何登亞,朱亨榮,胡成武
(湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖南株洲 412008)
圖1 所示的防撞梁固定板是車(chē)輛的防撞梁系統(tǒng)中用來(lái)連接汽車(chē)車(chē)身并為防撞梁系統(tǒng)中的其它組件提供安裝位置的制件。防撞梁系統(tǒng)發(fā)揮作用時(shí),要依靠固定在防撞梁固定板的主梁、吸能盒等部件共同作用,在車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí),起到緩沖和吸收能量。根據(jù)其技術(shù)要求和生產(chǎn)批量,成形此類(lèi)制件一般采用多工位級(jí)進(jìn)模,模具設(shè)計(jì)關(guān)鍵為排樣設(shè)計(jì)、彎曲方式、成形機(jī)構(gòu)和模具總體結(jié)構(gòu)。
該制件為金屬?zèng)_壓件,材料為DC05,抗拉強(qiáng)度好,韌性高,材料厚度為5mm,年生產(chǎn)量為10萬(wàn)件。
(1)制件的展開(kāi)計(jì)算。UG進(jìn)行一步式展開(kāi),借助制件的三維模型生成片體,分析其一步展開(kāi)成形的可行性、進(jìn)行網(wǎng)格劃分并分析計(jì)算,得到圖2的制件展開(kāi)圖。
(2)刃口的分布。從形狀外形上進(jìn)行分析,該制件沖壓工藝較為復(fù)雜,制件上有4個(gè)圓孔和3處彎曲,且上端部分形狀復(fù)雜,因此外形的沖裁需要分步局部沖裁進(jìn)行。同時(shí)應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計(jì)空工位,避免凸模之間的干涉,并提升模具強(qiáng)度。
(3)彎曲部分成形方法。對(duì)于彎曲部分的分析,制件的沖孔尺寸較大,最小彎曲半徑、彎曲直邊高度等參數(shù)經(jīng)過(guò)校核,發(fā)現(xiàn)均滿(mǎn)足要求。本制件上端存在彎曲,且制件不對(duì)稱(chēng),成形過(guò)程中應(yīng)注意上彎成形部位凸模與下半部不成形部位接觸順序,借助卸料板壓料,使得上彎成形凸模和卸料板同時(shí)接觸制件上表面,考慮到彎曲回彈和制件精度的問(wèn)題,在彎曲工位后添加整形工位,以保證制件質(zhì)量。
制件排樣設(shè)計(jì)需要綜合考慮制件形狀、沖壓工序特點(diǎn)和材料利用率等特點(diǎn),確定條料尺寸和步距。利用UG軟件的分析和測(cè)量功能,對(duì)面進(jìn)行分析測(cè)算,得到其展開(kāi)面積為30,145mm2,選取合適的搭邊值。該制件含有的成形工序:沖裁、彎曲、校平。級(jí)進(jìn)模排樣設(shè)計(jì)遵循原則為,沖裁導(dǎo)正孔、壓型、沖型孔、沖裁制件外形、彎曲成形、校平和切斷載體等。排樣圖如圖3所示。
工序①?zèng)_裁導(dǎo)正孔;工序②空工位,留出凸模安裝位置;工序③、④、⑤沖裁制件的局部外形,留下之后要進(jìn)行側(cè)邊彎曲和上端彎曲的部分,端部余料切除完整,留下單側(cè)載體;工序⑥單邊載體進(jìn)行扣邊彎曲,用來(lái)保證料帶的送進(jìn);工序⑦空工位;工序⑧右側(cè)邊預(yù)彎和左側(cè)假折;工序⑨空工位;工序⑩長(zhǎng)邊完成90°彎折;工序?為空工位;工序?制件上端彎曲;工序?為空工位;工序?沖裁上端余料;工序?完成小腳處向下彎折;工序?校平整形工序;工序?空工位;工序?沖裁4個(gè)型孔;工序?空工位;工序?單邊載體切除。采用直排單排排樣,便于模具設(shè)計(jì),同時(shí),也便于選取條料規(guī)格,總共20 個(gè)工位,由于制件端部存在彎曲,因此,采用單邊載體,同時(shí)在單邊載體上沖裁導(dǎo)正孔,輔助制件定位及導(dǎo)向??展の坏脑O(shè)計(jì)可以提高模具強(qiáng)度,為凸模安裝提供位置。同時(shí),載體扣邊彎折的設(shè)計(jì)可以防止端部向上彎曲制件的偏移。整形工序的添加可以保證制件精度。利用UG軟件,得到其材料利用率為77.14%。條料寬為542mm,步距為101mm。
級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)不僅需要進(jìn)行工作制件的設(shè)計(jì),還需要進(jìn)行定位制件、卸料制件和導(dǎo)向制件等輔助設(shè)計(jì),才能保證沖壓過(guò)程順利進(jìn)行。
確定了排樣方案之后,通過(guò)借助UG軟件,對(duì)沖裁刃口總周長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算,材料抗拉強(qiáng)度取270MPa,計(jì)算出所需要的沖裁力為12118.624kN,并分別計(jì)算出使得毛坯彎曲的力和卸料以及抬料需要的彈力。由于本制件存在多個(gè)方向上的彎曲,采用將向上彎曲部分的凸模借助螺釘緊固,銷(xiāo)釘定位的形式安裝在彈性卸料板上,借助卸料板和上模座之間的彈壓力來(lái)確保向上彎曲部分的成形。通過(guò)UG模擬,發(fā)現(xiàn)如果將上彎曲成形凸模裝在凸模固定板上時(shí)是無(wú)法成形的,軟件模擬安裝在卸料板上時(shí),可以確保成形。模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。
導(dǎo)正孔與制件上的圓孔采用臺(tái)肩式的普通標(biāo)準(zhǔn)型凸模(JB/T5826-2008)進(jìn)行設(shè)計(jì)。工序?中,對(duì)小腳部分彎曲的凸模也采用臺(tái)肩結(jié)構(gòu)。其余外形沖裁凸模采用直通式異形凸模的形式進(jìn)行設(shè)計(jì),采用螺釘進(jìn)行固定,沖裁凹模采用整板式,分幾塊板,簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu),凸、凹模材料選用GCr15,硬度58~62HRC。由于采用單邊載體,因此,在單側(cè)載體沖導(dǎo)正孔,保證條料的導(dǎo)正。制件料厚為5mm,考慮到條料的重量,發(fā)現(xiàn)借助浮料銷(xiāo)無(wú)法進(jìn)行浮料,而且制件端部存在彎曲結(jié)構(gòu),故而無(wú)法采用浮料銷(xiāo)的結(jié)構(gòu),采用氮?dú)鈴椈蛇M(jìn)行抬料。送料前,托料板2托料,導(dǎo)料尺1進(jìn)行粗導(dǎo)向,氮?dú)鈴椈?0將條料頂起一定的高度后,自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)將條料向前送進(jìn)。之后借助導(dǎo)正銷(xiāo)進(jìn)行精定位,同時(shí)為了保證導(dǎo)向精度,在卸料板和上模座之間設(shè)置了小導(dǎo)柱,保證其導(dǎo)向。
卸料部分采用彈性卸料,借助彈性卸料板,在卸料板上加裝墊板固定彎曲凸模,借助氮?dú)鈴椈傻膹棄毫?,?lái)實(shí)現(xiàn)制件上端彎曲部分的成形。氮?dú)鈴椈傻囊?guī)格選擇,根據(jù)彎曲部分的成形力進(jìn)行計(jì)算選取,同時(shí)其行程需要考慮上彎凸模所需要完成成形需要的行程。
根據(jù)排樣方案的工序選擇,先進(jìn)行工序8 的兩端彎曲,左邊為假折用來(lái)平衡右邊彎曲的彎曲力,彎曲后由氮?dú)鈴椈身敵觯WC條料的抬起和送進(jìn)。同時(shí),為了控制合模行程,安裝了限位塊58,通過(guò)螺釘緊固。
上彎曲成形部分如圖4C-C 所示,將上彎成形凸模安裝在彈性卸料板上,由卸料板和上模座之間的氮?dú)鈴椈商峁棄毫?,將板料進(jìn)行彎曲,同時(shí)卸料板和上模座之間安裝獨(dú)立內(nèi)導(dǎo)柱保證卸料板工作時(shí)的導(dǎo)向。校平所需壓力較大,故而將凸模安裝在上模座上。
模具下行時(shí),卸料板與安裝在卸料板上的彎曲凸模一同接觸條料,卸料板可以起到壓料的作用,壓緊條料,不斷下行的過(guò)程中,上彎成形凸模壓彎條料,氮?dú)鈴椈蓧嚎s,其它位置的凸模繼續(xù)下行,完成沖裁和校形工序。之后上模上升,借助卸料螺釘,帶動(dòng)卸料板上行,氮?dú)鈴椈苫貜?fù),頂料機(jī)構(gòu)頂料,自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)將料帶送進(jìn),繼續(xù)沖壓工作。
通過(guò)對(duì)防撞梁固定板的工藝分析,確定了成形方案。所設(shè)計(jì)的級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,解決了對(duì)于存在不同方向彎曲的制件,彎曲部分成形質(zhì)量難以保證的問(wèn)題。在彎曲部位成形時(shí),應(yīng)確保先行導(dǎo)正并完成壓料之后最后進(jìn)行成形,此設(shè)計(jì)可為多個(gè)方向彎曲成形的模具設(shè)計(jì)提供參考。