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复杂抛物形零件翻边工艺分析及模具设计 |
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作者：湖南大学衡阳分校 陶卫民 钱书棍 |
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摘要：详述了在不完全封闭壳体内翻边成形的工艺分析和模具结构。
关键词：不封闭壳体翻边工艺分析模具结构
一、引言
图1所示零件，材料为08F，料厚为0.75mm，公差为I TI 3。原来成形的方法是：先将两折冷冲压部分成形，再焊接成图1所示形状。现采用不需焊接的冷压成形法进行成形。冷压成形有3种途径：
一是冷冲压拉延折弯的方法；二是旋压法；三是拉延与旋压结合法。纯粹用冷压成形，在折弯顶部形状时，很难用模具实现；用旋压的方法成形是没有问题，但效率低，也不可取；采用旋压与拉延相结合成形法，拉延成形抛物面形，顶部折叠采用旋压成形，是一个比较适合的方案，因此采用第3种方案。其工艺路线为：拉延成形一修边一旋压折边一冲孔翻边一攻丝，即完成零件制作。下面对该件的翻边成形工艺分析及模具设计介绍如下。
1.确定小孔翻边是否需要冲预制孔
该件料厚为0.75mm属薄壁零件，由于要用自攻螺纹连接，为增加连接螺纹扣数才需要翻边的。是否要制预制孔，也没有统一的标准，根据有的企业的内部标准厚度为0.8mm，自改螺纹可以不翻边。该件料厚为0.75mm，十分接近0.8mm，且螺纹直径为M3，翻边后肯定会远大于0.8mm。因此，对于翻边高度不作要求。M3螺纹底孔直径为 ，属小孔翻边，不要冲预制孔。如果冲预制孔，翻边竖边高度会整齐些。但冲孔凸模直径很小，对冲孔和翻边都会带来很多麻烦。
小凸模冲裁，特别是翻边定位问题，可以讲几乎难于解决。如果不冲预制孔，可以保证翻边高度而且定位不成问题，操作也十分方便；但翻边竖边可能会高度不一致，且对有的材料会有裂纹现象存在，根据08F钢材料的机械性能分析，其强度极限与流动极限对比，产生裂纹的可能性不太大，且根据已有的经验，除竖边高度不一致外，可能会有裂纹痕迹，但并不影响伸用.因此决定不冲预制孔。
2 翻边力的计算
翻边力为：
此时预制孔的直径为0，σs=200MPa。则
F=1.1×3.14×200×0.75×2.4=1243(N)
该处的翻边是大间隙翻边，且是无预制孔翻边。翻边变形是先刺穿钢板，然后再翻边；刺穿钢板力不大。当大间隙翻边时，可降低30%-35%的翻边力，则翻边力为810-830N。实际翻边力还小于该值。此为结构设计的依据。
三、模具结构和动作原理
1.模具结构
模具结构如图2(左图为装配图，中图和右图为件5、6、17等装配时的局部放大图)所示；上模推杆(件14)结构如图3所示。
1.模框2.下模框3.上模压块4.支承螺栓5.弹簧挡板6.凹模滑块7.螺母8.圆螺母9.凸模橡胶10.固定板11.凸槟
12.上模板13.上模推杆橡胶14.上模推杆15.退(压)料螺杆16.压板17.凹模滑块导向块18.弹簧19.弹簧轴20.匹
模滑块支承块21.中间压料块22.退料杆23.下模板
2.模具动作过程
先将修边后成形的毛坯放入下模框，手工将压板推向毛坯，使毛坯放平，同时也可检验毛坯是否放平，上模推杆组件和凸模下降，当凸模还未接触手坏前.卜椎杆继续下行.带动凹模滑块组件3、20、21等压住被加工毛坯，再继续往下行时，凹模滑块垂直方向不再运动，上模推杆继续下行，带4凹模滑块径向向外运动到达最大位置，并对毛坯端面起支承作用。当翻边凸模接触坯料并且翻边，此时的上模推杆则不能下行，上模推杆压缩上模推杆橡胶相对上模板作向上运动。当翻边完成后，凸模上行，当凸模完全离开毛坯后，上模推杆在橡胶力的作用下，上模推杆与固定板端面接触，机床继续上行时，上模推杆上移6.75mm，凹模滑块在弹簧的作用下同样移动6.75mm距离回复到初始状态产品可以退出(此时，上模推杆斜面仍与凹模滑块斜面接触，并是凹模滑块行程终止位置)。上模推杆继续上行，带动凹模滑块上行。当上模推杆及组件完全离开毛坯后，转动压板、顶料机构将毛坯顶出完成产品的制作。冲下一个零件前，顶料机构回到原始位置，重复上一次循环。
3.移动凹模镶块尺寸的计算
毛坯端面入口尺寸为φ76.5mm，凹模滑块收拢尺寸为75.5 mm较为合适，径向外扩的最大尺寸为94mm，则移动的最大距离为：(94mm-75.5mm)/2=9.25mm，翻边孔中心距为85.5mm，翻底孔为q)2.4mm，故85.5mm+2.4mm-87.9mm≈88mm稍微扩大点为89mm。可使凹模滑块移动距离大于孔的边缘，满足翻边要求尺寸。其移动距离为：(89mm-75.5mm)/2-6.75 mm。上模推杆角度为45°，当凹模滑块向外运动时，其两凹模滑块边的距离为：(6.75mm×0.707mm)×2=9.54mm。
4.设计说明
(1)为了使翻边力不全部作用在滑块导向块上，故在推杆中部增加一圆螺母，将滑块压住，使翻边力作用在圆螺母的端面，这样不会影响运动和间隙，使工件翻边工序平稳进行。圆螺母为M52×1.5，宽度为11.5mm(非标准件)。
(2)固定板与上模推杆采用H7/h6间隙配合，且导向部分稍长点，避免上模推杆摆动，滑板导向块的间隙也要调整为H7/ h6间隙配合并要磨光，以减少摩擦。
(3)工件经过修边和旋压成形后，内边还可能有毛刺，为使凹模滑块向外伸时，能顺利插入工件下端面，凹模滑块外缘处要有倒角，并且要求凹模滑块与工件下端面留有0.03mm左右的间隙，以利于滑块能运载顺畅。由于间隙很小，故也不会影响翻边的效果。
(4)前面计算出凹模滑块间距离为9.5mm，翻边后竖边的外径为3.9mm，从以上的数据可知，此时旷冲孔翻边与平时用凹模翻边时情况不一样，没有凹模使翻边竖边成形，而只是靠凸模下行时成形，为了仗竖边成形，凸模直径可稍为大一点，使用设备为油压机在成形时稍微停顿一下以便竖边形状稳定。
(5)在冲孔翻边时，8mm折边处会受力而使竖边变形，但此时翻边凸模处有压缩橡胶作用在竖边处起到加强竖边的作用，使其不变形。
(6)该种方法生产冲孔翻边后的产品，比不上有完整凹模成形的精度，但能满足使用要求，端面圆角稍大，但不影响使用，用自攻螺丝联接后，端面能密合。该工艺与一般冲压相比效率虽然低些，们仍不失为一种高扮率的工艺。(end)
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(7/1/2005) |
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