機(jī)床中心軸托架的彎曲工藝設(shè)計(jì)

王東京 李軍 劉祎萍 茍志強(qiáng)

【摘 要】本文在深入了解彎曲模的設(shè)計(jì)過(guò)程及要領(lǐng)和對(duì)機(jī)床中心軸托架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比不同工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，最后確定出機(jī)床中心軸托架的彎曲工藝設(shè)計(jì)的最佳方案，并且對(duì)彎內(nèi)外角尺寸，凸凹模寬度，排樣方案等進(jìn)行了計(jì)算，最后確定出機(jī)床中心軸加工的工藝卡片，為實(shí)際生產(chǎn)提供一定的借鑒。

【關(guān)鍵詞】托架；彎曲工藝；設(shè)計(jì)

1.引言

沖壓加工是通過(guò)模具對(duì)板材加壓力或拉力，使板材發(fā)生塑性變形，同時(shí)對(duì)板料施加剪切力使板材分離，從而獲得一定尺寸、形狀和性能零件的加工方法。沖壓加工需研究沖壓工藝和模具兩個(gè)方面的問(wèn)題。根據(jù)常用的分類方法，沖壓工藝可以分為分離工序和成形工序兩大類。隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)階段沖壓成形已經(jīng)走向計(jì)算機(jī)輔助工程化和智能化的發(fā)展道路，從原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析階段開始走進(jìn)有沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段?？墒乖O(shè)計(jì)與加工時(shí)間縮短50%。

本文是在深入了解彎曲模的設(shè)計(jì)過(guò)程及要領(lǐng)和對(duì)機(jī)床中心軸托架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，討論多個(gè)工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行分析并且最終確定零件的加工工藝。

2.設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 工藝分析

加工工藝的確定需要考慮多種因素，最重要的是要兼顧質(zhì)量和效率。下面將對(duì)托架的加工工藝選擇做詳細(xì)闡述。

2.1.1 工件分析

此模具用于加工圖1所示的機(jī)床中心軸托架，材料為08鋼。

根據(jù)所給出的零件二維圖，首先在Pro/E中運(yùn)用參數(shù)化建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件的三維建模，如圖2所示。

該工件是中心軸托架，在Φ10mm孔內(nèi)裝有心軸，托架通過(guò)4個(gè)Φ5mm孔與機(jī)身連接，為保證良好的裝配工件，5個(gè)孔的公差等級(jí)均為IT9級(jí)，表面不允許有嚴(yán)重的劃傷，該零件選用08鋼，其彎曲半徑均不大于該種材料的最小彎曲半徑，且工件精度要求不高，不需要校形，所有的孔可用高精度沖模沖出。因此，該零件可以用冷沖壓加工成形。

圖1 工件二維圖 圖2 工件三維實(shí)體模型

本設(shè)計(jì)主要考慮工件的彎曲工藝。彎曲件的工藝性主要考慮以下幾個(gè)方面。

﹙1﹚ 彎曲半徑

彎曲件的彎曲半徑不宜過(guò)大和過(guò)小。過(guò)大因受回彈的影響，精度不宜保證；過(guò)小時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉裂。

﹙2﹚ 空邊距

如果彎曲毛坯上有預(yù)先沖制的孔，為使孔不發(fā)生變化，必須使孔置于變形區(qū)之外，即孔邊距L，應(yīng)符合以下關(guān)系。當(dāng)彎曲件厚度t<2mm時(shí)，L≥t； t≥2mm時(shí)，L≥2t。圖中工件兩邊的孔邊距為11mm﹙>1.5mm﹚，中心孔Φ10mm孔邊距為7.5mm﹙>1.5mm﹚，均滿足要求。

﹙3﹚ 直邊高度

保證彎曲件直邊平直的直邊高度H不應(yīng)小于2倍的壁厚，否則需先壓槽或加高直邊，彎曲后再切掉。

﹙4﹚ 形狀與尺寸的對(duì)稱性

彎曲件的形狀與尺寸應(yīng)盡可能對(duì)稱，高度也不應(yīng)相差太大。

﹙5﹚ 部分邊緣彎曲

當(dāng)局部彎曲某一段邊緣時(shí)，為了防止在交界處由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生斷裂，可預(yù)先沖裁卸荷孔或切槽，也可以將彎曲線移動(dòng)一段距離，以遠(yuǎn)離尺寸突變處。

2.2 確定工藝方案

根據(jù)給出的工件結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析得出：沖壓該零件所需的基本工序?yàn)闆_孔、落料及彎曲，其彎曲工藝方案有三種，因此，沖壓工藝方案可以有以下幾種。

方案一：首先為沖孔﹙Φ10mm﹚和落料的復(fù)合，然后為彎曲外部?jī)山遣⑹怪虚g預(yù)彎45°，然后彎曲中間兩角，最后沖4個(gè)孔﹙Φ5mm）。

方案二：首先為沖孔﹙Φ10mm﹚和落料的復(fù)合﹙同方案一﹚，然后彎外部?jī)山牵缓髩簭澲虚g兩角，最后沖4個(gè)孔﹙Φ5mm，同方案一﹚。

方案三：首先沖孔﹙Φ10mm﹚和落料的復(fù)合﹙同方案一﹚，直直接彎壓四角，然后沖4個(gè)孔﹙Φ5mm，同方案一﹚。

通過(guò)比較可以得出，當(dāng)進(jìn)行小批量生產(chǎn)時(shí)宜選擇方案一。

2.3毛坯展開尺寸計(jì)算

首先根據(jù)工件二維結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行毛坯尺寸的計(jì)算，工件尺寸如圖1所示。

由孔邊距公式[1]再考慮到彎曲時(shí)板料纖維的伸長(zhǎng)，實(shí)際毛坯取L=107 m m 。

2.3.1 彎外角的計(jì)算

按照工藝方案一，首先應(yīng)彎兩45°外角，故對(duì)其進(jìn)行工藝分析計(jì)算。凸模圓角半徑：，大于其最小圓角半徑，則r凸=1.5mm。由圓角半徑選用原則[1]可知，t=1.5mm<2mm時(shí)，r凹=﹙3～6）t 故取r凹=4t=4×1.5=6﹙mm﹚

凹模深度L0要適當(dāng)。若L0過(guò)小，則彎曲件兩端的自由部分長(zhǎng)，回彈大且不平直；如L0過(guò)大，則凹模用料過(guò)多，且需要較大行程的沖床。因此，L0的大小要根據(jù)彎曲件的要求確定。如彎曲件直邊的平直度要求高且沖床行程足夠大時(shí)，可采用較大的凹模深度。彎曲時(shí)，彎曲件全部被壓入凹模中。由公式45°，因?yàn)閷挾萣=22mm ，﹙mm﹚考慮到下一次彎曲會(huì)使工件變薄伸長(zhǎng)，故取L0=15mm。

此時(shí)由于內(nèi)角的彎曲角度不大，故凸凹模的圓角半徑粗略設(shè)為r凸=10mm，r凹=20mm。

如果彎曲零件的角度不等于90°時(shí)，凸凹模的尺寸差值與角度有一正切關(guān)系，如圖3。

圖3彎外角計(jì)算示意圖

其尺寸 式中得x=0.621mm。此x對(duì)以后的凸凹模建模有用。

由于V形零件彎曲時(shí)，凸模與凹模之間的間隙是靠調(diào)整壓力機(jī)的閉合高度來(lái)控制的，因此不需要在設(shè)計(jì)制造模具時(shí)確定間隙。

彎內(nèi)角的計(jì)算與彎外角的工藝分析計(jì)算相同，不再詳述，計(jì)算得r凸=1.5mm。r凹=4t=4×1.5=6﹙mm﹚C=1.575﹙mm﹚。

2.3.2 凸凹模寬度尺寸計(jì)算

因?yàn)楣ぜ?biāo)注內(nèi)形尺寸 ， 由制造公差表[3]，GB/T 1804查的=0.21mm。同樣由標(biāo)準(zhǔn)公差I(lǐng)T值表[3]，選取凸凹模的制造偏差為IT8，則==0.033mm，得帶入上面的公式，再按生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正，所以mm，mm。

2.3.3 排樣方案及其計(jì)算

為了保證零件的精確、條料的強(qiáng)度和剛度，便于手工送料，采用單排有廢料排樣，據(jù)參考文獻(xiàn)[2]搭邊a和數(shù)值表查得：a=1.0mm，=1.2mm。

由參考文獻(xiàn)表2-14[2]查得；=0.5mm，計(jì)算出條料標(biāo)稱寬度﹙mm﹚，進(jìn)距： ﹙mm﹚。

選擇板料規(guī)格為：900mm×1800mm

先將板料剪切成17張900mm×105.88mm的條料，再利用此條料進(jìn)行沖裁，通過(guò)公式：

可計(jì)算出此條料可沖裁的工件數(shù)=28.82個(gè)，即可沖裁28個(gè)工件。則在整個(gè)板料上可沖裁的工件為﹙個(gè)﹚材料利用率為可見此種排法的材料利用率很高，方案可行。

2.3.5 各工序沖壓力的計(jì)算和沖壓設(shè)備的選取

由于本文著重彎曲的設(shè)計(jì)計(jì)算，故對(duì)落料和沖孔工序以及沖4個(gè)Φ5mm孔的工序不作討論，只討論兩個(gè)彎曲工序。

﹙1﹚ 彎45°角

最大自由彎曲力為 [1]，帶入數(shù)據(jù)得=5265N。

校正力計(jì)算公式為其中，A=1683mm2，取=90 MPa，則﹙N﹚

頂件力的計(jì)算公式為系數(shù)取為0.5，則Fq=0.5 F自=2632.5﹙N﹚

根據(jù) F機(jī)≥F校和F機(jī)≥F自+Fq得F機(jī)≥151470N。

查參考文獻(xiàn)[4]開式可傾工作臺(tái)壓力機(jī)主要參數(shù)表，選用壓力機(jī)型號(hào)為J23-25，其公稱壓力為250kN。

﹙2﹚ 彎內(nèi)角

最大自由彎曲力計(jì)算公式為，帶入數(shù)據(jù)得F自=6142.5﹙N﹚。

校正力的公式為 其中，A=750mm2，p=90 MPa，則=67500﹙N﹚

頂件力的計(jì)算公式為 ，取系數(shù)為0.5，則Fq=0.5 F自=3017.25﹙N﹚

根據(jù) F機(jī)≥F校和F機(jī)≥F自+Fq，所以F機(jī)≥67500N。

查參考文獻(xiàn)[4]開式可傾工作臺(tái)壓力機(jī)主要參數(shù)表，選用壓力機(jī)型號(hào)為J23-16A，其公稱壓力為160kN。

2.4 制定工藝卡片

對(duì)所確定的工藝方案一進(jìn)行細(xì)化，得到機(jī)床中心軸托架的冷沖工藝路線，略。

3.結(jié)論

本文主要完成了機(jī)床中心軸托架的彎曲工藝分析的設(shè)計(jì)和分析。通過(guò)不同工藝方案的比較，最終確定出最優(yōu)的工藝方案。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，最難的、也是最重要的工作是計(jì)算型腔的結(jié)構(gòu)尺寸。在設(shè)計(jì)時(shí)，確定出首次彎曲的凸凹模形狀尺寸具有突破性的意義，也是后續(xù)設(shè)計(jì)工作能夠順利進(jìn)行的前提。其次，定位裝置的確定也是本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭家賢.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]郝濱海.沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]張淑娟，全臘珍.畫法幾何與機(jī)械制圖[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2007.

[4]陸元三，劉紅燕，文建平，等.防止彎曲件孔邊變性和開裂的工藝措施[J].模具制造，2010，﹙9﹚：26-28.