圓弧形鈑金件成形工藝研究

2017-08-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

低溫真空容器中通過冷屏對其進行冷卻。冷屏主要由冷卻管、支撐骨架和蒙皮組成,冷卻管表面通過蒙皮或掛錫(錫焊)增加接觸面積,提高冷卻效果。蒙皮材料一般選用無氧銅(料厚≤2mm),材料導熱性能佳,成形性能較好。在筒體類冷屏中,冷卻管盤繞在筒體上,冷卻管表面蒙皮如圖1所示,這就涉及到圓弧形零件的鈑金成形。類似圖1的圓弧形零件一般采用模具成形,即根據零件的外形尺寸設計合適的模具彎曲成形。

圖1 冷卻管表面蒙皮

直接采用模具成形圖1的零件方案簡單、快捷,但在實際生產中,彎曲的圓弧半徑R會隨著冷屏結構的變化而變化,冷卻管截面尺寸通常不會變化。圖1冷卻管表面蒙皮尤其是非標準件的生產中,由于生產零件較少,為不同圓弧半徑的冷卻管制造模具的成本已遠大于零件本身的成本,且模具沒有再利用的價值,此類模具的通用性較差、使用范圍小、成本高導致布管方式的冷屏多采用掛錫方式提高冷卻效果。掛錫對于不銹鋼材質的冷卻管粘接效果不理想,易脫落,限制了其使用范圍。為了找到通用的圓弧形零件彎曲加工方案,提高模具的通用性,降低制造成本,現運用分解組合及模塊化的方案解決了該類鈑金件彎曲模的限制。

工藝分析

分解組合是一種虛擬重建方案,將現實中的模型使用抽象符號分解為一個個基本元素,然后再使用“關系”將它們組合在一起,形成一個穩定的結構,形成結構后一個系統就具備了初步的形態。模塊化設計就是將零件的某些要素組合在一起,構成一個具有特定功能的子系統,將這個子系統作為通用性的模塊與其他零件的要素進行多種組合,構成新的系統,產生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列零件,方便重用、升級、維修和零件廢棄后的拆卸、回收和處理。

采用目標分解法通過對成形方案的關鍵步驟進行分解,將圓弧形零件加工分解成歐米伽槽加工與滾圓兩道工藝模塊,再對模塊進行組合,有3組方案,如圖2所示。圖2方案1中歐米伽槽與圓弧成形為并行一次性成形;方案2、3中兩道工藝為串行方式,表格1為3種工藝方案的對比。

圖2 目標分解組合

方案1通過圓弧形凸、凹模對板材一次性成形;方案3預先對板材預彎,然后通過圓弧形凸、凹模成形。實際操作中方案1、3模具可以通用,模具也為傳統結構,將兩者作為一組與方案2對比,通過對目標的不同組合進行分析對比,選擇最優方案。

傳統工藝

對于方案1、3圓弧形鈑金件采用的傳統成形模結構如圖3所示,它主要由圓弧形凸、凹模組成,根據鈑金件尺寸,凸、凹模通過數控加工完成,鈑金件彎曲過程用到的主要設備為壓力機。

圖3 傳統成形模結構示意圖

鈑金件通過壓力機和模具沖壓成形,模具在使用過程中,由于金屬變形回彈,導致成形的零件尺寸精度達不到要求。為使成形的零件達到所需要的尺寸精度,需要對零件多次整形或重新加工成形,甚至需要多副模具,增加了制造成本。對于尺寸較大的圓弧,模具外形結構就更大,所需要的壓力機噸位也就更大。對于相同截面不同半徑R的鈑金件需要不同的模具,這對非標準單件加工就得不償失。此類模具優點是確定結構后通過調整壓力機參數,沖壓后的零件尺寸精度高,表面變化不大,生產效率較高。

優化工藝

方案2需要一副成形歐米伽槽的模具和一副圓弧成形模以及壓力機和滾彎機設備。板材通過壓力機沖壓成直線歐米伽槽,再通過滾彎機彎曲成弧形。將傳統工藝中的復雜模具分解成2副結構簡單的模具,降低了模具的制造難度,優化后的工藝使得模具零件具有一定的補償性,即在模具零件長時間使用磨損后通過簡單校正即可恢復原有精度。成形直線歐米伽槽模具零件磨損后可以替換凸模,成形圓弧模具只需調整滾彎機動輪上下高度既可補償磨損。

歐米伽槽成形

直線歐米伽槽采用直線形凸、凹模沖壓成形,如圖4所示,模具零件采用數控加工完成。沖壓過程:①將板材放置于凹模上,調節位置;②放置凸模,壓力機滑塊下行;③沖壓尺寸到位,壓力機滑塊回位,鈑金件有一定回彈;④連續回位、下壓,降低鈑金件回彈;⑤脫模。直線歐米伽槽沖壓過程尺寸控制簡單,精度較高,成形的零件無褶皺。對于不同長度L,截面直徑?相同的鈑金件可以通用。

圖4 成形直線歐米伽槽模具結構示意圖

圓弧成形

圓弧通過滾彎機成形(見圖5),具體步驟:①將成形好的直線歐米伽槽零件放置于墊板上(此時墊板為平面);②放置墊桿于直線歐米伽槽中;③調節控制輪下表面與固定輪上表面位于同一水平面;④將墊板放入滾彎機中,啟動機器;⑤調節固定輪向下約1/4輪徑(具體尺寸根據需要的滾彎半徑計算獲得),來回滾彎;⑥調節控制輪繼續向下,再次滾彎(滾彎過程中采用測量模具檢測尺寸);⑦達到需要的滾彎的圓弧R后停止;⑧取下成形的零件,壓平墊板。墊板在加工待成形圓弧零件時,在墊板相對待成形圓弧零件兩邊各預留與滾筒周長一半相同的長度尺寸。在預留段上開槽用于固定墊桿,墊桿尺寸與所要固定的冷卻管尺寸相同,保證每一次滾彎歐米伽槽的尺寸精確。同時當圓弧零件彎曲成形后,墊桿去除比較方便,墊桿的存在降低了成形后零件的回彈量,提高了成形零件的尺寸精度。