薄壁方焊管落料模

dengjun001

琚书谱
1 h, A" m$ x6 Z2 V' F' V" C
摘　要：介绍了薄壁方形焊接钢管落料模，分析了在落料过程中模具刃口对材料的剪切情况。解决了此类材料落料难的问题，取得
! o( P( n0 S7 p0 p1 `  G: d+ g        了较好的经济效益。
关键词：薄壁焊管； 落料； 模具设计
分类号：TG386.2　　文献标识码：B
文章编号：1001-4934(2000)02-0025-04

2 {% }' I& x2 X- h$ c0 FAbstract：This paper presents the blanking die of thin-wall boxing welding steel pipe,analyzes material shearing
, E) ]* B) J8 K( L! ?% ], A! s        for the basil of blanking die in blanking process,solves the trouble of difficult blanking such kind of
7 i% b1 v* c" }7 {        material and gains better economic benefit.
6 Q* @7 {1 s' A4 H, [9 }) @Key words：thin-wall boxing welding steel pipe; blanking; mould design.

& b2 C1 u- Q. ]/ G/ N! p0、引言
在农用运输车车架和车厢的生产中，大量地使用不同规格的薄壁(1.5～2.5mm)方形和矩形Q235焊接钢管，其落料始终是个不易
2 N0 X; V0 s6 k" E: f解决的难题。用弓锯床或高速带锯机下料，会因材料壁薄不易夹紧，又因是断续锯削和工件震颤造成锯条严重“打齿”和裂断，至
, L. E/ y9 B2 _% S; c/ x/ c3 v3 E使下料费用较高；用砂轮切割机下料，会因效率低，砂轮片消耗大，环境污染和安全性差等使得生产单位不愿使用。采用薄壁方焊
管落料模在冲床上下料，则较好地解决了这一难题。
　　现以50mm×50mm×2mm焊接钢管落料模为例，说明模具设计要点和动作过程及受力情况。
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, F# X/ e* {1 Q. k& v1、模具结构                图1　
: o" M; v$ w  @7 d1 T% l. v6 ]50mm×50mm×2mm焊接钢                50mm×50mm×2mm焊接钢管落料模
9 `1 _# ?# r1 T! {1 V管落料模结构如图1所示。                1—上模板 2—夹紧块
3 O" x! n) k& H! ^& m3 N                3—上模刃 4—下模固定刃
本模具安装在JB-25冲床                5—方形焊接管 6—下模活动刃
上使用，冲床行程80mm。                7—斜楔夹紧块 8—聚胺酯橡胶块
                9—限位销钉　10—下模板
+ Z9 p4 S& ^+ g) c  l# i1 d- S               

2、落料过程及受力分析
2.1、落料过程
& d  [- L5 ^7 d. K# ]) P　　将待裁型钢放入下模固定刃和活动刃之间，上模下行，在斜楔夹紧块的作用下，下模活动刃向内滑行，型钢被夹紧，在上下模刃口的作用下被剪断，落料动作完成。上模回程，夹紧力解除，下模活动刃在聚胺酯橡胶弹力作用下向外滑行，被限位销钉挡住，下模松开，取出被裁工件，准备下一动作，落料过程如图2所示。         图2　落料过程示 意图
% q) l' K, u6 B$ g2.2、受力分析
  X* F. K0 \4 p　　从图1可知，上模下行时，夹紧块与下模固定刃外侧接触，斜楔夹紧块则与下模活动刃外侧接触，在斜楔夹紧块斜面的作用下，推动下模活动刃向固定刃滑行。由于固定刃口和活动刃口在水平方向上留有间隙，且在设计时已考虑到上模两夹紧块内侧之距离略小于下模两刃口自然夹持型材后两外侧面之距离，使得型材能在斜楔的作用下先于上模刃口下行而被下模两刃口夹紧。当上模刃口尖端接触型材时，由于此时型材已被夹紧，其刚性增大，且因为上下模均为双面刃口，所以下模两刃口间的钢材料被上模尖刃“刺破”断裂而向内卷曲，两刃口之外的材料则被上模挤压紧贴到下模刃口内壁上而不会向内塌陷(图2a)。
+ [% o9 c3 U9 D& [3 Q( U　当上模继续下行处于图2b位置时，此时类似斜刃剪切，剪屑继续向内卷曲。由于有4对刃口参加剪切，故此时剪切力可以用式(1)表示：
9 [! r+ ^* B2 W* y; q5 z2 s  n6 o; g 　　　　　(1)
式中： P01—剪切力(N)；
　　　t—被剪切的管壁厚度(mm)；
　　　τ0—材料的抗剪强度(MPa)；
　　　φ1—剪切角(°)；
　　　k—修正系数。
4 u! b- g+ P& W7 p　　在此例中，取t=2mm,τ0=380MPa,φ1=75°，k=1.3,代入式(1)计算出此时的剪切力P01=1 059 N。
" R. {2 \2 |8 O/ R$ o' j. S　　当上下模处于图2c位时，下部正向冲裁开始，被冲处材料断裂向外分离。此时上部剪切尚未结束，故剪切力可以用式(2)表示：
! K: s( C( k! k+ U! {P0=P01+P02　　　　(2)
* e! s% [, b; l# h
式中： φ2=15°，其余参数同式(1)。
' b2 `9 P, z2 t' M% r得：
/ M) `; o+ f8 L+ ~P02=14 746 N
' w) c. J% @  N7 q# y" U6 X  P( E; U故：
8 N, ^$ E9 Y2 C1 d$ {  KP0=15 805 N
  h) O( I. p0 {) S$ x. F4 f　　当冲裁快结束时，由于两侧尖角处内存卷曲废料的影响，P0值会增大。但从上述计算可知，25kN的冲裁力已足够。
: ]2 M/ |. [+ O6 k0 I' ^2.3、设计要点
　　(1) 材料一定要夹紧(用手动夹紧也可)，否则切口处产生变形，甚至使冲裁失败。
. t) c8 W- E  f' F0 b* u　　(2) 在考虑到冲床行程足够时，上模刃口尖角α尽可能小，为的是φ1不致过大。若φ1过大，上模刃口对型材外壁产生正面压力使其向内塌陷变形，不但影响切口质量，而且会无法切断。
7 B; D# l' P  |5 f　　(3) 上模两侧上部刃口设计成圆角，一是弥补冲床行程不足，二是因为上部剪切快结束时，型材内壁空腔已基本被卷曲废料填满，继续冲裁不会形成切口塌陷。

+ m9 J3 Y& C" U5 b3、经济效益分析
　　按10 000件计算，不同下料方法的效率，综合费用情况见表1。
5 Z) H! i. c+ P9 D9 @; O表1　不同下料方法效率综合费用对比表
  v& \8 }8 N: l7 {下料方法        工时
6 Y: p  w/ z! h+ V0 t人(小时)        综　　合　　费　　用
                电费(元)        锯条消耗(元)        砂轮片消耗(元)        模具费用(元)        设备折旧(元)        合计(元)
& D% w* L. H# r+ x" s1 r: V& G高速带锯床        208        221.7        3 900        　        　        140        4 261.7
! x: \- q0 l4 W0 l+ B; i1 }砂轮切割机        335        383.24        　        1 500        　        114        1 997.24
: x) d% D0 v! S& R% }6 e* RJB-25冲床        83        94.45        　        　        115        59.5        269.15
! G/ c$ ^; Z  N5 r5 `  k8 d% y+ b　　从表1可知，用冲床下料，其工作效率是高速带锯机的2.5倍，是砂轮切割机的4倍；其综合费用是高速带锯机的6.3%，是砂轮切割机的13.8%；切口损失相当，但冲裁废料还能回收利用；其安全性和对环境的无害，更是用砂轮切割机所无法比拟的。
+ j' K1 h; h( o8 I; P  Q" _4、结束语
　　从上述分析可以看出，薄壁焊管用冲床落料，其经济效益是很明显的，在生产中除50mm×50mm×2mm焊管以外，还大量用到80mm×60mm×2.5mm、60mm×40mm×2mm、30mm×30mm×1.5mm等多种规格的矩形和方形焊接管及少量薄壁圆焊管，正逐步采用冲床落料，只是矩形管落料模较之方形管落料模具其结构略有不同，还将继续研究上下模的用料，热处理工艺，上模刃口角度等技术问题，以便进一步延长模具使用寿命，提高材料切口处质量，使这一新工艺发挥更好的经济效益。
% r  y) W3 Z7 O# Z& G作者简介：琚书谱(1946～)，男，高级工程师。
作者单位：琚书谱（安徽飞彩(集团)公司， 安徽 宣州　242000）
参考文献：
［1］彭建声.冷冲压技术问答(上册)第二版［M］.北京：机械工业出版社，1997.
! R  s. Q5 a, r* K% O( n［2］冲模设计手册编写组.冲模设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1998.