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精密儀器

國內(nèi)外精沖先進(jìn)技術(shù)分析與探討


為了實(shí)現(xiàn)精沖必須保證材料在精沖過程中始終是塑性變形,精沖技術(shù)中無論是工藝力的配置、模具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的選取、材料的性能和球化處理以及工藝潤滑劑的應(yīng)用等,都集中圍繞著一個(gè)核心問題——保證塑性變形過程的順利進(jìn)行,阻止材料在精沖過程完成前產(chǎn)生撕裂(抑制撕裂)。

目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣的精沖技術(shù)是強(qiáng)力壓邊精沖,其變形機(jī)理是使材料處于三向壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性剪切,獲得光潔沖裁斷面。雖然有的精沖生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)出一些新的精沖工藝方法,但上述變形機(jī)理卻沒有根本改變。

本文介紹的幾種精沖工藝,依然是基于塑性變形原理,只是針對(duì)不同的零件特征,通過對(duì)模具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)做適當(dāng)改進(jìn),相應(yīng)采取各種不同的保持材料塑性變形的精沖方法。

無齒輪優(yōu)化間隙精沖工藝

無齒圈優(yōu)化間隙精沖(或稱平面壓邊精沖)是類似于強(qiáng)力壓邊精沖的一種精沖工藝,美國EBWay公司開發(fā)的擠出精沖(Gripflow stamping)和德國Wanzke公司開發(fā)的集成精沖(Integral fineblanking)均屬于無齒圈優(yōu)化間隙精沖,這兩個(gè)公司都具有專用的精沖壓力機(jī)并大批量生產(chǎn)精沖件。

無齒圈優(yōu)化間隙精沖技術(shù)是基于強(qiáng)力壓邊精沖、小間隙、圓角刃口沖裁工藝等技術(shù)而提出的,主要通過優(yōu)化凸、凹模間隙及刃口圓角等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)在板料變形區(qū)建立靜水壓力,從而實(shí)現(xiàn)精沖。

無齒圈優(yōu)化間隙精沖與強(qiáng)力壓邊精沖相比,在工藝、模具和設(shè)備方面有很多相似之處

主要區(qū)別是:

01


壓邊圈上沒有V形齒,為平面形狀,沖裁開始前和沖裁過程中平面壓邊圈均壓緊材料,保持材料和沖裁方向垂直。

02

沖裁間隙取值和強(qiáng)力壓邊精沖不同。

優(yōu)化間隙精沖有兩層含義,其一是指針對(duì)不同性能的材料選用不同的間隙;其二是同一個(gè)精沖零件上,針對(duì)不同部位的要求選取不同的間隙(不允許撕裂部位用更小的間隙)。

優(yōu)化間隙精沖的特點(diǎn):

01

能夠降低精沖模具的維修頻率及難度。

02

能提高精沖模具壽命。

03

能節(jié)省精沖原材料,提高材料利用率。

應(yīng)用實(shí)例

 上圖是汽車座椅鎖塊零件,材料:45鋼,厚度:4mm。采用了無齒圈優(yōu)化間隙精沖技術(shù),加工出來的產(chǎn)品剪切面良好,滿足使用要求。

傳統(tǒng)的強(qiáng)力壓邊精沖,模具間隙沿零件外廓整個(gè)周邊通常是一樣的,如大家常說的間隙0.03mm,即指模具的單邊間隙是0.03mm且沿周均勻。沿周均勻的模具間隙是強(qiáng)力壓邊精沖所必須保證的,否則間隙大的一側(cè)容易產(chǎn)生撕裂。優(yōu)化間隙精沖并不是單純地讓間隙集中在一側(cè),而是根據(jù)零件允許的撕裂部位以及零件上容易產(chǎn)生的撕裂部位進(jìn)行間隙優(yōu)化、凹模圓角優(yōu)化。以圖1座椅鎖塊零件為例,如下圖所示,標(biāo)記輪廓處間隙:0.02 mm,凹模圓角半徑R0.5;其余處間隙:0.04mm,凹模圓角半徑R0.2。標(biāo)記輪廓處不允許有撕裂,但又是容易撕裂的部位,那么可在此處選擇更小的間隙,較大的凹模圓角半徑,而其余輪廓正好相反。由于采取了以上技術(shù)措施,壓板則可以不帶齒圈,壓邊力也可以適當(dāng)降低。對(duì)于某些要求四周全光亮帶的零件,仍然可以進(jìn)行間隙優(yōu)化及凹模圓角半徑優(yōu)化,而使壓板不帶齒圈。

閉擠式精沖工藝

閉擠式精沖工藝方法的原理是通過在變形的過程中,使坯料始終被限制在有限的模具型腔內(nèi),造成變形區(qū)出現(xiàn)比強(qiáng)力壓邊精沖更強(qiáng)的三向壓應(yīng)力,提高變形區(qū)材料的塑形,以達(dá)到精沖低塑性材料和厚板的目的。

外環(huán)填充率對(duì)剪切面光潔比例的影響:

材料在主凹模與副凹模的擠壓下,沿徑向向外流動(dòng),填充主副凹模所形成的外環(huán)腔。外環(huán)填充率指成形結(jié)束后,外環(huán)廢料體積與外環(huán)腔體積之比,用來反映材料在主副凹模擠壓下材料變形程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖(材料:硬鋁YL12板材,厚度:13mm)所示。

半閉擠式精彩工藝

半閉擠式精沖是在強(qiáng)力壓邊精沖方式的基礎(chǔ)上,通過對(duì)壓邊齒圈的形狀、位置以及凹模刃口結(jié)構(gòu)的改進(jìn),使變形區(qū)材料受到更大的三向壓應(yīng)力,以利于厚板零件的精沖成形。由于這種工藝方法是先將變形區(qū)材料強(qiáng)制轉(zhuǎn)移到壓邊圈與凹模之間所形成的半封閉空間,然后進(jìn)行精沖,因之稱之為半閉擠式精沖。


模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)力壓邊精沖的區(qū)別:

(1)壓邊圈的齒圈與零件外形緊鄰,斷面為梯形,類似于對(duì)象凹模;

(2)凹模刃口內(nèi)凹。

精沖變形過程:在壓邊圈、反頂桿、凸凹模與凹模的作用下,板料先被鐓擠錯(cuò)位,當(dāng)壓邊力與反頂力超過設(shè)備壓邊缸設(shè)定壓力時(shí),凸凹模相對(duì)于壓邊圈下行,在凸模、凹模的共同作用下,完成內(nèi)孔與外形精沖過程。應(yīng)用實(shí)例:紡織機(jī)械零件——花板輪

套排精沖工藝

在以往的精沖技術(shù)應(yīng)用過程中,通常是在一付模具上制出一個(gè)零件,有時(shí)也出于提高生產(chǎn)率或材料利用率考慮,在一付模具上制出多個(gè)形狀相同或不同的小零件,各個(gè)件之間留有一定的搭邊距離,這種做法很平常也沒有多少技術(shù)難度。但是,汽車用零件的設(shè)計(jì)形式多樣,下圖所示為離合器上的一對(duì)盤轂/外盤轂零件,他們都是典型的精沖件,分別精沖成形無任何技術(shù)問題。

但仔細(xì)研究它們之間的尺寸關(guān)系發(fā)現(xiàn),內(nèi)盤轂的外形尺寸恰巧與外盤轂的內(nèi)形尺寸基本一致(去除三個(gè)多余的扇形廢料后),如果能采用一種新工藝,在一塊毛坯材料上同時(shí)做出這一對(duì)零件,那么材料利用率將提高近一倍(約節(jié)省一公斤),從而大大降低生產(chǎn)成本。下圖兩對(duì)零件也屬于這種情況。

工藝分析(以增壓轉(zhuǎn)子/擋圈為例)

(材料:40Cr  厚度:3.5mm),增壓轉(zhuǎn)子的外徑為φ23.8mm,與擋圈內(nèi)徑之差只有為1mm。采取的工藝方案如下圖所示。


第一工步,沖中心孔,該孔還作為以后各工步的定位孔。

第二工步,沖增壓轉(zhuǎn)子上的5個(gè)孔。

第三工步,增壓轉(zhuǎn)子落料,此時(shí),增壓轉(zhuǎn)子加工完成。

第四工步,整修擋圈內(nèi)孔,同時(shí)落料。

前三個(gè)工步都是針對(duì)內(nèi)件——增壓轉(zhuǎn)子成形,利用傳統(tǒng)的精沖方法即可。第四工步類似于沖孔—落料復(fù)合成形,但由于內(nèi)型幾乎沒有搭邊,保證剪切面光潔度比較困難。根據(jù)在材料變形區(qū)建立起三向壓應(yīng)力就能實(shí)現(xiàn)精沖的基本原理,通過模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),充分利用1mm寬的搭邊,實(shí)踐證明可以獲得光潔沖裁面。優(yōu)化設(shè)計(jì)的模具局部結(jié)構(gòu)如下圖所示。

第四步擋圈內(nèi)孔的成形方法,實(shí)際上是修邊量較大的整修工序,可以預(yù)見,這種工藝方法也能夠用于外形整修。大家如果遇到此類情況,可以進(jìn)一步深入研究。

往復(fù)成形精沖工藝

往復(fù)成形精沖是在吸取了強(qiáng)力壓邊精沖、對(duì)向凹模精沖、振動(dòng)修邊和往復(fù)沖裁四種工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上構(gòu)思的一種精密成形新工藝。

往復(fù)成形精沖模具的工作部分由二個(gè)凹模和二個(gè)凸模組成,一個(gè)凹模固定,另一個(gè)凹模和二個(gè)凸模的成形力應(yīng)能單獨(dú)調(diào)節(jié),并可按預(yù)定的程序動(dòng)作施壓。

這種工藝目前已經(jīng)過試驗(yàn),并獲得了厚度達(dá)12mm的35鋼試樣。存在的問題是設(shè)備動(dòng)作復(fù)雜,零件剪切面容易造成輕微拉傷。

如想了解更多細(xì)節(jié),可參考資料

“縱向級(jí)進(jìn)”復(fù)合成形精沖技術(shù)

在同一工位完成復(fù)合成形,可提高精沖件尺寸精度和穩(wěn)定性,但往往在模具結(jié)構(gòu)和材料的塑性變形上受到限制。上圖所示的零件,如果采用2個(gè)工位的級(jí)進(jìn)模進(jìn)行精沖,則對(duì)定位精度要求很高。如采用“縱向級(jí)進(jìn)”的復(fù)合成形,產(chǎn)品精度非常容易保證。所謂“縱向級(jí)進(jìn)”的復(fù)合成形,即在同一工位的上下模具內(nèi)部采用雙重甚至三重的復(fù)合 模結(jié)構(gòu),并通過設(shè)有輔助油壓獨(dú)立控制的精沖機(jī)來實(shí)現(xiàn)單工位多重復(fù)合成形。如同閉塞鍛造,將上下各個(gè)凸凹模的動(dòng)作及材料的流動(dòng)控制在最佳狀態(tài)。

國內(nèi)外精沖技術(shù)應(yīng)用水平概況


參考文獻(xiàn):

[1] 鄧明等.基于物理試驗(yàn)的閉擠式精沖工藝研究.鍛壓技術(shù),2010

[2] 朱玉生等. 轉(zhuǎn)子-擋圈精密套沖成形新工藝及數(shù)值模擬.鍛壓技術(shù),2006

[3] 涂光祺編著. 精沖技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2005.10;

[4] 林一雄,譚建平.日本精沖加工的最新情況.鍛造與沖壓,2005


趙彥啟   研究員、碩導(dǎo)

北京機(jī)電所副總工程師

中機(jī)精沖科技(福建)有限公司總經(jīng)理  

作者簡介鏈接:http://www.brimet.ac.cn/CN/jobzinfo.aspx?nid=361

中機(jī)精沖官方網(wǎng)站:http://www.cmfb.com.cn/

文章來源:百度文庫

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