關(guān)于補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計方法的探討(一)

關(guān)于補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計方法的探討(一)

May 10, 2022

 

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來源:研究與探索·工藝與技術(shù)

 

作者:管幸寰

(上海電子工業(yè)學(xué)校,上海 201411)

摘要:在工業(yè)生產(chǎn)活動中,沖壓屬于一種常見工藝,金屬以及非金屬材料在加工過程中可能面臨回彈問題,影響加工質(zhì)量。

基于此,本文以回彈的影響作為切入點,重點給出補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計方法,利用有限元模型進(jìn)行分析,綜合考慮受力、形變、回彈等問題,設(shè)計往復(fù)式?jīng)_壓件模具,再利用實驗證明設(shè)計方法的可行性。

關(guān)鍵詞:補(bǔ)償回彈;有限元模型;往復(fù)式?jīng)_壓件模具

中圖分類號:TG385

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1671-0711(2018)02(下)-0106-02

板料沖壓是利用沖模,使板料產(chǎn)生分離或形變的加工方法。

因多數(shù)情況下板料無需加熱,故稱冷沖壓,又簡稱冷沖或沖壓。

在進(jìn)行板料加工時,材料的延展性、彈性等物理性質(zhì)往往會帶來影響,使板材在加工過后出現(xiàn)回彈問題,如果這種回彈的幅度較小,肉眼可能無法分辨,但在實際使用過程中,由于工件精度不足,可能影響使用價值。

就補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計方法進(jìn)行探討有一定的實際意義。

1 回彈問題的出現(xiàn)以及影響

1.1 板材的回彈

常規(guī)的沖壓過程中,板材會按照模具狀況不斷出現(xiàn)形變,直到滿足實際使用需求?;貜梿栴}在這一過程中是始終存在的,此前技術(shù)人員一般通過“試錯法”進(jìn)行處理,但結(jié)果并不理想。

由于大部分金屬材料,尤其是合金和其他延展性較好的材料,回彈問題往往十分嚴(yán)重,在力的相互作用下,瞬時回彈以及加工后一小段時間內(nèi)出現(xiàn)的回彈現(xiàn)象屢見不鮮,比如汽車使用的鋁材,部分構(gòu)件的回彈率甚至超過 0.5%,對實際性能產(chǎn)生了很多不利影響。

1.2 回彈的影響

回彈的影響包括直接影響和衍生影響兩個方面,以數(shù)控機(jī)床所用工件為例,在沖壓制造完成后,存在回彈問題的工件被應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床,會造成精度、剛性的下降,并進(jìn)一步影響機(jī)床的電動穩(wěn)定性。

數(shù)控機(jī)床對加工精度的要求非常高,精度則取決于剛性,剛性是指在固定工作負(fù)載條件下機(jī)床的加工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的形變量,形變量越大、精度越低。

應(yīng)用存在回彈問題的工件,機(jī)床的精度受到直接影響,在實際工作中,還可能產(chǎn)生嚙合不嚴(yán)等問題,進(jìn)一步降低剛性,而電動機(jī)工作帶來的小幅位移則會加劇回彈工件的破壞作用,使機(jī)床的加工成果無法得到保證。

2 補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計方法

2.1 設(shè)計思路

回彈問題雖然廣泛存在于各類板料的加工作業(yè)中,但帶有一定的規(guī)律性,如進(jìn)行一次沖壓的板材可能存在較為嚴(yán)重的回彈問題,而反復(fù)沖壓后,每一次回彈都能得到控制,總的回彈量也因此較低。

針對補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計也以此為切入點,分析可行思路。

模具設(shè)計的核心理念為往復(fù)式加工,可以在現(xiàn)有技術(shù)條件下實現(xiàn),其工作的基本流程是,了解加工物的特點,建立流水線,取固定模型,對于存在回彈可能的位置,給予多次沖壓,并在反復(fù)加工的過程中逐步降低沖壓力度,實現(xiàn)對其外形的有效控制,避免回彈問題。

從初定的模具型面的結(jié)點位移反向減去模擬計算的回彈量,得到用于補(bǔ)償回彈所需的加工要求。

金屬板料首先用試探模具成形,計算成形回彈后的工件形狀。該數(shù)值在不同的工件加工作業(yè)中也存在差異,需要根據(jù)實際情況確定往復(fù)次數(shù)和力負(fù)載水平。

將回彈后的工件形狀與目標(biāo)工件比較,如果存在的形狀誤差超出容許值,就從模具形狀中減去形狀誤差,得到新的加工要求,作為確定往復(fù)加工所需負(fù)載的基礎(chǔ)。在往復(fù)加工中,金屬板料將用這一新的試探模具型面成形。

如果成形工件的形狀與目標(biāo)工件誤差仍超出容許值,將再次從試探模具型面反向減去形狀誤差,得到更新的加工要求,作為確定下一次往復(fù)加工所需力負(fù)載的基礎(chǔ),直到成形的工件形狀滿足要求,往復(fù)加工可進(jìn)行 5 次或更多。

編輯

2.2 有限元模型分析

有限元模型以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立,收集不同工件的基本使用要求和加工存在的問題、加工流程,建立涵蓋上述內(nèi)容的電子模型。

如工件為齒輪,其使用的核心要求是良好的嚙合度,本質(zhì)則是嚴(yán)格的精度控制。

加工存在的問題也主要在機(jī)床的精度上,加工流程則相對固定,對金屬板材進(jìn)行沖壓、粗加工,再進(jìn)行打磨作業(yè)。

建立模型時,以上述三項內(nèi)容為基礎(chǔ),將工件的各個部分以微米為單位劃分為若干部分,對存在較嚴(yán)重回彈問題的結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行精劃分。

沖壓加工是一種典型的物理加工方法,應(yīng)用外力破壞板材固有的物理特征,并通過模具對其進(jìn)行規(guī)范,在這一過程中,板材首先受力,之后出現(xiàn)形變,并在整個過程中不斷回彈。

各國工業(yè)生產(chǎn)都面臨回彈問題,德國、日本等機(jī)械制造強(qiáng)國對回彈的控制最為成功,日本對各行業(yè)所用工件都給出十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),而德國所用的加工材料性能突出、加工設(shè)備的剛性和精度也極為優(yōu)越,因此能夠有效控制回彈問題。

在板材受力的一瞬間,作用力和反作用力雖然在數(shù)值上基本是均等的,但會造成構(gòu)件的形變,作用力消失后,反作用力也消失,被導(dǎo)入板材中的力因此失去制約,會沿著力消失的方向快速擴(kuò)散,擴(kuò)散的力受到板料物理性質(zhì)影響,在擴(kuò)散過程中不斷損耗,如果在工件邊緣已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p耗,回彈也會相對輕微,反之則較為嚴(yán)重。

關(guān)于補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計方法的探討(二)
技術(shù)分析法在沖壓件材料定額中的應(yīng)用與驗證(二)