鈑金件模具在沖壓進(jìn)程中的變形解析

申榮鵬 曹晨亮

摘要：模具是一種使用量大，適用面廣的工具產(chǎn)品，模具工業(yè)的進(jìn)步對(duì)各種類型的產(chǎn)品的生產(chǎn)都有十分重要的意義。在大批量生產(chǎn)中，如果模具的水平不夠高就不能刻得到高水平的產(chǎn)品。板料成形技術(shù)既是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，又是先進(jìn)制造技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。板料件模具的質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的交貨周期，影響到生產(chǎn)成本和效率。

關(guān)鍵詞：鈑金件模具;沖壓進(jìn)程;變形分析

1 變形解析的必要性

鈑金件經(jīng)過塑性加工，很難避免細(xì)微的形變。沖壓的進(jìn)程中，各類鈑金件配備的模具都較容易變形，因而增添了后續(xù)加工的更大難度。鈑金件在接受沖壓時(shí)，總體受力及細(xì)微的局部荷載都將變更，這些作用力驅(qū)動(dòng)了鈑金件變形，屬于塑性變形。相比于其他工藝，沖壓工藝從根本上改進(jìn)了原有的鈑金件塑性，改善力學(xué)屬性。與此同時(shí)，也提升了沖壓進(jìn)程的成效性。鈑金件沖壓時(shí)，優(yōu)選合適的工藝流程還可節(jié)省耗費(fèi)的鈑金原材，制作出多樣形態(tài)的鈑金截面。

從沖壓成形角度來看，可歸因于多樣的影響要素。在這些要素中，不均衡的原材變形應(yīng)被看作首要因素。從目前來看，模擬成形進(jìn)程的新方式正被推廣，用于各類鈑金模具沖壓。在數(shù)值模擬中，先要選取合適的解析對(duì)象。經(jīng)過模擬之后，可選取有限元解析來獲取結(jié)論。這樣做，在最大范圍內(nèi)減低了沖壓中的額外耗費(fèi)，縮減了開發(fā)鈑金件的總體時(shí)間。同時(shí)，也減低了耗費(fèi)的沖壓及制作經(jīng)費(fèi)。

2 鈑金件模具變形的主要原因

在沖壓過程中，鈑金件模具變形的原因可以分為以下幾類：一是模具設(shè)計(jì)因素造成的模具變形。沖壓模具的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)時(shí)模具的尺寸、形狀設(shè)計(jì)不合理或是選用了不合適的材料都會(huì)引起模具變形，甚至造成模具損壞;二是材料熱處理不當(dāng)所引起的模具變形。據(jù)統(tǒng)計(jì)，百分之七十左右的模具變形都是由于材料熱處理選取不當(dāng)引起的;三是模具工作條件不當(dāng)引起的模具變形。如因?yàn)閴毫C(jī)的精度不準(zhǔn)確、剛性差、壓力噸位設(shè)置不合理，或是壓力機(jī)加載速度過快等因素都會(huì)造成鈑金件模具的變形”;四是機(jī)械加工引起的鈑金件模具變形。對(duì)鈑金件模具的機(jī)械加工是鈑金件模具制造的重要方式，其中任意一道工序的加工質(zhì)量都嚴(yán)重影響著鈑金件模具的壽命與質(zhì)量。本文主要分析機(jī)械加工對(duì)鈑金件模具變形的影響，并指出相應(yīng)的解決措施。

3 鈑金件模具在沖壓進(jìn)程中的變形形式

實(shí)際生產(chǎn)總結(jié)出模具的變形主要包括以下幾種基本形式：1）模具的塑性變形，凹坑或翹曲，模板變形是這種變形形式主要表現(xiàn)形式，這種變形形式會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)，屬于十分嚴(yán)重的變形形式;2）模具的磨損變形，一般情況下，模具與胚料間的摩擦是造成模具磨損變形的主要原因;3）模具的疲勞變形，循環(huán)載荷和應(yīng)力集中是模具的疲勞變形的最主要的因素，這種變形在高速?zèng)_壓模具中十分明顯;4）綜合因素影響下的變形，由于實(shí)際工作時(shí)的條件十分復(fù)雜多變，高速因此，一套冷沖壓模具經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)多種損傷形式，各種不同的變形同時(shí)發(fā)生時(shí)會(huì)出現(xiàn)相互促進(jìn)的現(xiàn)象，以致更為嚴(yán)重的變形形式出現(xiàn)，比如，在沖擊載荷的作用下，磨損會(huì)十分強(qiáng)烈的促進(jìn)疲勞，當(dāng)模具出現(xiàn)磨損溝之后，裂紋就會(huì)很快出現(xiàn)，模具疲勞斷裂也會(huì)很快發(fā)生。

4 改善鈑金件模具沖壓進(jìn)程中變形的措施

在模具設(shè)計(jì)時(shí)，可以加粗卸料板組件的導(dǎo)套與導(dǎo)柱，將卸料板組件的厚度設(shè)計(jì)成凸模工作長度的三分之二，這樣能使模具在高速運(yùn)行的情況下也能保證穩(wěn)定;在導(dǎo)柱的長度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證以下這種情況，在沖裁開始前一小段時(shí)間里，導(dǎo)柱就進(jìn)入凹模組件上的定位孔內(nèi)，這種設(shè)計(jì)能有效地使其抵抗外力的能力得到提高;此外，可以適當(dāng)縮小卸料板組件上通過凸模與凸模的孔之間的間隙，這樣也能使卸料板組件的導(dǎo)向能力得到提高。

5 鈑金件沖壓模具維護(hù)的必要性及重點(diǎn)

為了保護(hù)正常生產(chǎn)，長沖模壽命，降低成本，提高沖壓件質(zhì)量，延并做好沖模與維護(hù)檢修工作，需要對(duì)模具刃口進(jìn)行及時(shí)復(fù)磨、研光處理，而且還要注意保持合理的潤滑和模具的清潔等方面的細(xì)節(jié)工作，很多時(shí)候一些較為小的失誤或不注意就會(huì)引起較大的事故發(fā)生。相關(guān)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，正確使用和合理維護(hù)的模具，其壽命比平均模具壽命要高很多。

5.1 沖切下料加工的凹模及沖頭

在模具的所有零件中，維護(hù)周期最短的就要屬?zèng)_切下料加工的凹模及沖頭了。這種零件中的沖頭間隙、形狀、材質(zhì)、表面粗糙度等都能較大程度上影響到模具的壽命。滑配面在初期時(shí)會(huì)一般會(huì)出現(xiàn)橘皮狀，在中期出現(xiàn)壓痕，到了后期整個(gè)形狀甚至?xí)霈F(xiàn)崩潰的現(xiàn)象。一般模具上使用的彈簧很多時(shí)候是處于一個(gè)看不見的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)變形，就會(huì)較慢地被發(fā)現(xiàn)，因此最終導(dǎo)致模具的破損也會(huì)較大。

5.2 模座的引導(dǎo)柱及內(nèi)引導(dǎo)組件

模具的零件中存在很多零件時(shí)專門為維持模具精度而設(shè)計(jì)的，模座的引導(dǎo)柱及內(nèi)引導(dǎo)組件就是這類專用零件中的重要零件。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，模具的適用環(huán)境很多時(shí)候都是一個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境，在高速生產(chǎn)時(shí)，模具受到磨損加劇，偏心荷重、潤滑狀態(tài)等影響，導(dǎo)柱襯套的間隙會(huì)擴(kuò)大，這就使得難上模及下模的關(guān)系精度很難得到保證，使模具各個(gè)部位的零件都會(huì)出現(xiàn)不同類型的故障，而且很多都是難以預(yù)料的或者很難修復(fù)的，最終使得模具零件遭到破壞。如果太大的偏心荷或重導(dǎo)柱的垂直度不良就會(huì)引起燒附現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)很多情況是由于模具設(shè)計(jì)或制作階段有異常。若垂直度不良時(shí)，則必須重組柱襯套，若偏心荷重而產(chǎn)生燒附，必須模具的壓力中心，采取將沖床機(jī)械上模具裝置的位置錯(cuò)開。

5.3 模板

在沖壓加工時(shí)，模具會(huì)很小幅度的彈性變形。高速冷沖壓模具使用時(shí)間長，頻率快，模板發(fā)生翹曲就是因?yàn)槟＞咴谑褂脮r(shí)間長而且頻率快的長期積累造成的，這也是影響模具精度的主要原因，所以每隔一段時(shí)間進(jìn)行消除翹曲現(xiàn)象的工作很有必要。一般在工廠中，對(duì)于在壽命管制期內(nèi)的模具，必要時(shí)需更換異常發(fā)生的模板，且還必須定期進(jìn)行模板的檢測。

對(duì)于維護(hù)模具工作，模具的組立及分解的容易度是一個(gè)重要的參考因素。模具的大小等情形決定螺栓的旋緊方向或零件的固定方法等，此外，還必須設(shè)計(jì)使維護(hù)更為容易的模具構(gòu)造，考慮零件的組合及分解的情形。

結(jié)語

鈑金件模具在鈑金件的沖壓成形過程中起著舉足輕重的作用.模具在金屬成形過程中的塑性變形通常被忽略，然而有些鈑金件加工精密程度要求較高，模具變形成為影響工件成形質(zhì)量的重要因素.基于拉格朗日的彈塑性本構(gòu)方程建立有限元模型，對(duì)模具在工件擠壓過程中的變形進(jìn)行有限元數(shù)值仿真，結(jié)果表明，在要求精度不高的金屬塑性成形中，模具沖頭可以按照剛體處理，而在精密成形中必須考慮模具變形對(duì)成形件質(zhì)量的影響，選擇的模具沖頭材料應(yīng)具有較大的剛度.為實(shí)際生產(chǎn)工藝的制定和模具設(shè)計(jì)等提供重要的理論參考依據(jù).

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（作者單位：精誠工科汽車系統(tǒng)有限公司）