工藝孔和定位銷等對縱梁翼邊孔高度尺寸的影響

施于慶

(浙江科技學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,杭州 310023)

10.3969/j.issn.1671-8798.2017.05.003

2017-03-10

施于慶(1959— )，男，浙江省杭州人，教授，碩士，主要從事板料成形及計(jì)算機(jī)仿真研究。E-mail:syu163@163.com。

工藝孔和定位銷等對縱梁翼邊孔高度尺寸的影響

施于慶

(浙江科技學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,杭州 310023)

平板汽車縱梁工藝孔對準(zhǔn)定位銷放入進(jìn)行彎曲作業(yè),現(xiàn)有模具結(jié)構(gòu)難以保證縱梁彎曲后側(cè)壁孔到縱梁底部的高度尺寸要求,而定位銷直徑很難由模具設(shè)計(jì)人員確定。定位孔與定位銷直徑之差或間隙越小,高度尺寸容易保證但沖壓作業(yè)困難;定位孔與定位銷直徑之差或間隙越大,高度尺寸不容易保證但沖壓作業(yè)順利。今對板料上的工藝孔對準(zhǔn)放入定位銷后最大移動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算,結(jié)果顯示板料和推板往一側(cè)移動(dòng),而縱梁側(cè)壁孔到縱梁底部的高度尺寸超差。因此設(shè)計(jì)出推板寬度與凹模兩側(cè)間隙配合結(jié)構(gòu)的模具,能解決高度尺寸超差。

U形件;彎曲;工藝孔;定位銷

保證U形件如汽車縱梁的彎曲精度是縱梁與汽車橫梁的重要裝配條件之一。然而,回彈是難以解決的彎曲質(zhì)量問題[1-5]。影響U形件彎曲的精度因素很多,如彎曲模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),模具的制造,材料的力學(xué)性能等[6-12]。為了提高縱梁的彎曲精度并生產(chǎn)出合格的縱梁產(chǎn)品,就要防止縱梁在彎曲時(shí)發(fā)生側(cè)向(或左右)移動(dòng),通常在縱梁上設(shè)計(jì)出一定數(shù)量的工藝孔,縱梁坯料送入模具時(shí),工藝孔對準(zhǔn)彎曲模具上的定位銷[13]。由于縱梁尺寸比較大,一般情況下,沖壓作業(yè)時(shí)定位銷上部直徑是小于定位孔直徑的,這樣才能放入板料。定位孔與定位銷上部直徑之差或間隔越小,零件彎曲后精度越高,越容易保證彎曲后零件的設(shè)計(jì)尺寸。然而,沖壓操作者將板料上的工藝孔對準(zhǔn)定位銷放入板料就越困難。相反,沖壓操作者將板料上的工藝孔對準(zhǔn)定位銷放入板料越容易或順利,則定位孔與定位銷上部直徑之差或間隔越大越好[14],但這樣就不易保證彎曲后零件的設(shè)計(jì)尺寸。事實(shí)上,模具設(shè)計(jì)時(shí),這個(gè)定位銷上部直徑是很難由設(shè)計(jì)人員確定的,因?yàn)檫@涉及縱梁產(chǎn)品生產(chǎn)的批量,生產(chǎn)工藝流程,模具制造,沖壓作業(yè)者的操作習(xí)慣,以及彎曲后的回彈因素等。究竟工藝孔與定位銷達(dá)到何種程度配合,才能獲得比較滿意或合格的零件,很多情況下是通過試壓后才能確定的。板料零件的生產(chǎn)是借助沖模并由壓力機(jī)生產(chǎn)的一種工藝方法。其主要特點(diǎn)就是生產(chǎn)效率高,1 min能生產(chǎn)幾件到幾十件甚至上千件零件。這歸結(jié)于沖床的速度一般都比較快。無論哪一種工序或類型,都要求在沖壓一個(gè)行程中完成所有的沖壓作業(yè)。沖壓作業(yè)通常只需在機(jī)床滑塊與剛性連接的模具下行前時(shí)完成板坯或半成品的送入,沖壓完成后取出半成品或沖壓零件。這些事都要在極短的時(shí)間內(nèi)完成。如果工藝孔與定位銷的配合不合適,就會(huì)影響到縱梁坯料送入或擺放,給沖壓作業(yè)帶來一定的困難。根據(jù)現(xiàn)有彎曲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),目前要做到彎曲模制造完全能達(dá)到設(shè)計(jì)要求是難以做到的。因此就要提出一種比較合理的結(jié)構(gòu),來消除由于彎曲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造帶來的誤差,從而保證產(chǎn)品的精度。

定位孔與定位銷直徑之差或間隙越小,高度尺寸容易保證但沖壓作業(yè)困難;定位孔與定位銷直徑之差或間隙越大,高度尺寸不容易保證但沖壓作業(yè)順利。我們對板料上的工藝孔對準(zhǔn)放入定位銷后最大移動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算,結(jié)果顯示板料和推板往一側(cè)移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生縱梁側(cè)壁孔到縱梁底部的高度尺寸超差。由此設(shè)計(jì)出推板寬度與凹模兩側(cè)間隙配合結(jié)構(gòu)的模具,解決高度尺寸超差,可將高度尺寸公差控制在產(chǎn)品尺寸要求之內(nèi)。故此類模具設(shè)計(jì)具有實(shí)用價(jià)值。

1 縱梁的彎曲情況

圖1是某汽車縱梁示意圖[15]。圖2縱梁側(cè)壁有許多孔,且孔與底部的高度最大偏差為0.45 mm,雖然這個(gè)偏差比較大,但彎曲后零件會(huì)產(chǎn)生回彈,回彈使側(cè)壁孔中心線到底面的高度是否能在這個(gè)偏差之內(nèi)是比較難確定的。一般情況下,彎曲后由于回彈會(huì)使這個(gè)高度減小,假設(shè)彎曲后不會(huì)產(chǎn)生回彈,那么孔到底面的高度為h(為方便分析,略去彎曲件圓角),如果這個(gè)h超差,基本上能確定只是和模具設(shè)計(jì)和制造的精度有關(guān),但這個(gè)相對比較容易控制,影響也不大;影響比較大的是彎曲后產(chǎn)生的回彈后的孔到底面的高度hb,有h>hb,如圖3所示。但是實(shí)際沖壓后的測量情況是h>hb和h

圖1 汽車縱梁示意圖Fig.1 Auto girder diagram

圖2 縱梁側(cè)壁的孔位與底部尺寸及偏差Fig.2 Size and deviation of the hole location in wing side and the bottom of the longitudinal beams

圖3 工藝孔和定位銷及高度Fig.3 Auxiliary hole, locating pin and height

實(shí)際上,要考慮到?jīng)_壓作業(yè)操作人員放入板料的問題,并要確保設(shè)計(jì)時(shí)的高度偏差的控制,還要考慮到修模和試模的問題。一般情況下,定位銷上部直徑是小于定位孔直徑的,這樣才能比較順利地放入板料。定位孔與定位銷上部直徑之差或間隔越小,零件彎曲后精度越高,高度越容易保證,但沖壓操作者將板料上的工藝孔對準(zhǔn)定位銷放入板料越困難。相反,沖壓操作者將板料上的工藝孔對準(zhǔn)定位銷放入板料越容易或順利地放入板料,則定位銷上部直徑越小越好。究竟何種程度是比較滿意的結(jié)果,是要試壓后才能確定的。因此,模具設(shè)計(jì)時(shí)這個(gè)定位銷上部直徑是很難由設(shè)計(jì)人員預(yù)先確定下來的。圖4所示是縱梁彎曲模,為了分析方便,不考慮板料與凹模間隙以及凹模和工件的圓角,僅分析定位銷的影響。由于定位銷是安裝在推板上的,推板對定位銷也有直接的影響。由于要方便地送入板坯,要求D>d,要保證推板在凹模能上下滑動(dòng)自如,同樣設(shè)計(jì)要求ld>lt。

圖4 尺寸關(guān)系Fig.4 Dimension relations

2 定位銷和推板對彎曲側(cè)壁高度的影響

彎曲時(shí)的理想狀態(tài)如圖5所示,推板和定位銷都呈居中狀態(tài)。但實(shí)際因模具制造等多方面的因素,在實(shí)際壓制過程中推板和定位銷的相對位置會(huì)出現(xiàn)如下幾種情況(圖6)。

圖5 彎曲模具工作前Fig.5 Bending press-tool before working

圖6 彎曲模具工作前坯料放入狀態(tài)Fig.6 Inserting sheet-blank before bending press-tool

由于定位銷和推板在彎曲模具工作前坯料放入后都會(huì)移動(dòng),顯然圖6(c)和(d)都不是極限位置,而圖6(a)和(b)是極限位置,會(huì)產(chǎn)生相對最大的誤差。當(dāng)圖6(a)和(b)是極限位置時(shí),彎曲模具工作前坯料放入后都會(huì)移動(dòng),往左移動(dòng)到極限位置或往右移動(dòng)到極限位置。那么彎曲后兩邊的高度也會(huì)出現(xiàn)不一樣高的情況,而且此時(shí)的高差一定是最大的,由此產(chǎn)生孔到底部的高度發(fā)生了最大的偏差。設(shè)彎曲后回彈產(chǎn)生的回彈角為2°,又縱梁模具尺寸很大,而托釘是不能保證推板往左或右不移動(dòng)的,設(shè)計(jì)取ld-lt=2 mm,D-d=0.3 mm也很正常,則高度尺寸最大為:hmax=(45+1+0.15)×cos2°=46.12 mm>45.45 mm,如圖7所示。同樣,則高度尺寸最小為:hmin=(45-1-0.15)×cos2°=43.82 mm<45.45 mm。壓制該縱梁時(shí)實(shí)際測得的數(shù)據(jù)超差很多,是采用調(diào)整鉆模鉆套的相對位置來解決這個(gè)問題,但尺寸不能保持穩(wěn)定。

圖7 彎曲后的尺寸計(jì)算Fig.7 Calculating dimension after bending

鑒于前述,筆者在模具設(shè)計(jì)中提出:1)托釘可采用其中的兩個(gè)托釘與經(jīng)過凹?？滋幨情g隙配合,以控制推板向兩側(cè)移動(dòng);2)或者不要采用托釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而采用推板寬度與凹模兩側(cè)間隙配合,實(shí)際所用模具結(jié)構(gòu)如圖8所指示;3)銷釘與工藝孔根據(jù)加工后工藝孔的實(shí)際尺寸,用間隙配合慢慢修磨至擺放坯料至順利,并兼顧達(dá)到側(cè)壁高度上孔中心到底面尺寸要求為止。模具設(shè)計(jì)中實(shí)際采用的是后兩種方法,從而實(shí)現(xiàn)高度尺寸以滿足要求。

圖8 改進(jìn)后模具結(jié)構(gòu)Fig.8 Improved press-tool

3 結(jié) 論

采取平板上工藝孔對準(zhǔn)定位銷定位后壓制U形件彎曲,雖然精度相對比較高,但是工藝孔與銷定銷的配合尺寸是比較難確定,工藝孔與銷定銷的配合尺寸不合適,會(huì)影響縱梁側(cè)壁孔到底部的高度誤差。而現(xiàn)有模具結(jié)構(gòu)比較難保證設(shè)計(jì)要求。我們設(shè)計(jì)出了推板寬度與凹模兩側(cè)間隙配合結(jié)構(gòu)的模具,能解決高度尺寸超差,可將高度尺寸公差控制在產(chǎn)品尺寸要求之內(nèi)。此類模具設(shè)計(jì)具有實(shí)用價(jià)值。采取推板寬度與凹模寬度方向的配合加工,相比于托釘限制推板行程的模具結(jié)構(gòu),此種結(jié)構(gòu)更簡單和更方便,加工裝配也更容易。

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Effectsofauxiliaryholesandlocatingpinsonheightdimensioninthewingsideholeforthelongitudinalbeam

SHI Yuqing

(School of Mechanical and Automotive Engineering, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, Zhejiang, China)

As bending form is carried out when auxiliary holes aligned and loaded with locating pins in the plate truck, the existing press-tool structure is difficult to meet the requirement of height dimension from the wing side hole to bottom of the longitudinal beam which is being bent, while the diameter of the locating pin is difficult to determine for the press-tool designer. The larger difference in diameter between the auxiliary hole and the locating pin, the higher bending precision is guaranteed, and the more difficult it is for press-working.On the contrary, the smaller difference in diameter between the auxiliary hole and the locating pin, the lower bending precision is guaranteed, and the easier it is for press-working. The paper analyzes and calculates the maximum movement after auxiliary holes of sheet-metal aligned and loaded with locating pins in the top plate.The results show that the sheet-metal and the top plate move on one side, with the deformed height dimension from the wing side hole to bottom of the longitudinal beam. Therefore,construction of a press-tool designed is presented by fitting the top plate width and gap of the die on both sides,the oversized problem of height dimension can be solved.

U-shaped part; bending; auxiliary holes; locating pins

TG386.32

A

1671-8798(2017)05-0334-05