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轉(zhuǎn)發(fā)自：專題報(bào)道

作者：文/羅丞，屈亞奇，張祥林，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

減小精沖齒形件（尖角處）的塌角是業(yè)界十分關(guān)注的工作，本文通過成形流速仿真形象說明了塌角的形成機(jī)理，即條料上壓邊部分對(duì)零件部分的牽扯力，導(dǎo)致零件塌角部分材料向下運(yùn)動(dòng)的速度小于其他部分的材料。目前減小塌角的改進(jìn)方法有增大反頂力、對(duì)向凹模精沖、負(fù)間隙精沖、修整、預(yù)壓以及級(jí)進(jìn)分步切角等方法。揚(yáng)州鍛壓\揚(yáng)州沖床\揚(yáng)鍛\yadon\沖床廠家\壓力機(jī)廠家\鍛造廠家\

同時(shí)反壓力使變形區(qū)的靜水壓增大，變形區(qū)材料的塑性得以提高。反壓力模擬參數(shù)見表2，經(jīng)過數(shù)值模擬得到，不同反壓力參數(shù)下的塌角大小，如圖4所示。可以看出，隨著反壓力的增大，塌角逐漸減小，所以可以通過增大反壓力來減小塌角。反壓力的增大可以使得零件中心部分的運(yùn)動(dòng)速度減小，變相的使塌角部分的速度接近零件中心的速度，導(dǎo)致塌角的減小，但是反壓力使塌角減小的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致能耗增多，并且會(huì)一定程度上減小零件的厚度，導(dǎo)致零件精度得不到保障，此外，其對(duì)塌角的減小也有一定的極限，并不適合在精沖工藝設(shè)計(jì)中當(dāng)作解決塌角的獨(dú)立方法，可以和其他方法進(jìn)行組合，在其他方案中將反壓力調(diào)整到一個(gè)合適的大小來進(jìn)一步的減小塌角的大

表2反壓力模擬參數(shù)

o，03 8

2 3．2 o．03

3 3、2 o．03 0

一

4 3，2 o，03 1， 0

5 3．2 0 03 0

F =22OkN

圖4不同反壓力下的塌角大小

對(duì)向凹精沖

對(duì)向凹模精沖是一種新型的減小塌角的精沖工藝方式，可通過對(duì)向凹模產(chǎn)生方向壓得到無毛刺、無塌角的沖裁，如圖5所示。在對(duì)向凹模沖裁中，使用一個(gè)特殊的帶凸起的上凹模（凸起凹模）。凸起凹模的頂部是一個(gè)平面，平面的寬度為料厚的30％一40％，凸起的高度取料厚的1、2倍左右。沖裁行程開始，首先是凹模上升，接著就開始沖裁夾在

題

凹模和突起凹模之間的材料。在行程為料厚的 70％一80％時(shí)，停止沖裁，此時(shí)切斷凸模進(jìn)行分離落料，對(duì)向凹模精沖采用的是伺服壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)。

3

1一切斷凸模2一凸起凹模3一材料4一凹模5一頂桿 6一沖裁廢料7一制件

根據(jù)對(duì)向凹模精沖原理，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖 6所示的對(duì)向凹模精沖的DEFORM有限元模型，在對(duì)向凹模精沖的第一階段，切斷凸模和頂桿分別設(shè)置對(duì)板料的壓力為110kN，凹模設(shè)置為不動(dòng)的剛體，凸起凹模向下運(yùn)動(dòng)。第二階段將凸起凹模設(shè)置為向下產(chǎn)生280kN的壓力，讓切斷凸模向下運(yùn)動(dòng)，具體模擬結(jié)果如圖7所示。通過圖7a、圖7b中PI、P2兩點(diǎn)的速度曲線看出，在對(duì)向凹模精沖中零件中心和零件邊緣處的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度基本一致，因此產(chǎn)生的塌角極小。第一階段，為凹模驅(qū)動(dòng)廢料部分運(yùn)動(dòng)使得零件的兩端預(yù)成形，第二階段相當(dāng)于普通精沖的結(jié)尾階段，根據(jù)前文研究可知在普通精沖的結(jié)尾階段塌角不會(huì)增大，因此對(duì)向凹模精沖較普通精沖的塌角有了很大的減小。目前，對(duì)向凹模精沖的方法已經(jīng)在日本企業(yè)得到應(yīng)用，并且得到了微小模數(shù)(m=0.3mm)的齒輪。

專題報(bào)道

Features

圖6對(duì)向凹模精沖有限元模型

時(shí)間丿

圄第一階段速度狀態(tài)

時(shí)間丿s

(b)第二階段速度狀態(tài)圖7對(duì)向凹模精沖模擬

負(fù)間隙精沖

負(fù)間隙精沖是一種凸模尺寸大于凹模型腔尺寸的一種擠壓式的精沖方法。我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖8所示的負(fù)間隙精沖有限元模型，沖頭半徑

32 |鍛造與沖壓2016 / 2

為12mm,凹模型腔半徑為10mm,其他工藝參數(shù)與表1一致。

圖8負(fù)間隙精沖有限元模型

模擬結(jié)果如圖9所示，由圖9a中PI、P2 兩點(diǎn)的速度曲線可看出，在負(fù)間隙精沖過程中，零件中心和零件邊緣處的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度基本一致，因此產(chǎn)生的塌角極小，凸模超出凹模型腔的部分可以給廢料區(qū)域等同于零件區(qū)域的壓力，讓廢料區(qū)域不需要零件區(qū)域的帶動(dòng)即可產(chǎn)生速度變化，相當(dāng)于減小了廢料區(qū)域?qū)α慵吘墔^(qū)域的牽扯，使得零件邊緣的速度基本等于零件中心的速度。因此產(chǎn)生的塌角較普通精沖有了很大的減小。

圖9負(fù)間隙精沖模擬結(jié)果

重疊修整法

通過修整的方法同樣可以解決零件的塌角問題，日本對(duì)普通的修整進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了名叫重疊修整的方法，如圖10所示。通過重疊修整的方法，可以使得零件的剪切面無缺陷，提高光潔度，去除塌角和毛刺，這種方法比普通修整好在極大的提高了修整區(qū)域的三向應(yīng)力，使得塑性變形更加容易，避免了裂痕的產(chǎn)生。

圖10重疊修整的原理圖

1一沖頭2一待加工材料3一導(dǎo)向板4一加工中材料5一凹模

雙向修整法

雙向修整法的加工步驟與對(duì)向凹模精沖一致，其實(shí)就是將對(duì)向凹模精沖的方法用在了零件的修整上，和重疊修整的區(qū)別在于，重疊修整是單邊修整，雙向修整是雙邊修整。這種方法使修整過程的靜水壓達(dá)到一個(gè)很大的值，可使塑性變形更加容易，不容易產(chǎn)生裂紋。

預(yù)壓法

預(yù)壓法就是在沖裁之前，先用壓印沖頭對(duì)零件的上下部分各進(jìn)行一次預(yù)壓，將平面壓成一個(gè)鋸齒形，再進(jìn)行精沖。這樣可以讓原本產(chǎn)生塌角的地方的料提前向外凸出一部分，然后在沖裁過程中，凸出的部分會(huì)受到廢料的影響往廢料的方向移動(dòng)，讓塌角的形成得到緩解，預(yù)壓法原理如圖1 1所示。預(yù)壓法對(duì)塌角的減小有一定的效果，但是存在的問題是在零件兩端的鋸齒處沖裁完成之后的形狀不好控制。

級(jí)進(jìn)分步法

級(jí)進(jìn)分步法的原理是，對(duì)尖角采用相交切角的方式，在切角的過程中采用保壓技術(shù)保證變形區(qū)靜水壓的存在，這種方法可將小角度沖裁轉(zhuǎn)變成兩個(gè)180。的直線沖裁，可以使尖角部分受到廢料影響，使得向下的速度減小情況

題

1一壓印沖頭（刀刃型）2一材料3一墊板

4一落料沖頭5一凹模

得到緩解，從而減小塌角。但是這種方法存在的問題是，無法加工出尖角部分的圓角，加工出的是一個(gè)尖銳的尖角，故需要在后續(xù)加工中增加圓角。

結(jié)束語

（1） 精沖塌角的產(chǎn)生是由于廢料部分對(duì)零件邊緣的牽扯，導(dǎo)致零件邊緣部分材料流動(dòng)速度小于零件中心部分材料流動(dòng)速度，從而表現(xiàn)出材料塌陷的狀態(tài)。

（2） 對(duì)向凹模精沖和負(fù)間隙精沖都是一種很好地可以將零件邊緣速度和零件中心速度控制在很接近的狀態(tài)下的精沖方法，并且對(duì)塌角的減小有很明顯的效果。

囹重疊修整工藝優(yōu)越于普通修整工藝，可以得到更高加工要求的零件剪切面。

（4）根據(jù)能量守恒原理，可以從減小影響零件邊緣速度的廢料質(zhì)量（即廢料體積）同時(shí)保證靜水壓的方向設(shè)計(jì)工藝方案減小塌角。FM

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