厚板沖裁模側(cè)向力分析和預(yù)防

盧正峰

（陜西重型汽車集團(tuán)有限公司，陜西 西安 721200）

厚板沖裁模側(cè)向力分析和預(yù)防

盧正峰

（陜西重型汽車集團(tuán)有限公司，陜西 西安 721200）

沖裁過程中側(cè)向力的產(chǎn)生不可避免，它對厚板沖裁模具狀態(tài)、壽命影響很大。本文分析了側(cè)向力產(chǎn)生原因，介紹了側(cè)向力的大小計(jì)算，并重點(diǎn)介紹了從工藝方案設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)等方面預(yù)防側(cè)向力的措施。

側(cè)向力；危害；產(chǎn)生；大??；預(yù)防

CLC NO.:TG386.2Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-25-02

引言

車架總成堪稱重型車的脊梁，它的組成零件強(qiáng)度對整個(gè)汽車承載能力、使用壽命起著關(guān)鍵作用。車架總成主要由縱梁、橫梁、連接板和其他零部件組成，這些零件一般在6-8mm，屬于高強(qiáng)度鋼。橫梁和連接板有變化少、通用性強(qiáng)、需求量大的特點(diǎn)，很適合沖壓工藝加工。怎樣提高沖壓模具使用狀態(tài)和壽命，成為保障生產(chǎn)、穩(wěn)定質(zhì)量、控制成本最值得考慮的問題。

1、存在問題

影響厚板模具的狀態(tài)和壽命的因素很多，但一個(gè)很致命的因素往往被忽略或考慮不周，那就是沖壓過程中的側(cè)向力。在沖壓加工過程中，不僅非封閉沖裁模會(huì)產(chǎn)生側(cè)向力，而且完全對稱的沖裁模具也因各部位沖裁間隙不均、加工材料內(nèi)部組織不均、送出料方向、機(jī)床精度等問題，也會(huì)產(chǎn)生側(cè)向力。

模具的側(cè)向力是一種有害的力，伴隨著沖裁過程必然產(chǎn)生。如果設(shè)計(jì)時(shí)處理不好側(cè)向力，不但很容易使沖裁間隙發(fā)生變化，造成模具局部鑲塊磨損、啃刃，甚至部件乃至整個(gè)模具報(bào)廢，而且還會(huì)造成模具帶料、產(chǎn)品不合格、機(jī)床運(yùn)行精度下降、操作人員安全受影響等其他嚴(yán)重問題。有多套模具雖然考慮了側(cè)向力，但還是出現(xiàn)防側(cè)機(jī)構(gòu)斷裂，模具提前報(bào)廢。究其原因，主要是前期側(cè)向力分析和模具預(yù)防措施不到位。所以，提前分析沖裁模具的側(cè)向力產(chǎn)生原因和大小，研究側(cè)向力的預(yù)防措施成為提高厚板沖裁模壽命的重要措施。

2、側(cè)向力的產(chǎn)生

模具沖裁中的側(cè)向力是指模具工作中鑲塊受到的與沖裁方向垂直的，使鑲塊產(chǎn)生單向彎曲力距的作用力。

鑲塊受到材料垂直方向的抗剪壓力P，鑲塊擠入材料時(shí)，受到材料產(chǎn)生的彈力N及摩擦力F的作用。很明顯，由于彈力N的存在，鑲塊才有可能產(chǎn)生側(cè)向力。同時(shí)摩擦力F也是彈力N存在的前提，而摩擦力F則是凸模磨損的主要原因，也是模具卸料時(shí)應(yīng)克服的卸料力。

在沖裁過程中，不同鑲塊受到的側(cè)向力大小和方向不同。單個(gè)側(cè)向力對模具局部產(chǎn)生影響，所有側(cè)向力的合力對上下模座產(chǎn)生影響。

3、防側(cè)力的大小

分析側(cè)向力的大小，還需要從沖裁中凸模所受的彈力N開始。

可見，N的大小與沖裁力成正比。沖裁力越大，N 就越大。實(shí)際上，沖裁力與鑲塊鋒利程度、沖裁間隙、材料性能和厚度的波動(dòng)等有關(guān)。另外，摩擦系數(shù)與鑲塊的表面光潔度、鑲塊瞬時(shí)溫度等有關(guān)。所以，側(cè)向力N不是定值。有研究表明，彈力N的大小是其相應(yīng)位置沖裁力的30-40%?？赏ㄟ^以上公式計(jì)算局部側(cè)向力，整個(gè)模具的側(cè)向力可按照力的合成進(jìn)行計(jì)算。

4、預(yù)防措施

側(cè)向力對厚板沖裁模的影響，剛開始沒有顯現(xiàn)，在一段時(shí)間后，往往通過間隙偏、帶料、零件毛刺等問題反映出來。等發(fā)現(xiàn)是側(cè)向力引起的，就像人被人到了癌癥中后期一樣，有效的解決手段不多。最好的解決方法就是防患于未然，工藝分析確定出側(cè)向力大小，模具設(shè)計(jì)階段選擇出合適的預(yù)防辦法。

4.1 選擇合理的工藝方案，降低模具的側(cè)向合力大小

4.1.1 兩個(gè)非對稱件相向布置

使沖裁外形由不對稱變?yōu)榻茖ΨQ、由不封閉變?yōu)榻咏忾]。它不僅能使模具各部分側(cè)向力互相抵消或大幅降低，而且效率提高1倍。這種辦法對中小件非常適用。但缺點(diǎn)是，模具體積增大，制造費(fèi)用增加，并要用較大沖床，只適合需求量特別大的零件。

4.1.2 增設(shè)工藝余邊

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，在適當(dāng)部位增添一個(gè)需要切除的工藝邊，以達(dá)到?jīng)_壓時(shí)平衡側(cè)向力的目的。這種方法可有效平衡部分側(cè)向力，但也會(huì)增加材料消耗。

4.1.3 改變沖壓工藝方案

用板料剪切窄條或?qū)⒔卿摷舫啥潭螘r(shí)，通常采用單邊剪切，有側(cè)向力存在。若將單邊剪切改為雙邊剪切，就能消除側(cè)向力，并提高了工效和剪切質(zhì)量。再如梯形件，將雙邊剪切改為落料，也同樣的效果。

4.2 降低瞬時(shí)沖裁力，是減少側(cè)向力影響最有效的途徑

4.2.1 采用斜刃、階梯沖、分段沖壓或熱沖等方法，以降低瞬時(shí)沖裁力。這樣，模具鑲塊所受的最大側(cè)向力也隨之降低。

4.2.2 強(qiáng)力壓料能防止板產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，作用于沖裁鑲塊的側(cè)向力可降低10%～18%。與此同時(shí)，模具與板料之間的摩擦力也有所增加，從而提高了對側(cè)向力的抵御。

4.2.3 有側(cè)向力時(shí)，要盡量不用大間隙沖裁。因?yàn)榇箝g隙沖裁使板料扭轉(zhuǎn)，從而加大對鑲塊的側(cè)向力。

4.3 提高上下模座之間的防側(cè)能力

幾乎所有零件，在加工過程會(huì)產(chǎn)生側(cè)向力。如果上下模之間無防側(cè)結(jié)構(gòu)，加工過程中的側(cè)向力主要由導(dǎo)柱導(dǎo)套來承擔(dān)。在生產(chǎn)中出現(xiàn)，模具安裝時(shí)是好的，但加工一定數(shù)量之后，模具間隙發(fā)生變化。這是側(cè)向力導(dǎo)致上下模座錯(cuò)位引起相對位置發(fā)生變化。

根據(jù)側(cè)向力大小有幾種防側(cè)設(shè)計(jì)。一種是模具設(shè)計(jì)有專門防側(cè)結(jié)構(gòu)，沖裁前提前嚙合，沖裁過程中的側(cè)向力內(nèi)部已經(jīng)抵消，這種一般用在側(cè)向力很大的模具中；另一種是增強(qiáng)上下模座間的防側(cè)能力，比如采用導(dǎo)板導(dǎo)向、或者增加導(dǎo)柱的直徑或縮短長度的模具，一般厚板沖裁模都可以用這種結(jié)構(gòu)。

4.4 提高鑲塊防側(cè)向力的能力

沖裁模鑲塊，特別是凹模鑲塊的固定方式差異對側(cè)向力的影響很大。凹模鑲塊的防側(cè)設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面，首先是鑲塊外側(cè)的防側(cè)結(jié)構(gòu)，其次是鑲塊的固定方式。選擇合適的防側(cè)結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵，常用的結(jié)構(gòu)有實(shí)型鑄造擋墻，或側(cè)塊、鍵。從效果上來看，擋墻最好，防側(cè)塊其次，鍵最差。鑲塊的固定方式對側(cè)向力也起到重要作用，同一規(guī)格的螺栓銷釘，布置方式、安裝位置不同，產(chǎn)生的效果就不一樣。我們有兩套模具零件近似對稱，凹模鑲塊外只設(shè)計(jì)鍵，雖然改為防側(cè)塊，但只使用了一年時(shí)間，模具就提前報(bào)廢了。

5、結(jié)論

經(jīng)過不斷對問題模具分析、改進(jìn)和總結(jié)，在后繼模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用防側(cè)技術(shù)，厚板沖裁模具崩刃少了，而且間隙偏、帶料等“副產(chǎn)品”也大幅度降低，模具故障率和維修費(fèi)用大幅度降低，使用壽命也不斷提高。

[1] 張文祥，吳火然.模具沖裁中的側(cè)向力分析[J].模具制造，2005,(6):22.

[2] 太田哲著.張玉良等譯.沖壓模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)圖解[M].國防工業(yè)出版社出版，1980.

[3] 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍛壓學(xué)會(huì)編.鍛壓手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社出版.2002.1.

The blanking die lateral force analysis and Prevention

Lu Zhengfeng
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi’an )

The lateral force in blanking process is inevitable, it on thick plate blanking die, life of a great impact. This paper analyzes the causes of the lateral force, lateral force calculation, and introduces the design of the process scheme and die design of the lateral force of the measures of prevention.

lateral force; harm; produce; size; prevention

TG386.2

A

1671-7988(2015)07-25-02

盧正峰，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司車架廠，從事汽車沖壓技術(shù)工作。