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[轉載]沖模濕式斜楔導板的改進與試驗研究

發布時間:2019-05-21 14:46:20 星期二
摘要:

覆蓋件是汽車的關鍵組成部分,對整車的表面質量具有重要意義。汽車覆蓋件沖壓生產過程中,上、下模配對使用的斜楔導板 […]

覆蓋件是汽車的關鍵組成部分,對整車的表面質量具有重要意義。汽車覆蓋件沖壓生產過程中,上、下模配對使用的斜楔導板常用于驅動模具翻邊整形機構,其導滑面的磨損易導致模具翻邊整形不充分,影響鈑金成形時面品質量和尺寸合格率。

為確保沖壓件的面品質量,國內外專家對汽車覆蓋件沖模進行了大量的理論分析和試驗研究。韓志仁等提出了以CATIA為平臺的汽車模具沖壓運動仿真系統,實現對模具沖壓運動的快速定義并自動輸出動態干涉檢測結果。張振東針對汽車覆蓋件拉深時壓料面起皺問題,提出了通過Dynaform精算虛擬拉深筋的轉換及壓料面偏差處理的方法。國外專家針對模具導板燒結異常磨損提出了快速換裝,模塊化生產的理念。利用感壓片或膜片并根據其顏色深淺確認導板導向面接觸面積,當磨損量達2mm時更換導板。這些研究均取得了顯著成果,為汽車沖模的設計提供依據,但上述研究均從模具的結構設計、運動分析及制造調試等角度出發,未涉及因模具斜楔導板磨損導致制件表面凹印的研究。

現從降低沖模斜楔導板導向面的摩擦力、減少導板磨損以確保制件面品的角度出發,對翻邊整形機構中配對使用的上模斜楔導板進行結構改進,在其導向面上嵌入鋼珠彈簧球頭柱塞并增加潤滑油,形成新型的濕式防磨損斜楔導板。同時以某車型整形模為例進行試驗,驗證設計的合理性及可行性,以期為汽車覆蓋件沖模的設計提供理論依據與技術支持。

斜楔導板工作原理與技術改進
1
1.1
工作原理

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圖1 通用斜楔導板(1為顆粒石墨)

斜楔導板的整體結構如圖1所示,由工作面a和導向面b組成,導板表面均勻鑲嵌用以潤滑的顆粒石墨1。斜楔導板配對安裝在上、下模整形機構中,其中上模導板為鋼基材料,下模導板為銅基材料。

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圖2 工作原理

模具工作原理如圖2所示,隨著上模的下行,上模導板逐漸驅動下模導板運動,將壓力機滑塊垂直方向的運動轉化為滑車水平方向的運動。當上、下模導板的工作面接觸時,下模滑車伸出,完成制件的翻邊或整形。由于下模斜楔導板采用銅基材料,耐磨性及散熱性不足,導板表面固體潤滑劑損耗后,摩擦使工作面溫度升高,增加工作面的磨損。同時當模具零件導向接觸不均勻或與斜楔運動出現偏差時導板承受較大側向力,在反復的沖擊交變載荷作用下導板工作面出現毛刺或異常磨損(見圖3),導致翻邊整形機構運動不充分,造成制件表面凹陷等缺陷(見圖4)。

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圖3 導板磨損

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圖4 制件凹陷

1.2
技術改進

工作時為降低導板間摩擦力以減少導板磨損量,對上模斜楔鋼基導板進行結構改進。根據連續運動時材料的摩擦行為及摩擦試驗過程可知,瞬間碰撞并滑動摩擦的基體表面產生巨大動能和高溫,基體表面的材料分子有相對運動,運動摩擦過程易出現毛刺甚至咬合現象,在工作面增加油潤滑功能可降低導滑面間的摩擦力,有效減少導板導向面的磨損。垂直于導向面加工2×?10mm的柱塞內螺紋孔,并將頂端呈開口環狀的彈簧柱塞1整體旋入導向面內;在導板側面銑削與柱塞頂部相交的橫向油道,實現與兩柱塞彈簧的連通。潤滑油杯5通過安裝支架4固定在導板側壁上,通過油管3、油管接頭2與導板內部的油道及彈簧柱塞連通。改進導板整體結構與潤滑油杯及彈簧柱塞部件分別如圖5、圖6所示。

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圖5 改進導板整體結構

1.彈簧柱塞 2.油管接頭 3.油管 4.安裝支架 5.潤滑油杯

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圖6 潤滑油杯及彈簧柱塞

當上、下模斜楔導板工作面貼合時,安裝在上導板導向面的彈簧柱塞受到擠壓,球頭鋼珠沿柱塞中心收縮,在柱塞與球頭鋼珠間形成滲油縫隙,完成潤滑油的排出,實現對下模斜楔銅基導板工作面的實時潤滑。該結構改進的特點在于形成一種濕式潤滑防磨導板,降低在潤滑狀態下沖擊載荷對導板磨損的影響,并可通過彈簧柱塞的旋入深度調整出油量的大小,同時可在日常的模具保養中定期添加或更換潤滑油。由于相互摩擦運動的斜楔導板具有運動速度快、環境惡劣、工作溫度高等特點,只有合格的潤滑油才能降低導板表面金屬的磨損,延長其使用壽命。基于上述的使用性能要求,選用的潤滑油應具有適當的黏度、一定的抗氧、抗磨、防腐蝕等性能,其性能參數如表1所示。

試驗對比
2

為進一步驗證改進設計的可行性,根據標準件尺寸PCTPS100-150實體加工內部油路及柱塞孔,并依據裝配環境選擇油杯A25GB1158及M10球頭彈簧柱塞,完成濕式防磨斜楔導板的組裝。將原斜楔導板與改進濕式導板分別安裝在受力工作情況相近的2個車型頂蓋模具翻邊整形機構上。根據零件的成形需求,兩者的成形力分別為153、151kN,試驗結果如表2及圖7所示。

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(a)改進前導板狀態

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(b)改進后導板狀態

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(c)改進前制件面品凹印

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(d)改進后制件面品合格

圖7 改進前后導板磨損狀態及制件面品對比

導板的工作面磨損是指深度方向的磨損,根據使用經驗,20萬沖次導板的磨損量在0.2mm內仍可實現導向;帶角度導板的磨損量則因受力不均磨損量更大,但磨損量在3mm內仍可實現導向,若磨損量過大則導致翻邊整形滑塊伸出不到位,影響制件成形質量。

觀察試驗結果可知,在成形力及沖次等相同工作情況下,原導板與嵌入球頭柱塞潤滑形成濕式導板配對的下模斜楔導板的磨損量分別為2.5mm與0.5mm,改進后導板比原導板工作面磨損量減少2.0mm,沖壓件表面凹印消除。試驗結果表明,改進后的濕式導板可將配對的斜楔導板滑配面的干式滑動摩擦轉變為濕式滑動摩擦,降低導板導向面間的摩擦力,有效減少下模斜楔導板工作面的磨損,確保模具翻邊整形充分,進而確保制件表面質量。

生產試驗結果表明,在相同使用工作情況下,改進后濕式斜楔導板具有實時潤滑下模銅基導板的功能,增強銅基導板的耐磨性能。與改進前的銅基斜楔導板相比,導板工作面磨損量減少約2.0mm,模具翻邊整形充分,沖壓件表面凹印消除。通過對配對使用的上模鋼基斜楔導板進行局部改進及優化,在其導向面上嵌入彈簧柱塞并增加實現潤滑功能的油道及油杯等組件,可降低導板工作面的摩擦力,有效減少工作面的磨損,對模具翻邊整形機構的優化及沖壓件表面質量的提升具有指導意義。

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