五其它冲压模具设计.ppt

第五章其它冲压模具设计 5.1 级进模级进模 5.2 成型模成型模 习题习题 5.1级进模级进模 5.1.15.1.1概述概述多工位级进模是一种在一副模具内将制件加工成所需工件的冲压工艺,它将一副模具分成若干个等距离工位,在每个工位上设置定的冲压工序,完成零件的某部分冲制工作,经多道工序冲制完成所需要的冲压件。多工位级进模是高精密、高效率、高寿命的先进模具(俗称“三高”模具),具有生产率高,质量可靠,操作安全,节省模具、机床和劳动力,经济效益好的特点。1.1.按冲压工序性质分按冲压工序性质分1)冲裁多工位级进模有冲落形式级进模和切断形式级进模。冲落形式级进模完成多道冲孔工序后落料;切断形式级进模完成冲孔等冲裁工位后切断。2)成型工序多工位级进模(1)以冲裁为主,且分别包括弯曲、拉深、成型某一工序或某两个工序的有:冲裁弯曲多工位级进模、冲裁拉深多工位级进模、冲裁成型多工位级进模、冲裁弯曲拉深多工位级进模、冲裁弯曲成型多工位级进模和冲裁拉深成型多工位级进模等。(2)由几种冲压工艺结合在一起的冲裁、弯曲、拉深、成型多工位级进模。2.2.按级进模的设计方法分按级进模的设计方法分1)封闭形孔连续式级进模这种级进模的各个工作形孔(除定距侧刃形孔外)与被冲零件的各个孔及制件外形(弯件指展开外形)的形状一致,并把它们分别设置在一定的工位上,材料沿各工位经过连续冲压,最后获得所需冲件。用这种方法设计的级进模称封闭形孔连续式级进模。如图5-1所示为冲制制件及其展开图和排样图。图5-1冲压件、展开图和排样图(a)冲压件;(b)展开图;(c)排样图 2)分断切除多段式级进模这种级进模对冲压零件的复杂异形孔和零件的整个外形采用分段切除多余废料的方式进行,即在前一工位先切除一部分废料,在以后工位再切除一部分废料,经过逐个工位的连续冲制,就能获得一个完整的零件或半成品。对于零件上的简单形孔,模具上相应的形孔可与零件上的形孔做成一样。图5-1所示零件,采用分断切除多段式级进模时其排样图如图5-所示,共分八个工位:第一工位:冲导正钉孔。第二工位:冲21.8孔。第三工位:空位。第四工位:冲切两端局部废料。第五工位:冲两工件间的分断槽废料。第六工位:弯曲。第七工位:冲中部312长方孔。第八工位:切载体。图5-2分断切除多段式级进模条料排样图 分断切除多段式级进模的特点:分断切除多段式级进模其工位数比封闭形连续级进模多;在分断切除废料过程中可以进行弯曲、拉深、成型等工艺,一般采用全自动连续冲压。这种模具结构复杂,制造精度高;由于能冲出完整零件,因此生产率和冲件的精度都很高。在设计多工位级进模时,还应根据实际生产中的问题,将这两种设计方法结合起来,灵活运用。5.1.25.1.2多工位级进模的设计步骤多工位级进模的设计步骤多工位级进模结构复杂、精密、高速冲压,造价高,制造周期长,所以设计多工位级进模时,应十分细致、全面地考虑问题。一般主要按以下步骤进行:(1)接受设计任务,研究原始资料,收集有关数据。冲压产品制件图和模具设计任务书各一份。冲压产品制件试制生产的技术数据与样件。例如弯曲件的展开尺寸、弯曲过程的各工序零件图;拉深件的坯料尺寸,拉深次数及工序件尺寸等。(2)进行工艺计算,将收集的数据及资料,根据多工位级进模中的受力状态进行工艺计算,并修改有关数据。(3)绘制零件展开图,设计条料排样图并进行工艺会审。(4)模具结构设计,并绘制装配草图。(5)绘制模具装配图、零件图,编写模具使用维修说明书。说明书内容:选用的压力机、模具闭合高度、轮廓尺寸、规定行程范围及每分钟冲压次数等;选用自动送料机构类型,送料步距及公差,安装调整要点;模具刃磨和维修注意点(哪些凸模或凹模需拆下刃磨,刃磨后如何调整各工作部分高度差值)。对易损件及备件应有零件明细表。5.1.35.1.3多工位级进模的总体设计多工位级进模的总体设计1.1.排样图设计排样图设计多工位级进模设计中,排样图的合理及正确与否,直接影响到制件精度与能否顺利地进行冲压生产,并且关系到材料的利用率。因此,排样图是多工位级进模设计的依据,也是关键工作之一。根据制件图样尺寸,计算制件的展开尺寸,进行排样,并计算各种排样方式的材料利用率,分析制件精度是否能达到图样要求,能否在模具中顺利地进行自动连续冲压。将各种方案比较,选用最佳方案。1)排样图设计原则(1)合理确定工位数。在不影响凹模强度的原则下,工位数选得越少越好。(2)适当设置空工位。有时为了提高凹模强度或便于安装凸模,在排样图上设置空工位,在空位上不对条料进行冲压加工。(3)考虑材料的利用率,尽量按少、无废料排样,以便降低成本、提高经济效益。多排或双排排样比单排排样要节省材料,但模具制造困难,给操作也带来不便。(4)合理确定冲裁位置。凹模孔型距离太近影响其强度,太远又会增大模具外形,浪费材料,且降低冲裁精度。(5)为保证条料送进步距的精度,必须设置导正孔,其位置尽可能设置在废料上,这样可增大导正直径,使工作更为可靠。(6)有冲孔与落料工序时,冲孔在前,有时可以将以冲孔作为导正孔。若工件上没有孔,则可在第一工位上设置工艺孔,以做导正孔用。(7)制件上的孔位置精度要求高时,在不影响凹模强度的前提下,尽量在同一工位中冲出,以保证质量。(8)在工位较多时,一般将分离工序安排在前,接着安排成型工序。对精度要求高的拉深件和弯曲件,应在成型工序后再安排整形工序,最后安排切断或落料工序。(9)冲制不同形状及尺寸的多孔工序时,尽量把大孔和小孔分开安排在不同工位,以便修磨时能保证孔距精度。(10)在冲裁形状复杂的制件时,可用分段切除方法,以提高凹模强度并便于模具加工与制造。2)排样图设计时应考虑的问题(1)多工位级进模的送料方式:在高速冲床上用自动送料机构,以导正销精确定位。(2)零件形状:分析冲压零件形状,抓作零件的主要特点,分析研究,找出工位之间关系,保证冲压过程顺利进行。特别对形状异常复杂、精度要求高、含有多种冲压工序的零件,应根据变形理论分析,采取必要措施给予保证。(3)冲裁力的平衡:力求压力中心与模具中心重合,其最大偏移量不超过模具长度的1/6(或宽度的1/6)。由于多工位级进模往往在冲压过程中产生侧向力,因此,必须分析侧向力产生部位、大小和方向,采取一定措施,力求抵消侧向力。(4)模具结构:结构尽量简单,制造工艺性好,便于装配、维修和刃磨。(5)被加工材料:多工位级进模对被加工材料有严格要求。在设计条料排样图时,对材料的供料状态,被加工材料的物理力学性能、材料厚度、纤维方向及材料利用率等均要全面考虑。材料供料状态:设计条料排样图时,应明确说明是成卷带料还是板料剪切成的条料供料。多工位级进模常用成卷带料供料,这样便于进行连续、自动、高速冲压。否则,自动送料、高速冲压难以实现。加工材料的物理力学性能:设计条料排样图时,必须说明材料的牌号,料厚公差、料宽公差。被选材料既要能够充分满足冲压工艺要求,又要有适应连续高速冲压加工变形的物理力学性能。纤维方向:弯曲线应该与材料纤维方向垂直。但对于成卷带料,其纤维方向是固定的,因此在多工位级进模设计排样图时,由排样方位来解决。有时零件上要进行几个方向上的弯曲,可利用斜排使弯曲线与纤维方向成角。当不便于斜排时,征得产品设计人员同意,适当加大弯曲零件的内圆半径。材料利用率:多工位级进模材料利用率较低,所以在设计条料排样图时应尽量大努力使废料最少。多排排样能提高材料利用率,但给模具设计、制造带来很大因难。对形状复杂的、贵重金属材料的冲压零件,采用双排或多排排样还是经济的。(6)冲压件的毛刺方向:冲压零件经凸、凹模冲切后,其断面有毛刺。在设计多工位级进模条料排样图时,应注意毛刺的方向。原则是:当冲件图样提出毛刺方向要求时,无论条料排样图是双排还是多排,应保证多排冲出的零件毛刺方向一致,绝不允许一副模具冲出的零件的毛刺方向有正有反。带有弯曲工艺的冲压件,设计条料排样图时,应当使毛刺面在弯曲件的内侧。这样既使零件外形美观,又不会使弯曲部位出现边缘裂纹。如果采用分段切除废料的方法,则不允许出现一个冲压件的周边毛刺方向不一致的情况,这点应十分注意。(7)正确设置侧刃位置与导正孔：侧刃是用来保证送料步距的,所以,侧刃一般设置在第一工位(特殊情况可在第二工位)。若仅以侧刀定距的多工位级进模,又是以剪切的条料供料时,应设计成双侧刃定距,即在第一工位设置一侧刃,在最后工位再设置一个。导正孔与导正销的位置设置,对多工位级进模的精确定位是非常重要的。多工位级进模由于采用自动送料,因此必须在条料排样图的第一工位就冲出导正孔,第二工位以及以后工位,相隔24个工位在相应位置上设置导正销。在重要工位之前一定要设置导正销。为节省材料,提高材料利用率,多工位级进模中可借用被冲裁零件上的孔作导正孔,但不能用高精度孔,否则在连续冲压时因送料误差而损坏孔的精度,采用低精度孔作导正孔又不能起导正作用,因此,又必须将该孔的精度作适当提高。对圆形拉深件的多工位级进模,一般不设导正,这是因为多工位的拉深凸模本身就对条料起定距导正作用。对拉深成型后再进行冲裁、弯曲等的零件,在拉深阶段不设导正,拉深后冲制导正孔,冲制导正孔后一工位才开始设导正。(8)注意条料在送进过程中的阻碍:设计多工位级进模条料排样图时,应保证条料在送进过程中的畅通无阻,否则就无法实现自动冲压。(9)当零件外缘或形孔采用切废法分段切除时,应注意各段间的连接,要十分平直或圆滑,保证被冲零件的质量。由于多工位级进模的工位多,模具制造误差、步距间误差的积累,因此经各工位切废料后,易出现外缘或各形孔的连接处不平直、不圆滑、错牙、尖角、塌角等缺陷。这是设计排样图时不注意而造成的。2.2.载体设计载体设计条料的载体是条料在送进过程中,条料内连接冲压零件运载前进的这部分材料。载体与条料搭边相似,但又有所不同,搭边的宽度主要是根据冲压工艺要求,能将冲件一个个符合图样要求地冲下来。而载体必须要有足够的强度,要能运载条料上冲出的零件,使它能平稳地送进。在多工位级进模中,条料排样图设计时,有时两侧的“搭边”设计得很宽。这实际是搭边与条料的载体合二为一。一般来说,为了保证载体宽度的强度和设置导正孔的需要,载体宽度大于搭边宽度24倍。为了保证送料准确,通常在载体上或工件之间的条料上按送料步距设置导正孔，这样可补偿或修正由于高速冲压引起的送料误差。导正孔一般在第一工位上冲出,便于在以后工位上进行导正。在多工位级进模上,通常10个工位需设置34个导正销,导正往往设置在重要工作之前。工位越多,导正销的数量也越多。根据制件形状、变形性质、材料厚度等情况,载体可有下列形式。1)边料载体这种载体是利用边废料,在上面冲出导正孔,用它定位进行冲裁、弯曲、拉深、成型等各工序,如图5-3所示。其特点是方法简单、可靠、省料(可多件排样)、应用较广。应用范围:料厚t0.2mm;步距s20mm。图5-3边料载体(a)浅拉深成型边料载体;(b)弯曲成型边料载体 2)原载体原载体是采用撕口方式,从条料上撕切出制件的展开形状,留出载体搭口,依次在各工位冲压成型的一种载体,如图5-4所示。其特点是可多件排样,适合薄料,但需采用拉式送料装置或张紧机构。应用范围:料厚t0.2mm。图5-4原载体(a)浅拉深成型原载体;(b)弯曲成型原载体 3)单侧载体单侧载体是在条料的一侧设置载体,导正销孔都设计在这单侧载体上,如图5-5所示。其特点是载体刚性欠佳。有时在冲制过程中因产生微小变形而影响送进步距精度。对于细长制件,料厚又较薄,为提高条料送进刚度,在每两个冲压制件间的适当位置上用一小部分材料连接起来,这一小段连接部分为桥接部分,称桥接式载体;这部分材料当冲压到一定工位时或到最后应切去，如图5-5(b)所示。应用范围:料厚t0.20.4mm;制件一端有弯曲或有几个方向上有弯曲的场合。图5-5单侧载体(a)单侧载体；(b)单侧载体带有桥接载体 4)双侧载体双侧载体是在条料的两侧都设计有载体,被加工制件连接在两侧载体之间,如图5-6所示。其特点是条料送进平稳,定位精度高,材料利用率低。一般均为单排。应用范围:薄料、制件精度要求高。料厚t0.2mm,工位数多(可大于15个)。双侧载体可分为等宽双侧载体和不等宽双侧载体。在双侧均可设置导正孔,且对称分布。所以其定位精度很高,可用于冲裁、弯曲、拉探及成型等多工位级进模。不等宽双侧载体,在较宽一侧设置导正孔,较宽的一侧载体叫主载体,较窄的一侧载体称副载体。副载体可在冲压过程中切去,便于进行侧向冲压。图5-6双侧载体 5)中间载体载体在条料的中间称中间载体。它具有单侧载体和双侧载体的优点,可节省大量的材料。中间载体适合对称性零件的冲制,最适合对称且两外侧有弯曲的制件,这样有利于抵消两侧压弯时产生的侧向力,如图5-7(a)所示。对一些不对称的单向弯曲的制件,利用中间载体将被冲件排列在载体两侧,变不对称排样为对称排样,如图5-7(b)所示。根据制件结构,中间载体可为单载体,也可有双载体。应用范围:料厚t0.52.0mm;工位数可大于15个。图5-7中间载体(a)中间载体;(b)双排排样变非对称为对称排样 3.3.工位布置与设计工位布置与设计工位布置示意图,可供设计模具时作参考,在工位布置图上应正确设计导正孔、搭边及载体,可修正连续冲压时的送料偏差。1)冲裁工位设计冲裁工位设计时应注意以下几点:(1)尽量避免采用复杂形状的凸模,采用多段切除,宁可多增加一些冲裁工位,也要使凸模形状简单,便于凸、凹模的加工。(2)对于孔边距很小的冲件,为防止落料时引起离冲件边缘很近的孔产生变形,可使冲外缘工位在前,冲内孔工位在后。外缘以冲孔方式冲出。(3)局部内外形状位置精度要求很高时,尽可能在同一工位上冲出。(4)弯边附近的孔,为防止变形,应使弯曲工位在先,冲孔工位在后。(5)为增加凹模强度,应考虑在模具适当位置上安排空工位。2)弯曲工位设计在多工位级进模中,制件若要求不同方向弯曲,则会给连续加工带来困难。弯曲方向不同(向上或是向下弯曲),模具结构就不同。如果向上弯曲,则要求下模采用滑动的模具结构;若进行多重卷边弯曲,就需要多处模块滑动。因此设计弯曲工位时,在模具上设置空工位,便于给滑动模块留有活动余地。根据制件形状和精度要求,其卷边、弯曲在级进模中不同工位上,分几次弯曲或卷边成型,则在连接加工过程中,要求被加工材料的一个表面必须与模具的平面平行接触,由垫板或卸料板压紧,只允许加工部位活动。在连续加工过程中,弯曲部分必须及时从模具上脱离。在单侧弯曲时,还要防止材料偏移。3)拉深工位设计在多工位级进模中拉深成型,一般用于小型零件的大批量生产,其拉深直径也较小,一般在60mm以下。材料厚度一般在0.52.0mm范围内。在多工位级进模中,拉深成型与单工序模拉深不同,单工序模是散件送进,而多工位级进模是通过带料,由载体与搭边以组件形式自动连续送进。不能进行中间退火,要求拉深材料塑性要好,而且每个工位的拉深变形程度不宜过大。多工位级进模拉深按材料变形区与条料分离情况可分为:整体条料拉深和条料切槽或切口拉深两种。(1)整体条料拉深。与切槽拉深相比,可节省材料,但在拉深过程中,条料边缘易折弯起皱,影响冲压过程的顺利进行。因此,必须增加拉深次数。这种拉深方法仅适宜于冲制材料塑性好的小型制品、并且在第一道拉深时,进入凹模的材料应比制件所需材料多5%10%,使以后各道拉深不致因材料不足而被拉裂,其多余材料可在以后拉深过程中逐渐转移到凸缘上。(2)条料切槽或切口拉深。条料切槽或切口的目的,一方面是形成拉深毛坯,有利于拉探成型,另一方面是防止条料边缘产生折皱,使冲压工艺过程顺利进行。常用的切槽或切口形式如图5-8所示。图5-8多工位级进模拉深切槽与切口形式 表表5-1切槽与切口尺寸切槽与切口尺寸 4.4.搭边尺寸搭边尺寸根据排样来确定工位布置图,工件的周围与一般冲裁模一样,应留有搭边。搭边值大则送料时条料刚性好,便于送料,但材料利用率低,故应合理确定搭边值。生产中确定搭边值的常用方法有以下几种:(1)根据加工材料厚度t确定搭边值(AB),见表5-2。表表5-2根据加工材料厚度确定搭边值根据加工材料厚度确定搭边值(2)根据送料步距与条料宽度确定搭边值,多工位级进模在工件排样图上的搭边值,常按送料步距与条料宽度的比值即=S/W来选取,见表5-3。表表5-3根据送料步距与条料宽度比根据送料步距与条料宽度比确定搭边值确定搭边值A与与B 5.1.45.1.4多工位级进模的结构设计多工位级进模的结构设计1.1.模架模架多工位级进模要求模架刚度好、精度高。因而,除了小型模具可采用双导柱模架外,多采用四导柱模架。精密级进模一般采用滚珠导向模架。而且,卸料板一般采用有导向弹压导板结构。上、下模座的材料除小型模具用200外,多采用铸钢或锻钢或厚钢板(45钢,甚至合金钢)。2.2.凸模凸模在一副多工位级进模中,凸模种类一般都比较多。截面有圆形和异形的,还有冲裁和成型用凸模。凸模的大小和长短各异,有不少是细长凸模。又由于工位多,凸模安装空间受到一定的限制等,因此多工位级进模凸模的固定方法也很多。应该指出,在同一副级进模中应力求固定方法基本一致;小凸模力求以快换方式固定;还应便于装配与调整。3.3.凹模凹模除工步较少、纯冲裁工步及精度要求不高的级进模的凹模为整体式的外,大多数的级进模凹模都采用镶拼式的结构,这样便于加工、装配调整和维修;易保证凹模几何精度和步距精度。凹模进行镶拼时应遵循下列要求:(1)拼合面尽量以直线分割,便于加工。有时也以折线或圆弧作拼合面。(2)同一工位的形孔,为保证孔距精度常做在同一拼块上。当形孔数很多时,也可做成两块拼块。(3)对于薄弱的易损坏形孔,单独做成一块拼块,便于损坏后进行更换。(4)一个拼块可以包括一个工位的形孔,也可包括几个工位的形孔。(5)不同冲压工艺的工位,应与冲裁部分分开。如弯曲、拉深等,以便冲裁凹模刃口的刃磨。(6)拼块上的形孔均为封闭形。分割拼块时不应将形孔分断。若为单面冲裁,拼接线可取形孔的直边。(7)凹模拼接面与形孔壁之间的距离要不影响其强度。(8)拼块组配时,应用容框紧固,常选用H7/n6的配合性质,同时还需用螺钉和销钉固定,为防止拼块承受冲压力而下移,容框底部应加整体垫板。这样就使容框、各拼块、垫板组成凹模整体。4.4.导料装置导料装置多工位级进模与普通冲裁模一样,也用导料板对条料沿送进方向进行导向,它安装在凹模上平面的两侧,并平行于模具中心线。多工位级进模的导料板,为适应高速、自动冲压,采用有凸台的形式。这样使条料在浮动送料过程中,在浮顶器对条料的弹顶作用下,仍能使条料在导料板中运动自如。浮顶器将条料顶出一定高度,才能使条料在自动连续成型冲压时畅通无阻。顶出的高度由冲制件的最大成型高度决定。在浮顶器顶出状态下,条料的上下均需有定间隙。导料板与条料间有0.030.20mm的间隙;导料板凸台宽般取1.53mm,高度为1.23.5mm;导料板的限制高度计H0,由工件最大成型高度h决定:H0=h+(0.52)t+(15)式中:h为工件最大成型高度(mm);t为板料厚度(mm)。导料板需经淬火处理。若不进行淬火处理,又是用侧刃定距,则应镶侧刃挡块,侧刃挡块必须淬火,其硬度为5558HRC。5.5.导正销设置导正销设置导正销露出卸料板底面的直壁高度(工作高度)一般取(0.50.8)t。材料较硬的可取较小值。如果露出高度较长,或薄板冲压,可在卸料板上加保护套。凹模板上导正销让位孔与导正销之间间隙取(0.120.2)t。导正销直径的选取,要保证被导正定位的条料在导正销与导正孔有最大可能的偏心时,仍可得到导正,但不应过小,一般不小于2mm。冲导正销孔的凸模直径等于导正销直径加上导正销与导正销孔间隙,还应当适当考虑冲孔的弹性恢复量。6.6.卸料装置卸料装置多工位级进模卸料装置的特点是:卸料板一般采用弹压卸料,极少用固定卸料;一般装有导向装置,精密模具还用滚珠导向;为保证卸料平稳,卸料力大,因而弹压元件多用强力弹簧或聚氨酯橡胶;卸料板一般用镶拼结构以保证孔精度、孔距精度及与凸模的配合间隙。卸料板用螺钉紧固于卸料板座上。设计多工位级进模卸料装置时还应注意以下几点:(1)多工位级进模的弹压卸料板设计成反凸台形。冲压时,凸起部分进入两导料板之间,可起压料作用。凸台与两导料板之间应留有适当间隙。(2)多工位级进模卸料板上各工作形孔应当与凹模形孔同轴,特别是高速连续冲压时,各形孔与凸模的配合间隙仅为凸模与凹模冲裁间隙的1/31/4,这样才能起到对凸模的导向和保护作用。间隙越小,效果愈好,模具寿命愈高,但给制造带来困难。对低速冲压,则可适当放宽凸模与卸料板形孔的间隙。(3)卸料板形孔的粗糙度,应适应高速冲压导向和保护作用,故粗糙度应控制在Ra0.1Ra0.4m,同时,还需注意润滑。(4)多工位级进模的卸料板应具有良好的耐磨性。常采用高速钢或合金工具钢制造,淬火后硬度为5658HRC。(5)卸料板应具有足够的强度和刚度,防止长期工作中产生变形失效。(6)卸料板应保持卸料力的平衡,所以卸料螺钉受力应当均匀。(7)卸料螺钉的工作长度在同一副模具内应严格一致,以免安装后不能平衡卸料,引起擦伤凸模。凸模每次刃磨时,卸料螺钉也应同时磨去相同高度。(8)导正销有效工作直径露出卸料板底面不能太长,一般为(0.50.8)t,而冲裁凸模应凹进卸料板底面0.82.5mm,避免上模返回时,导正销不能脱离板料,影响冲压工作的连续进行。或者由于导正销将板料带起使板料弯曲变形。(9)卸料板对阶梯凸模应有足够的空让部分,使凸模有活动量和刃磨量。(10)卸料螺钉沉孔深度应有足够的活动量。否则,当凸模经多次刃磨后,卸料螺钉帽头在冲头到达最低位置时会高出上模座的上平面,从而损坏模具或设备。(11)为了使卸料板对凸模起到导向和保护作用,常在凸模固定板与卸料板之间增设小导柱和小导套,小导柱和小导套间隙比凸模与卸料板之间的间隙更小,小导柱与小导套间隙为凸模与卸料板间隙的1/2。(12)弹压卸料板与各凸模应有良好润滑。常用方法是在卸料板的上平面上铺一层油毡,并沿卸料板周边镶金属边框,在每次冲压前注入机油,这样便可对凸模与卸料板进行润滑。7.7.检测装置检测装置多工位级进模在高速冲床上工作,它不但有自动送料装置,而且还必须在整个冲压生产过程中有防止失误的监测装置。因为模具在工作过程中,只要有一次失误,如误进给、凸模拆断、叠片、废料堵塞等,均能使模具损坏,甚至造成设备或人身事故。监测装置常设置在模具内,也可以设置在模具外。当模具出现非正常工作情况时,监测装置(传感器)能迅速地把信号反馈给压力机的制动机构,立即使压力机停止运动,起到安全保护作用。目前的自动检测保护装置应用在以下这些方面:(1)原材料尺寸形状,即材料厚度、宽度,材料的翘曲、横向弯曲等误差,材料的输送结束。(2)材料的误送。(3)半成品定位及运送中的误差。(4)叠片。(5)出件与余料排除。(6)可动部分的误差。自动检测保护装置设计与应用时应注意的问题:(1)按被冲制件的精度要求,正确选择检测装置的种类和检测精度。(2)检测保护装置的安装和操作方便,不能有过多的操作按钮,各种检测必须自动进行。(3)正确选择传感器的安装位置,不能因其它外界动作影响检测精度或造成失误。(4)由于检测是在动态下进行的,因此检测装置必须耐冲击和振动。5.2成型模成型模5.2.1翻孔和翻边翻孔和翻边1.翻孔翻孔1)圆孔翻孔(1)工艺性。如图5-9所示,竖边与凸缘平面的圆角半径r(1.5t1)mm,当t2mm时,取r=(45)t;t2mm时,取r=(23)t。如果要求小于上述数值时,应增加整形工序。预制孔的表面质量直接影响翻孔质量和极限变形程度。钻孔比冲孔所得到的孔边缘表面质量高,无撕裂现象,有利于翻边变形,如果孔的边缘有撕裂或毛刺,翻孔时容易导致孔口破裂。(2)毛坯尺寸计算。翻孔后的几何尺寸,按体积不变的原则进行确定。如图5-9所示,若翻边高度h已知,则待翻边的孔径可用简单弯曲的近似方法计算:d=D-2(h-0.43r-0.72t)竖边较高,经计算一次不能翻出时,对单个工件的小孔可采用变薄翻孔(挤径翻孔)。对大孔或带料上连续拉深后的翻孔,应采用拉深后冲底孔再翻孔的工艺,如图5-10所示。有预拉深的翻孔,预制孔直径按下式进行计算:d=D+1.14r-2h2(5-3)(5-2)图5-9平板上有预制孔的翻孔 图5-10预先拉深的翻孔(3)翻孔系数K。圆孔翻孔的变形程度决定于坯件预制孔直径d与翻孔后孔径D之比K,K称为翻孔系数。(5-4)极限翻孔系数Kmin是指翻孔的孔边不破裂所能达到的最大变形程度时的K值。它与预制孔的加工性质和状态、坯料的相对厚度、材料的种类及性能、凸模工作部分的形状等因素有关,表5-4为低碳钢的极限翻孔系数。表表5-4低碳钢的极限翻孔系数低碳钢的极限翻孔系数(4)翻孔力的计算。用圆柱形凸模进行翻孔时的翻孔力F可按下式进行计算:F=1.1ts(D-d)(5-5)式中:D为翻孔后直径(按中线计,mm);d为预制孔直径(mm);t为坯料厚度(mm);s为材料的屈服点(MPa)。(5)凸模形式。图5-11所示为几种常用的圆孔翻孔凸模。图5-11常用的圆孔翻孔凸模(a)有预制孔的翻孔;(b)有预制孔的小孔翻孔 2)非圆形孔翻孔非圆形孔翻孔通常用于减少板厚、减轻工件重量及增加结构的刚度的情况下,且竖边高度不大,对精度、表面粗糙度无很高要求。根据变形情况,可以沿孔分成三类性质不同的变形区:一类属于圆孔翻边变形,一类属于弯曲变形,还有一类近似弯曲变形。预制孔可按这三种情况分别展开,然后用作图法把各展开线交接处光滑连接起来。2.2.翻边翻边根据轮廓形状,可分为外凸和内凹两种。外凸的翻边属于压缩类翻边,内凹的翻边属于伸长类翻边。压缩类翻边类似于不用压边圈的浅拉深,伸长类翻边与翻孔相似。因此计算坯料时,外凸的翻边,坯料形状按浅拉深件坯料的方法计算;内凹的翻边,坯料的形状按翻孔的方法计算。5.2.25.2.2缩口缩口缩口是将拉深好的圆筒形件或管件坯料,通过缩口模具使其口部直径缩小的变形工艺。坯件缩口前后的开口直径变化不宜过大,压缩变形剧烈时,会使变形区失稳起皱,可在坯件内装入心柱以防起皱,或者进行多次缩口。对于非变形区的筒壁部分,由于承受全部的缩口压力,也容易失稳产生变形,可通过对筒壁进行支承解决。图5-12所示为无支承衬套缩口模,模具结构简单,坯料筒壁的稳定性差,适用于管子高度不大,带底零件的锥形缩口。图5-12无支承衬套缩口模 图5-13所示为倒挤式缩口模。该模具通用性好,采用不同尺寸的凹模6和导正圈5以及凸模3,可进行不同孔径的缩口。导正圈主要起导向和定位作用,同时对筒壁起一定的外支承作用。凸模加工成台阶形式,下部的小圆柱深入坯料内部,起定位导向及内支承的作用。此模具适用于较长零件的缩口。图5-13倒挤式缩口模 5.2.35.2.3胀形胀形胀形是指将空心件或管状件毛坯放入模具内,利用压力使其沿径向向外扩张的成型工序。一般情况下,胀形变形区内的金属不会产生失稳起皱,表面光滑,质量好,而且回弹变形小,零件形状容易保持。胀形属于伸长类变形,成型极限要受到拉裂的限制。毛坯表面上有擦伤、滑痕、皱纹等缺陷时,容易导致开裂。根据凸模形式不同,胀形分为拼块式凸模胀形和软模胀形。图5-14所示为拼块式凸模胀形,它利用楔状芯块将凸模拼块分开,使坯料形成所需的形状,模具结构比较复杂。图515所示为软模胀形,利用橡胶或聚氨酯作为凸模,在压力下使其变形,把坯料沿凹模内壁胀开成所需形状,模具结构比较简单。图5-16所示也为软模胀形,胀形时,凹模内的坯料在高压液体的作用下胀成所需零件形状,适用于大型零件的加工。图5-14拼块式凸模胀形 图5-15软模胀形(一)图5-16软模胀形(二)5.2.45.2.4旋压旋压旋压是将板料或空心坯料固定在旋压机上(或改装后的车床上),在坯料转动的同时,用旋轮或赶棒加压于坯料,使其逐渐变形并紧贴于模具,从而获得所要求的零件。旋压多为手工操作,劳动强度大,产品质量不够稳定,生产率较低。旋压可分为普通旋压(不变薄旋压)和强力旋压(变薄旋压)两种。旋压成型可以完成旋转体工件的拉深、翻边、缩口、胀形、弯边等不同工序,如图5-17所示。图5-17各种旋压成型方法(a)拉深;(b)缩口;(c)胀形;(d)翻边 5.2.55.2.5校平与整形校平与整形1.1.校平校平把不平整的冲件放入模具内压平的校形称为校平,主要用于提高冲件的平面度。用于板状冲件的校平模有两种,即平面校平模和齿面校平模,如图5-18所示。图5-18平板冲件校平模(a)平面校平模;(b)齿面校平模材料较薄,表面不允许有齿痕的工件,应用平面校平模,平面校平模单位压力小,校平效果不好,主要用于平直度要求不高,由软金属制成的小型冲件。齿面校平模校平效果好,根据齿形,可分为细齿和粗齿两种,如图5-19所示。材料较厚,平直度要求高,且表面上允许有细痕的工件,用细齿模,齿形用正方形或菱形。当不允许有深痕时,用粗齿校平模,即让齿顶具有一定宽度,主要用于材料厚度较小,由铝、青铜、黄铜制成的工件。图5-19校平模齿(a)细齿;(b)粗齿 2.2.整形整形弯曲件存在有回弹现象,拉深件和翻边件受凸模或凹模圆角半径的限制,不能达到较小的圆角半径,这些都影响到制件尺寸及形状的准确性要求,往往需要采用整形工序,如图5-20、图5-21所示。图5-20弯曲件的整形及边部精压 图5-21拉深件的整形及角部精压 习题习题 1.什么叫条料的载体？级进模的载体有哪几种形式？各有何特点？2.级进模的结构包括哪些部分？3.什么叫翻孔？什么叫翻边？影响极限翻孔系数的因素有哪些？4.缩口与拉深在变形特点上有何异同？5.什么叫胀形？什么叫旋压？各有何特点？6.校平与整形各应用于哪种情况？