于位靈,王 浩,黃鑫山,李 亞
(上海工程技術(shù)大學高等職業(yè)技術(shù)學院 上海市高級技工學校,上海200437)
在實際生產(chǎn)中,有些需要先剪開再彎曲的制件,其垂直于剪開線方向的尺寸就會大于原始尺寸很多,尤其是剪開部分寬度比較窄時,從而導致因尺寸的超差而得到不合格制件。本文旨在研究造成該尺寸變化的成因理論,通過設(shè)計一系列實驗進行驗證,并尋求控制此尺寸的有效措施,達到解決此類生產(chǎn)缺陷的目的。
在剪開板料時,剪開處形成了兩個斷面,如圖1所示。分析沖裁變形過程,落料時,落料件輪廓尺寸取決于凹模刃口尺寸;沖孔時,孔輪廓尺寸取決于凸模刃口尺寸。圖1所示剪開面Ⅱ為沖孔性質(zhì),由凸模產(chǎn)生,故與剪開凸模刃口共面;而剪開面Ⅲ為落料性質(zhì),由凹模產(chǎn)生,故與剪開凹模共面[1~3]。
圖1 剪開件中的剪開面
在普通沖裁時,凸模與凹模之間存在一定的沖裁間隙。那么剪開面Ⅱ與面Ⅰ之間的距離和剪開面Ⅲ與面Ⅰ之間距離不是等值,也就是剪開面Ⅲ投影在剪開面Ⅱ上相互交錯重疊,重疊值理論上分析為單邊沖裁間隙。故在剪開后,剪開面Ⅲ不可能再回到與剪開面Ⅱ重合的位置,而是向外側(cè)有所偏離,這是因為沖裁變形時凸模和凹模對板料存在側(cè)壓力。由于不是切斷,所以剪開根部限制了剪開面Ⅲ的偏離,從而出現(xiàn)了以一定角度向外偏移[4~5]。
剪開后的彎曲工序,如圖2所示。由于彎曲的變形區(qū)在剪開根部部位,部分剪開材料需要返回原處,剪開面Ⅰ和剪開面Ⅱ交錯重疊部分相互擠壓,所以彎曲后的制件雙腳外移。沖裁間隙值的大小對移動的量起到了決定作用,沖裁間隙越小,偏移量越小。如果做到?jīng)_裁間隙為零值,那么偏移量理論上應該近乎為零。
圖2 彎曲件中的剪開面
為了保證沖裁時材料偏移對實驗結(jié)果的影響,故把實驗制件設(shè)計成軸對稱形,并且考慮實驗制件的可靠定位,實驗制件毛坯如圖3所示,材料為Q235,料厚為1.5mm,剪開彎曲后如圖4所示。確定剪開凸模刃口斜度為20°,通過計算彎曲件毛坯中性層展開尺寸[6~7],那么毛坯剪開后尺寸如圖5所示。
圖3 毛坯
圖4 彎曲件
圖5 剪開件
考慮到節(jié)約成本,本實驗毛坯采用線切割備料,而不再開落料模,只需設(shè)計一副剪開模和一副彎曲模。按照模具圖紙要求進行加工、裝配和試模[8~12]。
(1)實驗準備。
a.準備好記號筆。
b.準備好至少50個毛坯割片,進行編號。
c.所有割片進行L1-0和L2-0兩個尺寸(見圖6)的測量,尺寸數(shù)值記錄下來。
圖6 毛坯待測尺寸
d.剪開模和彎曲模各一副。
e.游標卡尺,百分表等。
(2)剪開實驗。
分別在兩臺壓力機上分別安裝好剪開模和彎曲模,剪開、彎曲同時試沖,以確定剪開段長度,然后按照實驗要求進行剪開和彎曲實驗。剪開件待測尺寸如圖7所示。
圖7 剪開件待測尺寸
測量圖7中所示尺寸,并記錄。注意比較L1-1和L1-0,L2-1也可測量一下,記錄數(shù)據(jù)并填入表1中。
表1 小沖裁間隙 mm
(3)彎曲實驗。
彎曲后測量L1-2、L3-2(見圖8),并記錄。
圖8 彎曲件待測尺寸
(4)大沖裁間隙實驗。
增大沖裁間隙,重復上述過程,記錄數(shù)據(jù)并填入表2中。
表2 大沖裁間隙 mm
從實驗數(shù)據(jù)看,剪開后根部確有變大,越接近剪開頭部,變大越多;待彎曲后,由于剪開部分強行擠回,使得頭部分開更多;間隙越大,尺寸變大越多。
根據(jù)研究結(jié)果,現(xiàn)提出兩種剪開、彎曲制件缺陷解決措施,以供生產(chǎn)實際借鑒。
一是在剪開工序時,應當減小凸、凹模之間的間隙值。
二是在確定剪開、彎曲毛坯相關(guān)尺寸刃口尺寸時,應取在制件尺寸公差的最小值。這樣經(jīng)過剪開、彎曲后的制件相關(guān)尺寸雖然略有變大,但是尺寸在制件公差要求的范圍內(nèi)。
以上兩種解決措施同時使用,可以達到最佳的效果。