偏心手輪正反拉伸成因分析與改進(jìn)
2014/11/5 16:02:53
偏心手輪是某產(chǎn)品的重要零件，幾何尺寸要求高，生產(chǎn)批量大，采用1.5mm厚的08F材料制造，零件表面不允許有劃傷、裂紋或料厚變薄等缺陷。
1 工藝分析
該偏心手輪為正反階梯形復(fù)合件，拉伸長(zhǎng)度不大，有利于成型。128mm處(以下簡(jiǎn)稱外筒)及設(shè)計(jì)計(jì)算60mm處(以下簡(jiǎn)稱內(nèi)筒)的偏心距要求高，采用2次拉伸分別定位成型內(nèi)、外筒的工藝方法難以達(dá)到工藝要求?？紤]到零件材料的拉伸工藝性較好，生產(chǎn)批量大，決定采用正反拉伸復(fù)合模1次拉伸成型。
2 工藝計(jì)算
正反階梯形拉伸復(fù)合模沒(méi)有現(xiàn)成的資料借鑒，但生產(chǎn)實(shí)踐中正拉伸和反拉伸的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較豐富；所以，只能根據(jù)正拉伸和反拉伸資料分別進(jìn)行分析，同時(shí)參照階梯形拉伸件進(jìn)行綜合判斷。
代入相關(guān)的數(shù)值，得到該零件的拉伸系數(shù)m為0.61，毛坯相對(duì)厚度為100t/D＝0.904(其中t為材料厚度)。根據(jù)上述得到的數(shù)據(jù)，查閱相應(yīng)的極限拉伸系數(shù)得m極＝0.50～0.56。顯然m＞m極，故可1次拉伸成型。
根據(jù)正反拉伸的有關(guān)沖壓資料可知，m反＝(90％～85％)m正，由于第2階段內(nèi)筒拉伸采用的是反拉伸，故經(jīng)綜合判定可知，正反復(fù)合拉伸的拉伸系數(shù)應(yīng)比純粹正拉伸的階梯拉伸系數(shù)要小，這樣更有利于成型。
3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)上述分析。模具的工作過(guò)程為將展開(kāi)料放置于凹模定位環(huán)中，使壓邊圈夾緊坯料，凸模拉伸坯料，一方面從外部利用凹模正拉伸外筒；另一方面從內(nèi)部利用卸件器把坯料反拉伸到凸模的模腔中，形成內(nèi)筒。
4 模具改進(jìn)
4.1 存在的問(wèn)題
模具制造出來(lái)后，在試壓模具時(shí)發(fā)現(xiàn)，零件的幾何尺寸都符合要求，但在聚氨酯橡膠處，料厚變薄，圓角處出現(xiàn)輕微裂紋，外筒筒臂有拉傷，零件無(wú)法使用。
4.2 原因分析
4.2.1 料厚變薄原因分析
針對(duì)料厚變薄問(wèn)題，經(jīng)材料理化分析，在排除拉伸材料不合格的前提下，對(duì)零件進(jìn)行了受力、應(yīng)力及金屬流動(dòng)性分析。
零件外筒底部既是形成內(nèi)筒型腔的大變形區(qū)，受徑向拉應(yīng)力δ1和切向壓應(yīng)力δ3的綜合作用，又是正拉伸外筒的筒底，起傳遞拉力的作用。由于外筒比內(nèi)筒大許多，故外筒筒底材料向內(nèi)筒側(cè)壁轉(zhuǎn)移的阻力大，金屬不易流動(dòng)，而外筒筒底是內(nèi)筒成型的料源。內(nèi)筒側(cè)壁主要用來(lái)傳遞拉伸力，拉伸時(shí)其處于凸凹模間，需要轉(zhuǎn)移的材料本來(lái)就少，變形的程度小，冷作硬化程度低，當(dāng)材料來(lái)料不暢時(shí)，在較大的徑向拉應(yīng)力δ1作用下，材料承受的徑向拉應(yīng)力接近δｂ，內(nèi)筒的成型只能依靠料厚減薄來(lái)?yè)Q取高度的增加。由于內(nèi)筒的聚氨酯橡膠處偏心，與外筒距離大，造成材料流動(dòng)阻力更大，外筒底部材料流動(dòng)更困難，故該處材料變薄最嚴(yán)重。
4.2.2 產(chǎn)生裂紋原因分析
由上述各拉伸區(qū)受力分析可知，在內(nèi)筒成型過(guò)程中，與外筒偏心距離大的一側(cè)金屬流動(dòng)阻力最大，徑向拉應(yīng)力δ1也最大，超過(guò)了材料的強(qiáng)度極限，材料變薄最為嚴(yán)重；所以，在圓角處出現(xiàn)裂紋的可能性最大。
4.2.3 外筒側(cè)壁拉傷原因分析
零件側(cè)壁拉傷是拉伸件經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，其原因有：1)凹模工作面不光滑；2)毛坯表面不清潔；3)模具硬度低，有金屬黏附現(xiàn)象；4)沒(méi)有使用或使用的潤(rùn)滑劑不合適；5)材料不合格，料厚不均勻；6)模具間隙不均勻。
根據(jù)上述可能產(chǎn)生外筒側(cè)壁拉傷的原因逐項(xiàng)進(jìn)行分析認(rèn)為，其主要為模具硬度低，模具與零件金屬產(chǎn)生黏附現(xiàn)象，拉伸工件時(shí)沒(méi)有使用潤(rùn)滑劑所致。
4.3 模具改進(jìn)
4.3.1 模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)
為保證外筒筒底材料能自由通暢地向內(nèi)筒側(cè)壁流動(dòng)，完成正反復(fù)合拉伸成型，模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)的要點(diǎn)如下。
1)增大凹模及卸件器拉伸圓角的半徑，以利于金屬流動(dòng)。減小所需要的拉伸力，從本質(zhì)上減小產(chǎn)生變薄或拉裂的徑向拉應(yīng)力δ1。
2)增大拉伸外筒的間隙，由單邊1.58mm改為1.7mm，內(nèi)筒拉伸成型間隙仍采用1.58mm，但內(nèi)角聚氨酯橡膠處成型間隙比其他部分單邊略大0.05～0.10mm，從而改善了由于偏心造成的材料流動(dòng)阻力不一致，保持了材料流動(dòng)的均衡性，保證了整個(gè)金屬流動(dòng)的合理分配。
3)反拉伸內(nèi)筒時(shí)，金屬處于受拉狀態(tài)，增加了徑向拉應(yīng)力δ1。根據(jù)塑性方程δ1＋δ2＝βδｓ可知，引起零件起皺的切向壓應(yīng)力δ3得到弱化，該結(jié)構(gòu)不僅增大了金屬的流動(dòng)性，也增大了參與拉伸成型內(nèi)筒的材料面積，減少了補(bǔ)充材料的流動(dòng)量。
4.3.2 采取的工藝措施
1)為了減小變形阻力，改善金屬的流動(dòng)性，建議在生產(chǎn)中使用良好的潤(rùn)滑劑，這樣可減小材料與模具之間的摩擦，防止工件與模具產(chǎn)生金屬黏附現(xiàn)象，從而弱化徑向拉應(yīng)力δ1對(duì)料厚變薄的影響；同時(shí)也消除了外筒側(cè)壁拉傷。不同潤(rùn)滑條件下拉伸時(shí)的摩擦因數(shù)見(jiàn)表1。從表1可以看出，潤(rùn)滑劑可改善模具與金屬間的摩擦，使用良好的潤(rùn)滑劑可極大地改善金屬的流動(dòng)性，減小變形阻力。生產(chǎn)中使用了多種潤(rùn)滑劑進(jìn)行工藝試驗(yàn)，礦物油潤(rùn)滑劑使用比較方便，但零件表面的油污需要專門(mén)清理；含附加料的潤(rùn)滑劑使用不方便。綜合多種因素，最終采用0.15mm聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜進(jìn)行潤(rùn)滑，其操作方便，零件表面比較潔凈，無(wú)需專門(mén)清理，效果良好。使用后，零件外筒側(cè)壁不再出現(xiàn)拉傷痕跡。
2)為了保證拉伸過(guò)程中的金屬流動(dòng)平穩(wěn)，盡可能地在導(dǎo)向性好、速度慢且運(yùn)行平穩(wěn)的油壓機(jī)上生產(chǎn)。
4.4 改進(jìn)后的效果
經(jīng)過(guò)上述模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)和采取的工藝措施，模具修理完成后，拉制的偏心手輪全部1次合格。在聚氨酯橡膠處，料厚沒(méi)有明顯變薄，裂紋消除，外筒側(cè)壁沒(méi)有拉傷痕跡，零件完全滿足產(chǎn)品的使用要求，并且模具的工作狀態(tài)良好。
5 結(jié)語(yǔ)
正反拉伸復(fù)合件的工藝計(jì)算依照階梯形拉伸及正反拉伸規(guī)律綜合判斷是可行的。只要充分判斷好金屬的流動(dòng)狀態(tài)，采用平穩(wěn)的工作設(shè)備和潤(rùn)滑良好的模具，選取恰當(dāng)?shù)膱A角半徑和模具間隙等工藝參數(shù)，所設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)就能夠較好地滿足零件的尺寸要求，避免料厚變薄、裂紋和表面拉傷等工藝缺陷的產(chǎn)生。
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- HL.13340 實(shí)心手輪
- 材質(zhì)：增強(qiáng)尼龍
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- HL.41137 鉸鏈
- 材質(zhì)：鋅合金
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- HL.42040 固定調(diào)節(jié)支撐腳
- 材質(zhì)：尼龍或者鍍鋅鋼
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- HL.13280 微調(diào)刻度手輪
- 材質(zhì)：膠木 塑料
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- HL.22090 壓花表盤(pán)手輪
- 材質(zhì)：
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- HL.41125 鉸鏈
- 材質(zhì)：鋼材
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- HL.11381 可調(diào)位緊定手柄
- 材質(zhì)：鋅合金
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- HL.31050 HL型工程塑料拖鏈
- 材質(zhì)：尼龍
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- HL.41104 鉸鏈
- 材質(zhì)：增強(qiáng)尼龍
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