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長條多孔厚板沖孔模
發表時間:2009-04-23 08:11:46; 來源:
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摘要：通過對沖模在剪板機上合理應用的分析、研究，成功地設計出了適用于長條多孔厚板沖壓加工的新工藝，詳細地介紹了沖孔模的結構、工作原理、參數計算和主要零件設計技術方法，這對于拓寬非沖壓設備的使用范圍具有重要意義。 關鍵詞：模具設計；厚板沖壓；剪板機 一、前言 圖1所示橫梁是某重型設備的重要零件，材料為A3鋼，數量較多。工藝技術分析表明：(1)橫梁外形簡單，材料屈服強度低，沖壓工藝性能好；(2)該零件的幾何特征是細長、孔多、料厚，在普通壓力機上只能采用單孔或多孔(≤3孔)沖模沖制，生產效率，尺寸精度不易保證，工藝經濟性很差；(3)剪板機、折板機等非沖壓設備工作平臺尺寸足夠(尤其是長度方向)，力量較大，探索和研究用其來完成長條多孔厚板零件的沖壓工作，對于挖掘設備使用潛力，提高工藝加工質量都具有重要意義。
二、模具結構與工作原理 1.模具結構 長條多孔厚板沖孔模如圖2所示。模具安裝調試前，需將剪板機下壓頭及附件拆去，在上刀架和工作平臺上加工出安裝螺釘孔。
長條多孔厚板沖孔模的工作原理是［1，2］：當模具處于上極限待工作位置時，可將毛坯條料(B＝800-0.5)從機床一側放置在凹模6上，并依靠導料側板4及定位銷(圖2中未示出，安裝在凹模6上)。模具工作時，上模隨剪板機上刀架下行，凸模3即可完成工件各孔的沖制工作，廢料從凹模孔中落下。最后，上模達下死點并隨上刀架開始向上運動，凸模3退出凹模6。同時，剛性卸料組件(即導料側板4)強迫卡在凸模3上的工件脫模。至此，橫梁沖壓工作完成。 三、參數計算 1.機床允許的最大沖裁力 迄今為止，國內出版的專業圖書，對沖裁力的計算都用P＝L.t.τ，有的加大30%的安全系數，演變成Pmax＝1.3Ltτ。實驗已經證明：當用平刃口普通全鋼沖裁模沖裁時，其最大沖裁力是發生在凸模擠入板料約1/3料厚處。凸、凹模刃口處材料應力超過材料屈服極限σs結束塑性變形，且應力值達到材料剪切強度τ時，在凸、凹模刃口處產生裂紋并剪斷分離。因此，產生最大Pmax的位置是在凸模擠入料厚1/3處，用P＝Ltτ公式計算不夠準確。推薦用Timmerbeil公式計算厚料(δ≥4mm)沖裁時的最大沖裁力［1］：
L――沖裁線長度，mm t――沖件厚度，mm t′――沖裁開始的最初階段，凸模擠入板料深度，mm τ――沖件抗剪強度極限，MPa 根據Timmerbeil介紹，(1-t/t)是一個與沖件材料屈強比1-t/t有關的系數，并可用Timmerbeil給出的諾謨圖求得1-t/t=0.66值，它們之間大致成1∶1線性關系(圖3)。
2.工件需要的最大沖裁力 如圖1所示，用A3鋼制作的橫梁，有σb＝470MPa、σs＝240MPa。因此，可將L＝π×20×38＝2386.4mm、t＝10mm、τ＝380MPa、1-t/t=0.66代入式(1)中，可得到工件最大沖裁力：P工max＝5985.091kN。 四、主要零件設計 1.凸模 厚板沖壓時，沖模工作零件即凸、凹模要承受更大的壓應力，尤其是非圓斷面凸模的尖角、凸耳、折線交點等處，接觸應力遠大于平均壓應力，顯著降低使用壽命。因此，必須采用高合金工具鋼來制作工作零件。沖孔凸模材料可推薦Cr12MoV鋼，熱處理硬度58～62HRC。為滿足P工max＜P機max，有兩種凸模結構形式可供選擇［3，4］： (1)斜刃口或波浪刀口凸模結構，可使常規平刃口的剛性面沖擊、線沖切變成點接觸的斜刃和圓弧刃剪切，有良好的減噪效果。一般要求斜刃高與波浪弧頂高取(1-2)t，最大應≤3t。實測這類沖模降噪2～13dB，降低沖裁力40%～80%。但由于橫梁沖孔直徑較小，高度過大，不僅制作困難，而且凸模受力不均易折斷，還會造成材料在受壓力作用時產生滑移，使工件產生翹曲、扭曲變形，影響工件質量，故較少采用。 (2)臺階式凸模結構(圖4)，具有降低沖裁力和消減噪聲的雙重效果。設計時，將凸模分成兩組，按模具橫向對稱間隔布置，可實現P工max′＝P工max/2＜P機max。最后我們決定采用此種臺階式凸模結構型式。
由于模具橫向尺寸較大，故應將凹模設計為組合件，即采用凹模套與凹模座組成。這樣既可以節約貴重材料，又能簡化加工工藝，易保證尺寸精度及使用要求，便于安裝與維修。凹模座可用45鋼制造，熱處理硬度28～32HRC；凹模套仍推薦采用Cr12MoV鋼，熱處理硬度58～62HRC。 五、結束語 (1)工藝試驗證明，長條多孔厚板沖孔模設計是成功的，具有使用價值及推廣意義，拓寬了非沖壓設備使用范圍。 (2)采用臺階式凸模結構，可以實現P工max′＜P機max，從而高效優質地完成橫梁的沖孔工作。 (3)因剪板機的最大封閉高度較小，因此，在保證使用方便、強度足夠的前提下，應盡量減小模具幾何尺寸。 |
