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上板冲压工艺及模具设计改进
更新时间:2015/2/8 14:56:40


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  目录:文章针对上板的具体结构及原设计的拉延模,在对其成形特性进行分析的基础上,改进了原加工工艺及模具,通过模具结构的合理安排,实现了一模多用上板冲压工艺及模具设计改进

  摘要:针对上板的具体结构及原设计的拉延模,在对其成形特性进行分析的基础上,改进了原加工工艺及模具,通过模具结构的合理安排,实现了一模多用,从而,减少了模具数目,降低了生产成本,提高了生产效率,保证了产品质量。关键词:上板;冲压;工艺;模具;设计;改进

  如图1示上板是某批量生产的军用装甲车辆上的零件,采用2毫米厚616装甲钢制成,由于结构及功能上的需要,其板面需拉延出两个阶梯浅筒,同时在筒底要成形出多处加强筋,成形后的底面要求保证平面度为0.5毫米,以便与相应结构的下板组合后,能在其结合面间添加适当的复合材料,通过特殊处理后,达到既有抵抗枪弹冲击能力,同时又具有“三防”的功能。

图1 上板结构简图

  1工艺分析及原加工的不足

  该零件外形尺寸较大,二处拉延阶梯筒体直径分别为φ1100及φ600,拉延高度均仅为4毫米,属于浅拉延。

  根据工件高度h与最小直径d之比h/d及材料的相对厚度(t/D)×100、凸缘相对直径等参数,依照阶梯形件拉延次数的判断条件可知:该件可以一次拉延成功。考虑到零件外形尺寸较大,各筒体拉延高度仅为4毫米,约等于(1.5~2)t=3~4毫米,基本上属于局部成形,零件的成形难度不大,因此,模具设计成上、下模结构,通过直接压制而获得形状,由于模具结构较为简单,此处不再详述。

  模具设计、制造后,加工出的零件出现较大翘曲,导致平面度严重超差,为保证产品要求,需手工校正保证,由于所用616装甲钢既有良好的韧性又有较高的强度,加之料较薄,弹性大,使手工校正困难,而对零件中心孔φ350的加工,由于整个零件外形尺寸及加工孔的直径较大,使钻床难以装夹、无法加工,必须在大型立式车床或镗床上才能完成,这种机械加工方式不但造成了装夹的困难,而且生产效率也十分低下,费工费时,不利于批量生产及企业效益的提高。

  2原因分析

  针对零件平面度超差,结合零件结构分析后认为:几处拉延部位距外形边缘直边距离及板料中心孔的距离均不大,拉延时易引起边缘材料的部分转移,也易造成外形收缩的畸形,而多处不对称布置的各种成形筋的存在,一方面加重了板料各处受拉部位中的不均匀性,使整个板料所受拉应力不平衡,另一方面,又一定程度上加剧了拉延过程中,材料流通的不畅趋势,而在模具结构设计中,为降低模具成本,又没有采用压边及校正措施,从而未从模具结构上对板料的平整性进行控制,这一切最终导致了零件过大的不平整。

  3工艺方案改进

  为满足零件平面度要求,增加材料拉延时的流动性能显然是一种行之有效的方法,经过在坯料中部率先加工出φ200的预制孔,然后再成形出各阶梯筒及成形筋的试验表明:该工艺措施有助于零件平面度的较大改善,由于零件中心部位的筒底材料向筒壁发生了流动,使预制孔出现了严重变形。由此可见,采用在坯料中部先加工出φ200的预制孔后,再进行成形的工艺方案是可行的,对提高零件平面度是有效的,但板料中部的φ350孔仍需要成形后加工。考虑到该零件不便于机械加工,对中部孔宜采用压力加工,但零件外形大,模具外形也大,必将造成模具费用的增加,经分析零件结构,查阅资料后,决定:改进模具结构,使模具在完成拉延及成形后,通过适当的变化,实现零件的中部孔冲切及零件平面的校正,达到一模多用。

  4模具设计改进

  4.1改进后的模具结构

  针对加工上板出现的工艺难点,通过在拉伸上模1中部加装预冲孔凸凹模3,在拉延下模2中部适当位置加装与预冲孔凸凹模3相配的预冲孔凸模4后,原模具结构便被改进设计成上板拉延及冲中心孔两用模,图2为上板预冲孔及拉延状态结构简图。

  1拉延上模 2拉延下模 3预冲孔凸凹模 4预冲孔凸模 5聚氨酯块

图2 上板拉延模结构图

  4.2预冲孔及拉延工作原理

  改进后的模具仍置于Y28-450液压机上加工,工作过程分零件成形及卸料二阶段。首先,坯料置于拉延下模2上平面的适当位置,压力机下移,预冲孔凸凹模3内形与拉延下模2上与之相配合的预冲孔凸模4刃口接触,首先将坯料的预冲孔冲切出来,随着压机的缓缓下移,拉延上模1与拉延下模2共同作用,将预冲孔后的坯料拉延并成形出来,由于拉延与成形过程中,材料能从坯料的外缘及内孔较自由的流动,因而,零件的平整性得到了较好的保证。

  随着压力机滑块的上行,聚氨酯块5发生弹性回复,将成形好的坯料部分翘起,整个零件通过手工卸下。至此,整个卸料完成,压力机转入下一个工作循环。

  4.3冲中心孔工作原理

  当该批零件全部成形后,半成品转入冲中心孔工序,图3示为上板中心孔冲切及零件平面校正结构图。

  1拉延上模 2拉延下模 3预冲孔凸凹模 4预冲孔凸模 5固定螺钉 6垫块 7聚氨酯块

图3 上板中心孔冲切及平面校正结构图

  模具工作时,首先在预冲孔凸凹模3及上模板之间开设的缺口处安放垫块6,同时用固定螺钉5与上模板连接好,随后将成形好的半成品置于模具拉延下模2型腔中,随着压机滑块的下行,预冲孔凸凹模3外形与拉延下模2中与之相配合的拉延下模2中的刃口接触,将坯料中心孔冲切出来,随着压机的再次缓缓下移,拉延上模1与拉延下模2共同作用,对已拉延及成形后的零件进行校正,进一步控制并保证零件大平面的平面度要求。

  随着压力机滑块的上行,聚氨酯块7发生弹性回复,将冲切中心孔的废料推离型腔,整个零件卸料通过手工进行。至此,完成整个零件的加工。

  4.4设计要点

  (1)该套模具,既能完成坯料的拉延和成形,又可实现零件中心孔的加工和整个成形零件校正,其中预冲孔凸凹模3内孔是成形预冲孔的凹模,外形为冲切中部中心孔的凸模,它与拉延下模相应部位配合完成预冲孔及中部孔的冲切,保证单面间隙为0.11~0.15mm。

  (2)该套模具在进行零件中心孔加工时,必须先在预冲孔凸凹模3及上模板之间开设的缺口处安放垫块6,同时用螺钉5与上模板固定连接好,以防止垫块6在工作中移动。

  (3)考虑到模具外形大,拉延上模1、拉延下模2均采用分块结构,直接固定在相应的固定板上(结构简图中未表示),以节省材料费用。

  5结论

  上述工艺方案及模具改进完成后,零件一次试冲合格,生产的零件经检验,完全达到图纸要求。由于实现了一模两用,从而使一套模具能完成拉延及成形、冲孔两套模具的工作任务,既减少了模具数量,生产效率又得到了提高,操作人员工作条件得到改善,目前,模具工作正常,产品质量稳定。

  参考文献

  [1]冲模设计手册编写组编:冲模设计手册,北京,机械工业出版社,1988

  [2]吴诗??,冲压工艺学,西北工业大学出版社,1987


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