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简述压铁工件冲压工艺及模具
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压力机, 空气锤, 锻压机床, 单柱液压机, 四柱液压机, ...
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)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (11/27/2005)
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