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锻压/冲压/轧制设备 |
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简述压铁工件冲压工艺及模具 |
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作者： |
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P62(N)棚车车顶采用内装竹胶板方案时，有压铁工件(图1)，材质是厚3mm的Q235—A冷轧或热轧钢板。 
图1
压铁工件冲压工艺属拉深成型，具有内凸台和外筒壁两次拉深。采用等截面积法计算工件展开尺寸，即假设从毛坯到加工成成品后材料厚度保持不变，由于工件是对称的，所以将其按中间层简化成图2所示模型。
图2
将模型分成A、B、C、D、E五部分，其中A、E为直线段，B、C、D为圆弧段。
1工艺分析
1.1Q235—A钢的机械性能
Q235—A钢的抗拉强度σb=432～461MPa,屈服强度σs=253MPa,延伸率21～25。首先延伸率较小，其次屈服强度比较大(235÷461=0.55),同拉深性能好的08钢相比(延伸率32，屈服强度比为0.38)这两个参数明显较差，说明Q235—A钢的拉深性能不好。
1.2对零件的冲压工艺分析
毛坯的相对厚度100(t/D0)=2.22，材料厚度t=3mm；毛坯直径D0=135mm。查手册可知：一次拉深系数m1=0.48～0.50，二次拉深系数m2=0.75～0.80，拉深的相对高度h/d=0.42～0.51。
此零件可以有三种冲压工艺：第一落料→拉深外筒壁→拉深内凸台；第二落料→拉深内凸台→拉深外筒壁；第三落料→内外一次拉深；
第一种工艺方案：m1=106÷135=0.785，与手册中给出的m1=0.48相比大得多：m2=60.286÷106=0.568，与手册中给出的m2=0.75相比又小了，不符合拉深规律，所以第一种工艺不可取。
第二种工艺方案：工件的中间工艺图形见图3。
图3
m1=60.286÷135=0.44,h=15mm,df=128.91mm,h/df=15÷128.91=0.23。
从拉深系数和拉深相对高度两个参数分析可知：
m1=0.44小于极限拉深系数0.48，超 出允许拉深范围。h/df=0.23小于极限相对拉深高度0.42许多，远没有达到允许的极限高度。以上两个参数反映出此工艺方案介于成功和失败之间。
80年代我厂由于没能很好地分析此工件的工艺性，加之受设备情况限制，我厂小型压力机只有100t单动油压机，如在此设备上一次完成多工序加工，那么模具势必极为复杂，所以采用了这个方案。其结果是不但工艺落后，需三套模具加工此工件(落料模、一次拉深模、二次拉深模)，而且废品率较高(达到30%左右)。
第三种工艺方案：外筒壁和内凸台拉深方向是相反的，内外拉深同时进行时在工件材料内部产生的内应力也是相反的，应力互相抵消后能增加材料的变形能力。内外拉深同时进行还不存在一拉后加工硬化增加二拉难度的现象。两次拉深在一套模具上完成，节省了一套模具。所以我采用这种方案，将我厂原工艺进行了改进，设计出一套集落料和两次拉深为一体的模具。此套模具在我厂已使用很长时间，生产效率及加工件精度都比以往有很大提高。
2模具
2.1模具结构(图4)
原料是Q235—A条形料(冷、热轧钢不限)尺寸为3mm×145mm×2000mm。使用设备是100t单动四柱压力机。
图4
1.上模板2.导向装置3.座板4.落料凸模及压型凹模5.聚胺脂
6.压型凸模7.卸料板8.卸料板座9.下模板10.落料凹模
11.压盖12.顶杆13.弹簧14.压型凸凹模15.托料圈
模具结构为复合模具，同时完成落料、拉深外筒壁、拉深内凸台三道工序。由于上模和下模采用弹性元件卸料，废料边用刚性卸料板卸料，所以模具较复杂。带来的好处是可以用简单的设备完成复杂加工。效率提高了两倍以上；没有二次定位，加工件精度显著提高，废品率由工序模具加工的30%下降到5%以下。
2.2工作过程
具体可分为五个过程(图5a、b、c、d、e)。在长条料上冲下直径为135mm的圆形料，然后在落料凸模及压型凹模4作用下在落料凹模10内向下行走2mm，接触压型凸凹模14。落料凸模及压型凹模4继续下行6mm，外筒壁被拉深6mm，这时压型凸模6接触到被加工件，聚胺脂件5有初压力0.2t通过压型凸模6施压到被加工件上。落料凸模及压型凹模4继续下行12mm，压力随聚胺脂件5压缩量的增加，从0.2t增加到1.2t。在这个过程中，随着外筒壁被拉深高度的不断增加使变形不断加剧，被加工件内部径向压应力也不断增加，不利于成型。聚胺脂件5施加的力正好使径向压应力有所减小。
图5
落料凸模及压型凹模4继续下行15mm，这时压型凸模6已与件1刚性接触，内凸台拉深开始。这个过程内外拉深同时进行。
拉深完成后压型凸模6在聚胺脂件5的作用下将被加工件从落料凸模及压型凹模4中打出，落到托料圈15上后被条形料推出模具。条形料是被刚性卸料板从落料凸模及压型凹模4上卸下的。
3结语
以上简单介绍了圆形压铁工件的工艺及模具结构。阐述了反向拉深力对被加工件成型的好处，在圆形压铁模具设计中仅将推料力作为反向拉深力，如果工件位深深度再大些，可能采取将反向压力适当加大的办法解决。
作者单位：陈雄大（齐齐哈尔市中华东路，齐齐哈尔铁路车辆(集体)有限责任公司冷工艺处161002）
参考文献：
［1］李硕本.冲压工艺学.北京：机械工业出版社，1982.
［2］张志禄，谷维中主编.耐候钢冲压加工技术手册.北京：中国铁道出版社，1993.(end)
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(11/27/2005) |
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