V形件彎曲成形過程分析及凹模深度計(jì)算

趙志波

(上海飛機(jī)制造有限公司,上海 200436)

V形件彎曲成形過程分析及凹模深度計(jì)算

趙志波

(上海飛機(jī)制造有限公司,上海 200436)

實(shí)際生產(chǎn)中的V形鈑金零件的生產(chǎn)存在缺陷,以此入手,分析了V形件成形過程中的變形規(guī)律,并建立了計(jì)算凹模深度的公式。

V形件彎曲 凹模深度彎曲過程。

彎曲成形是基本的板料成形工藝，在汽車、航空、航天等領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用。在幾次生產(chǎn)實(shí)踐中筆者發(fā)現(xiàn)，V形零件上總會(huì)留下凹模邊緣的壓痕，多次修銼凹模邊緣后仍然無法消除該壓痕。為此本文分析了V形件彎曲過程入手，深入了解變形區(qū)的變形規(guī)律，并提出一個(gè)凹模深度計(jì)算公式來指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)，以消除壓痕做出合格的V形零件。

1 V形件彎曲過程分析

板料彎曲過程分為兩種情況：一是自由彎曲，二是校正彎曲。(圖1，圖2)

自由彎曲時(shí)，零件成形部分在變形過程中不受模具的校正影響，卸載后回彈較大，在實(shí)際中較少使用。校正彎曲是在板材自由彎曲的終了階段，凸模將零件壓靠在凹模上，對(duì)零件的圓角和直邊進(jìn)行精壓，減少了回彈的影響，在實(shí)際中較為常用。

用校正彎曲成型V形零件時(shí)，零件變形情況如圖3所示。在凸模剛開始下壓時(shí)，凹模與零件的接觸點(diǎn)由凹模圓角處下滑到了凹模直邊區(qū)。隨著凹模繼續(xù)下壓，凹模支撐點(diǎn)將繼續(xù)下滑，支撐點(diǎn)外的板料就開始向反方向彎曲。這時(shí)彎曲件的直邊變形區(qū)呈S形。凸模繼續(xù)下壓，OA段與BC段產(chǎn)生內(nèi)閉的彎曲，AB段產(chǎn)生外開的彎曲。在沖壓設(shè)備上成形V形件時(shí)，零件在C點(diǎn)就留下了凹模的壓痕。由于沖壓機(jī)床成形速度快，壓力大，且該V形零件是退火鋁合金，凹模為淬火工具鋼，V形件與凹模相比硬度非常小，所以壓痕很容易出現(xiàn)在鋁合金零件表面。

生產(chǎn)中我們也嘗試了增大凹模C處圓角，發(fā)現(xiàn)凹模對(duì)零件的壓痕仍然無法消除。于是目標(biāo)便轉(zhuǎn)移到了凹模尺寸的設(shè)計(jì)上來。

如果能合理設(shè)置凹模直邊的長(zhǎng)度，使零件在成形過程中不出現(xiàn)S形區(qū)域，那么零件上也就不會(huì)留下凹模的壓痕了。

2 凹模深度的確定

設(shè)彎曲過程中，變形區(qū)恒保持圓弧狀。

則由圖4可知，開始彎曲時(shí)，變形區(qū)左半部分的長(zhǎng)度為W。

其中：W——變形區(qū)長(zhǎng)度；

r凹——凹模圓角半徑；

r——彎曲件內(nèi)半徑；

t——板料厚度；

φ——彎曲中心半角。

彎曲過程中，隨著支撐點(diǎn)不斷內(nèi)移，變形區(qū)的長(zhǎng)度會(huì)不斷變化。到彎曲終止時(shí)，變形區(qū)長(zhǎng)度會(huì)變成與工件實(shí)際需要的彎曲長(zhǎng)度S相等的長(zhǎng)度。

其中： S——彎曲區(qū)長(zhǎng)度。

如果W＜S，說明開始彎曲時(shí)的變形區(qū)域不夠長(zhǎng)，還需要從凹?？谕獾姆亲冃螀^(qū)補(bǔ)充金屬進(jìn)來參與變形。這種情況下，凹?？梢圆辉O(shè)置斜壁。

如果W＞S，說明最終變形區(qū)比開始彎曲時(shí)小。這種情況經(jīng)常見到，因?yàn)橐话懔慵膔和 φ不會(huì)很大，模具的圓角值又不會(huì)很小。因此，變形終止時(shí)的非變形區(qū)分為兩部分：一個(gè)是始終沒有進(jìn)入變形區(qū)，一直保持平直狀態(tài)的“不變形區(qū)”；一個(gè)是曾經(jīng)處在變形區(qū)內(nèi)，參與過變形，但后來由于支撐點(diǎn)內(nèi)移而被凹模校形，成為非變形區(qū)的曾變形區(qū)。

為使曾變形區(qū)不產(chǎn)生S形變形，就必須設(shè)置凹模直邊的長(zhǎng)度。但此長(zhǎng)度也不能過大或過小。如果過小，則壓不出兩側(cè)要求平直的V形零件。如果過大，不僅會(huì)在零件上留下壓痕，而且增大了凹模高度和壓力機(jī)行程，減小了單位面積上校正彎曲的校正壓力，弱化校正定形效果。

確定凹模直邊長(zhǎng)度的原則是：在保證完成整個(gè)曾變形區(qū)的校正任務(wù)的前提下，盡可能取凹模直邊的最小值。由此可令凹模直邊的長(zhǎng)度正好等于曾變形區(qū)的長(zhǎng)度，即：

將(1)、(2)式代入(3)式：

從而得出：

或者寫為：

由(4)、(5)可以看出：

(1)凹模直邊長(zhǎng)度值與V形件的彎曲中心角度、彎曲半徑、材料厚度等有關(guān)，不可隨意確定。

(2)對(duì)于確定的V形鈑金件，零件的彎曲角度、彎曲半徑、材料厚度都是確定值，此時(shí)凹模直邊長(zhǎng)度與凹模圓角半徑存在簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

實(shí)踐證明，對(duì)于凹模直邊長(zhǎng)度和圓角半徑的合理設(shè)計(jì)，有效地改善了零件的合格率。

3 結(jié)語

(1)V形件成形凹模的直邊對(duì)零件兩側(cè)的曾變形區(qū)起到了一定的校形作用。

(2)合理設(shè)計(jì)凹模深度可以使零件的表面質(zhì)量得到改善，提高零件合格率。

[1]薛啟翔,等.沖壓模具設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)與竅門.機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.7.

[2]中國(guó)鍛壓協(xié)會(huì)編著.沖壓技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社,2013.8.

趙志波(1986—),男,上海人,上海飛機(jī)制造有限公司,工藝裝備設(shè)計(jì)員,研究方向:飛機(jī)鈑金成型模具的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。