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國內(nèi)外精沖先進技術分析與探討


為了實現(xiàn)精沖必須保證材料在精沖過程中始終是塑性變形,精沖技術中無論是工藝力的配置、模具結構和幾何參數(shù)的選取、材料的性能和球化處理以及工藝潤滑劑的應用等,都集中圍繞著一個核心問題——保證塑性變形過程的順利進行,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)外應用最廣的精沖技術是強力壓邊精沖,其變形機理是使材料處于三向壓應力作用下產(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,只是針對不同的零件特征,通過對模具結構和幾何參數(shù)做適當改進,相應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,這兩個公司都具有專用的精沖壓力機并大批量生產(chǎn)精沖件。

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

無齒圈優(yōu)化間隙精沖與強力壓邊精沖相比,在工藝、模具和設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,其一是指針對不同性能的材料選用不同的間隙;其二是同一個精沖零件上,針對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:

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。

應用實例

 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,加工出來的產(chǎn)品剪切面良好,滿足使用要求。

傳統(tǒng)的強力壓邊精沖,模具間隙沿零件外廓整個周邊通常是一樣的,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力壓邊精沖所必須保證的,否則間隙大的一側容易產(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,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措施,壓板則可以不帶齒圈,壓邊力也可以適當降低。對于某些要求四周全光亮帶的零件,仍然可以進行間隙優(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)比強力壓邊精沖更強的三向壓應力,提高變形區(qū)材料的塑形,以達到精沖低塑性材料和厚板的目的。

外環(huán)填充率對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,填充主副凹模所形成的外環(huán)腔。外環(huán)填充率指成形結束后,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。實驗結果如下圖(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力壓邊精沖方式的基礎上,通過對壓邊齒圈的形狀、位置以及凹模刃口結構的改進,使變形區(qū)材料受到更大的三向壓應力,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)材料強制轉移到壓邊圈與凹模之間所形成的半封閉空間,然后進行精沖,因之稱之為半閉擠式精沖。


模具結構與強力壓邊精沖的區(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,板料先被鐓擠錯位,當壓邊力與反頂力超過設備壓邊缸設定壓力時,凸凹模相對于壓邊圈下行,在凸模、凹模的共同作用下,完成內(nèi)孔與外形精沖過程。應用實例:紡織機械零件——花板輪

套排精沖工藝

在以往的精沖技術應用過程中,通常是在一付模具上制出一個零件,有時也出于提高生產(chǎn)率或材料利用率考慮,在一付模具上制出多個形狀相同或不同的小零件,各個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難度。但是,汽車用零件的設計形式多樣,下圖所示為離合器上的一對盤轂/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問題。

但仔細研究它們之間的尺寸關系發(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做出這一對零件,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。下圖兩對零件也屬于這種情況。

工藝分析(以增壓轉子/擋圈為例)

(材料:40Cr  厚度:3.5mm),增壓轉子的外徑為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,沖增壓轉子上的5個孔。

第三工步,增壓轉子落料,此時,增壓轉子加工完成。

第四工步,整修擋圈內(nèi)孔,同時落料。

前三個工步都是針對內(nèi)件——增壓轉子成形,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)建立起三向壓應力就能實現(xiàn)精沖的基本原理,通過模具結構優(yōu)化設計,充分利用1mm寬的搭邊,實踐證明可以獲得光潔沖裁面。優(yōu)化設計的模具局部結構如下圖所示。

第四步擋圈內(nèi)孔的成形方法,實際上是修邊量較大的整修工序,可以預見,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,可以進一步深入研究。

往復成形精沖工藝

往復成形精沖是在吸取了強力壓邊精沖、對向凹模精沖、振動修邊和往復沖裁四種工藝特點的基礎上構思的一種精密成形新工藝。

往復成形精沖模具的工作部分由二個凹模和二個凸模組成,一個凹模固定,另一個凹模和二個凸模的成形力應能單獨調節(jié),并可按預定的程序動作施壓。

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

如想了解更多細節(jié),可參考資料

“縱向級進”復合成形精沖技術

在同一工位完成復合成形,可提高精沖件尺寸精度和穩(wěn)定性,但往往在模具結構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個工位的級進模進行精沖,則對定位精度要求很高。如采用“縱向級進”的復合成形,產(chǎn)品精度非常容易保證。所謂“縱向級進”的復合成形,即在同一工位的上下模具內(nèi)部采用雙重甚至三重的復合 模結構,并通過設有輔助油壓獨立控制的精沖機來實現(xiàn)單工位多重復合成形。如同閉塞鍛造,將上下各個凸凹模的動作及材料的流動控制在最佳狀態(tài)。

國內(nèi)外精沖技術應用水平概況


參考文獻:

[1] 鄧明等.基于物理試驗的閉擠式精沖工藝研究.鍛壓技術,2010

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

[3] 涂光祺編著. 精沖技術.機械工業(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

北京機電所副總工程師

中機精沖科技(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

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

文章來源:百度文庫

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