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钢件铝合金罩形件的冲压成形工艺计算与路线-【新闻】

时间:2021年04月08日

通过理论计算与试制摸索对XX.002罩的成形工艺参数及工艺路线进行优化,并且对模具结构进行完善,制定出工艺与工装结合较为合理的成形方案,为后续类似外形的钢件及铝合金件的冲压成形提供成熟的解决方案。

XX.002罩为风扇转子组件的组成单件,其材料为厚度1.5mm的铝合金2A12(LY12),外形整体为拉深件,底部带有反向翻边孔。2A12为硬铝,其塑性与优质碳素结构钢及不锈钢相比较差,相应也会导致拉深成形较为困难,危险断面易裂开,为后续成形带来较大不便。在试制前期需仔细计算工艺参数,制定合理的工艺路线且同时需考虑与工序相配套的拉深、翻边模具结构设计的合理、有效性。本文通过在工艺计算,将试制期间暴露的问题进行调整优化,并归纳总结出较为合理化的工艺、工装实施方案。

零件工艺性分析

材料

XX.002罩材料为2A12(LY12),2A12是可热处理强化铝合金,经固溶处理、自然时效或人工时效后具有较高的强度,它是航空工业中使用较为广泛的铝合金。其塑性与日常使用较为广泛的优质碳素结构钢及不锈钢相比较差,伸长率为12%,而20钢为25%,1Cr18Ni9Ti达到了40%,具体对比如表1所示。

由此可看出,2A12此种材料塑性相对普通钢种较差,同时综合考虑此零件的拉深系数,所以其拉深成形难度较大。

工艺计算及工艺路线拟定

工艺计算

XX.002罩最后零件为去除余量件,中间工序需进行增加工艺余料辅助成形。为方便成形及模具设计,现将零件中间拉深结构设计成图1所示。

经查阅公式,法兰边与直线段之间R角(凹模圆角半径)原则上设计为5~10倍料厚,若R角过小则板料不易流动,增加了筒壁传力区的拉应力,不利于拉深;若R角过大则会减小有效压边面积,容易使板料失稳起皱。零件板料厚度为1.5mm,R角范围为R7.5~15mm,因此在零件取中间范围值R10mm(利于后续修模);直线段13.5mm增大0.2mm余量至13.7mm便于端面车加工。SR80mm与底面直边之间应设计为大圆角R过渡,此R角选择需考虑储备足够余料方便后续翻边成形,根据反向推导计算且遵循表面积不变原则,图1所示的SR80mm后接大R角弧长与底部直线段长度之和与零件SR80mm后续翻边R角(实际值为R6.7mm)展开后的直线段长度相同,经在AutoCAD软件上标注计算后取整R20mm。经上述计算外形尺寸已可绘出,其高度达到80.2mm。

通过对零件中性层进行展开计算即可得出板料下料尺寸,示意图如图2所示。

工艺路线编排

经计算此零件的高径比h/d=80.2÷154.3=0.52,经查阅2A12圆筒件一次拉深的极限相对高度h/d约为0.6,现零件参数已接近极限参数,若进行一次拉深到位则比较危险,危险断面破裂的可能性较高且侧壁会明显变薄。为保证拉深质量,在安排工艺路线时在首次拉深中仅拉深到一半高度,再进行退火消除应力恢复其塑性,接着进行后续拉深到位,在此过程中仅用一套拉深模即可,示意图如图3所示。

按图3所示进行分步拉深到位后则需为后续翻边去除余料开底孔。利用自制夹具进行车削加工去除法兰边,同时对底部进行开孔,经展开料核算(见计算)底部开孔定为φ88mm。示意图如图4所示。计算公式为K=d0/D。

其中:K—翻边系数;K值愈小,变形程度愈大;

d0—翻边前毛坯上孔的直径;

D—翻边后工件的孔径(中径)。

经查阅硬铝合金的极限翻边系数Kmin=0.80,则d0=0.8×106.5=85.2mm。因此开孔直径取略大于极限值为φ=88mm。

车削完毕后即可进行辅助去毛刺、倒角工序,下一步骤即可按产品示意进行反向翻边。翻边工艺主要依靠于模具结构的合理性。翻边成形示意图如图5所示。

翻边完毕后整个结构尺寸都已成形,后续只需进行相应辅助工序。如车端面保证高度尺寸、去毛刺、热处理消应力、对尺寸公差及轮廓度校形等工序,零件即加工完成。

工艺路线拟定及工装配备

经以上计算及策划分析,具体工艺路线拟为:5下料→10钳工→15冲工→20热处理→25冲工→3 0热处理→3 5冲工→4 0车工→4 5钳工→5 0冲工→55车工→60钳工→65热处理→70冲工→75检验。

15、25、35冲工皆为拉深工序,共用一套拉深模;20、30热处理工序皆为退火消应力、恢复塑性,方便后续拉深;50冲工为翻边工序,需一套翻边模;65热处理工序为固溶时效得到硬度HB≥105;70冲工工序为校形需一套校形模。

结束语

通过精确数值计算,拟定合理有效的冲压工艺,配备结构完善的工装模具能较为经济且高效地完成XX.002罩的拉深、反向翻孔等工艺,从而实现零件的批量生产。板材冲压成形的特性决定了前期试制工艺工作的繁琐,在零件试制及试模过程中应注意及时获得现场问题并反馈,通过与理论知识相结合,总结归纳平衡各方面因素,找到合适的切入点解决问题。

——本文摘自《锻造与冲压》2019年第18期。

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