1 前言图 1所示横梁是某重型设备的重要零件 ,材料为Ｑ2 3 5—Ａ ,数量较多。工艺技术分析表明 :①横梁外形简单 ,材料屈服强度低 ,冲压工艺性能好 ;②该零件的几何特征是细长、孔多、料厚 ,在普通压力机上只能采用单孔或多孔 (≤ 3孔 )冲模冲制 ,生产效率低 ,尺寸精度不易保证 ,工艺经济性很差 ;③剪板机、折板机的工作平台尺寸足够 (尤其是长度方向 ) ,力量较大 ,探索和研究用其来完成长条多孔厚板零件的冲压工作 ,对于挖掘设备使用潜力、提高工艺加工质量都具有重要意义。图 1 横梁 根据本厂实际情况 ,采用江苏海安重型剪床厂制造的Ｑ11— 13× 2 5 0 0型剪板机进行工艺试验。2 模具结构与工作原理2 .1 模具结构长条多孔厚板冲孔模 (图 2 )主要由工作部件凸模 3、凹模 6、导料侧板 (卸料板 ) 4及连接部件上模座 1、固定板 7、下模座 10等零件组成 ,并采用导柱导套导向 ,保证运动精度。模具安装调试前 ,需将剪板机的下压头及附件拆去 ,在上刀架和工作平台上加工出螺钉孔 ,用于安装上、下模座。2 .2 工作原理长条多孔厚板冲孔模的工作原理是<1,2 >:当上模图 2 长条多孔厚板冲孔模1 .上模座 2 .垫板 3.凸模 4.导料侧板 (卸料板 )5.工件 6.凹模 7.固定板 8.导套 9.导柱 1 0 .下模座处于上极限等工作位置时 ,可将毛坯条料 ( β =80 0- 0 .5 )从机床一侧放置在凹模上 ,并紧靠导料侧板及定位销 (图 2中未示出 ,安装在凹模上 )。模具工作时 ,上模随剪板机上刀架下行 ,凸模即可完成工件各孔的冲制工作 ,废料从凹模孔中落下。最后 ,上模达下死点并随上刀架开始向上运动 ,凸模退出凹模。同时 ,刚性卸料组件 (即导料侧板 4)强迫卡在凸模上的工件脱模。至此 ,横梁冲压工作完成。3 参数计算迄今为止 ,国内出版的专业图书 ,对冲裁力的计算都用Ｐ =Ｌｔτ ,有的加大 3 0 %的安全系数 ,演变成Ｐｍａｘ=1.3Ｌｔτ。试验已经证明 :当用平刃口普通全钢冲裁模冲裁时 ,其最大冲裁力是发生在凸模挤入板料约 1 3料厚处。当凸、凹模刃口处材料应力超过材料屈服极限σｓ 且应力值达到材料剪切强度τ时 ,在凸、凹模刃口处产生裂纹并剪断分离。因此 ,产生最大Ｐｍａｘ的位置是在凸模挤入料厚 1 3处 ,用Ｐ =Ｌｔτ公式计算不够准确。推荐用Ｔｉｍｍｅｒｂｅｉｌ公式计算厚料 (δ≥ 4ｍｍ)冲裁时的最大冲裁力<1>: Ｐ机ｍａｘ=Ｌｔ( 1-ｔ′ｔ)τ ( 1)式中 :Ｐ机ｍａｘ———机床最大冲裁力 ,Ｎ ;Ｌ———冲裁线长度 ,ｍｍ ;ｔ———冲件厚度 ,ｍｍ ;ｔ′———冲裁开始的最初阶段 ,凸模挤入板料深度 ,ｍｍ ; τ———冲件抗剪强度极限 ,ＭＰａ。根据Ｔｉｍｍｅｒｂｅｉｌ介绍 ,( 1-ｔ′ｔ)是一个与冲件材料屈强比 (σｓ σｂ)有关的系数 ,并可用Ｔｉｍｍｅｒｂｅｉｌ给出的诺谟图求得 1-ｔ′ｔ 值 ,它们之间大致成 1∶1的线性关系 (图 3 )。图 3 1 - ｔ′ｔ 系数诺谟图 已知 ,Ｑ11— 13× 2 5 0 0型剪板机可剪切板料最大厚度 13ｍｍ ,最大宽度 2 5 0 0ｍｍ ,板料抗拉强度极限≤ 5 0 0ＭＰａ ,屈服强度极限≤ 2 60ＭＰａ ,抗剪强度极限≤ 2 40ＭＰａ。据此 ,将Ｌ =2 5 0 0ｍｍ、ｔ =13ｍｍ、τ =2 40ＭＰａ、1-ｔ′ｔ=0 .5 2 (取下限 )代入式 ( 1) ,可计算出Ｐ机ｍａｘ=40 5 60 0 0Ｎ。3 .2 工件最大冲裁力如图 1所示 ,用Ｑ2 3 5—Ａ制作的横梁 ,σｂ =470ＭＰａ、σｓ=2 40ＭＰａ。将Ｌ =3 8π2 0 =2 3 86.4ｍｍ、ｔ=10ｍｍ、τ =3 80ＭＰａ、1-ｔ′ｔ =0 .66代入式 ( 1)中 ,可得到工件最大冲裁力Ｐ工ｍａｘ=5 985 0 91Ｎ。4 主要零件设计4.1 凸模厚板冲压时 ,冲模工作零件即凸、凹模要承受更大的压应力 ,尤其是非圆断面凸模的尖角、凸耳、折线交点等处 ,接触应力远大于平均压应力 ,显著降低使用寿命。因此 ,必须采用高合金工具钢来制作工作零件。冲孔凸模材料可推荐Ｃｒ12ＭｏＶ钢 ,热处理硬度 5 8～ 62ＨＲＣ。为了满足Ｐ工ｍａｘ<Ｐ机ｍａｘ,有两种凸模结构形式可供选择<3,4>。( 1)斜刃口或波浪刃口凸模结构 ,可使常规平刃口的刚性面冲击、线冲切变成点接触的斜刃和圆弧刃剪切 ,有良好的减噪效果。斜刃高与波浪弧顶高一般取 ( 1～ 2 )ｔ,最大不超过 3ｔ。实测这类冲模降噪 2～ 13ｄＢ ,降低冲裁力 40 %～ 80 %。但由于横梁冲孔直径较小、高度过大 ,不仅制作困难 ,而且凸模受力不均易折断 ,还会造成材料在受压力作用时产生滑移 ,使工件产生翘曲、扭曲变形 ,影响工件质量 ,故较少采用。( 2 )在横梁冲孔模中 ,我们是采用台阶式凸模结构 (图 4) ,具有降低冲裁力和减少噪声的双重效果。设计时 ,将凸模分成两组 ,按模具横向对称间隔布置 ,可实现Ｐ工ｍａｘ′=Ｐ工ｍａｘ 2 <Ｐ机ｍａｘ。图 4 台阶式凸模结构4.2 凹模由于模具横向尺寸较大 ( 14 80ｍｍ) ,故应将凹模设计为组合件 ,即采用凹模套与凹模座组合而成。这样 ,既可以节约贵重材料 ,又能简化加工工艺 ,易保证尺寸精度及使用要求 ,也便于安装与维修。凹模套仍推荐采用Ｃｒ12ＭｏＶ钢 ,热处理硬度 5 8～62ＨＲＣ。5 结束语( 1)工艺试验证明 ,长条多孔厚板冲孔模设计是成功的 ,具有使用价值及推广意义 ,拓宽了剪板机等设备的使用范围。( 2 )工作零件采用台阶式凸模以及凹模套与凹模座组成的凹模结构 ,可以实现Ｐ工ｍａｘ′ <Ｐ机ｍａｘ,从而高效优质地完成横梁的冲孔工作。( 3 )剪板机的最大封闭高度很小 ,因此 ,应在使用方便、强度足够的前提下 ,尽量减小模具的几何尺寸。长条多孔厚板冲孔模!621703$四川省江油市中国航空燃气涡轮研究所@黄春峰冲模;;厚板;;剪板机通过对冲模在剪板机上合理应用的分析、研究 ,成功地设计出了适用长条多孔厚板冲压新工艺。介绍了冲孔模的结构、工作原理、参数计算和主要零件的设计 ,这对于拓宽剪板机等设备的使用范围具有重要意义。1 张正修 .厚板冲压技术 .模具技术 ,1 997( 4 )
2 黄春峰 .支承座三工序复合冲压模具 .燃气涡轮研究与试验 ,1 996( 8)
3 梁炳文 .实用板金冲压工艺图集 (第 1集 ) .北京 :机械工业出版社 ,1 992 ,56～ 57
4 冯炳尧 .模具设计与制造简明手册 .上海 :上海科学技术出版社 ,1 985,90～ 96帐匝橹っ?,长条多孔厚板冲孔模设计是成功的 ,具有使用价值及推广意义 ,拓宽了剪板机等设备的使用范围。( 2 )工作零件采用台阶式凸模以及凹模套与凹模座组成的凹模结构 ,可以实现Ｐ工ｍａｘ′ <Ｐ机ｍａｘ,从而高效优质地完成横梁的冲孔工作。( 3 )剪板机的最大封闭高度很小 ,因此 ,应在使用方便、强度足够的前提下 ,尽量减小模具的几何尺寸。长条多孔厚板冲孔模!621703$四川省江油市中国航空燃气涡轮研究所@黄春峰冲模;;厚板;;剪板机通过对冲模在剪板机上合理应用的分析、研究 ,成功地设计出了适用长条多孔厚板冲压新工艺。介绍了冲孔模的结构、工作原理、参数计算和主要零件的设计 ,这对于拓宽剪板机等设备的使用范围具有重要意义。1 张正修 .厚板冲压技术 .模具技术 ,1 997( 4 )
2 黄春峰 .支承座三工序复合冲压模具 .燃气涡轮研究与试验 ,1 996( 8)
3 梁炳文 .实用板金冲压工艺图集 (第 1集 ) .北京 :机械工业出版社 ,1 992 ,56～ 57
4 冯炳尧 .模具设计与制造简明手册 .上海 :上海科学技术出版社 ,1 985,90～ 96
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