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腳輪沖壓模具的加工工藝
發(fā)表時間:2019/3/26 9:02:05
我們在腳輪模具的制造和生產(chǎn)過程，經(jīng)常會碰到一些較厚板類的彎曲零件（厚度2mm～4mm），此類工件不容易彎曲成形，又由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度的需要，往往不能減薄其厚度，所以要求在制定沖壓工藝和腳輪模具設計制造中要采用更合適的方案和結(jié)構(gòu)。
1正文
如圖1所示零件，是某型冰箱的配件——中腳輪。材料為厚度3mm的Q235，年產(chǎn)量150萬件。要求加工后邊緣不得有尖銳毛刺、利邊；表面平整，凹凸不能大于0.2mm。此零件安裝在冰箱前中部，直接連接冰箱上門和下門，起著“承上啟下”的作用，既要承受冰箱上門以及門中承載物的重量，又要固定下門，受力比較大，同時又要保證門體開和關的靈活性，所以在零件制造過程，要求不能減薄零件的板料厚度，又要保證其垂直度。此零件按傳統(tǒng)的加工工藝常采用一模沖一件的方式加工。
如圖1所示零件，是某型冰箱的配件——中腳輪。材料為厚度3mm的Q235，年產(chǎn)量150萬件。要求加工后邊緣不得有尖銳毛刺、利邊；表面平整，凹凸不能大于0.2mm。此零件安裝在冰箱前中部，直接連接冰箱上門和下門，起著“承上啟下”的作用，既要承受冰箱上門以及門中承載物的重量，又要固定下門，受力比較大，同時又要保證門體開和關的靈活性，所以在零件制造過程，要求不能減薄零件的板料厚度，又要保證其垂直度。此零件按傳統(tǒng)的加工工藝常采用一模沖一件的方式加工。
如圖1所示零件，是某型冰箱的配件——中腳輪。材料為厚度3mm的Q235，年產(chǎn)量150萬件。要求加工后邊緣不得有尖銳毛刺、利邊；表面平整，凹凸不能大于0.2mm。此零件安裝在冰箱前中部，直接連接冰箱上門和下門，起著“承上啟下”的作用，既要承受冰箱上門以及門中承載物的重量，又要固定下門，受力比較大，同時又要保證門體開和關的靈活性，所以在零件制造過程，要求不能減薄零件的板料厚度，又要保證其垂直度。此零件按傳統(tǒng)的加工工藝常采用一模沖一件的方式加工。
2零件傳統(tǒng)工藝分析
根據(jù)零件的特點和要求，按照傳統(tǒng)的加工工藝可定為3工序：落料——沖孔——彎曲。但是按傳統(tǒng)工藝制造出腳輪模具后，生產(chǎn)中存在著以下問題：
1）在設計過程中，考慮到零件的孔與外形相對位置要求比較高，優(yōu)先考慮復合腳輪模具。但是腳輪模具制造完成后，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)凸模被卸料板卡裂；產(chǎn)品單邊毛刺較大，或者上打料塊斷裂，而擠斷沖孔凸模等現(xiàn)象。后來，試著把落料和沖孔工序分開，先落料再沖孔，但是產(chǎn)品單邊毛刺較大，壓料板卡裂的凸模等現(xiàn)象依然存在。經(jīng)過多次對腳輪模具的調(diào)試，分析原因：主要由于該零件展開后的尺寸較小，形狀為非對稱形，（如圖2）落料凸模過于單薄，在沖壓過程中，由于受力不均衡，產(chǎn)生側(cè)向微傾，從而造成單邊毛刺比較大的現(xiàn)象。另外由于零件板料比較厚，需要較大的推料力，強力下卸料板受力矩的作用，會卡住凸模，造成凸模斷裂等現(xiàn)象；
1）在設計過程中，考慮到零件的孔與外形相對位置要求比較高，優(yōu)先考慮復合腳輪模具。但是腳輪模具制造完成后，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)凸模被卸料板卡裂；產(chǎn)品單邊毛刺較大，或者上打料塊斷裂，而擠斷沖孔凸模等現(xiàn)象。后來，試著把落料和沖孔工序分開，先落料再沖孔，但是產(chǎn)品單邊毛刺較大，壓料板卡裂的凸模等現(xiàn)象依然存在。經(jīng)過多次對腳輪模具的調(diào)試，分析原因：主要由于該零件展開后的尺寸較小，形狀為非對稱形，（如圖2）落料凸模過于單薄，在沖壓過程中，由于受力不均衡，產(chǎn)生側(cè)向微傾，從而造成單邊毛刺比較大的現(xiàn)象。另外由于零件板料比較厚，需要較大的推料力，強力下卸料板受力矩的作用，會卡住凸模，造成凸模斷裂等現(xiàn)象；
1）在設計過程中，考慮到零件的孔與外形相對位置要求比較高，優(yōu)先考慮復合腳輪模具。但是腳輪模具制造完成后，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)凸模被卸料板卡裂；產(chǎn)品單邊毛刺較大，或者上打料塊斷裂，而擠斷沖孔凸模等現(xiàn)象。后來，試著把落料和沖孔工序分開，先落料再沖孔，但是產(chǎn)品單邊毛刺較大，壓料板卡裂的凸模等現(xiàn)象依然存在。經(jīng)過多次對腳輪模具的調(diào)試，分析原因：主要由于該零件展開后的尺寸較小，形狀為非對稱形，（如圖2）落料凸模過于單薄，在沖壓過程中，由于受力不均衡，產(chǎn)生側(cè)向微傾，從而造成單邊毛刺比較大的現(xiàn)象。另外由于零件板料比較厚，需要較大的推料力，強力下卸料板受力矩的作用，會卡住凸模，造成凸模斷裂等現(xiàn)象；
2）在彎曲過程中（如圖3），經(jīng)常出現(xiàn)零件的移位現(xiàn)象，移位后的零件在定位銷處會出現(xiàn)不同程度的擠傷現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的外觀。在調(diào)模試模中，即使彎曲凸模調(diào)到底，彎出來的零件面在彎曲處也會出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象，另外零件的垂直度也不符合圖紙的要求。經(jīng)過多次的試沖，認真分析原因：發(fā)現(xiàn)主要是材料為單邊彎曲，所需彎曲力大，又由于零件展開面積較小，彎曲時，折彎凸模作用在零件上的有效面積小，壓料力不夠，下卸料板會在凹模中輕微傾斜，所以造成板料移動，從而出現(xiàn)彎邊不垂直等現(xiàn)象；
2）在彎曲過程中（如圖3），經(jīng)常出現(xiàn)零件的移位現(xiàn)象，移位后的零件在定位銷處會出現(xiàn)不同程度的擠傷現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的外觀。在調(diào)模試模中，即使彎曲凸模調(diào)到底，彎出來的零件面在彎曲處也會出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象，另外零件的垂直度也不符合圖紙的要求。經(jīng)過多次的試沖，認真分析原因：發(fā)現(xiàn)主要是材料為單邊彎曲，所需彎曲力大，又由于零件展開面積較小，彎曲時，折彎凸模作用在零件上的有效面積小，壓料力不夠，下卸料板會在凹模中輕微傾斜，所以造成板料移動，從而出現(xiàn)彎邊不垂直等現(xiàn)象；
2）在彎曲過程中（如圖3），經(jīng)常出現(xiàn)零件的移位現(xiàn)象，移位后的零件在定位銷處會出現(xiàn)不同程度的擠傷現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的外觀。在調(diào)模試模中，即使彎曲凸模調(diào)到底，彎出來的零件面在彎曲處也會出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象，另外零件的垂直度也不符合圖紙的要求。經(jīng)過多次的試沖，認真分析原因：發(fā)現(xiàn)主要是材料為單邊彎曲，所需彎曲力大，又由于零件展開面積較小，彎曲時，折彎凸模作用在零件上的有效面積小，壓料力不夠，下卸料板會在凹模中輕微傾斜，所以造成板料移動，從而出現(xiàn)彎邊不垂直等現(xiàn)象；
1. 成形凹?？?；2. 六處定位銷；3. 展開后的零件；4. 凹模固定銷孔；5. 凹模固定螺孔
3）由于在傳統(tǒng)的工藝中，彎曲工序不能保證零件的垂直度，往往需要增加一道整形工序，這樣增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時由于零件較小，整形時不容易定位，由于操作原因經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品的報廢現(xiàn)象；
4）包含整形工序，完成此零件需要4道工序，同時腳輪模具全部為一模出一件，由于零件年產(chǎn)量較大，加上我們工廠的壓力機數(shù)量有限，待生產(chǎn)的零件種類較多，一個零件的腳輪模具往往不能連續(xù)一個月安裝在一臺壓力機上，需要根據(jù)訂單的數(shù)量靈活更換腳輪模具。所以，此零件按傳統(tǒng)工藝加工，經(jīng)常會出現(xiàn)生產(chǎn)量跟不上訂單量的問題。
3新工藝確定和分析
根據(jù)對傳統(tǒng)工藝中出現(xiàn)的問題進行分析，利用所學的文化知識和積累的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合我們學校現(xiàn)有的條件，制定出新的加工工藝：落料沖孔——彎曲——分離（如圖4、5、6.）。該工藝采用1模沖2件的生產(chǎn)方式。
根據(jù)對傳統(tǒng)工藝中出現(xiàn)的問題進行分析，利用所學的文化知識和積累的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合我們學校現(xiàn)有的條件，制定出新的加工工藝：落料沖孔——彎曲——分離（如圖4、5、6.）。該工藝采用1模沖2件的生產(chǎn)方式。
根據(jù)對傳統(tǒng)工藝中出現(xiàn)的問題進行分析，利用所學的文化知識和積累的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合我們學校現(xiàn)有的條件，制定出新的加工工藝：落料沖孔——彎曲——分離（如圖4、5、6.）。該工藝采用1模沖2件的生產(chǎn)方式。
根據(jù)對傳統(tǒng)工藝中出現(xiàn)的問題進行分析，利用所學的文化知識和積累的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合我們學?，F(xiàn)有的條件，制定出新的加工工藝：落料沖孔——彎曲——分離（如圖4、5、6.）。該工藝采用1模沖2件的生產(chǎn)方式。
根據(jù)對傳統(tǒng)工藝中出現(xiàn)的問題進行分析，利用所學的文化知識和積累的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合我們學?，F(xiàn)有的條件，制定出新的加工工藝：落料沖孔——彎曲——分離（如圖4、5、6.）。該工藝采用1模沖2件的生產(chǎn)方式。
根據(jù)對傳統(tǒng)工藝中出現(xiàn)的問題進行分析，利用所學的文化知識和積累的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合我們學校現(xiàn)有的條件，制定出新的加工工藝：落料沖孔——彎曲——分離（如圖4、5、6.）。該工藝采用1模沖2件的生產(chǎn)方式。
根據(jù)對傳統(tǒng)工藝中出現(xiàn)的問題進行分析，利用所學的文化知識和積累的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合我們學校現(xiàn)有的條件，制定出新的加工工藝：落料沖孔——彎曲——分離（如圖4、5、6.）。該工藝采用1模沖2件的生產(chǎn)方式。
1）利用倒裝復合模的結(jié)構(gòu)完成落料和沖孔工序的合并。（如圖8）采用1模出2件的排料，旋轉(zhuǎn)排料，較傳統(tǒng)工藝，這樣排料增加了零件的沖裁面積，也就是增加了落料凸模的底面積，從材料尺寸上，加強了落料凸模的強度，在沖裁過程不會產(chǎn)生凸模由于壓力不均勻而使單邊毛刺較大的現(xiàn)象。另外，復合模上卸料塊面積增大后，壓力比較平衡，沖裁過程，卸料板不會因為壓力不均而出現(xiàn)退料不暢或卡斷沖孔凸模的問題。
1）利用倒裝復合模的結(jié)構(gòu)完成落料和沖孔工序的合并。（如圖8）采用1模出2件的排料，旋轉(zhuǎn)排料，較傳統(tǒng)工藝，這樣排料增加了零件的沖裁面積，也就是增加了落料凸模的底面積，從材料尺寸上，加強了落料凸模的強度，在沖裁過程不會產(chǎn)生凸模由于壓力不均勻而使單邊毛刺較大的現(xiàn)象。另外，復合模上卸料塊面積增大后，壓力比較平衡，沖裁過程，卸料板不會因為壓力不均而出現(xiàn)退料不暢或卡斷沖孔凸模的問題。
1）利用倒裝復合模的結(jié)構(gòu)完成落料和沖孔工序的合并。（如圖8）采用1模出2件的排料，旋轉(zhuǎn)排料，較傳統(tǒng)工藝，這樣排料增加了零件的沖裁面積，也就是增加了落料凸模的底面積，從材料尺寸上，加強了落料凸模的強度，在沖裁過程不會產(chǎn)生凸模由于壓力不均勻而使單邊毛刺較大的現(xiàn)象。另外，復合模上卸料塊面積增大后，壓力比較平衡，沖裁過程，卸料板不會因為壓力不均而出現(xiàn)退料不暢或卡斷沖孔凸模的問題。
1. 打料桿；2. 模柄；3. 上模座；4. 打料塊；5. 墊板；6. 沖孔凸模；7. 固定板；8. 凹模；9. 下卸料板；10. 彈力膠；11. 凸模固定板；12. 固定螺絲；13. 下模座；14. 落料凸模；15. 卸料螺絲；16. 導柱；17. 彈性定位釘；18. 導套；19. 上卸料塊；20. 打料釘；21 固定螺絲和銷釘
1. 模柄；2. 打桿；3. 上模座；4. 上固定板；5. 成形凸模；6. 產(chǎn)品；7. 成形凹模；8. 下墊板9. 下模座；10. 下退料裝置；11. 導柱；12. 導套
1. 模柄；2. 打桿；3. 上模座；4. 上固定板；5. 成形凸模；6. 產(chǎn)品；7. 成形凹模；8. 下墊板9. 下模座；10. 下退料裝置；11. 導柱；12. 導套
1. 模柄；2. 打桿；3. 上模座；4. 上固定板；5. 成形凸模；6. 產(chǎn)品；7. 成形凹模；8. 下墊板9. 下模座；10. 下退料裝置；11. 導柱；12. 導套
1. 模柄；2. 上模座；3. 上墊板；4. 上固定板；5. 彈力膠；6. 壓料板；7. 凸模；8. 凹模；9. 凹模固定板；10 下模座；11. 產(chǎn)品；12 小導柱；13. 小導套；14 模架導柱導套
2）彎曲工序中采用一彎二的結(jié)構(gòu)，（如圖8）旋轉(zhuǎn)排料，借用已經(jīng)沖好的中間四處U形孔定位，無需壓料板，當凸模下行時，零件沿著凹模的?？騼?nèi)壁成形，凸模的外壁與凹模模框內(nèi)壁間隙控制零件的平整度，下卸料板在凸模的壓力下克服彈力膠的彈力，往凹模深處移動，當移動到下限時，在凸模的壓力作用下，對產(chǎn)品起著整形壓平作用，保證零件的垂直度和底面的平整。完成彎曲和壓形后，凸模向上移動，下卸料板在下彈力裝置的反彈力下恢復原位置，彈出零件，如果零件附在凸模上，當凸模移動到上限時，壓力機的上打料裝置推動打料桿，彈出零件。由于1模沖2件，增大了凸模底面與零件有效接觸面積，同時利用中間4孔定位。在沖壓過程中，下卸料板受力比較均衡，沒有產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象。這樣利用力均衡的方法解決了彎邊不垂直；移位，退料不暢等現(xiàn)象。
3）出于控制生產(chǎn)成本的考慮，參考沖壓手冊以及根據(jù)板料的實際情況，排料時預留兩件切斷的連接處只有6mm，所以切斷模的凸模很單薄，在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)由于壓料板的偏向而卡斷凸模的現(xiàn)象，在腳輪模具設計中，加大加厚了壓料板，并在切斷模上加裝小導柱、導套，(如圖9)從結(jié)構(gòu)上解決了由于壓力較大，壓料板偏向而卡斷凸模的問題。另外，把切斷凸模設計成先導向后切斷的結(jié)構(gòu)。即設計時延長凸模和凹模的刀口，在保證有效切斷刀口的情況下，延長的部位不按沖裁間隙，而是設計成均勻滑配，并且延長的兩端加工圖腳輪模具導向凸臺，凸臺的高度稍大于零件的材料厚度。在沖壓過程，凸模導向部位先進入凹模，刀口再進行切斷，這樣從側(cè)向保護了單薄的凸模，使其不容易斷裂，同時也保證了切斷過程，凸模與凹模的間隙均勻，從而得到良好的切斷面。
4利用新舊工藝對該零件生產(chǎn)成本的比較:
從工序上，傳統(tǒng)的工藝包含整形工序，共需要四道工序才能完成該零件的加工，相比之下新的工藝少了一道工序。一臺JH31-400(40噸)沖床主電機功率為15KW，行程次數(shù)為50次/分鐘，正常生產(chǎn)情況，人工完成操作在20～30次/分鐘。按25次/分鐘工作計算，一小時生產(chǎn)的零件數(shù)為：25次/分鐘X60分鐘/小時=1500件/小時。按年產(chǎn)量150萬件計算，需要1500000件/1500件/小時=1000小時。
按人工50元/天計算，平均每小時人工費用為：50/8=6.25元/小時。生產(chǎn)完年計劃，總共需要人工費：1000小時X6.25元/小時=6250元。
機床主電機功率為15KW，1千瓦時=1度電，按工業(yè)用電1元/度計算，生產(chǎn)完年計劃，單工序需要耗電費用：1000X15X1=15000元。
由于采用1出2的沖裁方法，從耗時上減少了一半，完成此零件年產(chǎn)量時，3道工序節(jié)約時間：1000/2X3=1500小時。也就是總共節(jié)約人工費：1500X6.25=9375元;總共節(jié)約電費：1500X15X1=22500元.
從以上計算，通過上述的工序簡化，結(jié)構(gòu)改變，完成此零件的年產(chǎn)量總共可以節(jié)省費用：15000+22500+9375=46875元。這一改進雖然對一家有規(guī)模的工廠來說，可能只起著微小的作用，但是現(xiàn)在社會競爭異常激烈，原材料價格較高，零件的單價較低，所以節(jié)約材料，減低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，企業(yè)才能取得更大的效益。另外如果采用1模出2或1模多件的結(jié)構(gòu)，可以取得更可觀的經(jīng)濟效益。
5結(jié)論
此方案已經(jīng)制造出腳輪模具，效果很好，消除了傳統(tǒng)工藝時所出現(xiàn)的移位，彎曲不垂直等制造缺陷，另外由于壓料板偏向而拉裂凸模的現(xiàn)象也隨之消失，連續(xù)生產(chǎn)3萬件，除了沖裁刀口由于腳輪模具材料的原因需要修磨，其他沒有出現(xiàn)較大的問題，達到了設計的目的。
通過此次腳輪模具的設計和小技巧的改造，總結(jié)了以下經(jīng)驗：
1）對于板料比較厚的零件，展開后又是非對稱的，則盡可能采用1模2件或1模多件的成形方案，使之達到相對對稱狀態(tài)，以保證在沖壓過程中的腳輪模具結(jié)構(gòu)件的力均衡；
2）對于腳輪模具的卸料板，壓料板等結(jié)構(gòu)件，可以采用加小導柱，導套結(jié)構(gòu)，用于防止因為壓力較大而產(chǎn)生偏向，有利于保護凸模。
同時，使我們更能感覺到，在科技日新月異的今天，只有努力的學習新知識、新技能，不斷創(chuàng)新，才能為今后的工作打下堅實的基礎，為國家，為社會做出更多的貢獻。
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