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精密儀器

托架沖壓工藝的分析和模具設(shè)計(jì)


原有工藝方案存在的問(wèn)題


該加長(zhǎng)托架是F2000駕駛室中的一種零件,原方案成形工藝為:下料一切邊沖孔(切端頭、沖4個(gè)大孔,底面3個(gè)小孔),一切邊沖孔壓彎(切邊,壓90°小邊、沖長(zhǎng)圓孔和2小孔)。
該制件在生產(chǎn)中一直存在以下質(zhì)量問(wèn)題:①壓彎角度超差,圖紙要求角度為90°,實(shí)測(cè)為92°~93°,甚至能達(dá)到94°~95°;②OP20工序切邊壓形后毛刺較多,必須打磨毛刺;③OP30工序壓成U形后兩邊高度不一致,相差最大超過(guò)2mm,造成兩側(cè)孔錯(cuò)位嚴(yán)重,U形開口尺寸為66mm,實(shí)測(cè)為70mm,對(duì)后續(xù)駕駛室左右縱梁總成的裝配質(zhì)量造成了影響。



由于存在以上問(wèn)題,

對(duì)該制件沖壓工藝進(jìn)行了分析

01

OP10工序分析

該工序主要為切邊沖孔,基本無(wú)問(wèn)題。

02

OP20工序分析

該工序主要包含切邊、沖孔、壓彎內(nèi)容,即在副模具中要同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)工序。機(jī)床滑塊下行時(shí),上模壓料板壓住坯料,滑塊繼續(xù)下行,制件開始成形,同時(shí)開始切邊、沖孔。

由于壓彎時(shí)存在一定的側(cè)向力,導(dǎo)致模具的壓力中心與機(jī)床的壓力中心不重合,在壓料力不足的情況下,制件發(fā)生了一定的滑動(dòng)現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致在模具下行切邊沖孔時(shí)凸、凹模之間的間隙發(fā)生變化,產(chǎn)生了毛刺,影響了凹模、凸凹模的壽命。

實(shí)際生產(chǎn)中,每生產(chǎn)1500件左右就需要維修一次,大約生產(chǎn)10000件左右就需要更換一次。此外,由于該壓彎模的凸模及凹模采用垂直結(jié)構(gòu),實(shí)際生產(chǎn)中壓彎角度約為93°。

03

OP30工序分析

在壓U形時(shí),一般要求托料塊與凹模之間的間隙為滑配,坯料是固定在托料塊上的。如果托料塊與凹模兩邊的間隙過(guò)大,則在沖壓過(guò)程中因模具中心與機(jī)床壓力中心不重合導(dǎo)致側(cè)向力生成,進(jìn)而導(dǎo)致在沖壓過(guò)程中坯料隨托料塊向間隙小的一側(cè)滑動(dòng),造成壓U形后兩邊高度不一致。此外,該工序模具采用彈簧托料,導(dǎo)致托料力不能調(diào)整,因此,制件壓形的開口尺寸只能通過(guò)更換彈簧調(diào)整。


通過(guò)以上分析,該制件的主要問(wèn)題存在于OP20工序、OP30工序。OP20工序產(chǎn)生的毛刺必須打磨,否則會(huì)降低生產(chǎn)效率;OP30工序因側(cè)向力的存在而造成制件兩側(cè)孔邊距超差,且因托料力造成壓形開口尺寸超差。

新工藝方案設(shè)計(jì)


根據(jù)以上分析,對(duì)OP20工序進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn):
①對(duì)該模具的壓型部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),將原設(shè)計(jì)的彈簧更換為重載彈簧,并增加了彈簧的數(shù)量,以此來(lái)增加壓料力,同時(shí),在模具凹模上增加了壓彎回彈的補(bǔ)償量。通過(guò)試壓,最終顯示制件毛刺高度有所降低,但仍然存在,壓彎角度超差問(wèn)題沒(méi)有得到解決,因此,認(rèn)定壓彎角度不足及毛刺的存在主要是因工藝不合理導(dǎo)致的。
②將OP20工序拆分。將原切邊沖孔壓彎工序拆分為兩個(gè)工序切邊沖孔+壓彎(采用通用壓彎),拆除壓彎凹模鑲塊,調(diào)整好切邊沖孔凸模、凸凹模間隙,生產(chǎn)了約2000件,毛刺基本消除,通用壓彎模具壓彎角度為90°,尺寸基本符合公差要求。


根據(jù)以上分析,對(duì)該制件沖壓工藝進(jìn)行了改進(jìn),取消可OP10工序切邊沖孔,改為全封閉落料沖孔,OP20工序采用壓彎模壓90°角,OP30工序壓U形彎,具體如下。
OP10工序采用落料沖全部孔,原工藝未采用落料沖全部孔的主要原因是考慮到?jīng)_裁力可能超過(guò)機(jī)床噸位。因此,對(duì)改進(jìn)后的沖裁力進(jìn)行了計(jì)算。其中,落料周長(zhǎng)為1030mm,沖孔周長(zhǎng)為907mm,總周長(zhǎng)為1937mm,取τ=0.8,則δb=328MPa,F(xiàn)沖=2477kN(小于3150kN)??刹捎肑D31-315機(jī)床,模具結(jié)構(gòu)如圖所示。

OP20工序采用通用壓彎模壓彎,結(jié)構(gòu)如圖3所示,可保證壓彎角度為90°。
對(duì)OP30工序模具進(jìn)行了以下改進(jìn):
①壓形凸模與凹模間隙按單面間隙Z取一個(gè)料厚,同時(shí),在凸模上制作出1.5°補(bǔ)償角,以托料塊上定位銷定位,凸模上增加2處導(dǎo)正銷導(dǎo)正。
②重新配做托料塊,凹模與托料塊間隙按滑配控制,二者之間單面間隙小于等于0.3mm,同時(shí),應(yīng)注意保證凹模與模座間固定可靠;將模具彈簧托料機(jī)構(gòu)改為采用機(jī)床氣墊+頂桿方式托料,通過(guò)調(diào)整氣墊壓力來(lái)保證U形件開口尺寸。模具結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,托架是駕駛室中的重要組成部分,其沖壓工藝方案及模具設(shè)計(jì)與產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān),且對(duì)駕駛室的性能有十分重要的影響。
因此,要對(duì)托架制件沖壓工藝進(jìn)行分析,并對(duì)其模具進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),認(rèn)真分析各種問(wèn)題出現(xiàn)的原因,并采取相應(yīng)的措施處理,從而確保制件的質(zhì)量。本文中的托架沖壓工藝及模具已投入使用,托架成形的質(zhì)量及模具壽命均滿足使用要求,取得了良好的效果。



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