不锈钢真空吸滤网冲压工艺及模具设计

F ——凸模所受总压力 (N )。
对于圆凸模, J = Πd4 64, 取 n= 3, 代入式 (1) 可
得圆凸模有导向时最大允许长度为
L max≤270 d 2
(2)
F
凸模所受总压力 F 一般按下式计算:
F = K L tΣ
(3)
式中: L ——冲裁周边长度 (mm ) ;
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进行锻造处理, 经过多次锻打后, 改进材料的致密 度, 流线方向和碳化物分布状况, 使组织均匀, 改善 机械性能, 提高热处理质量和使用寿命, 以保证在冲 裁、振动的环境中保持刚性, 避免因变形而使精度受 到 影响。 另外, 凸凹模经热处理后要求硬度达到 HRC58～ 62, 从而提高模具的使用寿命。
采用浮动式模柄, 浮动模柄在上模座的固定位置和 模具压力中心一致, 避免压力机精度不足对冲压的 影响, 从而保证冲压过程中的同心度。 (4) 卸料装置及退料 为保证吸滤网冲制过程中不变形, 模具中设置 同时起导向、压料与卸料作用的卸料板。冲压吸滤网 的时候, 卸料顶杆在橡皮的弹力作用下与卸料板先 将料压紧, 再进行冲压, 因此剪切断面质量较高, 工 件平整。为此, 同一模具上的卸料顶杆加工时要求几 件尺寸公差协调一致, 同时保证卸料板一般比凹模 平面高出约 012mm。 特别指出, 如凸凹模内积存有废料, 则对凸凹模 胀开力就会增大, 而且容易胀开刃口, 因此, 在较小 壁厚的情况下, 为安全起见, 应避免凸凹模内积存废 料。另外, 由于吸滤网薄而轻, 在冲裁的过程中, 因模 具的微振动常会出现因油或真空使废料或冲制出的 零件上跳而吸附在凸模或凹模上, 从而造成零件报 废, 严重时引起模具的损伤。 为此, 规定冲制前手工 用干净棉布将钢带上的油污擦拭干净, 冲制过程中 采用压缩空气退料, 以保证冲裁精度及保护模具。
3 工艺分析与模具的设计
冲压零件质量的好坏与模具的结构、模具的精 度、凸模和凹模的状况, 材料的状态、料厚、润滑条 件、设备精度、冲裁速度、压边力和顶件力等因素有 关[2]。 因此, 根据吸滤网的形状、尺寸及材料从以下 几个方面来分析考虑模具的结构与加工。 (1) 模具结构形式, 见图 2。 (2) 凸、凹模设计 凸模和凹模是冲模中的关键零件, 它的形状和 尺寸直接影响模具的刃口间隙和冲压零件剪切面的 粗糙度, 它的强度直接影响模具的寿命。 a1 凸、凹模材料的选择 吸滤网材料的硬度为维氏硬度HV 486～ 600, 硬度较高, 模具在工作过程中要承受强压和很大的 冲击, 凸模和凹模刃口部分易出现断裂, 而显得尤其 严重。另外, 冲压模的使用中常因磨损而使工作部分 尺寸发生变化, 所以要求模具工作部分有良好的耐 磨性, 以保证模具的寿命和冲压件的质量。通过分析 比较, 凸、凹模的材料均采用 C r12M oV 钢, 其硬度 高, 耐磨性强, 为进一步提高材料的工作性能, 对其
4 结束语
经验证, 本项小孔冲制工艺可行, 模具设计成 功。在小批量生产中, 采用该模具冲制出的吸滤网尺 寸精度高, 基本无变形, 表面质量高 (微小毛刺经研 磨后即可去除) , 达到了设计要求, 质量稳定。
参Байду номын сангаас文献:
[ 1 ] 罗益旋 1 最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册 [M ]1 长春: 吉林出版发行集团, 20041
图 2 模具结构 11 下模座 21 凹模垫板 31 凹模固定板 41 凹模 51 下模小导 柱导套 61 卸料板 71 上模小导柱导套 81 模柄 91 凸模 101 弹力件 111 拉紧螺钉 121 凸模固定板 131 上模座 141 限位柱 151 两端垫铁 161 滚珠导向件
b1 凸、凹模配合间隙设计 冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸, 故冲孔模应先 决定凸模尺寸, 用增大凹模尺寸来保证合理间隙。吸 滤网的材料薄而且尺寸精度要求高, 冲裁间隙的选 择不但影响零件的剪切面的形状 (包括毛面斜度、塌 角、毛刺等) 而且也影响零件的尺寸精度。 在查阅了 有关资料和进行多次实验后, 将凸凹模配合间隙设 计为0103mm 左右。这样在冲裁的过程中, 可有效抑 制剪切过程中裂纹的产生, 使得冲裁件的断面质量 和尺寸精度都有所提高。对冲制薄材料工件的模具, 其凸、凹模通常采用配合加工的方法。此方法是先做 凸模或凹模中的一件, 然后根据制作好的凸模或凹 模的实际尺寸, 配做另一件, 使它们之间达到最小合 理间隙值。 在这里, 我们先做凸模, 并以它作为基准 配做凹模, 保证最小合理间隙。 c1 凸模强度计算 凸模的设计是整个设计的关键, 要提高凸模的 强度和刚性, 可以采取两种办法: 一是保护凸模, 也 就是说增加凸模的约束; 另一种办法是减小凸模有 效工作部分长度。 小孔凸模折断主要是凸模受弯曲 力矩作用发生失稳而造成。 凸模有导向时, 相当于一端固定, 另一端铰支的 压杆, 凸模不发生失稳弯曲的最大长度L max 可由下 式确定[3 ]:
作者简介: 纪永 (1977—) , 男, 吉林省人, 硕士研究生, 研究方向: 机电控制及自动化。 收稿日期: 2006- 02- 06
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Equ ipm en t M anufactu ring T echno logy N o 11, 2006
不正或冲孔重叠, 造成零件报废。
2 加工工艺方案的确定
冲压工艺学指出, 冲孔的最小尺寸由板料的抗 剪强度和板材厚度决定。 同样厚度的板, 若材质不 同, 允许最小冲孔直径也不同。 因而, 各种材质的板 都存在一个允许冲孔的最小尺寸。 根据资料公布的
实践数据, 冲孔的最小孔型尺寸值见表 1[1]。
表 1 无保护套凸模冲孔最小值 ( t 为板材厚度)
t——材料厚度 (mm ) ;
Σ——材料抗剪强度 (M Pa) ;
K —— 系数, 考虑在实际生产中, 模具间隙值
的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度
波动等因素而给出的修正系数, 一般取K = 113。 奥氏体不锈钢 (304 或 316) , 抗剪强度 Σ取约为 460M Pa, 而冲裁周边长度L = Πd , d = 016mm , t= 014mm , 代入式 (3) 中, 可得 F≈ 450N , 再把结果代 入式 (2) , 可得凸模的极限长度约为 416mm。 冲孔时, 凸模除了受冲裁力引起的压应力外, 还 要受到卸料时的拉应力, 因此, 凸模要承受很强烈的 拉伸、压缩交变载荷。 此外, 凸模刃口处通常存在较 大的应力集中现象, 所以凸模也经常出现疲劳破坏。 因此, 在凸模热处理规范选用时, 必须同时兼顾硬度 和韧性两个方面的综合性能[ 4 ]。
材料及抗剪强度 (M Pa)
Σ> 700
圆孔 直径 d ≥115 t
方孔 边长 a ≥1135 t
长圆孔 宽a
≥111t
长方孔 宽a
≥112t
钢 Σ= 400～ 700
≥113t ≥112t ≥019t ≥t
Σ< 400
≥t
≥019t ≥017t ≥018t
黄铜、铜
≥019t ≥018t ≥016t ≥017t
不锈钢高密度真空吸滤网是制糖业中真空吸滤 机 (主要用于泥汁的过滤) 中的关键零件, 该零件的 长×宽×厚为 3000mm ×600mm ×014mm , 在此区 域内均匀密布着约 120 万个孔径小且密度大的圆 孔。 在不锈钢的超长钢板上用冲压方法加工出上百 万个极小孔, 在国内确属罕见。 我国现用的不锈钢高密度真空吸滤网均靠进 口, 价格昂贵。国外把加工这种密集小孔薄板的技术 列为专利, 我们很难得到他们的冲孔模具和冲压工 艺。因此, 如何解决在不锈钢薄板上冲制高密度微孔 的难题, 填补国内空白, 有着非常现实的意义。
1 零件的工艺分析
根据制糖业要求, 真空吸滤网材料采用 304 或 316 奥氏体不锈钢板加工, 厚度为 014mm , 板上的小 孔排列见图 1。
图 1 小孔分布图
在图 1 可见, 相邻孔间距 0198mm , 孔径大小为
016mm , 孔径接近板厚, 因此, 按照冲压工艺学的观 点, 这种小孔的尺寸已经达到常规冲裁的极限值, 小 孔是极限小孔。
《装备制造技术》 2006 年第 1 期
工艺与工装
不锈钢真空吸滤网冲压工艺及模具设计
纪 永, 王小纯, 曾盛绰 (广西大学机械工程学院, 广西 南宁 530004)
摘要: 不锈钢真空吸滤网是真空吸滤机的关键零件, 它具有网孔小、分布密集、材料冲压性能差 等特点, 成为国内冲压工艺研究亟待解决的一个难题。 本文在大量实践研究的基础上, 对真空 吸滤网的冲压工艺和模具结构进行了合理的设计, 在小批量生产中, 获得了较好的使用效果。 关键词: 真空吸滤网; 冲孔模; 工艺分析 中图分类号: T G38512 文献标识码: A 文章编号: 1672- 545X (2006) 01- 0021- 03
由上述分析, 根据现有设备情况, 我们确定此零 件在J 92K 系列数控冲模回转头压力机上加工, 由于 相邻孔间距小, 若同时冲制, 相邻凸模将相互干扰, 故我们采用分步跳冲的方法加以解决。 ( 1) 该压力机 X、Y 方 向 的 工 作 行 程 分 别 是 1250mm ×2500mm。 在 2500 mm 方向上, 具有多次 自动移位功能, 即便是很长的工件, 在理论上也可通 过反复移位而实现超长部分的冲孔加工。 (2) 机床除送进步距精度高外, 被冲工件可以在 X、Y 方向上同时准确移动, 按之字形方向送进, 这 就完全有把握按照预先编制的加工程序, 制造出合 格的网板。 (3) 压力机最高冲孔频率达 300 次 m in, 是一般 压力机速度的 6～ 10 倍, 这就提供了用冲头数少且 结构小的模具高速度冲制大量小孔零件的可能。 (4) 机床通过数控指令, 在每一次冲孔之前, 压 料装置事先将冲孔区四周部分的板料牢牢压紧, 而 后冲孔, 这就大大减少了冲孔变形量, 这对提高和保 证吸滤网的质量大为有利。
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