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厚板精冲工艺分析

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发表时间:2023-04-06 16:29

        在汽车、机械、仪器、仪表、电器等零上的小孔直径大多小于料厚,釆用普通冲裁无法完成这些小孔的加工。原来这类零件上的小孔,大多用机械加工制造,如钻、铰等,工序繁多,制造周期长,产品的质量难于控制,成品合格率低。

精冲技术改变了传统板料冲压工艺的毛坯生产性质,可以用板、条、带、卷料在专用精冲机上用带各种形状强力压料板的精冲模一模成形冲制出尺寸与形位精度高、冲切面光洁平整、可与切削加工件相媲美的。

近年来,板料的精密冲裁已扩展加工范围成为可以精冲深孔、沉孔、盲孔、压凸、压花、压印、镦挤、翻边……等精密冲裁与成形的复合加工,进行各种复杂板料冲压件的精密冲压技术。

在普通冲裁中,由于凸模与凹模之间有一定的间隙,使冲裁件冲切面成为层次分明而粗糙的斜面,如圆形件的落料和冲圆孔则都带有肉眼可见的锥度及明显的塌角与毛刺。落料件的大端尺寸等于凹模刃口尺寸;冲孔件的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。

测量冲裁件尺寸与使用冲裁件时,落料件是以大端尺寸为基准,而冲孔件则以小端尺寸为基准。如果冲裁件的冲切面用作配合面、基准面、联接面、运动面、装饰面……,有严格尺寸公差及形位精度要求,尤其平面度、垂直度、表面粗糙度要求时,特别是料厚t>3mm的中厚板及厚板料冲裁件,传统工艺就是由冲压供坯用切削加工完成。

自从F.Schiess发明的带V型齿圈强力压边精冲技术于1958年后逐步推广用于板料精密冲裁以来,高精度复杂形状,冲切面要求平直光洁的中厚板,厚板零件则可用该精冲法冲制,质量好、效率高,引起关注并争先研究推广。此后,便陆续有多种精冲方法在其他国家研试成功。

近年来,精冲工艺主要是强力齿圈压边的精冲工艺在国内仪器仪表、开关电器、汽车摩托车等机电产品生产中逐步得到推广,用于精冲t≤16mm厚的各种金属板料冲压件,取得了令人满意的效益。

在冲压工艺中,通常板料厚度≤1.0mm称为薄板;厚度在1.0~4.0mm称为中厚板;厚度≥4.0mm称为厚板。该零件料厚4.5mm,属于厚板范畴,采用常规冲压工艺生产,其剪断面上呈现不同断面的特征非常明显。



零件冲压工艺分析






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图2 剪口断面上的4个特征区间

在常规冲裁过程中,随着材料的逐渐分离,零件剪口处的材料存在3个变形阶段:弹性变形、塑性变形、撕裂变形;相应的在剪口断面上通常呈现4个特征区间:圆角带、光亮带、断裂带、毛刺带,如图2所示。因此采用常规冲裁间隙进行冲压时,不同料厚处的断面特征区各有特点。该零件原制造工艺方案为:冲压、去毛刺、机加工(铣、磨削),其中模具采用常规冲裁结构。常规模具制造简单,生产、维护方便,可进行厚板冲裁,但零件的断面质量很不稳定。
对模具结构进行改进,按大冲裁间隙(双边间隙按料厚的18%~20%取值)进行冲压,这样冲压设备所受载荷减轻,机床周围振动减弱。
采用大冲裁间隙模具,从零件厚度断面看,圆角带增大,占1/4左右;光亮带略有减少,占1/4~1/5;断裂带增大,占4/7~5/7,与料厚方向的夹角有较明显增大倾向;毛刺带比原来要小,可满足客户需求;零件冲裁后,只需对圆角带一面机加工至尺寸要求即可。从生产成本分析,由于机加工的便捷性及冲压环境的改善,模具产能较原来高10%~15%。
通过多次试验,发现零件剪断面上的圆角带与毛刺带,在一定的模具参数、材料强度下,与施加在上推板、下推板上的压力有密切关系。当凸凹模和凹模刃口处的压应力与材料剪切强度相匹配时,零件断面的圆角带很小,毛刺带也很小。
由于新工艺采用压力机与精冲模组合进行生产,不会因较大的金属冲击和能量积聚后突然释放而产生振动。在工作过程中,压力机将板料在上、下模之间压合时,有一个相对明显的能量成对积聚过程,由于小间隙精冲模与常规冲裁模在变形机理中存在较大差异,在材料分离的时间段内,能量成对增长与释放,直至板料完全成形。机床上、下液压缸的压力有一个渐变过程,所积聚的能量再释放时,会产生相对沉闷的振颤声,相比常规冲床冲压时产生的明显振动,生产操作人员更加适应。
在模具选材方面,由于凸模主要受压力与卸料力,选用Cr12MoV模具钢并热处理至56~58HRC;上、下推板与上、下推杆等主要受压力件选用碳素工具钢T10并热处理至51~53HRC;上、下安装板与上、下模板等结构件,选用45钢并热处理至28~32HRC;凸凹模垫板、凸模垫板选用Cr12并热处理至38~43HRC,凸模固定板选用Cr12,不作热处理。凸凹模、齿圈压板、凹模等模具零件,如选用SKD-11材料,受热处理等条件的影响,生产过程中会出现爆裂及崩口现象,根据其产量要求及受力复杂的特点,选用新型模具材料XW-5,并热处理至58~60HRC。经试验,XW-5综合性能优于SKD-11,符合精冲模的生产要求。

    关注几个高度差为保证深孔冲裁半精冲孔模达到预期的冲制效 果,模具组装、调整和维修模具时,应特别注意几个高度差。

1)V 形齿圏与齿圏压板的高度差h1,应 正好等于 V 形齿的高度(h1 =0.5 mm)。如果过 高,压板压不到工件;如果过低,V 形齿不能全部压 入材料。

2)凸模与 V 形齿圏的高度差h2,应为 聚氨酯弹性 体   压 缩 量 的 8% ~15% (h2 =2.5 mm),工件材料较硬、较薄时取较大值。如高度差 太小,预压力太小,不足以将 V 形齿圏压入工件材 料。

3)小导柱与 V 形齿圏的高度差h3,应能 保证小导柱3已进入凹模固定板开始导向后,V 形齿圏再压入工件

厚板型开卷矫平二合一YJML-H2.jpg


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