温州冲压加工杆系柔性成形模具及其板成形加工关键技术(上)

  导言 板料在冲压成形中一向存在板的起皱、拉裂与回弹三大问题，国内外学者对这方面进行了长时间的研讨，其研讨的首要对象是全体成形模对板的成形加工。因为全体成形模结构的局限性，束缚了一些理论与技能的运用，也束缚了全体成形模理论与技能的深人研讨导言 板料在冲压成形中一向存在板的起皱、拉裂与回弹三大问题，国内外学者对这方面进行了长时间的研讨，其研讨的首要对象是全体成形模对板的成形加工。因为全体成形模结构的局限性，束缚了一些理论与技能的运用，也束缚了全体成形模理论与技能的深人研讨。为此，本文首先从模具的结构下手，提出一种由阵列式杆系组成的可重构的板成形模具，因为其独特的结构，发作了一种新颖的板成形工艺技能，经过该技能能较好地解决板冲压成形中存在的起皱与拉裂等问题。 1 可重构的杆系柔性成形模具 杆系柔性成形模具是一种可快速重构的柔性成形模具，有杰出的可重构性，并有较好的工艺才能。在剖析国内外可重构模具的基础上，本文提出的可重构成形模具的根本结构如图1所示。 该模具由若干个单元调理杆组成，这些杆组组成一个阵列，每个杆经过步进电机由计算机操控，计算机在剖析被加工板件外表三维模型数据后，主动编程井调理各个杆长度。杆的前端是冲压头，冲压头能够替换，选用与被冲压板件部分成形面相似形状的冲压头组成必定尺度的模具冲压面，以习惯加工件的外表办法，然后构成冲压成形模。与之般配的凹模结构与其相似，经过旋转调理螺杆和替换冲压头能够结构凹模成形面。 单元调理杆首要由步进电机、螺杆、弹性套、冲压头组成，很多单元调理杆装配在支撑架中，组组成模详细。单元调理杆组织原理图如图2所示，其间冲压头的方位由螺杆操控，步进电机能够驱动螺杆使冲压头置于断定的方位，由若干个变形冲压头的成形面组组成模具的全体成形面，这样能够确保板成形件有较好的外表成形精度。 2 模内压板与成形复合工艺 通常运用全体冲压模对曲面板料的成形进程如图3所示。

 OA部分以胀形的办法变形，在凸模的效果下紧贴凸模外表，在今后的变形进程中，OA部分根本上不再变形，但OA部分的规模不断扩大。悬空区AC部分不与冲模接触，其变形首要靠断面A到断面C的内力完结，该区域在拉应力效果的一起，AC间一点B点要向模具中心点（O点）移动，一起B处纬向尺度缩短，在B处纬向发作切向压应力，该压应力会引起板的紧缩委曲与起皱[1] 。 在曲面板料成形时，发作拉深变形的外周边法兰部分CD和以胀形办法完结变形并与凸模外表贴靠的部分OA都受到模具外表的直接效果，在受束缚的条件下完结变形进程，所以在一般情况下，不会发作变形缺陷，能够顺畅地成形，而悬空区是否能顺畅成形是曲面形状零件成形的要害[2] 。 依据板料悬空区的受力特征，能够推导出悬空区所受的径向拉应力σr与切向压应力σθ： 式中，σs为资料屈服应力；R1、R2、R分别为悬空区最小、最大、恣意处的径向尺度；β为资料塑变硬化系数，可近似取1．l。 设W是在压边力Q的效果下C点发作的径向拉应力（图4），则式中，μ为摩擦系数t为板厚。 由式（1）的径向拉应力与切向压应力等式，制作出悬空区径向拉应力σr与切向压应力σθ的分布图，如图4所示。能够看出：悬空区径向拉应力的数值向外渐小；悬空区切向压应力的绝对值向外渐大，在悬空区与压边区接壤点C处绝对值最大山B′处径向拉应力与切向压应力数值持平。 依据式（1）可知，增大压边力Q，会使W增大，可引起图4中的应力分布曲线上移，这样会使最大径向拉应力增大，最大切向压应力减小，过分地增大Q值，在AB′区间易引起板料拉裂；反之，减小压边力Q，会引起悬空区切向压应力增大，在B′C区间易发作板受压委曲与起皱。在确保板料不发作紧缩失稳的条件下，尽量选用小压边力，避免引起板料拉裂，但板料受压委曲、板料拉裂与压边力的关系是相反的，如果能选用一种板成形加工工艺能够按捺板料受压委曲，就能够减小压边力，一起也就能够避免板料拉裂。经过以上剖析可知：板料在曲面成形时，板悬空区受切向压应力效果，一起因为没有受到模详细的束缚，悬空区（特别在B′C区间）易发作紧缩委曲与起皱。为了解决这个问题，首先从模具的结构下手，在板曲面成形进程中对板悬空区易起皱处施加一种有用的束缚，按捺其受压委曲与起皱。在此基础上提出一种新颖的板成形技能——模内压板与成形复合工艺。 模内压板与成形复合工艺就是经过板成形模型腔内的弹性压板设备，使板料在成形进程中受板面法向压板力的束缚，以确保板料顺畅成形。如图5a所示，板料在曲面成形进程中，其悬空区易起皱部位一向受上下压板圈的束缚，该束缚力由绷簧7发作，该压力能够有用地按捺板的委曲与起皱；上下模在合模进程中，上下压板圈不断内缩，终究到达限位点，这时压板圈的压板面与模具成形面构成一个完整的模具成形面，完结对曲面板件的定形（图5b）。 经过以上剖析能够认为，在成形板的板面法向施加必定的压力能够很好地按捺板的起皱。这种办法能够运用于可重构的杆系柔性成形模具中，将上下压板圈用若干个可弹性的离散杆替代，使离散杆具有“压板”与“成形”复合功用。 3 用“复合杆”替代“调理杆” 在图2“单元调理杆”的基础上进行改善，使其具有“压板”与“成形”复合功用，构成“压板与成形功用复合杆”（简称“复合杆”），并在此基础上构成“模内压板与成形”复合冲压工艺。“单元复合杆”的组织原理如图6所示。 在“单元复合杆”中，弹性套的弹性方位受调位螺母（或称限位块）的操控，而调位螺母由螺杆定位。在板成形进程中，凸凹模中相对应的“单元复合杆”在压簧的效果下首先进行“压板”，在上模详细的下行（或下模详细的上行）的带动下，冲压头和弹性套向内缩，这时在压簧的效果下，压板力逐渐增大，当冲压头和弹性套向内缩到必定行程（压板行程）后，调位螺母抵住弹性套与冲压头，使冲压头定位，无法再内缩，这时冲压头迫使板料成形。 由“复合杆”构成的杆系柔性模具，在板料成形加工时，“压板”与“成形加工”一起进行，完结“模内压板与成形”复合冲压工艺，这种进程能够有用地阻挠板料在成形进程中的受压委曲与起皱；别的经过微调“调位螺母”的方位，能够有用地补偿成形板的回弹量。压板力的巨细能够经过替换内压簧调理。“单元复合杆”与“单元调理杆”能够组合运用，也能够单一组合运用。 4 杆系柔性成形模的板加工工艺特色 杆系柔性成形模体系对板件的成形加工进程如图7所示。 与无模多点成形技能比较[2] ，杆系柔性成形模的立异点体现如下：①将能够弹性与定位的“复合杆”运用于可重构模具，在板成形进程中将“压板”与“成形”相结合，构成l模内压板与成形”复合冲压工艺，这样能够有用地按捺板的受压委曲与起皱；②选用“变形冲压头”与离散杆合作，能够较好地拟合抱负成形面，增大板成形时的接触面，确保板成形件的外表形状精度；③因为模具中的“复合杆”具有压板功用，这样就能够省去直接成形。因为杆系柔性成形模结构和冲压工艺的独特性，杆系柔性成形模在板料成形加工进程中发作了一些明显的特色。 4．l 按捺成形板料的起皱 板料在离散单元复合杆效果下的成形进程上下成形模一般要经过“对板”、“压板”、“压板与成形”、“定形”4个进程。图8为复合杆成形模曲面成形示意图。能够看出，在离散复合杆成形模的曲面成形进程中，上下模的复合杆冲压头在绷簧的效果下对板施加了压板力。 在板料成形初期，上下模复合杆冲压头在绷簧的效果下压板，板在成形进程中，板的上下面都受压，悬空部分少；上模在下行进程中，S1杆首先到限位点，杆头促进板料成形，这时S2～S5杆的杆头仍在绷簧的效果下压板，上模持续下行，S2～S5杆的弹性套顺次到达限位点，这时若干个杆头成形面近似地拟组成模具成形面，对板件完结定形。下模中的复合杆也有相似的进程。板料在成形进程中，板的上下面受压板力的束缚，然后能够按捺板的紧缩委曲与起皱。经过上面的剖析能够认为，选用复合杆柔性成形模具进行板件的曲面成形，能够阻挠板料的紧缩委曲与起皱。 

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