摘要：介紹了一種沖壓模具技術(shù)在復(fù)雜斷面冷彎型鋼生產(chǎn)線上定尺切斷技術(shù)的應(yīng)用。圍欄樁冷彎型鋼是一種端面復(fù)雜并且封閉的型材，為了充分發(fā)揮生產(chǎn)線的效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善生產(chǎn)環(huán)境，采用沖壓模具對圍欄樁冷彎型鋼在線切斷，通過分析圍欄樁冷彎刑鋼的沖壓工藝和生產(chǎn)線特點(diǎn)，確定了模具結(jié)構(gòu)及數(shù)量、對模具具體設(shè)計作了深人分析，從產(chǎn)品展開到模架選擇，從確定模具結(jié)構(gòu)到運(yùn)動過程分析都做了詳細(xì)探討，特別闡述了凸模的設(shè)計要點(diǎn)。通過實際生產(chǎn)證明這種切斷方式具有噪聲小、斷面質(zhì)量高和效率高的優(yōu)點(diǎn)。
1 引言
冷彎型鋼的斷面結(jié)構(gòu)合理、品種規(guī)格多、幾何尺寸精確，是一種用途廣泛的經(jīng)濟(jì)成型鋼材，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，在建筑、交通、機(jī)械、家電等各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)生產(chǎn)的冷彎型鋼的品種、規(guī)格約有2000余種。冷彎型鋼輥壓線機(jī)組通常包括開卷、矯直、帶鋼切頭、成形、定尺切斷、檢查、收集〔其中有的包括有焊接，還有的包括沖孔模具等)等主要工序。切斷裝置是冷彎型鋼輥壓線機(jī)組的重要組成部分。國內(nèi)的輥壓線機(jī)組切斷裝置大多采用飛鋸切斷，型鋼斷面處有較大的變形和毛刺，定尺長度精度低，鋸切時噪聲較大，隨動行程較大。對于開口型鋼的在線切斷，可采用剪切機(jī)，從而保證了型鋼斷面質(zhì)量，實現(xiàn)了快速切斷，剪切噪聲低、振動也較小并且無毛刺川。可對于復(fù)雜封閉截面的型鋼生產(chǎn)線，如何保證斷面質(zhì)量并且有效的發(fā)揮生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度卻是一個難點(diǎn)。
圖1為冷彎型鋼自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)品一圍欄樁零件圖，其截面如圖2所示，對圍欄樁的在線切斷問題，經(jīng)過反復(fù)研究，決定采用在線模具化切斷。具體切斷系統(tǒng)包括:預(yù)沖孔模具、隨動小車、復(fù)位氣缸、機(jī)械定位裝置、光電感應(yīng)開關(guān)、控制系統(tǒng)、液壓缸及切斷模。本文主要介紹模具部分。
圖1 零件
2 在線切斷工藝分析
由圖2可以看出，產(chǎn)品的斷面不但封閉而且比較復(fù)雜，由豎直面、橫面和弧面組成封閉截面，材料為1. 25 mm的鍍鋅鋼板。要求切斷時不但要保證斷面質(zhì)量而且不能破壞鍍鋅層，還要滿足生產(chǎn)線的速度。這為模具設(shè)計帶來了很大麻煩。若采用常規(guī)切斷模具做整體切斷，將無法切除，不能滿足產(chǎn)品要求，根據(jù)零件特點(diǎn)作了深人分析，決定在冷彎成形前預(yù)留6.8mm的切斷量。因為零件形狀很特殊，凸模刃口部分必定為異形，不但要能切斷弧面、橫面及豎直面而且不能有塌角和刮傷，根據(jù)工藝需要，為了防止塌角并保證凸模的強(qiáng)度，決定在零件中間及拐角處要預(yù)先沖出工藝孔，并且必須在成形前沖出預(yù)沖孔，也就是在冷彎前再加一工序-做預(yù)沖孔，因此要設(shè)計一套預(yù)沖孔模具。即切斷該工件需要兩套模具:一套預(yù)沖孔模具，一套切斷模具。
圖2 工件截面圖
3 預(yù)沖孔模具設(shè)計
3.1 互預(yù)沖孔的位置確定
從預(yù)沖孔到切斷，中間還有成形工序，這樣預(yù)沖孔的位置確定就比較復(fù)雜。不但要保證切斷面的質(zhì)量，還要盡量選擇合適的位置以提高切斷模凸模的強(qiáng)度，并且還要保證不影響后序的冷彎成形，再根據(jù)沖壓工藝的要求，沖裁件的孔與孔之間、孔與邊緣之間的距離不應(yīng)過小，來對孔的位置進(jìn)行修正，通過電腦反復(fù)模擬，設(shè)計出預(yù)沖工藝孔如圖3所示。中間部分的孔是為了保證凸模的中間部分不要過長過尖，并且在沖切工件的頂部時，使形成的切屑容易排開。拐角處的孔是為了保證切斷時不會有塌角，同時也不會產(chǎn)生不易排開的料屑。
3.2工件的展開
直接利用Pro/E的展開命令把零件展開而得到展開圖。通過展開命令進(jìn)行展開有Feature Create Sheet metal Unbend Regular,選擇一個展開時的基準(zhǔn)面或邊(不動面或邊)，再選Unbcnd All命令，再點(diǎn)擊OK即可。生成如圖4所示的展開圖。
3. 3 預(yù)沖孔模的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作過程分析
(1)預(yù)沖孔模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)展開圖及精度要求，選擇對角導(dǎo)柱模架，采用正裝方式，凸模在上，凹模在下。預(yù)沖孔模具的整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。為了加工經(jīng)濟(jì)方便，以及便于維修更換，凸、凹模均采用鑲塊式結(jié)構(gòu)，這樣可以不用卸下整套模具便能更換鑲塊。兩塊凸模4與凸模固定板5定好位后，連同凸模墊板6一起利用螺絲直接固定在上模座7上，兩塊凹模21對稱鑲?cè)讼履ＤＷ?內(nèi)。為了防止廢料粘模，特別在凸模上設(shè)計了卸料橡膠22，沖裁下廢料后，在橡膠22的彈力作用下使廢料與凸、凹模順利分開。為了剪切省力，將刃口部分做成了1. S0斜度，凸模如圖6所示。另外因為是在線自動化生產(chǎn)，板帶自動送進(jìn)，所以采用了固定卸料板，這樣卸料板不但起到卸料作用而且也起到導(dǎo)料板的作用，并且固定卸料板具有卸料力大，結(jié)構(gòu)簡.單的特點(diǎn)。
(2)預(yù)沖孔模具工作過程分析
在工作過程中，板帶導(dǎo)人導(dǎo)料板〔在此導(dǎo)料板與卸料板3為同一塊板)，生產(chǎn)過程中是自動送料，是由光電開關(guān)確定沖裁位置。板帶走到適當(dāng)位置，在液壓機(jī)作用下上模座帶動凸模4下行，凸模開始工作，在凸、凹模共同作用下，沖孔完成。在橡膠22的彈力作用下使廢料順利從漏料孔漏出，凸模上行，一個沖程完成。
4 切斷模具設(shè)計
4. 1切斷模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
切斷過程是在運(yùn)動中完成，從總體上來說模具的重量要盡量輕，重心要盡量低，以使在切斷時靈巧而又不至于傾斜。切斷模具結(jié)構(gòu)如圖7所示:凸模14是通過銷7、小擋板8及凸模固定板3定好位，連同凸模墊板19一起固定在上模座4上。為了制造和使用方便，下模設(shè)計比較特殊，它是由夾板A 10, B11、導(dǎo)位板A 12, B13及塞板17組合在一起固定在下模座15上，在此夾板A l0, B 11是所謂的凹模固定板，同時也對凸模起到導(dǎo)向作用;導(dǎo)A和B一起組成凹模，在切斷過程中不僅對工件起導(dǎo)向作用同時也起支撐作用，這樣大大減少了切斷過程中的不良變形，更好的保證斷面的質(zhì)量，
切斷模具整體上是由上模和下模兩部分組成。因為要保證切斷面的質(zhì)量，則必須保證凸、凹模的間隙大小合適并且分布均勻，可是凸模很薄且長，并且行程也長，這樣就要求有好的導(dǎo)向裝置，為了減少導(dǎo)柱本身的變形，盡量縮短導(dǎo)柱的長度〔按常規(guī)的設(shè)計，把導(dǎo)往安裝在下模座上，導(dǎo)柱將很長，則比較容易變形)，將導(dǎo)柱裝在下模的夾板上(圖7)則解決了這一問題。夾板在此有兩個作用:對凸模起導(dǎo)向作用，很好的保護(hù)凸模，以增加凸模的壽命;分別用來固定導(dǎo)位板A12和導(dǎo)位板B13。
4. 2切斷模具工作過程分析
型材一直是在運(yùn)動中，切斷過程也是在運(yùn)動中完成，切斷模具固定在隨動小車上。具體模具工作過程是:工件有導(dǎo)位板導(dǎo)人，運(yùn)行至隨動小車，模具隨小車一起運(yùn)動，控制系統(tǒng)根據(jù)光電感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號，使機(jī)械定位裝置工作實現(xiàn)機(jī)械精確定位，隨后液壓缸根據(jù)控制系統(tǒng)的信號，帶動切斷上模下行，凸模14開始工作，在切斷過程中凸模利用其角度和弧度完全將廢料排開，保證與工件貼合，直至完全切斷，壓力機(jī)也到了下死點(diǎn)，所形成的廢料分成6段，成卷狀，由漏料孔排出。切斷過程如圖8所示，由①到②切掉上端兩側(cè)弧面部分;由②到③切掉豎直面部分并且開始切下端弧面;由③到④將下端弧面切掉。隨著壓力機(jī)回程，凸模脫離工件回到上止點(diǎn)，機(jī)械定位裝置解除定位，然后隨動小車帶動切斷模具在復(fù)位氣缸的作用下快速復(fù)位，型材繼續(xù)前移，下一個行程開始。
4. 3切斷模具的凸摸設(shè)計及凹模部分設(shè)計
因為工件的端面形狀比較復(fù)雜，并且預(yù)留切斷量只有6. 8 mm,因此，在設(shè)計凸模時，對凸模的強(qiáng)度及韌性還有刃口的形狀都提出了很高的要求。
4. 3. 1凸模材料選擇
凸模失效的形式為斷裂、彎扭和磨損，因此，凸模的材料選用抗磨損冷作合金鋼Cr12MoV材料，且經(jīng)多向鍛造進(jìn)行細(xì)化晶粒的預(yù)處理，然后再淬火，再回火，回火溫度達(dá)260-280℃，其表面硬度達(dá)58-61HRC，以保證有較高的強(qiáng)度與韌性。
4. 3. 2凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于工件的特殊性，要將整個異形斷面分離，也就是不僅要對豎直方向的金屬分離而且還要對水平和圓弧方向的金屬分離，可是凸模只作上、下往復(fù)運(yùn)動，這樣凸模的刃口部分必然要有一定的形狀才能使工件不致變形。根據(jù)前面沖出預(yù)沖孔的位置及大小，再結(jié)合工件的形狀，進(jìn)行刃口部分的設(shè)計，整個刀刃部分由4段弧組成，左右對稱，為了減小沖裁力，在凸模的刃口部分設(shè)計了1. 5°的斜度，這樣也是對凸模的一種保護(hù)。另外，預(yù)沖孔的寬度只有6. 8 mm，因此凸模厚度只能小于6. 8 mm，在此設(shè)計為6. 0 mm，可要使整個斷面分離，切斷行程比較長，凸模長度達(dá)到256 mm，根據(jù)綜合分析采用直通式凸模，上端開孔，插入圓銷以承受卸料力，這樣設(shè)計出的凸模及實物照片如圖9所示。上端設(shè)計有4個孔，目的是為了凸模磨損或損傷后調(diào)整凸模的高度，可以再次磨刃口，以增加凸模的使用壽命，節(jié)省成本。刃口的不同角度走向及弧度主要有兩個作用:(1)保證切屑外翻或內(nèi)卷，使形成廢料能順利排出，其目的是不影響后面的切斷;(2)凸模下行的過程中保證凸模和工件合理地力作用，以較小
的沖壓力平穩(wěn)地切斷。
4. 3.3凹模部分設(shè)計
下模采用拼塊式結(jié)構(gòu)，如圖7所示:由夾板A10、夾板B11、導(dǎo)位板A 12、導(dǎo)位板B13和塞板17及下模座15組成，組成切斷凹模的主要部件為導(dǎo)位板A12、導(dǎo)位板B13二導(dǎo)位板不僅可以支撐工件，以減少工件在切斷過程中的變形，而且便于加工，可以方便的調(diào)節(jié)切斷模的合理問隙因為凸、凹模的間隙大小及分布的均勻性是保證沖裁件質(zhì)量(指切斷面質(zhì)量、尺寸精度及形狀誤差)的書要因素，同時間隙對沖裁力、模具壽命的影響也很大。在工作過程中，凹模的受力及磨損也是很大的，為了保證凹模的強(qiáng)度，材料選用與凸模相同，為抗磨損冷作合金鋼Cr7 2MoV。
5結(jié)論
這兩套模具應(yīng)用于生產(chǎn)后，達(dá)到了自動化生產(chǎn)的要求。切斷后型鋼斷面無毛刺、塌角，隨動行程短，切斷噪聲低、振動小，適應(yīng)高速冷彎型鋼機(jī)組不停機(jī)生產(chǎn)要求，相對于傳統(tǒng)的割斷或鋸斷是一個很大的飛躍。對于異型復(fù)雜封閉斷面冷彎型鋼在線切斷的模具設(shè)計得出結(jié)論如下:
(1)對于異形復(fù)雜封閉斷面冷彎型鋼的在線切斷完全可以由沖壓模具完成，但是預(yù)沖工藝孔的選擇非常重要，它是能否順利實現(xiàn)沖切的前提。
(2)關(guān)于切斷模具中凸模的設(shè)計不但要充分考慮凸模的強(qiáng)度和剛度，而且要根據(jù)不同截面形狀的型鋼來確定刃口部分的形狀，首先保證切斷過程中凸模和工件合理地力作用，同時也要考慮沖切時產(chǎn)生的廢料形狀及走向，使廢料能順利排出，不影響后續(xù)的切斷。
