一種翻孔拉伸復(fù)合模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)

閆 海

（濟(jì)寧市恒松工程機(jī)械有限責(zé)任公司，山東濟(jì)寧272000）

1 引言

液壓挖掘機(jī)基本結(jié)構(gòu)可以分為3大部分，分別為車體部分、工作裝置部分和底盤部分，每個(gè)主體部分都由不同板厚的鋼板焊接組裝而成。其中集油盤是底盤部分上密封黃油的圓盤形的薄板件，該部件為實(shí)現(xiàn)其儲(chǔ)存、密封功能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有翻孔和淺錐體復(fù)合造型。本文通過對(duì)某廠家集油盤成形工藝分析，同時(shí)借助Autoform軟件對(duì)模具成形過程進(jìn)行模擬，優(yōu)化并改進(jìn)復(fù)合模結(jié)構(gòu)，為后續(xù)生產(chǎn)出合格、質(zhì)量穩(wěn)定的制件提供有力的保障。

2 制件沖壓工藝分析

2.1 制件分析

圖1所示為我公司某種型號(hào)的集油盤，材質(zhì)為SPHC，板厚為2.5mm。此制件的結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)孔翻邊和淺錐體成形兩種造型組合而成，是一種典型的回轉(zhuǎn)類圓盤制件，這類制件坯料的變形，呈軸對(duì)稱且沿坯料的周邊均勻分布：此制件內(nèi)部圓孔翻邊時(shí)對(duì)孔緣的狀態(tài)反應(yīng)最為敏感，對(duì)于冷軋低碳鋼板，沖裁邊緣的伸長變形能力比切削邊緣減少30%~80%；孔緣在單向拉應(yīng)力作用下，切向伸長變形引起的厚度減薄最大，最易開裂；外側(cè)淺錐體成形時(shí)，由于外法蘭邊寬度相對(duì)較寬，錐體成形深度深，成形時(shí)容易產(chǎn)生翹曲、瓢偏。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意這兩個(gè)潛在危險(xiǎn)點(diǎn)。

圖1 集油盤

2.2 坯料的確定

坯料尺寸的確定有兩種方法：①利用Autoform軟件對(duì)該制件進(jìn)行模擬計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定毛坯料的尺寸；②利用中性層長度不變的原則進(jìn)行計(jì)算，然后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行確定坯料尺寸。此制件內(nèi)孔尺寸較大，采用沖孔的工藝，會(huì)增加一個(gè)工序，模具投入也相對(duì)增加；同時(shí)考慮到?jīng)_裁邊緣產(chǎn)生的加工硬化層、表面凸凹不平乃至微小裂紋的存在等原因，使其伸長變形能力相對(duì)于母材大大下降，因而翻孔時(shí)容易開裂。如果條件允許，可以采用激光下料。采用激光下料，孔外緣切割口一致，不會(huì)存在微小裂紋和加工硬化層；同時(shí)內(nèi)孔的落料還可以進(jìn)行套料，排版其它工件，提高了材料利用率，節(jié)約成本。在我司內(nèi)部采用的是激光下料獲取坯料。

2.3 現(xiàn)狀分析

通常此類制件成形可通過圖2所示復(fù)合模結(jié)構(gòu)進(jìn)行成形。此模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，不需要使用復(fù)雜結(jié)構(gòu)或者雙動(dòng)壓力機(jī)，模具生產(chǎn)成本低。成形時(shí)，把坯料放于托料板之上，凹模隨著油壓機(jī)的上滑塊不斷下移，與托料板上的坯料接觸夾緊。凹模不斷下移，先進(jìn)行內(nèi)孔翻邊，后進(jìn)行淺錐形成形。最后凸凹模相互閉合，對(duì)制件進(jìn)行整形。此模具結(jié)構(gòu)的不足之處在于：外側(cè)法蘭面與模具不接觸，出現(xiàn)了懸空，懸空部分抗失穩(wěn)能力差，會(huì)出現(xiàn)翹曲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)起皺。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)制件滿足法蘭寬度小于25mm或錐體成形深度小于10mm時(shí)，采用圖2所示模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖壓成形，所得制件能夠滿足質(zhì)量要求。對(duì)于圖1所示制件，法蘭邊寬度為接近100mm，錐體成形深度為20mm，制件外法蘭平面度的要求為3mm。如果采用圖2所示模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖壓成形，通過Autoform模擬分析可得，平面度達(dá)到了8.81mm，遠(yuǎn)大于平面度為3mm的質(zhì)量要求，制件判定為不合格，最終會(huì)影響裝配效果，如圖3所示。

圖2 改進(jìn)前復(fù)合模結(jié)構(gòu)

圖3 改進(jìn)前復(fù)合模成形結(jié)果對(duì)比

2.4 模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)

我司大部分同種類型的制件可通過如圖2所示復(fù)合模結(jié)構(gòu)沖壓成形，生產(chǎn)的制件質(zhì)量能夠符合圖紙要求。而圖1所示制件相對(duì)于其它同種類型的，成形深度相對(duì)要深，因而不能采用圖2所示的模具結(jié)構(gòu)。針對(duì)法蘭部分翹曲、起皺的問題，常見的防皺措施有：①加大坯料直徑；②加大壓邊力；③采用拉伸筋。現(xiàn)為了提高制件的質(zhì)量，對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：增加壓邊裝置，通過對(duì)懸空部分施加壓邊力，消除翹曲現(xiàn)象。

綜合以上分析，在原來模具上進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的復(fù)合模結(jié)構(gòu)如圖4所示。在凸模上增加外壓料板，外壓料板上周圈布置模具彈簧，通過導(dǎo)向螺栓進(jìn)行連接。集油盤的內(nèi)孔翻邊通過凹模、凸模和內(nèi)壓料板相對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成；淺錐形成形采用“錐-錐型”模具結(jié)構(gòu)，即：錐形凹模、錐形凸模組配。通過Autoform軟件的模擬可得集油盤的成形力，根據(jù)得出的成形力，進(jìn)行模具彈簧的選型及數(shù)量，如圖5所示。成形時(shí)，首先要通過壓力機(jī)上滑塊帶動(dòng)凹模上升，把模具打開。在把內(nèi)托料板升起，保證內(nèi)托料板上表面和凸模地面的定位在同一平面上，把坯料放置在內(nèi)托料板上，此時(shí)凹模隨著壓力機(jī)下滑塊下壓。制件內(nèi)孔翻邊成形，當(dāng)凹模下降到一定程度時(shí)，外托料板首先與下模座接觸，對(duì)板料行程一個(gè)預(yù)壓緊力。隨著凹模不斷下降，內(nèi)孔翻邊和淺錐體同時(shí)完成成形，最后在反向操作取出制件。

圖4 改進(jìn)后復(fù)合模結(jié)構(gòu)

圖5 模具成形力

3 改進(jìn)后效果驗(yàn)證

改進(jìn)后的模具，在外托料板的預(yù)壓緊力的作用下，制件外法蘭邊的翹曲明顯改善。經(jīng)多次生產(chǎn)試驗(yàn)，制件能夠滿足圖紙尺寸要求，平面度控制在3mm以內(nèi)，如圖6所示。現(xiàn)已進(jìn)行批量生產(chǎn)，改造達(dá)到了預(yù)期效果。

圖6 改進(jìn)后的模具成形結(jié)果

4 模具制造需注意的問題

（1）翻孔內(nèi)孔緣開裂的預(yù)防。

翻孔時(shí)，豎壁變形區(qū)的材料在拉應(yīng)力的作用下，切向伸長變形大于徑向壓縮變形，導(dǎo)致材料厚度減薄，制件易出現(xiàn)開裂。為預(yù)防開裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，改善翻孔時(shí)材料的塑性流動(dòng)：①在凸模設(shè)計(jì)時(shí)，可采用拋物型凸模或球形凸模，凸模表面進(jìn)行鍍鉻處理；②坯料可以采用激光下料或通過增加沖孔工序得到合適的坯料。若采用沖孔落料的方式下料，需要對(duì)孔緣的毛刺進(jìn)行整修，去除毛刺，使其內(nèi)邊緣順滑；③翻孔時(shí)，需將預(yù)制孔有毛刺的一側(cè)朝向凸模放置，以減少開裂。

（2）錐形體成形時(shí)，外壓料板需要高出凹模壓料面約1.2t，便于外壓料板提前和凹模接觸，在彈簧的作用下，形成預(yù)壓緊力。

5 結(jié)束語

本文對(duì)集油盤生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，可以看出這類制件的模具設(shè)計(jì)并不復(fù)雜。但是，在設(shè)計(jì)時(shí)容易犯經(jīng)驗(yàn)主義錯(cuò)誤，造成不必要的損失。因此對(duì)于模具設(shè)計(jì)人員，不僅需要熟練掌握沖壓工藝、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、彈塑性力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)并靈活運(yùn)用，還要在生產(chǎn)實(shí)踐中多積累，認(rèn)真總結(jié)，從而能更好地為沖壓工藝生產(chǎn)提供有力的保障。