gè)孔。因此,按照單沖壓工藝的生產(chǎn)流程,應(yīng)由①落料、②拉伸Ⅰ、③拉伸Ⅱ、④拉伸Ⅲ、⑤成形Ⅰ、⑥成形Ⅱ、⑦沖孔Ⅰ、⑧沖孔Ⅱ、⑨整形等至少9道沖壓工序才能沖出制件。生產(chǎn)的流程比較多,效率較低,無法批量生產(chǎn)。如果改由多工位級進(jìn)模沖壓該制件,將大幅度提高生產(chǎn)效率。

        燈罩屬于外觀件,材料為304不銹鋼,表面不允許有由沖壓產(chǎn)生的拉傷、皺紋等不良現(xiàn)象。由于304不銹鋼的硬度高,在拉伸時(shí)容易起皺。為了生產(chǎn)合格的制件,防止表面起皺紋,需要在拉伸、成形工序中采用壓邊圈。為了提高材料的利用率,應(yīng)適當(dāng)減小級進(jìn)模步距。步距減少后,導(dǎo)致成形工序中的壓邊圈尺寸也會相應(yīng)減小。壓邊圈尺寸減小后,將會導(dǎo)致壓邊力減少,使成形時(shí)制件表面容易產(chǎn)生皺紋。為了解決這個(gè)問題,在成形模的凹模上安裝大功率氮?dú)鈴椈?,加大對壓邊圈的壓力,以此彌補(bǔ)由減少壓邊圈尺寸造成的壓邊力的損失,消除制件表面的皺紋。

        3 沖壓工藝分析

        沖壓燈罩的級進(jìn)模主要由沖裁、正向拉伸、反向成形和沖孔等工序組成,共分為13個(gè)工步,排樣圖如圖2所示。

        圖2 排樣圖

        該多工序級進(jìn)模的排樣圖分析如下:

        (1)工步①:沖孔+沖裁月牙槽。該工步的主要目的是在料帶的兩側(cè)沖壓出4個(gè)月牙槽以及兩個(gè)導(dǎo)正孔。月牙槽的作用是將用于拉伸的材料與料帶分開,以便于拉伸時(shí)避免料帶變形。導(dǎo)正孔的主要作用是定位,防止料帶偏離預(yù)定的方向。在級進(jìn)模沖壓結(jié)束時(shí),月牙槽和導(dǎo)正孔將隨廢料一起流入廢料收集框中。

        (2)工步②:沖裁。此工步是在月牙槽的基礎(chǔ)上再次對料帶進(jìn)行沖裁,使月牙槽的兩端僅有兩條窄料與料帶相連,其目的是防止拉伸時(shí)料帶變形。工步②的凸、凹模如圖3的陰影所示。由于工步①與工步②沖裁后的間隙非常小,凸、凹模位置基本重合,因此工步①與工步②不能合并成一個(gè)工序,必須分成兩個(gè)工步。

        截至2018年6月末,廣西企業(yè)貸款余額14535.76億元,同比增長11%,增速同比回落2.7個(gè)百分點(diǎn),比各項(xiàng)貸款增速低2.25個(gè)百分點(diǎn);企業(yè)貸款余額占各項(xiàng)貸款余額57.97%,占比比2013年下降3.35個(gè)百分點(diǎn)。2018年上半年企業(yè)貸款新增982.51億元,同比少增337.06億元,占各項(xiàng)貸款增量的53.7%,占比同比下降34.35個(gè)百分點(diǎn)。

        圖3 沖裁凸、凹模與月牙槽的位置關(guān)系

        (3)工步③:空步。因?yàn)楣げ舰艿耐?、凹模尺寸較大,為了不影響模板的強(qiáng)度,必須將工步③設(shè)為空步。

        (4)工步④:切料。將用于拉伸的材料進(jìn)一步與料帶切開,使其僅剩4個(gè)寬度較窄的位置與條料相連,切料的目的是在拉伸時(shí)防止料帶變形。在工步④中,凸、凹模反裝,將凸模裝在下模,凹模裝在上模,凸、凹模結(jié)構(gòu)如圖4a所示,其中凹模鑲件分為兩塊。當(dāng)上、下模分開時(shí),切開后的材料在離開凹模時(shí),將會在凹模中形成真空而不能及時(shí)脫離凹模。為了將切開后的材料及時(shí)頂出,在下模中設(shè)置了10根直徑為?6mm的頂桿,在彈簧的作用下,頂桿可以將切開后的材料從凹模中頂出來。

        圖4 切料工序模凸、凹模結(jié)構(gòu)a——俯視圖 b——A-A剖視圖1.凹模鑲塊 2.凸模 3.頂桿 4.上模座 5.上模墊板6.凸模固定板 7.止擋板 8.卸料板 9.凸模 10.凹模11.頂桿 12.下模墊板 13.彈簧 14.下模座

        從圖4a中可以看出,切料工序模的形狀并不是一個(gè)整圓,右、左兩邊各有一段直線,這種結(jié)構(gòu)是為了減少工步之間的距離,有利于提高原材料的利用率,降低浪費(fèi)。根據(jù)制造同類模具的經(jīng)驗(yàn)以及通過試制模具試模后的結(jié)果,將該級進(jìn)模的步距設(shè)為135mm。

        將切料工序模的凸模設(shè)計(jì)成直身,用螺栓直接固定在上模座上,而不是用沉頭固定。當(dāng)需要修模、改模時(shí),從上模座上松開螺栓后,直接將凸模取出即可,而不需要將整副上模拆開才能取出凸模。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在修模、改模時(shí),拆裝模具零件比較方便。

        (5)工步⑤:拉伸Ⅰ。在拉伸Ⅰ工序模中采用反向結(jié)構(gòu),即將凸模裝在下模,凹模裝在上模。在凸、凹模的拉伸作用下,將切開后的材料拉伸出直徑為?70mm,深度為18mm的圓筒形。當(dāng)拉伸完成后,在上模提升時(shí),為了防止在凸模端面與拉伸后的材料之間形成真空,在凸模的中心設(shè)計(jì)直徑為?20mm的進(jìn)氣孔,以便于空氣從進(jìn)氣孔中填充到材料與凸模之間的間隙中。為了便于拉伸后的材料與下模分開,在下模設(shè)計(jì)了8支直徑為?8mm的頂桿,用頂出方式將拉伸后的材料與下模頂開,拉伸工序模如圖5所示。

        圖5 拉伸工序模凸、凹模結(jié)構(gòu)1.頂桿 2.凸模 3.凸模固定板 4.上模座 5.上模墊板6.螺栓 7.凹模 8.下模墊板 9.下模座 10.彈簧

        因?yàn)閳A筒形底部的圓角半徑為R2mm,該半徑值標(biāo)注在圓筒形的外表面,該制件的料厚為0.5mm,則凸模的圓角為R1.5mm,不能一次性拉伸成形,否則材料會開裂,需分多次拉伸才能拉伸出圓筒形底部的圓角(R2mm),在這個(gè)工序中,所拉伸的圓角半徑為R3mm。

        (6)工步⑥:拉伸Ⅱ。結(jié)構(gòu)與拉伸Ⅰ類似,在拉伸Ⅰ圓角的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步拉伸圓筒形底部的圓角半徑,在這個(gè)工序中,所拉伸的圓角半徑為R2.5mm。

        (7)工步⑦:拉伸Ⅲ。結(jié)構(gòu)與拉伸Ⅰ類似,在拉伸Ⅱ的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步拉伸圓筒形底部的圓角半徑,在這個(gè)工序中,所拉伸的圓角半徑為R2mm。

        (8)工步⑧:成形Ⅰ。在成形Ⅰ工序模中,將凸模設(shè)在上模,凹模設(shè)在下模。當(dāng)上、下模合攏時(shí),利用凸、凹模的擠壓力,將材料擠壓成形至制件要求的形狀,制件頂部的圓角由凸模成形。

        因?yàn)橹萍媳砻娴膱A角半徑為R3mm,該半徑值標(biāo)注在圓筒形的外表面,該制件的料厚為0.5mm,則凸模的圓角為R2.5mm。為了圓角處材料不開裂,分兩次拉伸制件上表面的圓角(R3mm),在這個(gè)工序中,所拉伸的圓角半徑為R3.5mm。成形Ⅰ工序模結(jié)構(gòu)如圖6所示。

        圖6 成形Ⅰ工序模結(jié)構(gòu)示意圖1.上模座 2.上模墊板 3.凸模固定板 4.成形凸模5.定位柱 6.凹模 7.氮?dú)鈴椈?8.下模墊板 9.下模座

        為了防止制件中間已拉伸的圓筒變形,按照圓筒形的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成定位柱,在成形時(shí)起定位作用。由于壓邊圈尺寸較小,為了防止成形時(shí)制件表面產(chǎn)生皺紋,在凹模的底部安裝氮?dú)鈴椈?,由氮?dú)鈴椈山o凹模施加壓力。為了防止在脫模時(shí)形成真空,在下模開設(shè)排氣孔。

        (9)工步⑨:成形Ⅱ。其模具結(jié)構(gòu)與成形Ⅰ相同,在成形Ⅰ的基礎(chǔ)上,再次對制件進(jìn)行成形,有兩個(gè)方面的作用:第一個(gè)作用是將制件上的圓角拉伸至R3mm,第二個(gè)作用是通過表面擴(kuò)張消除第一次成形時(shí)制件表面產(chǎn)生皺紋。為了增加反向成形Ⅱ的壓力的,在凹模底部同樣需要安裝氮?dú)鈴椈伞?/p>

        (10)工步⑩~工步○1:沖孔。在制件的中間位置有兩個(gè)孔,其邊緣的距離僅為1.5mm,需要分兩個(gè)工序才能沖出兩個(gè)孔,即先沖其中一個(gè)孔,再沖另一個(gè)孔。

        (11)工步○12:落料。按落料模的結(jié)構(gòu),將制件與料帶分開,同時(shí)將制件的輪廓修理整齊。制件沿夾具從模具中滑出,自動流入到成品收集框中。

        (12)工步○13:切斷。切斷模安裝在級進(jìn)模的尾部,利用切斷模,將料帶切斷,廢料沿夾具從模具中滑出,自動流入到廢品收集框中。

        4 級進(jìn)模結(jié)構(gòu)

        燈罩多工位級進(jìn)模選用四導(dǎo)柱模架,如圖7所示。各工位中裝有導(dǎo)正銷,沖壓前先行沖孔從而實(shí)現(xiàn)精確定位,提高沖壓精度。下模安裝了彈頂裝置,沖壓前可以同上模一起壓緊制件,沖壓后將工序件從下模中頂出,使其隨凸模上行,后由卸料板19卸下,使料帶留在下模。模具結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

        圖7 燈罩多工位級進(jìn)模結(jié)構(gòu)示意圖1.沖導(dǎo)正孔+沖月牙槽 2.沖裁工序模 3.空步 4.裁剪工序模 5.拉伸Ⅰ工序模 6.拉伸Ⅱ工序模 7.拉伸Ⅲ工序模 8.成形Ⅰ工序模 9.成形Ⅱ工序模 10.沖孔工序模Ⅰ 11.沖孔工序模Ⅱ 12.落料工序模 13.切斷工序模 14.上模腳 15.上模座16.上模墊板 17.上模固定板 18.止擋板 19.卸料板 20.料帶 21.凹模板 22.下模墊板 23.下模座 24.下模腳

        5 試模故障及其解決方案

        在試模過程中,發(fā)現(xiàn)制件起皺紋以及制件表面出現(xiàn)拉花現(xiàn)象,制件起皺的原因是成形時(shí)壓邊圈尺寸較小,導(dǎo)致壓邊力不夠,導(dǎo)致成形時(shí)容易起皺。制件表面出現(xiàn)拉花的原因是凸、凹模表面不夠光滑,從而導(dǎo)致拉伸制件表面留下明顯的劃痕。

        可以通過以下3種解決方案消除制件表面的皺紋:第一種解決方案是在成形時(shí)在壓邊圈的凸、凹模上安裝大功率的氮?dú)鈴椈?,加大壓邊力;第二種解決方案是將工步⑤~工步⑦的凸、凹模進(jìn)行鍍鈦處理處理,增加凸、凹模的耐磨性能與光潔度,防止凸、凹模刮花制件表面;第三種方案是將成形Ⅰ的凸、凹模尺寸適當(dāng)做小一些,通過成形Ⅱ的擴(kuò)張作用,消除成形Ⅰ在制件表面留下的皺紋。

        6 結(jié)論

        適當(dāng)減少級進(jìn)模的步距,可以減少原材料的浪費(fèi)。但是減少步距后,必將導(dǎo)致壓邊圈尺寸減小,在拉伸、成形時(shí),將會引起制件表面產(chǎn)生皺紋。為了消除制件表面的皺紋,在成形Ⅰ和成形Ⅱ的凹模采用氮?dú)鈴椈山Y(jié)構(gòu),增加壓邊力,以確保拉伸、成形時(shí)制件表面不會發(fā)生皺紋。另外,為了消除制件表面產(chǎn)生刮痕,對拉伸、成形工序模的凸、凹模進(jìn)行鍍鈦處理,提升模具凸、凹模的耐磨性和光滑性,使制件表面不會產(chǎn)生刮傷現(xiàn)象。

        經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明,該304不銹鋼燈罩的雙向拉伸級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,制件外觀無皺紋,無刮傷,滿足制件的外觀要求,原材料的利用率高,浪費(fèi)少,模具能滿足批量生產(chǎn)的要求。

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