大变量变薄引伸、翻边工艺

1　前言
　　在一般冲压制品中，设计人员出于对工艺性的考虑，对翻边类工件参数的设计总是按一般规 定，将其 高度控制在某一范围内，但对某些有特殊要求、在特定场合下使用的工件，需超出这一常 规。本文中论述、介绍的正是这种工件。该工件不仅翻边高度大大超出常规，而且是一条工 件上逐个排列的系列翻边孔，对中心节距有要求，故该工件工艺性很差。在这种情况下，用 一般工艺方法已难以解决，只有按其特点分析、制订特定的工艺方法。
2　工件概述
　　该工件是瓶装饮料设备洗瓶机载瓶架上的一个槽钢形工件，其基本尺寸如图1所示。

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该工件是在一条槽钢形工件上排列了24个向外的翻边孔。其翻边孔也不同于一般的圆筒 形孔，形似圆锥，孔口外翻。孔口要求不开裂，中心节距之积累误差≤±2.5mm。
3　工艺分析与确定
3.1一般分析
　　根据工件尺寸翻边孔直径D=52，高度H=35，孔底过渡圆弧r=5，材厚δ=2，则按一般翻边工 艺计算公式计算其翻边底孔直径d:
　　d=D-2(H-0.43r-0.72δ)=52-2(35-0.43×5-0.73×2)=-10.82
　　翻边底孔直径d经计算得出负数，显然按一般翻边工艺根本不可能解决问题，故考虑采用先 变薄引伸后冲孔翻边的工艺方法来解决问题。
3.2变薄引伸分析
　　采取先变薄引伸、后冲孔翻边的方法是利用翻边孔底部的材料厚度，使之在引伸 时 延伸变薄，而孔口的材料则在翻边时延伸变薄，这样就能充分利用各部位材料的延伸性能， 均匀变薄，提高翻边高度。
　　经多次试验分析，设引伸高度hy=18,凸模圆角r=16,翻边孔底部中径D=59，翻边后需达到图 纸要求总高度H=35(见图2)。
　
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则翻边高度hf：hf=H-hy+r=35-18+6=23
　　根据冲孔翻边求底孔直径公式作近似计算：
　　d=D+1.14r-2hf
　　=59+1.14×6-2×3
　　=19.84
　　取翻边底孔直径d=20，这时其翻边系数
　　k0=dＤ=２０５９=0.34
　　对照采用球形凸模翻边、冲模冲孔时低碳钢的极限翻边系数kmin为0.45，显然k0仍超过极 限kmin，但已比较接近。至于可能出现的开裂倾向，可以采用局部回火工艺加以解决。
3.3引伸工艺的确定
　　对于一般单件圆周工件来说，一次达到引伸高度hy=18并非难事，但对于这种连续多个排列 情形的工件来说是相当不易的，因为引伸部位周围已不能自由延伸，从而会导致开裂。
　　设想分二道引伸工序达到所需高度。为达到最大限度利用翻边孔底部周围材料厚度，使二道 引伸均匀利用周边材料厚度的目的，将二道引伸工序的凸模设计成不同的形状和直径(见图3 )

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第一道引伸模尺寸相对较小，冲头圆弧半径R较大，目的是使翻边底孔周围材料得以延 伸，深度要达到16。实践证明，其引伸深度一次达到16也可能会产生开裂现象，故须分三次 完成：第一次达到14，第二次达到15，第三次达到16。
　　第二道引伸凸模尺寸放大，且成锥状，比较接近工件成品时底部的形状，目的是使翻边孔底 部材料得以延伸。此时第一道引伸时的圆弧部位则展平为平台状待冲孔翻边。第二道引伸后 即达到预定引伸高度hy=18。
　　至此，变薄引伸工艺已确定，即：
　　(1)引伸一：凸模球状，高度16(分三次完成：分别达到14、15、16)。
　　(2)引伸二：凸模锥状，高度18。
3.4翻边工艺的确定
　　经二道引伸后其凸形高度达到18，则后续工序也可确定，即：
　　(3)冲翻边底孔?20(4)孔边局部回火(5)翻边(6)收口(7)扩口#p#分页标题#e#
　　其中收口、扩口为整形工序，使工件形状能准确符合图纸要求。此时，其翻边高度、形状已 满足图纸尺寸要求。
4　中心节距及弯曲问题
　　在连续排列系列翻边孔的变薄引伸加工时，会出现中心节距收缩问题。其收缩程度随材料特 性 、引伸深度、上下模具对位偏差及模具压紧力不同而变化。在第一道3次、第二道1次共4次 的 变薄引伸中，总收缩量可达到每个节距0.8～1.2mm，总长范围19～28mm。其中，以首次引伸 收缩量最大，可占总收缩量的60%～80%。而最后一次引伸虽收缩量不大，但对工件成形后中 心节距影响最大，因为这时其中心节距已基本定型。后道翻边工序对中心节距基本无影响。 上述问题可通过调整模具中心节距来解决。
5　模具结构特点
5.1定位
　　引伸、冲孔时以凸形定位，翻边时以中心底孔定位。在第二道引伸时，要以前道凸形与该道 引伸后凸形同时定位(见图4)，且中心距应按收缩量放大。这样做既能起定位作用，又能起 到阻止中心节距收缩的作用。翻边时同样前后同时定位，以确保中心距尺寸无误。

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5.2压紧
　　该工件引伸时需较大的压紧力，用于防止起绉、阻止中心节距收缩、减小弯曲程度。但该工 件引伸时凸形底部直径与外形宽度尺寸几乎相同，引伸时两侧部件在垂直方向无法压紧，故 在模具上设置凸模活动压紧板、凹模定位压紧条，既起到压紧作用，又起到了侧向定位作用 (见图5)。

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5.3中心节距调整
　　由于大变量引伸时产生的收缩，使节距变小，故模具中心节距定位尺寸应大于标准尺寸。除 此之外，因各次引伸收缩又有所不同，故模具中心节距须做成可调节的。通常第一道冲凸引 伸模中心节距应比标准尺寸大1.2～2mm，第二道大0.5～１mm。
5.4模具校正
　　模具校正主要是上、下模中心对称度要得到保证。长度方向 错位会产生节距收缩不匀、开裂现象；宽度方向错位会产生翘曲、局部起绉(侧向)现象。
　　其次须注意保持凸模压紧板上的橡皮弹性。
6　实践效果与结论
　　该工艺在洗瓶机载瓶架的研制过程中经实践应用，解决了大变量变薄引伸中的开裂、收缩等 问题。一般情况下，变薄引伸时产生的开裂情况按引伸凸形数计占约0.13%，按成品件计则 可控制在4%以下。其节距误差为每节距0～±0.08mm左右，总长范围累积误差可在±2mm内。
　　该工艺为解决连续多个大变量变薄引伸中出现的工艺难题探索了一条途径，对于解决类似工 艺问题亦能起到借鉴作用。