勞保鞋防砸內(nèi)包頭沖壓工藝分析及模具改進(jìn)設(shè)計(jì)

胡兆國，楊金鳳，冷禎龍

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽 618000)

勞保鞋防砸內(nèi)包頭沖壓工藝分析及模具改進(jìn)設(shè)計(jì)

胡兆國，楊金鳳，冷禎龍

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽 618000)

分析了勞保鞋防砸內(nèi)包頭翻邊時(shí)起皺的原因以及原內(nèi)包頭沖壓工藝方案及模具設(shè)計(jì)存在的不足之處，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。改進(jìn)措施經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

勞保鞋;內(nèi)包頭;翻邊;起皺;模具

勞保鞋又叫安全鞋，根據(jù)使用的場地不同，種類很多，但都有防止物體砸傷腳面和腳趾的功能。其護(hù)趾防砸的功能是靠圖1所示的鋼質(zhì)內(nèi)包頭來實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)包頭用抗沖擊性好、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的金屬材料制成，其強(qiáng)度、抗沖擊性能等都要經(jīng)過嚴(yán)格的試驗(yàn)，達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方可使用。

圖1 防砸內(nèi)包頭零件圖

1 零件的沖壓工藝性分析

(1)零件材料的工藝性

該零件采用的是沖壓性能良好的碳鋼材料，因此，可用沖壓的方法生產(chǎn)該零件。

(2)零件結(jié)構(gòu)的工藝性

該零件的結(jié)構(gòu)比較簡單，形狀不是很復(fù)雜，可以進(jìn)行沖壓加工。

(3)零件精度的工藝性

由于該零件是用于勞保鞋，其所有尺寸都沒有標(biāo)注公差，即精度要求很低，因此，在保證尺寸精度方面不是問題。

(4)其他方面的工藝性

該零件要求表面光滑、無皺折。

2 原沖壓工藝方案及不足之處

2.1 原沖壓工藝方案

原沖壓工藝方案為:落料(圓形)→拉深(近似橢圓筒形)→剖切 (從近似橢圓筒形中間切開)→切邊(原拉深后橢圓筒形口部處)→翻邊 (切邊處)。該沖壓工藝過程并無不符合沖壓成型規(guī)律之處，因此，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品不是問題。不足處在于: (1)落料成圓形，材料利用率不高;(2)全部采用單工序模具，模具數(shù)量多、操作人員多、成本高。

2.2 改進(jìn)后的沖壓工藝方案

針對(duì)上述問題，作出如下修改:(1)落料成橢圓形，因拉深后的形狀不是圓形，落料的形狀沒必要是圓形;(2)將原沖壓工藝過程中的落料、拉深兩道工序合并成一道工序采用落料、拉深復(fù)合模具生產(chǎn)。

3 原產(chǎn)品存在的主要問題

原產(chǎn)品存在的主要問題是圖2所示的翻邊處起皺(曲率最大地方附近)。

圖2 翻邊處起皺

4 解決問題的措施

從沖壓成型理論可知起皺的原因是坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力超過其承受能力所致。對(duì)于拉深時(shí)凸緣部分的起皺可采取設(shè)置壓料裝置、壓料筋等措施來防止，此處的起皺不是拉深時(shí)凸緣部分的起皺，而是在曲面上翻邊時(shí)起皺，因此，防止拉深時(shí)凸緣部分起皺的措施在此處并不適用。

4.1 從翻邊前的坯料形狀上采取措施

既然起皺的原因是坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力超過其承受能力所致，也就是說坯料起不起皺與兩方面的因素有關(guān):(1)坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力大小;(2)坯料承受壓應(yīng)力能力的強(qiáng)弱。那么，防止起皺的措施就可從減小坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力和提高坯料承受壓應(yīng)力的能力著手。從沖壓成型理論可知，坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力大小與變形量有關(guān)，變形量越大，坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力越大;坯料承受壓應(yīng)力能力的強(qiáng)弱與其厚度及變形部位的寬度有關(guān)，厚度越厚、變形部位的寬度越窄，坯料承受壓應(yīng)力的能力越強(qiáng)。顯然，坯料的厚度是不能改變的，也就是不能通過增加坯料的厚度來增強(qiáng)坯料承受壓應(yīng)力能力。能否改變變形部位 (曲率最大地方附近)坯料的寬窄呢?表面看，好像也不能改變。但從塑性變形理論可知，變形前后的體積不變即3個(gè)方向的應(yīng)變之和為零，用公式ε1+ε2+ε3= 0表示。該公式表明:一個(gè)方向上如果是最大壓縮應(yīng)變 (最大主應(yīng)變，縮短)，另兩個(gè)方向上一定是伸長應(yīng)變 (增厚、變寬)。對(duì)此零件而言，沿圖2翻邊曲線即為最大壓縮應(yīng)變 (最大主應(yīng)變，縮短)，那么，在翻邊時(shí)坯料的厚度一定增厚、翻邊后的寬度一定增寬。它們的變化量與兩個(gè)方向上的變形阻力有關(guān)，阻力大，變形量小，反之就大。對(duì)該零件來說，寬度方向的阻力小于厚度方向，所以，翻邊后的寬度增加量大于翻邊部分的增厚量。既然翻邊后翻邊的寬度有一定的增加量，在翻邊前對(duì)此處 (圖2中曲率最大的地方)的寬度作一個(gè)俢形，使其稍微比其他地方窄一點(diǎn)，俢形量通過試驗(yàn)確定 (其原則是沿圖2的曲線翻邊后俢形處不能有明顯的凹陷痕跡)。這樣的好處在于:(1)根據(jù)前述，可以提高坯料承受壓應(yīng)力的能力;(2)由于寬度變窄，翻邊時(shí)需要壓縮的量減小，坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力減小。俢形后一方面是提高了坯料承受壓應(yīng)力的能力，另一面又減小了坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力，因此，對(duì)翻邊時(shí)起皺處俢形可以防止其起皺。

4.2 從翻邊模具上采取措施

從生產(chǎn)實(shí)際來看，通過對(duì)翻邊時(shí)起皺處俢形大多數(shù)情況下可以防止其起皺，但偶爾仍會(huì)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。針對(duì)此種情況，仔細(xì)分析原來的模具結(jié)構(gòu)及翻邊凹模形狀得出，原翻邊凹模形狀圖3元件5在翻邊時(shí)曲率最大的地方是最后才翻邊，因而，曲率最大地方附近的材料需全部壓縮在此范圍之內(nèi)而不能向其他地方轉(zhuǎn)移，所以，曲率最大地方受到的壓應(yīng)力很大，容易起皺。由于翻邊時(shí)總的壓縮量是一定的，如能讓壓縮量不全部集中在曲率最大地方附近能夠向其他地方轉(zhuǎn)移一部分，翻邊時(shí)曲率最大地方附近需要壓縮的量相應(yīng)地就減少了，進(jìn)而，翻邊時(shí)曲率最大地方附近坯料內(nèi)受到的壓應(yīng)力也減小了，起皺的可能性就減小了?；谶@樣的指導(dǎo)思想，將原翻邊凹模形狀 (圖 3)修改成圖4元件5所示。從圖4可以看出:該形狀能使曲率最大的地方最先翻邊，其他地方后翻邊，這樣，曲率最大地方附近的材料在壓縮時(shí)有一部分轉(zhuǎn)移到其以外的地方，減小了曲率最大地方附近材料的壓縮量，進(jìn)而減小了該范圍內(nèi)的壓應(yīng)力，因而，起皺的可能性就減小了。

圖3 修改前翻邊模具

圖4 修改后翻邊模具

5 結(jié)束語

生產(chǎn)實(shí)踐證明:改進(jìn)后的沖壓工藝方案、模具結(jié)構(gòu)及翻邊凹模形狀設(shè)計(jì)合理，模具在調(diào)試合格后能穩(wěn)定地生產(chǎn)出完全符合要求的零件，產(chǎn)品的合格率極高。

【1】朱旭霞.沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

【2】劉建超，張寶忠.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造［M］.北京:高等教育出版社，2004.

【3】楊占堯.沖壓工藝編制與模具設(shè)計(jì)制造［M］.北京:人民郵電出版社，2010.

【4】劉庚武.冷沖壓模具設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

【5】成虹.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)［M］.北京:高等教育出版社，2000.

【6】楊關(guān)全.冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)［M］.大連:大連理工大學(xué)出版社，2012.

TH12

B

1001－3881(2014)8－165－2

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.054

2013－03－12

胡兆國 (1966—)，男，副教授，主要從事模具設(shè)計(jì)、CAD/CAM的教學(xué)和研究工作。E－mail:huzhaoguo123@ 163.com。