小孔冲裁模的设计改进
2017-05-20张敏
张敏
【摘 要】本文以实践为基础,讲述了冲压零件试模中常见的问题及模具的改进方法,对提高模具返修质量和提高模具寿命有一定的指导意义。其中,凸模与卸件圈的小间隙配合,夹板与凸模由过盈配合调整为间隙配合,凸模结构和参数的改变,在小孔冲裁模具应用中效果良好,对这一类模具有一定的推广和借鉴作用。
【关键词】小孔冲裁;凸模;断面质量;搭边;冲裁间隙
1 问题的提出
冲压零件如图1示,材料为25CrMoVA,厚度4mm。模具在试模及使用中存在下列问题:
1)孔距30±0.08经常超差。
2)产品外形一侧有毛刺、撕裂严重。
3)冲孔凸模易折断,模具寿命短。
在试模时,孔距30±0.08很难保证,即便试模具合格,模具的寿命也就是200-300件,不是孔距超差,就是凸模断裂。
2 原因分析
模具结构如图2示。影响模具质量的因素较多,牵涉面也较广,针对模具存在的问题,需经过多次试模,再根据试模结果,逐一进行分析和改进。
影响模具质量的主要因素在于模具的设计和制造质量,模具的材料和热处理对模具的质量也有一定的影响。
1.上模板;2.推杆;3.卸件圈;4.凸模;5.卸料板;
6.橡皮;7.下模板;8.打杆;9.推板;10.凸模夹板;
11.凹模;12.定位销;13.凸凹模;14.凸凹模夹板
2.1 孔距超差的原因分析
孔距超差可以从模具的制造和设计方面找原因。制造方面:检查凸模夹板上与凸模配合的孔位置度是否超差,检查所装配的冲孔凸模与凸模夹板端面是否垂直。设计方面:看凸模的强度是否足够,在冲裁时有没有受到保护。
经过实际测量凸模夹板上的相应孔和装配后两个凸模间距,其尺寸均满足图纸要求,同时也说明凸模与夹板垂直度是没有问题的。这时我们注意到冲孔凸模的工作端过于细长,刚性不好,在工作时有可能发生变形,可能会引起孔距超差情况的发生。所以,必须对原凸模结构进行改进。
2.2 产品外形一侧有毛刺、撕裂严重的原因分析
对于冲裁模,冲裁间隙是影响零件断面质量的主要因素,间隙过大或过小都会产生毛刺,只是形式不同,模具间隙过小,冲裁断面会出现二次光亮带,在两个光亮带之间有撕裂带,或者呈现断续的小光斑。模具间隙过大,冲裁断面光亮带较窄,撕裂带斜度较大,冲裁断面毛刺也大。当模具间隙不均匀时,在间隙不合理处也将出现毛刺,断面质量差。
冲裁搭边值的大小也会影响冲裁零件的断面质量,搭边值过小,会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿切离周边分布不均,不但降低冲裁件断面质量还降低模具寿命,故必须使搭边的最小宽度大于冲裁时塑性变形区宽度,否则,冲裁时搭边可能变形或被拉断,有时还会被拉入模具间隙中,使零件产生毛刺,甚至损坏模具刃口。
此零件只有一侧有毛刺、撕裂严重,根据经验,可以初步认定是间隙偏向一侧造成的。但当打开模具检查后发现,凸凹模与凹模两侧间隙均为0.4mm,是均匀的。这时我们注意到冲裁零件搭边为2.5mm,可能是搭边有点小,这就造成了产品总是在同一侧出现有毛刺、撕裂严重的情况,应适当增大冲裁搭边。
2.3 冲孔凸模寿命短
模具试模合格后,经常出现在干了二、三百件甚至是几十件零件后,冲孔凸模断裂。造成冲孔凸模寿命短的原因较多,有以下几点:
冲裁间隙不合理,凸模本身结构有缺陷,模具结构局部不合理,这些都可以造成凸模提前失效。
图1示零件料厚与孔径比小于1.5,属于小孔冲裁,冲压工艺性不好。另外,从制造方面来说,模具受到加工误差和装配精度的限制,凸模不可能绝对垂直于凹模平面,间隙也不会绝对的分布均匀,综合这两点,在凸模比较细长时更容易断裂
模具凸模材料一般选用T8、Cr12Mo,有时还会选用一些进口材料。热处理方面,如果淬火硬度过高,凸模就较容易断裂。如果淬火硬度过低,凸模强度和刚性差,易失稳变形和孔冲不透。通过试模结果显示,更换不同材料和调整不同的淬火硬度,凸模寿命略有提高,但效果不明显。
3 解决办法
3.1 冲孔凸模结构的改变
为了增加凸模强度,提高凸模寿命和保证孔距30±0.08mm,对凸模结构进行了改进。如图3、图4示。图3为设计图纸上给出的标准凸模,下段是工作部分,中间为与夹板配压合部分。图4是(下转第14页)(上接第11页)经过改进后的结构,中间增加了过渡段,工作部分尽可能短,以提高凸模强度和刚性。冲孔凸模的止扣台也增加了厚度,防止凸模被拔出夹板。冲孔凸模止口台的退刀槽也改为R1.5,防止热处理应力集中,产生裂纹。
3.2 冲孔凸模间隙的调整
采用落料和冲孔不同的冲裁间隙,模具落料间隙0.75mm~0.8mm不变,增大冲孔的间隙,冲孔凹模、凸模间隙比落料间隙大了30%左右,即0.9mm~1.0mm。在保证断面质量前提下,适当加大冲裁间隙可有效的降低冲裁力,可间接地提高凸模的寿命,因此模具寿命也会相应提高。
3.3 冲孔凸模与卸件圈的大间隙配合改成小间隙滑动配合
将卸件圈上与冲孔凸模配合的孔的尺寸进行改动,由0.06mm~0.08mm的間隙,改成了0.02mm的间隙。这样可以对工作中的凸模起到限定和导向作用,保证正确的孔距。同时,间隙缩小后,对冲孔凸模起到保护作用,使得凸模不易折断。
3.4 冲孔凸模与夹板由过盈配合改成间隙配合
由于凸模工作部分与卸件圈只有0.02mm的间隙,而凸模在工作中会产生变形,为了防止由于变形而产生的局部过定位而损坏凸模,故将凸模与凸模夹板配合部分由过盈配合改为0.02mm的间隙配合。改成间隙配合还有一个好处,就是装配时,只需轻轻将凸模推入凸模夹板即可,防止过盈配合时,用力将凸模压入夹板而造成凸模与夹板不垂直的情况发生。
3.5 卸件圈与凹模的配合改成小间隙滑动配合
卸件圈与凹模的配合间隙由0.06mm~0.08mm改为0.02mm,使卸件圈运动平稳,对凸模起有效保护作用。
3.6 改变冲裁搭边尺寸
加大冲裁搭边尺寸,即将搭边由2.5mm改为4.5mm,解决了产品一侧有毛刺、撕裂严重的问题。
4 总结
经过多次试模,多次改进,各种问题都得到了很好的解决,模具寿命由原来的两百多件提高到两万多件,解决了生产急需。当其它冲压零件出现类似问题时,我们也可以借鉴上述方法和措施。
对于小孔冲裁,料厚与孔径比小于1.5时,冲压工艺性不好,凸模容易断裂,在设计时应注意以下几个方面:
1)小孔冲裁,小孔凹模、凸模的间隙应比正常冲裁间隙大30℅左右。
2)凸模工作部份尽可能缩短,冲孔凸模强度应尽可能提高。
3)冲孔凸模与夹板由过盈配合改成滑动配合。
4)冲孔凸模与卸料板由大间隙改为小间隙,保护凸模。
5)凹模与卸件圈改成小间隙滑动配合。
6)冲孔凸模的材料选用和热处理也应特别关注。
[责任编辑:田吉捷]