u形断面弧形冲压件的冲压工艺及排样方案

u形断面弧形冲压件的冲压工艺及排样方案

u型结构压产品在日常生活中是典型的压洗剂。它尤其是尺寸小的u型结构压板，广泛应用于航空航天、汽车、家电等行业。这些行业不仅对u型结构压板的需求有很高的需求，而且对产品的精度要求也很高。受限于U形件料带连接载体的限制,断面在U形管弧形冲压产品中一直采用单序模具生产制造。通常情况下,使用单工序模具生产U形断面弧形冲压件需要4道工序:落料、折U形弯、压弧形、校正。由此带来了以下几个问题:每一道生产工序都需要1套模具,4道工序需要4套模具,同时占用4台冲压设备,此外至少需要4名操作人员参与生产,制造成本较高;每完成一道工序都需要进行人工定位装夹产品,辅助生产时间较长,劳动强度大,造成生产效率很低;由于人工装夹的定位误差大,导致冲压产品精度不稳定、一致性差、废品率高。人为因素越多,废品率越高,使得单工序模具生产的U形断面弧形冲压产品远不能达到客户的需求。本文结合生产实际,改用多工位精密级进模加工制造,能够提高产品精度,减少设备和人力资源的投入,降低生产成本,提高生产效率,适用于产品的大批量生产。1试验产品及工艺要求U形断面弧形冲压产品(以下简称冲压件),所用材质为GH600高温合金,料厚为0.5mm,零件形状尺寸如图1所示,实际产品如图2所示。该合金650℃下具有较高的强度,成形性能好,是一种性能优越的高温合金材料。该冲压件属于高精密冲压产品,工艺要求相对较高:U形断面中两个直边的精度要求上、下偏差不能超过+0.2和+0.1mm;产品的弧度半径精度允许上、下偏差为0和-0.1mm;其中冲出的产品U形断面不能够有折叠的情况出现,U形断面的底部不能够出现裂纹。2冲压件的弯曲工艺方法排样设计是多工位精密级进模设计的技术难点之一,能够直观的反映出在整个冲压过程中料带的定位方式、步距精度、材料利用率以及模具结构尺寸的合理性。设计排样方案时必须综合考虑冲压产品精度、冲压方向、变形次数、变形工艺类型及模具结构的可能性,排样设计如下。(1)采用导正销精确定位。第1工位,也就是预冲导正孔之前,先对料带两边分别进行1.5mm的切边处理,在对应切边位置的模具上分别设置一个挡料柱,作为送料的一个节点,避免错误送料时造成导正销等模具零部件损坏;第2工位冲裁导正销孔;第3工位使用导正销对料带进行导正,保证正确的送料步距。(2)对U形结构冲压件折弯成形时,考虑板料最小折弯半径和弯曲力,而最小折弯半径与材料变薄系数、材料延展率、板料厚度等有关,弯曲力则与材料厚度、极限抗拉强度、U形弯内弯曲半径有关。弯曲力与材料的抗拉强度极限值成正比,最小折弯半径与料厚成正比。由于该冲压件为高温合金,材料极限抗拉强度很大,板料厚度较小,因此需要的弯曲力很大,折弯半径很小,极容易造成冲压件在折弯时发生开裂。因此,通过一次折弯难以实现U形弯的成形。另外,由于该U形件尺寸较小,所设计出模具尺寸也不会很大,留给一次成形U形弯的弯曲结构设计空间不足,也使得该U形冲压件底面出现裂纹,设计的折U形弯工艺序方案如图3所示。将板料折弯90°追加折弯30°达到120°再次折弯至150°将上一工步的弯压平成U形完成U形弯的成形。(3)在设计级进模排样方案时,连接载体的设计是保证弧形弯曲精度的重要环节。在压制弧形过程中,由于产品弧度的变化,造成载体起皱变形,使料带在级进模中的走料出现卡位,不利于级进模冲制产品的顺畅性;同时由于载体扭曲,造成料带上导正孔位置发生变化,料带的定位精度失准,不仅影响冲压件精度,严重时更会造成模具损坏。为保证冲压件的冲制精度及级进模的进料顺畅,以U形断面的直边作为连接裁体,在2个导正销孔的中间位置,冲制1个近似长方形孔,并保留约1mm左右的弧形连接带,如图4所示。在进行压弧成形时,弧度的长度随拉料的长度变化而变化,确保载体的变形长度充分满足拉料所需要的拉动距离,从而保证了定位孔在载体上的位置精度,使冲压件具有较高的精度。料带载体的实际压弧形后的状态如图5所示。通过以上对该冲压产品的工艺性分析,为了保证销钉孔位置的精度,提高级进模冲制U形断面弧形冲压产品的U形面精度及产品弧度精度,保证模具进料过程更加顺利,保证模具实现连续冲制,最终确定的工艺方案如图6所示。该工艺方案共计20道工序,依次为:(1)冲裁;(2)冲裁;(3)冲裁;(4)冲裁;(5)空步;(6)折90°弯;(7)空步;(8)折120°弯;(9)空步;(10)折150°弯;(11)空步;(12)折U形弯;(13)冲裁;(14)空步;(15)冲裁;(16)压弧形;(17)空步;(18)整形;(19)空步;(20)切断。其中设计的排样方案中步距为18mm,考虑到材料的利用率,最终确定的料带宽度为137mm。3国内冲浪板的结构设计和制造3.1成形件组合加工,提高精度依照最终的排样方案设计的模具结构如图7所示。多工位级进模所使用的材料要求硬度高、热稳定性好,具有较好的韧性、耐磨性和良好的加工工艺性能。多工位级进模属于高精密模具,对定位要求准确,对零部件的装配精度要求高,由此造成多工位级进模的加工制造一直是级进模生产的一个难点。对于该多工位级进模的制造采用成形件组合加工模式进行加工。对弯曲成形的冲头、镶块及型腔使用加工精度高的慢走丝线切割加工,型腔采用两遍加工,提高精度;去丝痕,保证冲头、托块与型腔的滑配合。模板的加工先进行粗磨,留精磨余量,然后精修砂轮,反复精磨模板的两面,保证模板的平面度,减少装配时的误差。3.2折弯结构设计(1)折弯结构设计。排样方案中采用上折弯。在实际的模具工作过程中,由于弹簧的力量有限,托料块与卸料板不能有效地将料带固定,造成折弯时出现料带移动,使产品的折弯精度降低。为了保证产品的折弯精度,防止料带在折弯过程中料带移位,本文设计的折弯结构如图8所示。在卸料板镶块上的对应料带中部的载体位置处,安装一个扁长状冲头,使其在折弯开始前冲入料带厚度一半以上(图8中放大部分),以便更好将料带固定,防止料带在折弯过程中移动,从而提高了产品的折弯精度。对于压伤的料带载体部分将会在第15工步,即压弧形成形前一步时被冲掉,不影响冲压产品的压形工序。(2)吹料销结构。由于冲压产品的弧形结构特点,决定了成形后不能够以落料腔的方式进行落料,由此造成切断载体后的冲压成品很容易堆积在模具的出口处,影响模具流畅工作。为此在切断工步之前,本文设计吹料销的结构如图9所示,将切断之后的冲压成品顺利地吹落到产品的收集装置中,提高模具的工作效率。4多工况级进模技术的应用对U形断面弧形冲压件多工位级进模进行工艺分析、排样方案设计和模具结构设计,代替原来的单工序模具加工,使4套模具合并为1套模具,仅用1台设备和1名工人就可以完成生产,加快了生产节奏,减少了劳动强度;将多工位级进