沖制橋形切口板面變形分析及模具設計

1、沖制橋形切口板面變形的分析及模具設計蔣傳剛（汕頭市電器控制設備廠有限公司， 廣東汕頭 515041）摘要: 分析了沖制橋形切口后工件板面發(fā)生變形的原因，介紹了能消除彈復應力、防止板面變形的模具結構。關鍵詞: 橋形切口 彈復應力 模具結構 The Die Design & an Analysis of Deformation While Stamping the Plated Surface of Bridge-shape CutJIANG Chuan-gang（Shantou Electronic Control Equipment Co., Ltd, Shantou 515041,

2、China）Abstract：Analyse the deformation reason of the plated surface after pressing the bridge-shape cut，and introduce the methods for eliminating the stress of spring back and preventing the plated surface deforming of die structure.Key words： Bridge-shape Cut； Spring Back Stress； Die structure1.引言

3、橋形切口是電器柜柜體上常用的一種通風孔形式。通常在柜體的側面、頂部或前后門的面板上成組沖制。它不僅能起到柜體內通風、向外散熱的作用，也使原來顯得呆板的板面增加美感，同時被沖鈑金件的剛性也會有所增加。本文所述的成組橋形切口如圖1所示，圖中橋面段1與兩端的斜邊段3構成橋形區(qū)，搭邊段2的寬度F等于橋面段寬度E的0.618倍。圖1 橋形切口示意圖 1.橋面段 2.搭邊段 3.斜邊段沖制橋形切口后的工件板面，會發(fā)生整體扭曲變形如圖2所示，和搭邊段拱曲變形如圖3所示，造成工件板面平面度質量下降。如2mm鋼板800×1000的工件變形，嚴重時局部翹起達22mm！工件沖壓后已不可能再用輥平的方式進行

4、修整,必須增加較煩瑣的如錘展矯正等手工整形工序，這不但明顯增加成本,而且整形后的板面質量也達不到理想的效果。致使裝配后出現(xiàn)柜體變形、門不能關緊、內應力較大等質量問題。我們對橋形切口的沖壓過程及變形后的工件進行了分析，找到了變形的原因和相應對策，在模具結構的設計上作了相應的改進，最終使變形問題得到了徹底解決。 圖2 沖制橋形切口后的工件變形示意圖2.橋形切口的沖壓過程和工件板面變形分析 當沖床的滑枕下行時，首先是卸料板在上模彈壓力的作用下壓緊工件，凸模隨后切入工件，并同時使橋面段邊線與工件發(fā)生剪切分離；隨滑枕繼續(xù)下行,凸模的斜刃部分對工件進行剪切。因斜邊大于直角邊的原因,使對應的該部分材料在緊貼

5、凸模的剪切過程中，延45度方向同時拉伸變長,這時，先前已剪切分離的橋面段，也因斜邊段的拉伸而相應發(fā)生水平方向彈性拉長;當滑枕回程時，頂料塊將工件頂出凹模。此時的工件板面已發(fā)生了扭曲和局部拱曲變形。不同尺寸和不同組合的橋形切口，沖壓后或多或少都會發(fā)生這類變形，且變形的方向一致，有相同的規(guī)律性。圖3 搭邊段受壓后失穩(wěn)拱曲示意圖1.橋面段 2.搭邊段在沖制橋形切口時，工件在外力作用下產(chǎn)生斜邊段的彈塑性伸長變形和橋面段的彈性伸長變形。當施加于工件上的載荷消失后，由斜邊段、橋面段組成的橋形區(qū)隨即發(fā)生彈復變形。如圖3所示，橋形區(qū)的水平方向彈復使A點、B點之間的距離縮短，因搭邊段剛性差而受壓失穩(wěn)，并向外拱曲

6、變形，這是其一。其二同樣是由于A點、B點之間的距離縮短，造成整個工件的中心部位受拉，內應力較大（俗稱“內緊”）而使工件板面扭曲變形如圖2所示。這兩種變形導致工件平面度嚴重超差。為證實我們的分析，應用切口分離法1，將橋面段延寬度方向鋸開，或如圖3所示按箭頭方向錘擊J和G點使橋形區(qū)長度伸長，都等于去除了橋形區(qū)的彈復應力，隨即可見整個工件板面的扭曲和拱曲變形消失，工件板面隨之恢復平整。由此可以斷言，工件板面的扭曲和局部拱曲，都是因為橋形區(qū)的彈復應力導致的。因此，消除卸載后的橋形區(qū)彈復應力是解決工件板面變形的關鍵。目前許多廠家普遍采用了加大搭邊段寬度F的方法，這種用加大寬度而增加搭邊段截面積的方法，能

7、使其受到的壓應力減少。當搭邊段寬度F大于2倍橋面段寬度E時,這時彈復應力已不足以使已增大橫截面的搭邊段發(fā)生變形(或只是微量變形),此時整個橋形區(qū)的水平方向彈復因搭邊段剛性增加而完全受阻,其彈復應力以殘余應力的形式保留下來1,此時A點和B點之間的距離沒有發(fā)生變化，所以工件是平整的。這種方法在生產(chǎn)中已得到印證。但是，增加搭邊段的寬度必然使通風口數(shù)量減少而影響柜體內通風的功能，所以這還不是一個好的辦法。3. 能消除工件彈復應力、防止板面變形的模具結構圍繞著既要保持設計要求的通風量、保持美觀的視覺比例，同時又要解決板面變形的問題，我們從消除橋形區(qū)的彈復應力入手，考慮了二個方案，重新設計了模具結構。 圖

8、4 結構1示意圖1. 凸模 2.工件的橋面段 3.有二處凸起的頂料塊結構1如圖4所示，在頂料塊3上設計二處凸起，其作用是在橋形切口沖制的最后時刻，在凸模1和頂料塊3的共同作用下，使頂料塊的二處凸起楔入橋面段表面。也就是說使橋面段2的料厚方向受到擠壓而使其水平方向伸長,與水平彈復量l相互抵消。沖壓時可以通過調整楔入的深度，使其產(chǎn)生不同量的伸長以適應不同形狀的工件。這種模具結構的改進取得了滿意的效果。其不足之處是工件的形狀有所改變，橋面段表面增加了兩條(或數(shù)條)淺槽，雖說不影響美觀但與原設計意圖不太相符，同時對于板厚比較薄的工件會造成一些強度下降。 結構2如圖5所示2，重新設計了凸模和頂出器。圖5

9、 結構2示意圖1.凸模 2.彈性件 3.卸料板 4.頂料塊 5.凹模 6.頂桿 7.底座 8.螺桿 9.頂出盤 10.頂出橡膠 11.墊片 12.頂平橡膠 13.螺母1. 重新設計的凸模將刃口工作面由平面改為圓弧面因連接兩點之間的距離圓弧線比直線長，我們設想能利用這種長度差，先將橋面段先沖成圓弧面，之后再將圓弧面頂平為平面，用以補償橋形區(qū)的水平彈復量l。在沖壓過程中，因剪切時工件緊貼凸模，此時橋面段也帶有與凸模相近似的圓弧，頂料塊始終頂緊橋面段。當達下極點之后，卸料板依舊對工件施壓，凸模隨機床回程而開始縮回卸料板，因而使失去凸模支撐的橋面段在頂料塊下頂力的作用下開始變形，使圓弧面展平為平面或接

10、近為平面。此時，橋形區(qū)上的A、B點之間的距離增加了，與工件水平彈復量l相抵消，使橋形區(qū)的彈復應力消失。隨著機床的繼續(xù)回程，工件由頂料塊頂出凹模。2. 重新設計的頂出器將頂出力和頂平力分開考慮到頂料塊將圓弧面頂為平面時需要較大的力,極易使工件在頂出凹模時因頂力過大而變形。所以，新設計的頂出器將頂出力和頂平力分開，分別作用于沖壓的不同時段。如圖5所示，通過調整螺母13,可調整頂平橡膠12的預壓量。圖中C等于頂出行程，數(shù)值為材料厚度加通風口高度。沖壓作業(yè)中隨凸模的下行，頂桿6隨之受壓下行。因頂平橡膠12的面積大于頂出橡膠10，因此，頂出橡膠首先變形，直至C=0。此時,外力開始直接傳遞在頂平橡膠12上

11、,頂平橡膠受壓力而開始變形儲能。通過下極點后的凸模開始回程，卸料板依舊壓緊工件，凸模開始縮回卸料板，頂平橡膠因凸?？s回而將橋面段的圓弧面頂平，直至行程受限而頂平橡膠停止工作。此后，由頂出橡膠繼續(xù)對頂桿施力，間隙C由0開始恢復至最大值，直至將工件頂出凹模。圖6為頂出器的頂出力和行程坐標圖，圖中om為頂平行程，mn為頂出行程。 圖6 頂出力和行程坐標圖3. 模具設計中工件彈復量的確定在整個沖壓后工件的彈復變形都是處于比例極限范圍內，根據(jù)虎克定律= E·和普通鋼板的比例極限，可以確定工件橋形區(qū)的彈復量l= l· = l·/ E橋形區(qū)長度l=67.6, 查Q235A鋼板的屈服強度不低于235 MPa，本例中取235 MPa，E=2.05×105MPa，代入后得出l =67.6×235÷(2.05×105 )=0.077(mm)所以，我們取凸模圓弧弧長為67.68mm，等于直線長加橋形區(qū)的水平彈復量。凸模詳細尺寸如圖7所示。 圖7 帶圓弧面的凸模4.結束語正如預期的那樣，重新設計制造的沖模，在工件成組沖制橋形切口時，因模具的特殊結構而消除了水平彈復量。工件已不再扭曲和拱曲變形,平面度的誤差也在公差允許的范圍內，這項技術革新取得了滿意的效果。參考