于秀媛 白宇 張志華 來源:《機械工程師》
如圖 1 所示,半弧飯金件是我公司某產(chǎn)品上的零件,采用高弧度 616 鋼制成,由于結構需要,要求在 3 mm 厚的 616 鋼板上彎制成 1 / 4 個圓弧形狀,整個零件呈弧形底的半 U 型結構。形狀的特殊性給工件彎曲和模具設計造成了一定的困難。
1 工件原來加工情況
通常不對稱件的彎曲,首先要考慮到工件彎曲時會產(chǎn)生不對稱的側向力,因此在模具設計中需設法克服工件彎曲中出現(xiàn)的偏移,一般是通過在模具上設置壓料裝置,利用定位或防偏移結構來克服工件彎曲時可能出現(xiàn)的料走位。
考慮到該種材料的屈服強度及抗拉強度等與變形抗力有關的數(shù)值較大,回彈也較大,為此根據(jù)工件的結構,設計了如圖 2 所示帶校正功能的模具結構。整套模具置于壓力機上加工。首先,頂料桿 3 在壓機彈性緩沖器的作用下,將壓料板 4 頂起至與彎曲凹模 1 右端面平齊,工作時,將坯料置于凹模面上,壓機滑塊下移,彎曲凸模 2 與壓料板 4 共同將坯料壓緊,隨著壓機滑塊的緩緩下移,彎曲凸模么彎曲凹模 1 和壓料板 4 逐漸將板料壓彎成型。
為克服工件由于單邊彎曲形成的側向力而造成的板料滑移問題,在模具結構設計時特意使彎曲凹模 1 的左端比右端高出 smm ,坯料定位于彎曲凹模 1 左端面,由于在坯料彎制前,壓料板 4 便被頂料桿 3 頂起至與彎曲凹模 1 右端平齊,從而使板料在定位、彎曲、校形等全過程中,均能受到彎曲凸模 2 及壓料板 4 的壓緊力和彎曲凹模 1 左端面有利的阻礙作用,有效地防止了工件的彎曲走位。盡管實施了壓邊,工件在側向力作用下的偏移得到了控制,但由于是 1 / 4 的圓弧彎曲,彎曲中心角不大,變形區(qū)域也小,使圓弧位置難以控制,加之角度回彈的影響,使工件不能滿足形狀要求,還需利用全形樣板依靠人工校正來保證圓弧精度。為保證 1 / 4 個圓弧形狀的特殊要求,工藝中只能采用給圓弧預留加工量,校正后再機加工去除的方法。
由于工件強度高,校正困難,造成工人操作強度大,又由于增加了機械加工等工序,使生產(chǎn)效率降低,產(chǎn)品成本升高。
2 工藝改進
分析工件難以直接得到理想形狀的原因,主要是彎曲過程中,由于材料延伸率的不確定使變形中性層難以控制,造成展開長度的計算不準確;相對彎曲半徑 R / t = 30 / 3 = 10 較大,板料的變形程度小,在板料中性層兩側的純彈性變形區(qū)以及塑性變形區(qū)總變形中的彈性變形比例小,形成材料的尺寸及角度回彈。
為改善加工條件,必須構建新型工件結構,考慮到 U 型件的回彈受其兩邊材料的相互牽制,決定改進加工工藝方案為:利用兩件合成一個完整的 U 型件,中部以直邊相連,在完成彎形后再沖切成兩個工件如圖 3 所示)。
3 模具的改進
在充分分析新構建的工件結構的基礎上,為提高生產(chǎn)效率,保證工件形狀要求,同時降低生產(chǎn)成本及操作人的勞動強度,設計了一種彎曲切斷復合模。模具結構如圖 4 所示,整套模具仍置于壓力機上加工,模柄 7 安裝于壓力機模柄孔中,頂料桿 10 在壓機彈性緩沖器作用下將卸料塊 5 頂至與彎曲凹模 3 平齊,工作時,坯料置于模具適當位置,沖床滑塊開始下移,彎曲凸模 4 首先與板料接觸,在彎曲凸模東彎曲凹模 3 及卸料塊 5 的共同作用下開始彎曲坯料,隨著沖床滑塊的下移,切斷凸模 6 也開始與即將彎好形的半成品接觸,于是彎曲凸模 4 一邊對工件彎形校正,一邊與切斷凸模 6 共同作用,將板料切成兩件,完成工件的加工。
隨著滑塊的上移,裝于壓機模柄孔中的打料桿 8 與壓力機中的打料橫桿相撞,卸料力經(jīng)打料桿 8 傳于卸料桿 9 ,由卸料桿 9 將沖切的廢料推出彎曲凸模 4 的型腔,與此同時,加工好的工件通過卸料塊 5 作用也被頂出彎曲凹模 3 的型腔,完成整個工件的加工,模具轉入下一個工作循環(huán)。
由于模具工作的后續(xù)階段為彎曲及切斷復合,為保證彎曲的精度,應合理安排切斷的時機,使切斷凸模 6 在工件即將完成彎曲時才開始接觸坯料。因此應控制切斷凸模 6 高度,使其僅比閉合后的卸料塊 5 底端高出 4mm , 從而既保證了沖切的工件精度又避免了影響彎形精度。
彎曲凸模 4 既是彎形的凸模又是工件切斷的凹模,故其外形與彎曲凹模 3 的型腔應保證單面彎曲間隙 3 . 0 - 3 . 1 mm ,其內(nèi)腔與切斷凸模 6 選用小間隙,保證單面沖切間隙 0 . 15 ~ 0 . 18mm ,而其內(nèi)腔與卸料桿 9 的間隙保證為 0 . 1 ~ 0 . 2 mm ,以保證彎形及切料準確、卸料可靠。
4 結語
改進設計后的彎曲切斷復合模,經(jīng)制造、試模,生產(chǎn)的工件一次性符合圖紙要求。已生產(chǎn)工件數(shù)萬件,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,模具工作可靠。