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氮气弹簧在模具中拉延-成形工艺
2012-2-27 14:05:27

        利用安装在压力机上的模具,将平板金属毛坯变为空心的制件,这种冷冲压工艺称为拉延工艺。拉延可分为轴对称的筒形件,轴对称的球形件、锥形件、抛物线形件,非轴对称的盒形件和非轴对称的曲面形零件,薄壁覆盖件等等。图4-1所示为将直径为D的毛坯,拉延成直径为d,高度为H的筒形件,整个拉延过程是压边圈首先要将毛坯凸缘部压紧,在

凸模作用下,将这部分金属

                                                                           图4-1  拉延过程

拉进凹模,随着凸模下压,拉延力逐渐增加,毛坯凸缘部分发生塑性变形,产生塑性流动,最终达到设计的制件形状。如果我们将筒形件沿其高度方向剪开,再放平(如图4-2所示),不难发现存在着影线部分的三角形,这些三角形称为“多余三角形”.由此可见,拉延的塑性变形的实质,也就是“多余三角形”的转移,这部分金属是在切向压应力和径向拉应力的作用下,从凸缘部位向筒壁高度转移,如果转移的阻力太大,材料将被拉裂,如果切向压应力过大,凸缘区将会起皱。因此为了防止金属在流动过程中起皱,除了正确进行拉延工艺计算外,采用压边装置是目前最为有效的防皱措施,压边力的大小直接影响到拉延零件的质量,也是控制拉延金属能否均匀流动的主要工艺参数之一。在冲压模具设计中,常规的压边装置是弹簧、橡皮、气垫等,这些装置均有其优缺点,共同存在的问题之一就是不能提供准确的弹压力。
                                    

                                    
                                                            图4-2  拉延时材料的转移
                                      a)拉延时毛坯材料的转移  b)拉深件的网格变化

在目前的冲压书籍中,又没有准确的压边力计算公式可依。所以在实际生产中,压边力的选定和调整,一般都是根据设计人员或调整工人的经验来进行的。这样就影响到拉延制件的质量稳定,废品率的高低,使调试和修整模具的周期加长。氮气弹簧的出现,弥补了这方面不足,氮气弹簧可以提供准确的弹压力,它所具有的独特优点,是当今任何其他弹性元件无法比拟的。氮气弹簧以它固有的特点,独领风骚。采用氮气弹簧或氮气弹簧系统,非常方便地解决了已往存在的问题。保证冲制件的质量稳定,降低了废品率。简化了模具设计,模具制造、安装、调整也非常方便。如图4-3所示的轴对称零件,作者采用氮气弹簧技术解决这类零件的拉延问题,均取得非常理想和满意的结果。有些零件采用常规的弹簧、橡皮做压边元件,冲压件质量不稳定,或是不能获得满足技术要求的冲压件。但是采用氮气弹簧进行压边。就可简单地解决这个问题,并能获得相当稳定和满足技术要求的冲制件。

 

         因此轴对称的拉延零件。正拉延或反拉延,氮气弹簧正置或反置均可以采用。对这类零件。目前看来不论是理论上还是具体模具结构上,对解决拉延中起皱与破裂的问题,都可以获得比较满意的结果,成功率是非常高的。
          对非轴对称零件的拉延,其塑性变形的实质,也是多余三角形转移的问题。由于是非轴对称零件,更要处理好金属在拉延过程中等流动的问题,处理好多余三角形转移过程中,所带来的切向压应力和径向拉应力重新分配的问题。如果在塑性变形中,金属不是均匀等流动变形,金属内部必然会出现相互牵制,加大了金属内部的应力。众所周知,如果切向压应力过大,将导致材料起皱、径向拉应力过大。将导致材料破裂。起皱与破裂是这类零件二大关键难题,而其影H向的因素又比较复杂,尤其是对于汽车覆盖件,其塑性变形的复杂性,形状多样性,零件无规律性等,给设计人员在进行模具设计时,带来了相当的难度。可以说目前设计人员在设计这类零件的模具时,更多地借助于设计经验,来确
定工艺参数,如拉延筋的位置,拉延筋的形状,这些措施都是为了达到金属在拉延过程中等流动的目的,调整模具也应当围绕这个中心。那么采用氮气弹簧或氮气弹簧系统,无凝将给处理这一类问题,带来了诸多方便。例如,模具压边的着力点位置很容易改变,不受气垫顶杆的约束,压边力的大小可以选择不同型号的氮气弹簧来实现,也很容易使单动油压机实现双动的功能。正确选择氮气弹簧的特性曲线,来满足这类零件拉延工艺的要求。使在有效的拉延行程中。压边力基本保持调整的恒定数值。同时氮气弹簧系统,还可以有效保证零件成形的先后顺序,保证零件的成形性,获得质量很高的冲压零件。在某种意义上说。它将使得拉延筋的设计变得更为简单,甚至完全取代压力机气垫的功能,缩短模具调试和修整的周期。因此应用氮气弹簧技术,是目前解决覆盖件金属等流动问题的最有效途径。在这类零件的复合模具中,采用它可以大大提高模具的复合程度,减少冲压工序,大大缩短在压力机上更换模具的时间,缩短在压力机上安装模具的时间等。正由于它有上述这些优点,如今在西方发达国家中,越来越广泛采用这项技术,解决汽车覆盖件拉延成形中的问题。

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