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压力机精度对冲压件的影响


一、引言

在现代冲压中,有了精密高效长寿命模具,而没有高精度的压力机和优质的冲压材料是不能实现精密高效冲压的。同时精密高效长寿命级进模也不可能发挥其效益和使用寿命。压力机的精度和刚性对模具寿命的影响很大,同样一副模具在不同精度的压力机上显示出不同的性能和使用寿命。如在一般精度的压力机上使用几万次即产生崩刃,而在特级精度的压力机上则在100万次以上才有崩刃现象。分析了压力机精度对冲压件的影响,以及进一步探讨了在冲压件的加工中使用哪一种精度等级的压力机。

二、压力机的精度等级

压力机的精度通常是以其静态精度和刚性来表示,静态下的精度等级,可按日本JIS压力机静态精度指标规定划分为特级、1级、2级、3级。对压力机来说静态等级是个主要因素,但压力机的刚性也是一个不可忽视的重要因素,这就是压力机的强度问题。

压力机通过冲模对材料施加超过屈服点的足够压力,在公称压力下压力机虽然不破坏,但是床身的伸长和工作台的挠度等各部位弹性变形对冲压加工也有很大影响。因此,最好在压力机静态精度上增加动态特性,在冲裁力的作用下,台面、曲轴、床身产生变形,C型压力机产生开口等使其静态精度破坏,把这时的精度称为动态精度。由动态精度的好坏来决定压力机等级。动态精度与压力机各部分的刚性直接相关,刚性好的压力机动态精度高。目前国外已生产了刚性很高的压力机,其动态精度仍可控制在静态精度范围内。如下表中,在压力机的静态精度下,把刚性好的划分为A特级、A1级、A2级,刚性一般的划分为B特级、B1级、B2级。

表    冲床静态精度指标(mm)

测量项目 基本尺寸 精度等级
A特 A1 A2 B特 B1 B2
工作台面及滑块下面的平面度 200 0.01 0.03 0.05 0.08 0.12 0.16
工作台面对滑块下平面的平行度 300 0.02 0.04 0.07 0.12 0.18 0.24
滑块行程对工作台面的垂直度 150 0.01 0.03 0.05 0.08 0.12 0.16
滑块模柄孔与其下平面的垂直度 100 0.01 0.03 0.05 0.08 0.12 0.16
滑块导轨与床身导轨的间隙 300 0.03 0.05 0.08 0.12 0.16 0.20

这样以刚性为基础的静态精度等级是有区别的。如A2级,B1级这样的区别说明压力机等级对制件就有不同影响。AB的级别由加工压力达到公称压力时,比较刚性来决定。刚性随着加工压力的大小变化,在公称压力1000kN的B级压力机,只用500kN压力进行冲压加工时,具有与公称压力500kN的A级压力机在公称压力进行冲压加工时相同或大于它的刚性,所以在大型压力机上安装小冲模,压力机的刚性当然好。还有在公称压力,工作台面积和行程长度等主要参数大致相同的压力机,重量大的刚性好。

图1C型压力机的滑块挠度与冲裁力的关系

压力机在承受负荷的同时要产生变形,如图1所示。必须根据变形量来决定压力机能力。例如,精密冲裁加工时必须在压力机加工能力的50%以下进行。即使一般的冲裁,超过其能力80%时,就不能保证模具间隙的均匀。如图2所示,精度高的压力机能延长模具寿命,所生产的冲压件的质量也好。

图2压力机精度与模具寿命的关系

三、对冲压件的影响

1.对冲裁加工件的影响

在冲裁加工中,从滑块下面到模座上面的精度和其它各种精度对工件精度都有影响。最重要的问题:(1)凸模和凹模的垂直度,也就是保证上下模同心。(2)弹性缓冲,在冲裁结束时负荷变为零,由于压力机的变形能量使凸模突然插入凹模内,这种锤击缓冲是导致模具损耗的原因。在高精度冲裁时,变形量δ是重要的,应防止或限制在最小限度。为此,压力机必须保证静态高精度。特别是C形框架压力机由于开口变形,容易出现上下模中心线大倾斜,平行度也相应地发生偏差。如图3所示,倾斜使剪断面不一致,产生毛刺,明显地缩短了模具寿命。尤其是高速自动冲床,因为冲裁力是周期性反复的,所以刚性达不到普通压力机的两倍以上的话,各部位就要产生异常的挠度和变形,产生大的噪音和振动,以致不能进行连续运转。象这样的作业一定要使用A1级以上的压力机,小型压力机应采用A特级。

图3

对于板厚0.5mm以下的板料进行手工送料冲裁及一般的整修或精密冲裁等,模具间隙在很小的情况下,如不使用A1级精度的压力机很难长期保证制件精度。在冲裁0.8~1.2mm的板料时,如模具间隙大,垂直度好,就能稍减少压力机刚性对制件的影响,使用B1级的压力机也不会出现什么问题。料厚在1.6~2.4mm或更厚时,生产批量不大可使用B2级压力机,由于模具在偏斜造成的制件精度或外观影响不大。但在加工3mm以上的中厚板料时,冲裁压力集中载荷作用在滑块上。因此压力机刚性又成为非常重要的因素,在使用C形压力机时,若压力不能控制在公称压力的60%以下,不仅降低制件的质量,对压力机寿命也有很大的影响。

2.对弯曲成形件的影响

在弯曲成形加工中,压力机静态精度的好坏对制件的影响不大,但压力机的刚性对制件有一定的影响。为把回弹误差控制在最小范围内,使上下模镦死,进行校正弯曲是一个较好的办法,但夹在凸模和凹模之间的板料厚度存在一定范围的波动,又因拉伸强度和其它机械性能也是变化的,所以弯曲力有时可能是所需最低压力的几倍,使压力机产生弹性变形影响制件精度。

弯曲成形加工一般使用A2级压力机,如对制件精度特别是回弹量要求很严时,板厚允许误差很小的磷青铜和其它薄板件的弯曲,只有使用A1级压力机才能达到所要求的精度。因此,制件材质厚度的不同比压力机规格还重要。如2级精度材料在进行弯曲成形时精度上没什么问题的话,使用B2级压力机也能得到较好的结果。但这样的板料有时会混入厚而硬的材料,使模具产生过载现象,如压力机刚性好,可能不产生变形,但造成模具损坏或变形。

3.对拉深件的影响

在拉深、多次拉深、变薄拉深加工中,当板料进入凹模圆角后,板料只能沿着凸模压入凹模,凸模很少成压死状态,而且其加工压力比下死点的公称压力小的多,因拉深力是在滑块行程中间到下死点这一段时间内连续作用,所以压力机刚性对制件的影响很小。制件壁厚不均以及出现突耳等其它缺点,主要是受冲模结构、尺寸和精加工程度的影响。如果凸模同样通过导向进入凹模,压力机垂直度较好时,对制件精度影响也不大,所以一般使用B2级压力机就能满足要求。

可是很多压力机的滑块行程很长,在测定滑块垂直度值时,这个测定值虽然小,但有些压力机的滑块出现8字形或矩形,在变薄加工或铝等软板的拉深加工中,制件的侧壁厚度不同和超出一般的突耳就会出现壁部高度不同的情况,增加了制件的废品率。小型压力机滑块出现这种情况,进行仔细研磨还能得到解决,而大型压力机则要拆开进行机械加工来修整。

四、结束语

压力机刚性对制件质量的影响较大,但刚性低,可采用加工压力比公称压力低的办法来弥补。而压力机精度不高,对模具寿命有直接的影响。刚性好的压力机,加工精度高,冲件加工时模具寿命长。因此加工高精度零件的高速自动压力机、冲裁专用压力机、冷挤压机、压印肘杆压力机、热锻机等设计时都应具有很高的刚性。