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      五金沖壓模具設計公司-鋁合金覆蓋件沖壓切屑的控制方法「智恩模具」

      Date:2019-07-24


      鋁合金板密度低,只有鋼板的1/3左右,在車身上使用鋁合金板替代鋼板可使白車身減輕約40%,對汽車輕量化具有立竿見影的效果;同時鋁合金板具有高強度、可再生、適用性、防腐性以及優異的成形性能,是汽車輕量化的理想材料。相對汽車鋼板覆蓋件,鋁合金板在國內仍屬于新材料范疇,各大主機廠都在探索其應用方法。

      一:切屑產生原因及影響

      01-切屑產生原因

      模具切邊的過程可分為彈性變形、塑性變形和斷裂分離3個過程,切邊過程復雜,包含剪切、拉伸、彎曲和橫向擠壓等變形。

      圖1 切邊斷面結構

      切邊后的斷面結構如圖1所示,一般分為塌角、光亮帶、斷裂帶和毛刺4個部分,切邊過程會產生毛刺帶,即修邊后產生毛刺,而毛刺在傳送或其他沖壓工序過程中脫落,即形成切屑,毛刺范圍的大小直接決定切屑的嚴重程度,切邊過程中應盡可能減少斷面中毛刺帶的大小。因此影響切邊斷面的因素均可認為是切屑產生的原因,影響切邊斷面的主要因素有刀口和交刀形式、刀口刃入量、刀口間隙和刀口垂直度等。

      02-切屑影響

      由于鋁合金板比較輕,并有一定的粘性,在高速生產時,凹模內負壓,切邊碎屑或翻邊時毛刺容易掉落在凸模上,這些碎屑會引起鋁合金零件產生表面缺陷,成形鋁合金零件的切屑壓傷是困擾各大主機廠沖壓生產效率的主要因素。

      二:切邊模結構設計

      鋁合金零件切邊模結構設計要充分考慮結構細節,盡可能避免切屑的產生。

      01-刀口及交刀形式

      鋁合金與傳統鋼板覆蓋件不同,凹模刀口不采用純尖角形式,需要倒R0.5mm圓角,如圖2所示。實際模具制造過程中,鋁合金零件在切邊時,凹模刀口使用油石或銼刀打磨即可,倒R0.5mm圓角后,鋁合金零件在切邊時處于拉斷狀態,斷裂帶增加,光亮帶和毛刺減小。

      圖2 切邊刀口結構


      圖3 廢料刀結構

      切邊模設計時,盡可能減少廢料刀的使用,如因零件結構、工序或成本等因素,必須設計廢料刀時,鋁合金零件廢料刀結構形式設計如圖3所示。廢料刀與下模刀塊間隙控制在1~2mm,廢料刀刀口倒5°斜角,這種結構能防止切屑的產生和堆積,減少了切屑壓傷。

      圖4 切邊交刀形式

      分工序切邊時,切邊交刀形式對切屑產生也很重要,鋁合金零件切邊交刀形式如圖4所示,第1次切邊加工一個深1~2mm、寬10mm的工藝切口,這種結構在第2次切邊時能避免過切,控制切屑的產生。

      02-刀口刃入量

      切邊刀口刃入量越大,刀口和斷面的摩擦行程越大,刀口發熱越嚴重,切屑產生也越嚴重,鋁合金零件切邊刃入量比鋼板小,理論上越小越好(最小刃入量=板料厚度 安全空間),一般控制在3mm左右,交刀處控制在5mm左右,如圖5所示。

      圖5 刀口刃入量

      03-刀口間隙

      模具設計時根據板料厚度決定刀口間隙,鋼板成形刀口間隙一般為8%(tt為板料厚度),刀口間隙是否合理直接影響切屑的產生,間隙過大則毛刺大,易產生切屑;間隙過小,刀口擠壓產生毛刺和切屑。

      圖6 刀口間隙

      鋁合金零件刀口間隙比鋼板零件大,一般控制在(10%~12%)t,如圖6所示,此時斷面光亮帶占1/3左右,斷裂帶大,基本上無毛刺產生。

      04-刀口垂直度

      鋼板零件切邊刀口對垂直度有要求,主要是避免刀口“大肚子”時產生擠壓毛刺和切屑,鋁合金零件刀口設計時應考慮內收形式,如圖7所示,刀口內傾2°,在保證刀口強度的情況下,減小刀口和料邊的摩擦,對切屑產生有抑制作用。

      圖7 刀口內傾

      05-切邊壓料器和凸模符型

      沖壓生產過程中,切屑一般都掉落在靠近刀口的凸模上,如果能夠減小凸模的符型寬度(即減小零件和凸模的接觸面)或減小壓料器的有效壓料寬度,均可減小切屑壓傷零件的機率。鋁合金材料較脆,切邊力比鋼板材料小,較小的凸模符型寬度和較窄壓料器的有效壓料寬度可滿足鋁合金零件的生產要求。

      圖8 壓料器有效壓料寬度
      圖9 凸模符型寬度

      壓料器有效寬度為15~20mm,其余區域避空0.5mm以上,如圖8所示。凸模符型寬度比壓料器寬5mm左右,即凸模符型寬度為20~25mm,如圖9所示。
      三:翻邊模設計

      01-翻邊間隙

      圖10翻邊間隙

      鋁合金零件翻邊間隙比鋼板零件的大,設計為板料厚度的1.1倍,即翻邊間隙為1.1t,如圖10所示,較大的翻邊間隙能減少翻邊時對細小毛刺的擠壓。
      02-翻邊壓料器和凸模符型

      圖11 翻邊壓料寬度和凸模符型

      鋁合金零件的翻邊壓料根據非強壓區和強壓區劃分,非強壓區壓料寬度為25mm,強壓區壓料寬度為35mm,其他區域避空為0.5mm以上,凸模符型寬度比壓料器寬10mm,如圖11所示。較窄的翻邊壓料寬度可減小切屑壓傷零件的機率,同時有利于模具零件的研配。

      四:模具維護

      除模具設計外,模具預防性維護對切屑壓傷也有重要的輔助改善作用,總結成形鋼板模具的維護經驗,得出以下幾點成形鋁合金零件的模具維護經驗。

      01-涂油
      在切邊凸凹模刃口涂抹黃油,利用黃油的粘性,可有效粘住漂浮的切屑,在一定沖次范圍內可有效抑制切屑壓傷零件。

      02-表面處理

      高速沖壓過程中,切邊刀塊摩擦發熱,吸附性增強,針對該問題,可采用物理氣相沉積(physical vapour deposition,PVD)表面處理技術對切邊刀塊進行表面處理,目前切邊刀塊PVD涂層有TINC和DLC兩種,DLC涂層效果最佳,PVD技術可以提高刀口的硬度,減少刀口磨損及降低刀口的粗糙度值,粗糙度值可達到Ra0.2~0.4μm,降低刀口的粘附性,以此輔助減少切屑壓傷,提高生產效率。翻邊刀塊一般采用鍍鉻表面處理,降低刀口的粗糙度值。

      03-吹氣

      由于鋁合金零件比較輕,切屑容易被氣流帶動,可以考慮在修邊刀口或翻邊壓料器上增加氣路,并控制吹氣角度,實現對修邊刀口或翻邊處切屑的吹動。在模具設計初期布置氣路安裝位置,可減小后期手工制作的難度和工作量,同時也能提高模具美觀度。

      04-維護頻次

      根據沖次和工序來決定維護頻次,鋁合金零件的模具切邊工序每1000沖次需要對刀口進行維護,包括刃口檢查和清潔、間隙檢查,并在刀口涂抹黃油;翻邊工序每2000沖次進行翻邊刀塊保養;每10000沖次需要對模具重要結構零部件進行點檢維護,尤其是活動部件、導向部件以及定位部件等進行細致檢查。


      -END-

      合肥智恩/設計師:皓辰

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