刃口检测（共6篇）
刃口检测 篇1
0 引言
触针式轮廓测量是表面形貌测量的重要方式,广泛应用于机械、微电子等工业领域[1]。该刀具刃口检测系统就是利用了这样的测量方式对刃口进行检测。测量时由触针沿被测刃口做接触扫描,由杠杆、杠杆支承及拉紧弹簧组成的测量机构带动电感位移传感器的衔铁做相应运动,将检测到的刀具表面轮廓信息转化为与之对应的电压信号,经信号放大处理系统后得到数字信号,并由软件处理,最终得到刃口的表面二维轮廓。该机构特点为:运动灵活,调整方便,对外界干扰不敏感,工作稳定可靠。但由于整个系统由很多部分构成,存在着很多影响测试精度的因素,主要有杠杆几何结构引起的误差、传感器本身输出特性的非线性、零位误差、载波信号幅度和频率的波动、温度变化等影响因素。这些都会造成测量误差,从而影响系统的精度。
1 杠杆几何结构引起的误差
该测量系统杠杆位移传感器采用杠杆传动结构,测力的方向和大小可以调节。在实际测量过程中,杠杆总是绕着支撑点旋转,所以触针在上下方向的轨迹实际上是一段弧线,实际采样点的位置就会因为触针的弧线轨迹而与被测表面坐标点产生误差,由此可以得知被测点的实际坐标值与杠杆转动角度并不是线性关系,从而引起的测量误差。而且这个误差会随着量程越来越大,这是杠杆式仪器普遍存在的量程与测量精度的矛盾。
2 非线性输出引起的误差
在检测过程中,在触针的带动下,与触针相连的杠杆另一端的衔铁在电感线圈中上下移动,使接入电桥两臂的电感信号发生变化,但是这里的电桥输出信号与衔铁的位移量只有在电感的线性区之内才是线性的,而在线性区之外则是非线性的,并且量程越大非线性误差也就越大。
假设线圈内磁场强度均匀,则有如下关系:
式中:L——单个线圈的电感量,N——单个线圈的匝数,r——线圈的平均半径,l——单个线圈的长度,I0——衔铁进入单个线圈的长度,µ0——空气隙的磁导率,r0——铁芯半径,µm——铁心的有效导磁率。
单个线圈的灵敏度为:
由于使用单个线圈的非线性误差比较大,所以电感式轮廓仪一般使用差动电感线圈传感器,它的输出线性较单个线圈电感传感器有所改善。但是,实际上无论是单个线圈还是差动型传感器的线性输出范围一般都小于电感位移传感器的螺管线圈全长的25%。
由图1可以看出,电感位移传感器的线性范围只局限平衡点附近在很小的区域内,随着输入位移的增大,非线性误差也随之增大。这就意味着要保证传感器的精度,必然要求其工作于线性区域范围内,因此限制了传感器的量程。
3 零位误差
电感传感器采用差动螺管式,触点位于磁筒内两差动线圈的中垂线上。理论上讲,当触针的针尖触点与中间位置持平时,输出电压为零。而在实际上,当触点的位移为零时,传感器输出电压并不为零,而是有零点残余电压存在,这样就造成了零位误差。产生零位误差的主要原因有:
1)差动式电感传感器的两个电感线圈的电气参数及导磁体的几何尺寸不完全对称;
2)传感器存在铁损,传感器工作在磁化曲线的非线性段;
3)激励电源信号中含有高次谐波。
零点残余电压的危害极大,它会降低测量精度和灵敏度,减小零点残余电压的措施是减少激励电源中的谐波成分,使之工作在磁化曲线的线性段。此外,为了消除零点残余电压还可以在差动电桥中接入可调电位器,当电桥有起始不平衡电压时,通过调节电位器使电桥达到平衡。
4 测量力引起的误差
在杠杆触针式传感器中,测量力主要依靠测力弹簧的弹性变形来提供,并通过调节弹簧不同的变形来实现测量力的调节。测力弹簧采用两根拉簧作双向调节,固定方式为两端铰链。当调节螺钉处于中间位置时,两拉簧同时被拉长、测力为零,当其中一根拉簧偏离中间位置时,测力方向向上。因此测力可根据需要调节。
在使用该系统对刀具刃口部位进行扫描的过程中,为了保证触针与刃口轮廓表面可靠接触,需要有一定的测量力的存在,虽然这个力很小,但由于触针针尖半径很小,则被测表面承受的压强是相当大的。这就会在被测表面上留下划痕从而影响测量精度。一般情况下,随着量程的增大,弹簧的弹性变形以及随之产生的测量力也会增大,触针对工件轮廓的划伤也会更加严重。因此,测量力是影响触针式仪器性能提升的一个重要因素。
对于精密测量,需要保证测量杆触头与被铡工件之间适当的接触力。接触力过大可能会因为测量系统刚度不足而引起触头与被测工件之间的附加位移;接触力太小,尘土膜及其他干扰可能会使测量触头与被测工件接触不充分,这些都将影响测量的稳定性和精度。该测量仪允许的最大测量力为1.5~2.5N,满刻度测量力的交化为0.35~0.6N,一般而言,对于“比较铡量”的传感器,在整个量程范围内的测量力一般不应该超过1.5N,而最小的测量力不允许小于0.5N。设传感器规定的总量程为Y,则在该量程范围内,测量力的变化不应该超过1.5N,而在保证一定的测量预压力(-20.5N)的条件下的有效测量量程(即示值范围∆Y),其测量力的变化不允许大于1N,
在静态测量中,随着量程的增大,触针的测量力也随之增大,当测量力超出被测件材料的许用应力时,就会产生变形影响测量的精度,为使测量力减小并满足轮廓测量标准的要求,必然要求传感器工作在小范围内,这也使得测量仪的量程受限。
5 结论
1)测量机构是刃口测量系统的关键部件。为实现高精度轮廓测量,必须有性能优良的测量机构;
2)采用电感式传感器的测量机构,具有运动灵活、精度高、测量力调整方便、工作可靠等优点。本文对机构的动态特性进行了分析,并得到了测量力动态变化规律,从而为高精度轮廓测量仪的研制提供了理论基础;
3)通过合理设计传感器的安装角度,可消除测量中的非线性二次项误差,使触针位移与传感器磁芯轴向位移之间具有良好的线性关系,经线性电路及计算机处理后,得到真实的表面轮廓;
4)主要对该检测系统作了误差分析。对传感器和电桥本身输出特性的非线性、零位误差等几个造成系统测量误差的因素作了定性分析。然后通过误差补偿,完全满足工业生产和科研实验的需要。
摘要：在刃口检测系统中,测量机构是实现高精度轮廓测量的关键。刀具刃口检测系统测量机构由于复杂的系统结构,存在着许多影响精度的因素。本论文对对系统所存在的误差进行了分析,其中包括杠杆几何结构引起的系统误差,传感器的零位误差以及电感自身的的非线性误差等等。通过分析并补偿这些误差就可以保证测量结果的可靠性。
关键词：刃口检测,误差分析,非线性误差
参考文献
[1]王云庆,李庆祥.薛实福.LSI制造与测试[J].1995,14(2):22-25.
[3]D.G.Chetwynd,X.Liuand5.T.Smith,Int.J.MaehineTools&Manufaeture,1992,32:239-245.
[4]季文美,方同.陈松淇著.机械振动[M].科学出版社,1985:8-36.
刃口检测 篇2
刀具的刃口钝化技术可以有效的解决刃磨后的刃口微观缺陷,使其锋值减少或消除,从而使刃口达到圆滑、平整,既锋利坚固又耐用的目的。经钝化后的刀具同时能有效提高刀具寿命和切削过程的稳定性。目前国外的刀具产品都是经过良好的钝化处理,故其性能较佳。因此国内刀具制造企业要使刀具产品具有很好的切削性能,就应该对刀具产品进行合理的钝化,并加强对刀刃钝化参数的精密检测。
在实际生产中,像麻花钻这样的螺旋刃口的测量是比较复杂的有条件的工厂企业可以利用“三坐标测量机”来进行测量。但是由于“三坐标测量机”的价格昂贵,维护复杂,很多企业没有这类设备。而一般情况下,对于强化后刀刃的外形的检测,工厂企业应用比较广泛的仪器是“万能工具显微镜”,该仪器价格低廉,能解决麻花钻螺旋刃口的测量[3]。但是这样测量读数过程繁琐、测量时间长。
所以研究设计一种可以方便准确检测刃口参数的测量系统是十分有必要的。本论文利用轮廓放大测量方法[1],对刀具刃口部位进行测量的一种检测系统,是对刀具钝化检测技术的进一步研究。
1 常用的钝化形式
麻花钻的钝化形式包括锐刃、倒棱刃、消振棱刃、白刃、倒圆刃等。根据麻花钻刃口钝化形式的多样化,可以根据不同的刃口钝化形式选择适合的测量。下面就该系统对倒棱刃的测量进行简单叙述,其他对前刀面进行处理的刃口形式与之相同。
倒棱刃是在刃口附近的前刀面上,刃磨出很窄的负前角棱边。大连吉瑞精密钻头有限公司对大连柴油机厂改进的一种内冷钻头,就是采用了这种倒棱刃处理,取得比较理想的效果,钻头的使用寿命提高将近25%。下图是做倒棱刃处理以后的刃口部分放大150倍后的图片:
对于这种倒棱刃钝化方式的测量一般需要控制的几何参数有两个:一个是刃口处理负倒棱的角度γ,另一个是宽度W。而在实际测量过程中,只要将前刀面扫描完整得出轮廓数据拟合出合理的轮廓线,就可以方便的得到这两个参数。钻头钝化角度几何参数的示意图如下:
用于检测工件表面的方法很多,从数据的可靠性和安装定位的简易性来看,触针法是最适用的[2],目前触针法大多用于表面粗糙度测量。国内外也有不少有关的文献资料介绍触针法对表面粗糙度的测量。但这些文章着重于对表面粗糙度评定参数的分析,而还没有刀具刃口测量的文献。本文主要针对系统的几个重要部分进行阐述。
2 系统的构成及原理
本系统是由软件控制进行采集检测信号的。数据采集卡采用较高性能价格比的PCL-813b。该卡具有A/D、D/A、计时计数等功能。查询、中断等采集方式。可根据实际需要分别进行采用。总体上可分为数据采集处理和机械结构两个部分。下面分别介绍各部分的构成及系统的测量原理。数据采集与处理部分是由电感传感器、信号处理放大电路板、数据采集卡和计算机组成。数据采集系统结构如图:
该测量系统的机械结构主要由刀具夹具装置、回转台、xy工作台、传感器部分等等。测量示意图如下:
测量原理:将被测钻头固定于回转工作台上,通过转动调整使钻头的刃口垂直于触针运动方向,将触针置于刃口上合适的位置。在驱动装置的驱动下,触针以固定的速度沿着刃口垂直方向运动,从而使触针对刃口表面进行扫描。刃口表面的轮廓使测针产生微小的位移量,电感传感器将测针的位移量转换为电信号,该电信号被送至信号处理电路经过调制、放大、滤波等处理就获得能够反映刃口表面轮廓的数字信号,然后由软件系统对数据进行处理并输出轮廓线。
在测量过程中,x方向的位移传感器等间距地发出位移信号,同时对y向电感传感器传感器进行数据采样。对于实际轮廓上的任一被测点,每一个xi均有y向位移传感器的读数yi与之相对应。假设一个轮廓上测量n点,那么这些点的集合0代表实际轮廓。
3 评定参数的定义
为了满足对表面不同的功能要求,国家标准规定的表面轮廓高度特征参数、间距特征参数和形状特征参数。高度特征参数有轮廓算术平均偏差Ra,轮廓均方根偏差Rq,轮廓最大高度Ry等。其数学定义为¹:
式中:Y(x)—x处的轮廓曲线的纵坐标;Yi—第i个轮廓曲线的纵坐标;Ypi、Yvi—最大轮廓峰和最小轮廓谷;l—取样长度;n—取样长度内所测点的数目。
对表面轮廓参数的评定可以使用labview软件中的的概率与统计、数学比较运算等功能模块。
4 模拟信号的输入
模拟电压信号由传感器输出,经过单路放大电路,传递给数据采集卡,最终进入计算机中。PCL813b数据采集卡是台湾研华公司推出的一款工业标准的经济型数据采集卡,是一款32录的单端带隔离的模拟量输入卡,用于模拟信号的采集和处理及各类控制信号的输出。
大多数的外设和接口卡都是通过计算机的I/O口来控制的,他们各自都有一个独立的存储空间来避免地址冲突,PCL-813b使用了16个连续的地址空间,地址的选择可通过面板上的6位DIP开关设置来设定。PCL-813b的有效地址范围是000到3F0。根据系统的资源占用情况,给PCL-813b分配正确的地址。
在数据采集应用中,模拟量输入基本上都是电压信号输入。为了达到准确测量并防止损坏应用系统,正确的信号连接是非常重要的。当测量一个电压信号时,将信号一端接入到一个输入端子上,信号源另一端接到地端子上(五个模拟地中的任何一个)。
5 刃口轮廓曲线的显示
轮廓曲线显示部分采用labview8.5进行编程,Labview丰富的控件为虚拟仪器提供了极大的方便,在函数库和控件库里选取所需的功能模块,为他们设置合适的属性。
程序图中目前主要包含采集设置,数据采集及处理两个大部分,采集设置包括设备通道和放大倍数的选择;数据处理采用最大、最小函数得出参数Ry,由均方差函数得出Ra。
由于轮廓数据曲线可视为是随机信号,所以测量所得的轮廓数据包含着触针在刃口表面测量行程上有可能获得的所有数据信息。对数据的处理可以使用labview软件中的的信号测量与处理功能模块。
6 结束语
1)该系统在设计过程中,以PCL-813B为硬件平台,用labview8.5进行软件开发,采集速度可达100KS/s。系统具有良好的扩展性,经过对刃口轮廓的实际测试,结果表明,该系统简单、可靠、方便使用,并且能够满足刃口钝化参数的基本检测要求。
2)系统对钝化尺寸的掌握有很大的帮助,能够方便准确的实现在刃口钝化参数上的检测,促进钝化尺寸控制的进一步研究,使刀具钝化技术提高一个新水平。
摘要：为了能够准确,方便的检测出刀具刃口部位的参数,研制了一种刃口参数检测系统。采用了差动式电感传感器和水平移动光栅,使用轮廓放大测量方法[1],用数据采集卡读取电感数据,通过光栅数值采集卡采集x坐标数据,以获得表面轮廓的二维坐标,从而得到刃口的轮廓线。
关键词：轮廓放大,轮廓数据采集,串口通讯,刃口检测
参考文献
[1]杨振祥.硬质合金可转位刀片刃口钝化方法及刃口圆弧半径的测量[J].工具技术,1990(10).
[2]刘亚龙,周亮,姚奇.二维表面轮廓测量仪测试系统的开发[J].机械工程师,2009(3):107-110.
[3]张慧君,过馨葆.螺旋线刃口的测量及数据处理[J].上海计量测试,2001(2):20.
[4]唐文彦,张军,李慧鹏.触针法测量表面粗糙度的发展及现状[J].机械工艺师,2000(11):40-42
[5]高天国.便携式表面粗糙度轮廓仪传感器及测量系统设计[J].工具技术,2009(5):117-120.
[6]祝常红.数据采集与处理技术[M].北京:电子工业出版社,2008.
[7]车仁生.微型机原理及其在精密仪器中的应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1987.
刃口磨削裂纹产生机理分析 篇3
目前,世界各类刀具市场的年贸易总额在8亿美元左右,而其中刀剪类商品的年销售额约8亿美元。目前,我国的刀剪年产值约20多亿元人民币,年出口创汇4 000多万美元[1],市场空间非常广阔。
在加工过程中,由于磨削等原因[2],容易产生裂纹,引起刀剪刃口卷裂或产生缺口。有些成品表面虽然无此情况出现,但经一段时间的使用后也会出现刃口卷裂或缺口现象。
本研究拟通过分析刀剪磨削裂纹产生的原因及刀剪的磨削力和磨削应力,以采取措施提高产品质量。
1国内外差距
我国刀剪产品与国外的差距主要有以下几点:
(1) 外观处理。
国外产品其先进的表面处理技术,使刀剪产品锦上添花,提高附加值。而我国刀剪表面电镀层光泽较差,锤击印、表面挫伤、油漆流疤较为常见[3]。国外刀剪产品不仅表面采用较先进的技术,而且设计、造型和包装根据不同的消费市场而定,总体设计美观大方,包装精美,标识统一,注重品牌。
(2) 加工工艺。
我国产品相对较为粗糙,轮廓不清晰,手感较差。特别在磨削、抛光加工工艺上相对落后,加工设备精度不高。
(3) 热处理质量。
国产刀剪热处理加工容易产生变形、开裂和硬度不足[4]。例如,一对刀剪的两片,其硬度差值较大,即一片硬度高,一片硬度低,使得刀剪耐用度降低。
2刀剪工艺
(1) 磨削抛光工艺。
先进国家制造刀剪大多按刀剪产品的规格尺寸、形状提供异形带钢,可减少70%以上的抛磨量。对刀剪刃口的磨削和抛光,采用刀剪磨床、双面磨刀机、双圆台磨床、砂带机、自动研磨机、数控抛磨机[5]等先进设备加工。刀剪的刃口磨削质量高,几何角度统一,表面粗糙度低,磨削纹路细腻。而国内大多数企业仍采用手工磨削和抛光,刀剪质量不高,即使部分企业购买了国产的刀剪磨床、砂带机等设备投入使用,加工出来的刀剪质量与国外产品尚有差距。差距主要在于对磨削技术缺乏深层次的研究,刀剪磨削与普通机械零件的磨削不同,刀剪磨削深度大,为一次性强力曲面成型磨削,所以磨削力大、磨削热量高。
(2) 热处理工艺。
热处理工艺是决定刀剪产品质量的关键工序之一。据全国刀剪行业信息中心调查,选用不同的热处理工艺处理的产品质量有很大不同。检测结果表明,先进国家的高档产品的硬度值高而且均匀,同一把刀剪硬度差值很小,金相组织显示:晶粒细小、回火马氏体组织均匀,充分发挥了材料经热处理后的组织性能,确保了刀剪使用时具有的最佳性能。而国内不少企业在热处理时满足于规定的硬度要求,各项工艺指标参差不齐。
3裂纹形成原因
刀剪裂纹的产生原因主要有以下3点:
(1) 刀身排料不合理。在不锈钢板落料时,为了提高材料利用率,有部分刀身刃口与板材压延方向垂直。在生产中发现,这批刀身在热处理时易产生严重的“S”形变形,磨削时也易开裂,在开裂刀具的金相组织中发现多例。
据分析,不锈钢板在锻造、压延过程中,不锈钢板中的树枝状晶体、碳化物、缩孔、气泡及疏松等沿加工方向被延伸拉长,形成彼此平行的线条,称为流线。这种流线防线(纵向)与垂直于流线方向(横线)之间的力学性能及淬火变形趋势呈明显差异。据有关资料介绍,横向比纵向强度低40%～60%,塑性低50%～70%。因此,钢材低倍组织的流线对刀具热处理的变形和随后的磨削开裂有较大影响。
(2)热处理工艺控制不严。热处理工艺控制不严主要表现为高频操作不规范、加热温度过高、保温时间过长,使奥氏体晶粒长大,淬火后马氏体针状粗大,且残余奥氏体量增多,应力和脆性增大,容易产生淬火变形和磨削开裂。
回火不足(主要指回火温度偏低或时间短)也会导致刀具磨削时开裂[7]。这是因为回火不足造成淬火马氏体转变成回火马氏体不完全或残余奥氏体转变不完全,淬火后产生的较大内应力未能完全消除和磨削时产生的内应力合在一起,超过强度极限时,造成刀具开裂。
(3)磨削工艺不当。观察刀剪的裂纹位置发现裂纹开裂有一定的规律,即裂纹大部分产生在转盘式磨刀机圆盘的冷却水槽交界处。据此分析,刀剪在磨刀机上磨削时磨削量大(0.4 mm～0.6 mm),磨削力大,刀剪表面在砂轮的切削滚挤及摩擦力作用下,表面层金属温度急剧升高,使原来的回火马氏体组织转变成奥氏体组织,其比容减小,体积收缩,产生很大应力,加上冷却不均匀,因而在砂轮挤压及热应力综合作用下及内应力大于材料本身强度极限时即产生脆断。
4理论分析计算
磨削过程中,砂轮和被磨刀剪之间存在磨削力、磨削应力。由于刀剪产品磨削的特殊性,在刀剪产品生产中一直没有进行详细的裂纹计算,下面根据刀剪的磨削力简要分析刀剪计算公式[7]。
4.1磨削力
磨削过程中,砂轮和被磨刀剪之间的磨削力有切向磨削力Ft和法向磨削力Fn,其大小为:
Fn=cFt (2)
式中 c—1.5～3.2;PE—磨头电动机实测功率,kW;ηE—电动机传动效率;ns—砂轮转速,r/s;Ds—砂轮直径,mm。
4.2受力截面积
磨削时,砂轮上凸出的砂粒先擦滑、耕耘、再切入工件,使工件随砂轮转动和工件移动或转动,达到规定的磨削深度。当砂粒切入工件时,工件表面总应力σ必须大于强度极限σb才能磨去加工量,所以横截面受力面积为磨粒切入深度与磨削宽度之积。设刀剪磨削磨粒切入深度为h,磨削斜面宽度为b,则受力横截面积为:
A=bh (3)
4.3磨削应力
(1) 切向磨削应力σTt。
刀刃截面较薄,切向磨削力可视为产生一侧裂纹的拉力,故有拉应力为:
此应力是产生张开型(Ⅰ型)裂纹的根源。
(2) 法向磨削应力σTn。
法向磨削力引起刀刃切向应力,是刀刃产生撕裂型(Ⅲ型)裂纹的根源。故有法向应力为:
53Cr13不锈钢刀剪防裂纹措施
对刀剪磨削裂纹的金相组织的观察和对裂纹形成机理的研究表明:排料不合理、热处理工艺不当和磨削应力大是产生裂纹的主要原因。针对3Cr13不锈钢刀剪可采取如下措施避免裂纹的产生:
(1) 改变不合理的排料,使刃口与板材金属流线平行;
(2) 严格掌握热处理工艺,控制好高频电流参数和淬火温度,并适当提高挥霍温度和延长挥霍时间,以减少残余奥氏体量和内应力;
(3) 改树脂砂轮为菱苦土砂轮,通过减少砂轮硬度和增加砂轮的自锐性来减少砂轮对刀剪表面的切削和摩擦力;
(4) 控制磨削速度,吃刀量及冷却等磨削工艺参数,可降低磨削时的内应力;
(5) 磨削后增加一次去应力低温回火,温度在120～160 ℃,时间为2 h,可消除磨削中产生的内应力。
6结束语
本研究通过分析刀剪加工工艺,研究了刀剪裂纹的产生和扩展原因;根据刀剪的形状和磨削部位等,对刀剪磨削过程中的受力进行了理论分析,并给出了3Cr13不锈钢刀剪相应的避免裂纹产生的防范措施。
本研究为一般民用刀剪生产企业提高产品质量提供了一定的参考。
摘要：民用刀剪在加工过程中,由于磨削等原因,容易产生裂纹,引起刀剪刃口卷裂或产生缺口。首先分析了国内刀剪与国外产品之间的差距,简要介绍了刀剪的制造工艺,接下来针对裂纹形成原因,对刀剪磨削过程中的受力情况进行了理论分析。最后,结合3Cr13不锈钢刀剪,给出了加工过程中相应的避免裂纹产生的防范措施和方法。
关键词：民用刀剪,磨削,裂纹,分析
参考文献
[1]谢汝深.浅析刀剪产品磨削工艺及设备的改进[J].机电工程,2006,35(7):104.
[2]KANAZAWA K.Tribology in cutting ability of knife[J].Journal of Japanese Society of Tribologists,2005,50(6):435-440.
[3]钱泳,戴起勋,陈康敏,等.新型热剪刀片喷焊层组织和性能研究[J].热加工工艺,2005(6):34-36.
[4]王建国,王贵,刘晓刚.热剪刃表面堆焊层显微组织和性能研究[J].机械工程材料,1999,23(4):46-48.
[5]张广宏.高精度圆盘滚剪刀制造工艺的改进[J].工具技术,2002(8):66.
[6]罗文宣,薛俊峰,薄海青,等.整体硬质合金刀具磨削裂纹的原因分析及其工艺改进[J].工具技术,2006,40(6):37-40.
落料冲孔复合模刃口尺寸计算 篇4
零件为落料冲孔件,如图1所示。零件选用材料厚度为2mm的Q235钢,大批量生产。
1.1零件材料分析
作为普通碳素结构钢Q235,屈服强度约为235MPa,含碳量适中,综合性能较好,冲裁性能良好,可以用普通冲裁的加工方法制得。
1.2零件结构分析
零件结构简单且上下对称,能用冲压的方式获得零件,内孔的最小直径dmin为5mm,符合dmin≥.10t=0.1×2m=2m。内孔与零件外形之间的最小孔边距lmin为10mm-4.5mm=5.5mm,满足lmin≥.15t=5.1×2m=3m的条件。即该零件的结构方面能用冲压的方式获得。
1.3零件精度分析
零件中有公差要求的尺寸为57,3,4.5,10,公差等级均为IT13[1],没有标注公差的尺寸取公差等级为IT14,普通冲裁能达到此零件的精度要求。
2冲压工艺方案的确定
冲裁此零件有如下工艺方案可供选择:第一方案,落料、冲孔同时进行,即采用复合模生产;第二方案,先落料,后冲孔;第三方案,先冲孔,后落料;第四方案,采用连续模,冲孔,落料连续冲压。
第一方案仅需一副模具,在冲裁中容易保证零件的精度,能有高的生产效率。与单工序模具相比,结构复杂。第二、第三方案采用模具结构简单的单工序模具,由于有冲孔、落料两道工序,这将需一套冲孔模,一套落料模,相比第一方案的复合模,单工序模具成形落料、冲孔两道工序时,零件时定位精度较差,而且生产效率低,不适合大批量生产。第四方案也仅需一套模具,与单工序和复合模具相比,生产效率最高,但与第一方案中的复合模相比定位精度不及第一方案,在模具制造中,为了保证零件的定位精度,需要在模具上设计导正销,这给模具设计、制造、装配带来不便。综合分析,四种方案中采用第一方案,复合模生产。
3模具刃口尺寸计算
根据零件形状的复杂程度,所用模具凸、凹模刃口加工过程中,刃口尺寸计算有两种,一种是单独加工法,一种为配合加工法[2,3]。分析零件的结构和成形特点,冲裁选用模具的刃口尺寸计算采用单独加工法。落料得到零件外形轮廓,内孔为冲孔所得。
(1)根据模具刃口尺寸计算原则,落料件的凸、凹模尺寸的计算为:
(2)根据模具刃口尺寸计算原则,落料件的凸、凹模尺寸的计算为:
(3)中心距的计算:
摘要：从零件的材料、结构、精度方面对落料冲孔零件进行工艺性分析,对比确定了合理的冲裁工艺方案,分析零件的结构和成形特点,采用了单独加工法确定了模具凸、凹模刃口尺寸,确定了模具的刃口尺寸,计算出总的冲裁力。
关键词：工艺性,模具,刃口尺寸
参考文献
[1]杨铁牛.互换性与技术测量[M].第2版.北京:电子工业出版社,2010:26-27
[2]成虹.冲压工艺与模具设计[M].第2版.北京:机械工业出版社,2013:31~32
刃口检测 篇5
关键词：冲孔模具,刃刀,改进方法
我们冲压科计划对这些落料模具进行部分模具结构改动, 以达成降低噪音的效果。我对后横向稳定杆右支架这套模具进行了如下设计更改。
首先要重新计算一下该模具的冲裁力, 冲裁力是指冲裁过程中的最大抗力, 也就是力-行程曲线的峰值。它是合理选用冲压设备和校核模具强度的重要依据。影响冲裁力的因素很多, 主要有材料的力学性能、厚度、冲裁件周边长度、模具间隙以及刃口的锋利程度等。
平刃口模具冲裁力可按照以下公式计算:
式中:F-冲裁力, N;L-冲裁件周长, mm;t-材料厚度, mm:δ-抗剪强度, MPa。
考虑到冲裁与剪切、拉伸的不同及速度因素的影响, 可近似取, δk≈0.8σb, 代入上面的公式有:
式中:σb-抗拉强度, MPa;同时考虑到刃口的磨损, 凸、凹模间隙不均匀, 材料性能波动和厚度偏差等因素, 实际所需冲裁力还须增加30%, 所以上述公式就变成
根据以上公式, 计算后横向稳定杆右支架的冲裁力下图是后横向稳定杆右支架的落料线图
在制图软件CAD中得知落料线周长L=615.5+2x9xπ+15xπ+25x2=769.1mm
材料厚度t=2.5mm
材料抗拉强度σb=440MPa
代入公式中求得F=Ltσb=846010N
如图2所示, 该模具采用了刚性顶件、弹性卸料的倒装式模具, 总的冲裁力按照以下公式计算。
式中:FX-卸料力;KX-卸料力系数;
通过查表, 选取卸料力系数KX为0.03, 则卸料力
目前冲压车间使用的设备为JK21-160A, 机床的公称压力为1600000N, 正常生产所使用的压力为1600000x80%=1280000N, 871390.3≤1280000, 故使用设备能够满足该模具的需求。
如何降低冲压噪音, 主要有以下几个方面
(1) 改造车间墙壁的吸音效果, 更多地吸收噪音; (2) 错开两台机床的工作节拍, 防止产生共振; (3) 降低冲裁力; (4) 改变模具结构。
目前比较快捷的方法就是降低冲裁力。降低冲裁力的方法有以下几种
1) 加热冲裁。通过加热, 降低材料的抗剪强度, 能有效降低冲裁力, 但同时会产生氧化皮, 生产条件差。
2) 阶梯冲裁。阶梯冲裁适用于多凸模冲裁, 即将凸模阶梯布置, 降低了冲裁力。
3) 斜刃冲裁。斜刃冲裁与剪切相仿, 整个刃口不是同时与之间周边接触, 而是逐步冲切材料。为了冲出平整的制件, 落料时凸模为平刃, 斜刃做在凹模上;冲孔时凹模为平刃, 斜刃做在凸模上 (如图3所示) 。设计斜刃时, 应将斜刃对称布置, 以免模具承受侧压力而发生偏移, 啃伤刃口, 斜刃冲裁力按照以下公式计算。
式中:FS-斜刃冲裁力, N;K-减力系数 (可查表)
通过查斜刃参数表
选取斜刃斜角φ=5°, 斜刃参数K=0.35, 计算斜刃冲裁力FS
总结
通过对模具凸、凹模的重新设计, 将凹模平刃口设计成对称的斜刃口, 可显著的降低冲裁力, 降低冲裁时的噪音, 这是斜刃冲裁的优点;但斜刃冲裁也会提高模具的制造难度, 刃口易磨损, 修磨也困难, 冲件易翘曲, 所以它一般用于形状简单、精度要求不高、料不太厚的冲裁件
参考文献
[1]刘华刚.冲压工艺及模具[M].北京:化学工业出版社, 2007.
[2]郭成, 储家佑.现代冲压技术手册[M].北京:中国标准出版社, 2005.
刃口检测 篇6
线束是当今电子信息行业中发展最快、市场需求量最大、安装最为方便的产品之一[1]。计算机内外部设备、飞机、汽车、军用仪器及普通家电通讯设备等均广泛使用线束。据了解,平均每辆汽车大约需要65套线束,2011年中国汽车的销量在1500万辆左右。然而,由于历史发展的客观原因,欧美的线束厂家一直垄断着线束制作的高端工艺,中国的线束厂有上千家之多,在管理制度和技术研发上缺乏后续跟进,与欧美厂家有一定的差距[2]。作为影响线束质量最大因素的压接工艺,其压接工装刀片刃口结构尺寸的设计一直沿用经验估计方法,效果的好坏完全靠生产实践检验,没有根据可依。
随着计算机运算速度的不断提高,有限元模拟分析得到了越来越广泛的重视与应用,并成为解决复杂工程技术问题的有效途径。端子压接过程中伴随着几何非线性与材料非线性等复杂问题,故采用有限元模拟与实验设计相结合的技术手段是解决此类问题的有效方法。
1端子压接过程
线束端子压接是汽车线束生产过程中非常重要的工序,是实现导线与端子有效、可靠连接的方法,具有工艺简单、连接可靠、使用寿命长等优点[3]。其原理是通过外力使电线与端子接触面强力结合,工艺过程为:通过动力冲头上的上刀片做上下运动,与下刀片配合,在刃口部分对端子与电线强力冲压,使其发生弹塑性变形,产生较强的结合力。端子压接工艺如图1所示。
2尺寸计算
2.1 中性层长度计算
压接前端子断面如图2所示,压接后端子剖视图如图3所示。图2中,端子下部圆弧可近似为内径r2的半圆,中性层半径ρ=r2+kt,其中,k为中性层位置因数,t为板料厚度。由undefined经查表可得到中性层位置因数k,半圆中性层长度undefined。
2.2 下刃口半径R的计算
在端子受挤压塑性变形过程中,最外层的伸长率为:
undefined。 (1)
设弯曲后中性层不发生内移且板厚保持不变,取k=0.5,那么将undefined代入式(1)得:
undefined。 (2)
由式(2)可知,对于一定厚度的材料,弯曲半径越小,外层金属的相对伸长量越大。当外层金属的相对伸长量达到材料的断后伸长率时,弯曲半径达到最小值,板料就会产生弯曲裂纹。现将材料的断后伸长率δ代入式(2),可得undefined与δ的关系:
undefined。 (3)
设端子压接前、后中性层长度无变化,且原端子斜边长度m构成新断面的l与弯曲部分长度之和,新端子断面底部弧长n为压缩前下半圆的长度。根据图3知:
undefined
undefined,即undefined。 (5)
式(5)中,n值已知,故R值可求。考虑到l应倾斜一定的角度,这样有助于线芯的夹紧。设宽高比undefined为ε,有B=εH,故可推得:
undefined。
(6)
将式(4)代入式(6)得:
undefined。 (7)
undefined。 (8)
3正交试验与有限元模拟
正交试验是研究多因素多水平的一种设计方法[4],它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点,是一种高效率、快速、经济的试验设计方法。在这里采用大型通用有限元软件Deform对端子变形进行模拟,对刃口倾角θ与宽高比ε两个参数分别取3个水平进行正交优化设计,选取某一端子型号,由端子断面可知m、n值,根据式(5)、式(7)、式(8)计算得正交试验表, 见表1。
在模拟过程中,将上、下刀片设为刚性,端子设为弹塑性,充分考虑端子塑性变形及弹性回弹问题。模拟后观测各端子变形情况,当ε=2.0时,工件下面变形过大向上突起,不符合线束模具要求(如图4(a)所示);当ε=1.6时,封口情况均不好(如图4(b)所示);当ε=1.8时,观察3个θ值的端子变形情况,在θ=5°时较优(如图4(c)所示)。
由此正交模拟试验中可得结论:端子变形质量受宽高比影响较大,受倾角θ影响较小,且相关结构尺寸有进一步优化的可能。
4实验验证与检验
按照模拟试验优化结果,制作相应结构尺寸的压接工装上、下刃口(如图5所示)。在长春住电汽车线束有限公司进行了大量压接实践检验,端子压接成形稳定,质量好,且刀片寿命较传统经验设计的刀片明显提高。端子压接剖面检测图片见图6。
5结语
本文将有限元正交模拟试验应用于端子压接实验,不但可模拟分析端子变形过程、刀片受力情况,还可对刀片刃口结构尺寸进行优化设计,从而延长压接刀片的使用寿命,保证压接质量。 该项研究是首次将有限元分析结合正交试验法应用于线束压接工艺刀片刃口尺寸设计中,对于提高压接工艺水平、延长刀片使用寿命具有较大的现实意义。
参考文献
[1]汤爱军.汽车线束自动端子压接机的夹具和模具设计[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2010,18(3):100-107.
[2]张国峰.关于提升“汽车神经”核心竞争力的讨论[J].零部件论坛,2010(7):13-16.
[3]胡建华,王莹.车用线束端子压接工艺研究[J].汽车零部件,2010(10):64-67.
【刃口检测】推荐阅读：
检测检测10-03
建筑材料检测检测项目07-22
纺织染整助剂检测项目及检测方法07-28
“TMLC检测系统”简介及主要检测09-08
质量检测中心检测设施、环境控制和维护程序07-20
零点检测07-14
预习检测07-14
电弧检测07-16
火灾检测07-18
曲率检测07-18