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模具工艺的设计与运用

  非旋转类拉深件是指不绕轴线旋转所形成的曲面经拉深而成的工件。它可是方形、椭圆形或其他不规则的形状,在不锈钢板料冲压行业中较常见,如矩形件、异形件。本文例举的玻璃门拉手柄,就是其中的一种。此拉手柄需经过剪料、开料、拉深、切边、两半边焊接、磨光等工序。其中重要工序为切边,因为切边后单件产品的高度尺寸一致性及口部端面平整性尤其重要,切边质量的好与坏直接影响焊接工序的质量及焊接工艺参数的控制。因此,要使拉手柄切边尺寸保持稳定,就必须对拉手柄切边工艺和模具结构进行分析与设计。

  1切边工艺方案的确定拉手柄是两个半边经焊接而成的空心件,使用材料304

  不锈钢,材料厚度t=1.5mm,半边最大拉伸高度h=15mm,长度为382mm.一般情况下,按常规的加工方法:先将材料拉深为带凸缘的工件,再将凸缘切边,然后磨平口部端面,再焊接成形。这种工艺方法较易实现,但存在一些不足:工序多,效率低,且磨平面后口部高低差别较大,直接影响焊接加工。而采用其他的切边方法,也存在模具结构复杂,间隙装配一致性不易控制,模具成本高等问题。针对上述问题,在拉手柄切边加工中,采用对角切边模具,可高效优质地完成切边任务。

  2模具结构与工作原理

  2.1模具结构凹模

  必须与平面倾斜一定的角度(X=20),在E处开始切边到对角F处完成切边,这种切边方法称为对角切边。上模结构较简单,主要由上模板3、凸模座4、凸模5组成。下模结构较复杂,除了常规的机械部分,还增加气动部分及控制部分。

  机械部分:凹模座7、加强筋13固定在下模板24上,凹模倾斜固定在凹模座上,凹模内装有定位11用来调节产品的切边高度,产品的切边高度等于切刀10加料厚。顶料装置由顶料杆16、顶料杆座15、压力弹簧14、把手17组成。当切边完毕后,操纵把手推动顶料杆顶出产品和切刀,在压力弹簧的作用下回复初始位置。

  位置开关和限制开关的常闭触点8固定于凹模座上,经导线6接到控制电路;气动部分:在垫座23上装有直径80mm无给油润滑气缸22、导向块20,导向块可在导向板25内自由滑动,压料杆18通过销钉与导向板连接,压料杆可绕销钉向下转动,用拉力弹簧19穿过压料杆再固定于导向块上,压料杆始终平行于平面;且压料杆的中心到工作台的高度H,切刀的中心到工作台的高度H,两者要相等。8mm单电控二位五通换向阀1的一端与电磁阀2经导线接到控制电路,另两端经气管21接到气缸的两个进气口上来控制气缸的工作。压缩空气(压力范围在0.051.00Mpa)经气管在L处或R处入气由气缸带动压料杆伸出或缩回;控制部分:主要由2个交流接触器、1个变压器、2个常闭按钮开关、2个常开按钮开关、1个位置开关和限制开关的常闭触点组成2个安全电压下的工作电路来控制气缸的动作。

  2.2工作原理

  (1)模具的安装调试先将上模固定于油压机活动支板上。按油压机点动下行按钮,凸模下行到凹模刃口的最低处F,推动凹模靠向凸模,要使凹模的B面与凸模的A面紧贴在一起,无空隙,然后将下模固定于油压机的工作台上。按油压机点动上行按钮,凸模上行到凹模刃口的最高处E,调校好油压机的上行、下行的行程开关。反复操作几次,当A、B面都无空隙时,就表明上、下模的安装已完成。如电气原理图所示,按常开按钮开关1QA,接触器线圈1KM(3)通电,交流接触器1KM闭合,接触器常开触点1KM(1)闭合形成工作回路,电磁阀YV控制换向阀,压缩空气在L处入气,使气缸带动压料杆伸出,推动垫座靠向切刀,要使压料杆的C面与切刀的D面紧贴在一起,无空隙,然后将垫座固定于下模板上。按常闭按钮开关2TA,接触器线圈1KM(3)断开,交流接触器1KM断开,电磁阀控制换向阀,压缩空气在R处入气,使气缸带动压料杆缩回,反复操作几次,C、D面都无空隙,就表明垫座的位置已调整好。

  (2)模具的运行首先将切刀放入需切边的产品内,放置平正后,一齐将切刀和产品放入凹模中,按常开按钮开关2QA,接触器线圈2K

  (3)通电,交流接触器2KM闭合,接触器常开触点2KM(1)闭合形成回路,电磁阀控制换向阀,压缩空气在气缸L处入气,气缸推动导向块使压料杆紧紧压住切刀,然后踩下油压机的脚踏开关,凸模下行,当凸模下行过了切边的最高处E约2030mm后,凸模碰到位置开关和限制开关的常闭触点SL,接触器线圈2KM(3)断电,交流接触器2KM断开,接触器常开触点2KM(1)断开形成断路,电磁阀控制换向阀,压缩空气在气缸R处入气,气缸拖动导向块使压料杆缩回,此时凸模继续下行,直至过凹模的最低处F,凸模在油压机下行行程开关作用下,上升到初始位置,控纵把手压向顶料杆,从凹模中把产品和切刀一齐顶出,然后取出切刀,至此完成了切边的一个工作循环。

  3模具结构设计要点3.1控制电路的设计控制电路主要有2个安全电压下的工作回路。回路1主要是用于模具的安装和调试,相当于手动档;回路2主要用于模具的动作和使用,相当于自动档。在2个回路之前接有常闭按钮开关1TA,相当于整个控制电路的总停止开关,起安全保护作用。回路1的工作过程:通过常开按钮开关1QA、常闭按钮开关2TA使交流接触器1KM断开或闭合来控制电磁阀YV工作,通过换向阀使气缸有伸出或缩回的动作。回路2的工作过程:通过常开按钮开关2QA使交流接触器2KM闭合来控制电磁阀工作,通过换向阀使气缸有伸出的动作,直到位置开关和限制开关的常闭触点SL断开来控制电磁阀工作,通过换向阀使气缸有缩回动作。

  RD.熔断器1TA.2TA.常闭按钮开关1QA.2QA.常开按钮开关1KM.2KM.交流接触器1KM(1).2KM(1).接触器常开触点1KM(2).2KM

  (2).接触器常闭触点1KM(3).2KM(3).接触器线圈YV.电磁阀SL.位置开关和限制开关的常闭触点(行程开关)3.2压料杆的防撞装置设计如控制电路或气缸有故障时,凸模就会撞断压料杆。安装了防撞装置,凸模就不会撞断压料杆,只会撞开压料杆,如导向块和压料杆示意图所示,防撞装置的工作原理:当凸模碰到压料杆,压料杆绕销钉向下转动,避开凸模,让凸模继续下行,拉力弹簧的作用是使压料杆回复水平位置,又因为压料杆的B面顶住导向块的A面,压料杆不能向上转动,只会停留在水平位置上。

  3.3压力设备的选用采用Y28系列四柱双动油压拉深机,公称压力2000kN,具有半自动、自动、点动功能及光电保护装置。

  3.4凸凹模材质的选用凸凹模均采用抗耐磨冷作模具钢:Cr12,淬火硬度为5862HRC.

  4设计计算

  4.1切边加工的冲压力计算对角切边的切边力主要是冲裁力,即切边力F=冲裁力F0F=F0=KtLb式中:K为系数,取1.3;t为材料厚度,取1.5mm;L为口部端面中性层弧长,取785.4mm;b为材料抗剪强度,取460MPa.F=F0=1.3 1.5 785.4 460=704.5(kN)查油压机的公称压力为2000kN,故油压机的选用是符合要求的。

  4.2直径80mm无给油润滑气缸的推力计算切刀的重量:G=V式中:为切刀的密度,取16g/cm3;V为切刀的体积,取216998.5mm3。G=16 216998.5 9.8/10000000=34(N)。查气缸的推力F=2513N,故气缸的选用是符合要求的。

  4.3凸模的强度计算

  凸模的强度通常要核算最小断面的压应力。凸模刃口接触应力k=Ltb/Fk([]式中:L为冲件轮廓周长,取789.7mm;t为冲件材料厚度,取1.5mm;b为材料抗剪强度,取460MPa;Fk为凸模接触面积,取接触宽度为t/2,取680.3mm3;[]为凸模材料的许用应力,对于常用合金模具钢,取18002200MPa.k=789.7 1.5 460/680.3=800(MPa)。k<[],故凸模的强度是符合要求的。

  4.4凹模强度计算

  凹模强度一般只核算其受弯曲应力时的最小厚度Hmin。Hmin=3P[弯](b/a)(1 b2/a2)式中:P为冲裁力,取704500N;[弯]为凹模材料的许用弯曲应力,取490Mp;a为常数,取30;b为常数,取382.Hmin=3 704500490(382/30)(1 3822/302)=18.4(mm)H凹模=40mm>Hmin,故凹模的强度是符合要求的。

  5结束语

  该模具充分展示了机械设计、气动设计、控制电路设计的巧妙结合,设计合理,结构简单,动作安全可靠,生产效率高,工艺质量好,尺寸一致性好,适用于大批量生产,而且使用效果良好,加工质量稳定,在非旋转类拉深件的切边加工技术中有一定的新颖性、先进性、实用性。


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