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導(dǎo)向器擋板的制造及其模具設(shè)計(jì)

2021-09-10 10:59廖振芝
內(nèi)燃機(jī)與配件 2021年4期
關(guān)鍵詞:模具設(shè)計(jì)間隙

廖振芝

摘要:導(dǎo)向器擋板屬于無凸緣的筒形正反拉深件,產(chǎn)品形狀特殊尺寸比較大,加工難點(diǎn)在于展開尺寸計(jì)算和拉深成形。經(jīng)估算,產(chǎn)品屬于深拉深件,需2~3次拉深,中間涉及拉深起皺、拉深壁裂、拉深壓邊力不足、拉深發(fā)熱大損傷模具等一系列問題需要克服,該產(chǎn)品制造合格主要是模具設(shè)計(jì)合理,因此本文主要論述其模具設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞:導(dǎo)向器擋板;模具設(shè)計(jì);展開尺寸;拉深;壓邊;間隙

1? 產(chǎn)品工藝分析

導(dǎo)向器擋板產(chǎn)品(如圖1)加工需要經(jīng)過以下主要工序(如圖2)。

該產(chǎn)品材料為奧氏體型不銹鋼1Cr18Ni9Ti,t0.8,拉伸性能良好,加工硬化高,拉深中回彈嚴(yán)重,凸緣區(qū)容易起皺。另外,奧氏體型不銹鋼的熱傳導(dǎo)性比較差,熱膨脹性大。不銹鋼的拉深力和壓邊力比軟鋼要大,模具的接觸壓力增大而產(chǎn)生大量的熱。并且,其熱傳導(dǎo)性是軟鋼的1/2:1/3,散熱性差,拉深中產(chǎn)生的大量熱使材料易發(fā)生軟化、破裂和起拉深積瘤,出現(xiàn)咬模問題。因此,在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以上問題,在容許范圍內(nèi),增大模具間隙。

第一次拉深成形中,其凸緣是第二次拉深成形R5的坯料,因此確定第一次拉深的凸緣尺寸應(yīng)準(zhǔn)確。見圖2②,“r”值影響第一次拉深,“r”值過小,拉深中會(huì)產(chǎn)生底裂等問題;“r”值過大,拉深中會(huì)產(chǎn)生起皺等問題。因此“r”值應(yīng)確定合適的值。見圖1尺寸,估算展開尺寸d0為210,估算凸緣直徑df=157.1+10×2.7=202.1,考慮切邊余量及定位誤差等因素修正df=202.5,凸緣相對(duì)直徑=0.96,0.96<1.4,所以第一次拉深屬于窄凸緣拉深。

第二次拉深成形,主要成形R5,第二次拉深成形后,產(chǎn)品形狀如圖2③,產(chǎn)品定位和卸料是模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2? 模具設(shè)計(jì)

2.1 展開坯料計(jì)算

rP≥(1.5~3)t,其中“t”為材料厚度,所以rP≥1.2~2.4。產(chǎn)品厚度t≤1時(shí),取較小值;t>1時(shí),取較大值。綜合材料性能,確定第一次拉深凸模rP=1.5,第二次拉深定位靠?準(zhǔn)154及20°斜面定位,因此第二次拉深與第一次拉深凸模圓角相同。

拉深高度確定:

為保證圖2高度尺寸“29”,考慮車削加工余量留(0.5~1)mm及凸模圓角尺寸rP=1.5,確定最終拉深高度h2=29+1.5+1=31.5,如圖3所示。

為防止因定位誤差等多方面的原因影響產(chǎn)品質(zhì)量,加大凸緣直徑。加大凸緣直徑,產(chǎn)品凸緣面不容易拉深起皺。為了防止拉深破裂,在第一次拉深中就獲得產(chǎn)品要求的凸緣直徑,第二次拉深,靠凸緣部分來變形成形,達(dá)到R5面無拉深痕跡的目的。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),估算凸緣直徑為?準(zhǔn)202.5,第一次拉深圖樣如圖4。

第一次拉深為錐形拉深,(0.25~0.3)×175.1=43.775~52.53,31.5<43.775,所以第一次拉深屬于淺錐形拉深,淺錐形拉深比較容易,可以一次拉深成形。圖4可以近似為圖5所示進(jìn)行展開尺寸計(jì)算。

2.2 拉深模的設(shè)計(jì)

2.2.1 確定拉深次數(shù)

2.2.2 確定拉深凹模、凸模的過渡半徑

第一次拉深凹模圓角rd1≥0.8,d0為展開尺寸?準(zhǔn)237,dm為第一次拉深中徑?準(zhǔn)154.8,即0.8=6.4,產(chǎn)品材料屬于拉伸性能比較好的材料,雖然rd1值大,有利于拉深力減小,但卻使壓邊力作用不到的面積增加,在拉深結(jié)束時(shí),板坯的外邊緣離開了壓邊圈的約束后發(fā)生起皺,筒體也比較容易發(fā)生起皺。由于加工硬化后起皺的因素,會(huì)出現(xiàn)破裂的趨勢。綜合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),此類材料拉深時(shí),凹模圓角一般取較小值,所拉深的產(chǎn)品側(cè)壁更直,并且產(chǎn)品拉深能保證不破裂,rd1=6.4×0.75=4.8,由于產(chǎn)品過渡圓角R5大于4.8,為了保證成形更容易,同時(shí)減少產(chǎn)品拉深次數(shù),避免產(chǎn)品拉深破裂,結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn),修正rd1=5。

拉深凸模半徑,第一次拉深凸模半徑rp=(0.3~0.8)rd,rp=1.5~4,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),取rp=2。

2.2.3 拉深間隙

拉深模的凸模及凹模的單邊間隙c,間隙值應(yīng)合理選取,c過小會(huì)增加摩擦力,使拉深件容易破裂,且易擦傷產(chǎn)品表面和降低模具壽命;c過大,易使拉深件起皺,且影響產(chǎn)品精度。由于不銹鋼的熱擴(kuò)散性差,而熱膨脹性是軟鋼的1.7倍。如果間隙過小的情況下,再由于本次加工的產(chǎn)品尺寸大,拉深中產(chǎn)生的熱量成倍增加,會(huì)使產(chǎn)品側(cè)壁膨脹并與凹模接觸,發(fā)生拉深損傷。所以對(duì)于不銹鋼拉深加工的關(guān)鍵是,應(yīng)盡量減少熱量產(chǎn)生,模具間隙比軟鋼的大,通常在第一次拉深中?。?.2~1.3)t,在精整拉深中取1.05t。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn),取范圍內(nèi)的小間隙產(chǎn)品的側(cè)壁更直,產(chǎn)品質(zhì)量較高??紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大,本次第一次拉深間隙c=1.2t,即c=1.2×0.8=0.96,為降低模具制造精度提高產(chǎn)品拉深質(zhì)量,取c=0.9。第二次拉深屬于精整拉深,c=1.05t=1.05×0.8=0.84,取c=0.8。

2.2.4 拉深模工作部分尺寸的確定

由于凸模尺寸大,產(chǎn)品緊緊貼合在凸模上時(shí)容易形成真空,導(dǎo)致產(chǎn)品取件困難。產(chǎn)品為奧氏體型不銹鋼,拉深中產(chǎn)生大量的熱。為解決以上問題,在凸模上應(yīng)增加通氣孔尺寸。

第一次拉深凸模、凹模設(shè)計(jì)尺寸見圖7。

第二次拉深屬于精整拉深,模具制造精度δ應(yīng)適當(dāng)提高,間隙減小。第二次產(chǎn)品成形尺寸如圖8,尺寸計(jì)算如下:

第二次拉深凸模、凹模設(shè)計(jì)尺寸見圖9。

2.2.5 拉深壓邊、定位結(jié)構(gòu)

第一次拉深屬于淺錐形、窄凸緣拉深,由于坯料變形程序小,凍結(jié)性能差,彈復(fù)變量較大。而本次制造的擋板精度要求比較高(IT9~I(xiàn)T10級(jí)),必須加大徑向拉應(yīng)力,提高脹形成分,因此拉深中需要壓邊圈增大壓邊力。壓邊圈的壓力必須適當(dāng),如果過大,會(huì)使產(chǎn)品拉裂,壓力過低會(huì)使產(chǎn)品的邊壁或凸緣起皺。經(jīng)估算壓邊力較大,可通過增加壓邊圈的深度降低壓邊力,如圖10,增加深度至0.9+0.1(產(chǎn)品厚度t=0.8),在模具調(diào)試中逐步磨削,直到合適的尺寸。

2.2.6 確定拉深模主要結(jié)構(gòu)圖

由于產(chǎn)品卸料裝置需要在模具調(diào)試中調(diào)整,并且產(chǎn)品拉深行程為35mm以上,比較大,模具正裝結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,需要的壓力機(jī)行程不足,模具操作不方便等因素,所以第一次拉深模設(shè)計(jì)為倒裝結(jié)構(gòu),如圖11。

第二次拉深模具設(shè)計(jì)定位方式和卸料方式是重點(diǎn)。第二次拉深可以采用圖12的兩種定位形式:凸模定位,產(chǎn)品與凸模表面完全貼合接觸,定位準(zhǔn)確,拉深開始階段,芯模先與產(chǎn)品接觸,起自動(dòng)找正作用,拉深的產(chǎn)品同心度能很好保證,模具操作也比較方便;芯模定位,產(chǎn)品只有直面部分與芯模接觸,在拉深過程中產(chǎn)品容易移位,定位不準(zhǔn)。因此第二次拉深定位采用凸模定位,模具圖如圖13。

參考文獻(xiàn):

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[5]空軍航空工程部工廠管理部編.《航空金屬材料》[M].空軍航空工程部工廠管理部.

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