前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的敞车门扣铁成型分析和模具设计，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要:简述了敞车门扣铁压型过程，介绍了变形步骤，详细分析冲裁变形过程、模具间隙确定方法及弯曲变形特点。运用理论分析与生产试验相结合的方法，确定模具间隙及上下模块尺寸，完成模具设计。
关键词:冲裁;剪切断面;模具间隙;弯曲变形;模具设计
1敞车门扣铁介绍
敞车门扣铁是铁路敞车上的配件，其形状和尺寸如图1所示，材料为Q235A，不允许有毛刺。根据门扣铁形状特点，设计落料弯曲复合模具在压力机上锻压成型。其模具结构如图2所示，模具下行过程中当上模与坯料上表面接触时将坯料冲裁成适合长度，带R25mm圆弧的条料。上模继续下行当工件下表面与下模垫铁接触时弯曲出径向R15mm圆弧。当模具与工件上下表面完全贴实时，利用上模下行的惯性力对工件进行整形。最后，模具上行，顶料杆顶出下模垫铁将工件推出。本模具设计的关键在于确定模具间隙及凸凹模尺寸，只有通过详细分析工件成型过程才能确定最终方案。
2成型分析
门扣铁的成型过程主要有2步，即冲裁过程和弯曲过程。对这2个过程的分析将为确定解决方案提供理论依据。
2．1冲裁过程分析
冲裁过程从弹、塑性变形开始，以断裂告终，整个过程分3个阶段。第2阶段为塑性变形阶段，材料内应力超过屈服点，材料与凸模边缘接触区将产生压缩环带(见图3)，发生塑性剪切。第3阶段为断裂阶段，在理想剪切情况下，当凸模进入材料的1/3料厚处产生裂纹。当凸、凹模间间隙合理时，上下裂纹相互重合，材料随机分离。
2．2模具间隙对冲裁件质量的影响
凸凹模间隙大小与均匀程度是影响冲裁件质量的主要因素。间隙过大或过小都会对制件断面造成不良影响，同时也会对模具造成一定损伤。从图4可以看出，当模具间隙合理时剪切裂纹重合，冲裁断面从上到下依次为断裂带、光亮带和圆角带。此时冲裁出的工件质量最好，模具寿命相对较长。研究表明，当光亮带占料厚的1/3～1/2时，其剪切断面的圆角半径中等，断面斜度小，毛刺很小，模具寿命高。而间隙在一定范围内［z=(14%～24%)t］(式中，z为间隙，t为工件厚度)变化时，毛刺高度小且变化不大，这称为毛刺稳定区，可供选择合理间隙值时参考。
2．3弯曲变形分析
工件在冲裁完毕后，上模在模腔内继续下行，工件在上模和下模垫铁的作用下完成弯曲变形。工件变形的顺序为:V型弯曲→S型弯曲→最终成型。根据工件宽厚比，确定用宽板弯曲理论进行分析。假设横断面的形状变化不大，仍基本保持矩形，在材料纵向，将产生最大应力应变，板料弯曲内区受压缩而缩短，外区受拉伸而伸长。变形的主要区域是变形件的圆角部分。在工件2个较小弯曲圆弧处，板料外部伸长材料相对于中间大弯曲圆弧来说又是内部缩短材料，反之亦然。加之，此处在材料变形时受到模具最大压应力和摩擦力，导致2个小圆弧处应力应变十分复杂，若受到的应力达到材料屈服极限时将产生裂纹。而工件在此2处变形时，材料的径向压应力和横向拉应力也很大。理论计算得出，工件上表面AA展开长度为147．46mm，中间层OO展开长147．47mm，下表面BB展开长度为147．46mm，见图5，可确定理论工件展开长度为147．5mm。但在实际压型时，材料变形并不完全符合理论计算值。由于材料变形还受到诸如摩擦阻力和变形抗力的作用，实际变形过程中部分材料没有充分走动，而是靠摩擦阻力大的部位材料变薄来补充伸长材料。从而导致实际第1步冲出的坯料长度达不到理论计算展开长度值时，就可弯曲到位，而且在拐角部位材料变薄较其他部位严重。
3模具设计
3．1确定模具间隙
考虑到设备现状及模具寿命，选用中等间隙比较合理。此种间隙光亮带占料厚的1/3～1/2，间隙值z=(14%～24%)t=1．68～2．88mm。为确定合理间隙，先选用1．68～2．88mm之间的几个间隙值，按照由小到大的顺序依次试验，测量落料件光亮带高度，光亮带高度越接近料厚的50%，选用的间隙越合理。根据试验结果可知当间隙取2mm时，光亮带高度最接近材料厚度50%，而且间隙在磨损后增大到2．6mm时仍能保证工件断面质量。因此选用初始间隙为2mm，作为模具制作间隙。
3．2确定模块尺寸
在确定落料凹模刃口长度时，采用理论估计法和生产验证相结合的方法。因工件尺寸公差为±1mm，可按坯料的冲裁长度在理论计算长度以下每0．5mm处取1个值。按照这几个长度尺寸，先按小尺寸制作冲裁凹模与凸模，通过试验，测量成型后的工件尺寸，与图纸要求进行比较，最终选择最合适的模具长度尺寸。根据试验结果可知，当凹模刃口长度为144mm时，压型后的工件尺寸更符合图纸要求(实际计算时按图纸的上差计算)。因此确定工件第1步落料长度为144mm，按照落料长度尺寸制作落料凹模。凹模制作完毕后，按照合理间隙配合加工落料凸模。此外，为了减小工件小圆角处的应力应变，使工件弯曲变形尽可能接近理想状态，模具与工件接触的表面应尽可能光滑，与工件下表面接触的凸模垫铁小圆弧处制做成R10mm，小于工件实际尺寸。在模具使用过程中要注意模具工作面的润滑和保养。确定的模具尺寸如图6所示。
4结束语
(1)锻压模具设计合理，满足生产需要。(2)合理的模具间隙能够有效提高工件断面质量。(3)合理的上下模块尺寸并采取润滑措施后，压型出的工件长度均匀，弯曲部位变薄程度较小，能够有效减少拉裂现象出现。(4)运用专业理论分析工件成型原理与变形特点，再结合生产试验的方法设计模具更精准高效。
作者:张全伟 单位:中车西安车辆有限公司设计部