半箱体破裂原因分析及模具改进

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半箱体破裂原因分析及模具改进[摘要]通过对半箱体成形、翻边复合过程的分析，找出了零件破裂的原因在于成形及翻边的“节奏”不协调，或形部分设置的压边力不恰当，使成形区内阻力大大，导致全属流动不畅而破裂，在此分析基础上，对已设计好的模具结构，依据全属流动的开、限流原则，改进了模具结构，采取了措施，解决了零件破裂问题，生产出合格的零件。
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关键词 半箱体 破裂 分析 模具改进

- r' G' Y2 [7 x5 O# W1 前言

半箱体是我公司某产品上的零件上，采用1.5mm厚的LF3料制成，使用时为两个半箱体拼焊成一完整箱体。由于结构的需要，在半箱体箱口边缘要成形一最大高度达90mm的异形鼓包，形状如图1所示。

2 零件工艺性分析
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该件属成形、翻边复合件，其外形尺寸较大，形状较复杂，零件成形高度大、成形范围广。对于最大成形高度90mm部位主要为弯曲成形，其余部位基本属局部成形，最大延伸率为8%左右，小于材料的极限延伸率11%，基本在成形要求的范围内，故成形性能较好。
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对于半箱体的翻边而言，其实质是半个矩形拉伸件，因而变形与矩形件拉伸一致。对于矩形件拉伸，其相对圆角半径r角/B=15/685=0.02，相对高度H/B=(155-90)/685=0.095，根据矩形件拉伸分区判断条件，可确定拉伸分区位置，依据分区位置，因为R角/(B-H)=15/(685-65)=0.024<0.17，故可判定其属于圆角半径较小的低矩形件。又由于其毛坯相对厚度δ/B=0.22，查表可知，该件一次拉伸零件能达到的最大相对高度H/r=6>H零/r零=(155-90)/15=4.3，因此，该零件能一次拉伸成形,并且其假想拉伸系数较大，故拉伸性能较好。考虑到零件若采用两件组合成完整矩形件进行加工，则异形鼓包完全成为矩形件底部的异形件拉伸，将使零件受力复杂化，工艺制订及加工变得困难；另一方面，由于零件本身较大，组合后将会使模具变得庞大，也不利于生产及加工。
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综合上述分析，决定在剪扳机下料后，在Y32-300油压机上采用成形、翻边复合工艺一次完成，成形后钳工稍稍修剪平成形部位及周边。

3 模具设计
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+ G" Z. v1 E' z' B2 K/ ]3.1 模具结构及其工作过程

该模具上模分别由翻边凹模9、上模成形块2等组成，与下模成形块3、下模6共同承担成形鼓包与翻边的作用，同时，上模块2与下模6还共同压紧板料，以防止产生起皱或波浪。下模由下模6及下模成形块3等组成。下模6的两侧面同时通过下模成形块3侧面起一定的导向作用，下模成形块3用于成形半箱体的鼓包。
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模具工作过程：油压机上行，模具开启，卸料油缸上升将气垫杆7顶起，气垫杆7带动下模6升至与下模成形块3平齐，同时，上模成形块2在弹黄5弹力作用下下降至凸出翻边凹棋9底面lOmm，此时，卸料螺钉4正好限制到位，将坯料置于下模6后，压机滑块下行,上模成形块2与下摸6将坯料压紧实施压边。随着压机滑块下移，上模成形块2与下模成形块3成形鼓包lOmm，与此同时，翻边凹模9与下模6开始对零件边缘进行翻边，随着压机滑块的逐渐下移，鼓包被成形出来，直到上模成形块2顶面与上模板1底面贴合，下模6底面与下模板8顶面贴合时，翻边、成形结束。随着油压机滑块上行，卸料油缸通过气垫杆7将下模6顶起，上模成形块2在弹簧5弹力作用下共同将成形好的零件顶出。
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3．2 设计要点

6 N8 ?4 z# g( ~5 ]3 k(1)考虑到零件形状不对称，偏心力大，故实施压边，根据零件结构，采用上模成形块2与下模6进行压边，使下模6在气垫杆的作用下与下模成形块3等高，从而成形过程能始终压紧坯料。
(2)为便于鼓包成形，使翻边凹模9底画凹进上模成形块2(在弹簧回弹后)10mm。
(3)翻边凹模9圆角取R8mm，下模成形块3圆角取R5mm。
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4 故障产生及原因分析
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模具设计、试模后发现：成形鼓包于口部开始发生拉裂，裂纹沿半箱体长度方向延伸，长达40-60mm，破裂率达100％。

针对上述情况，对半箱体破裂原因进行了认真的分析，首先在对材料进行理化检测，排除材料问题之后，又怀疑由于展开料不足而导致成形拉断进行了复验，结果发现屐开料没问题。为此，对模具结构进行了分析：

! L" b0 y# w6 a从零件形状来看，190mm方向上成形需要该方向的金属流动通畅，面530mm方向30mm范围内的U形金属流动要自由得多，它基本属于弯曲性质，不太受165mm范围内成形鼓包的影响。按理应不会发生拉裂。又从模具工作过程着手进行分析。

根据模具工作过程可知：成形过程中，上模成形块2与下模6一直实施坯料压边，当成形IOnm后，翻边凹模9与下模6开始对零件边缘进行翻边，此时，成形部位的金属需要从侧边流动变得已不再通畅，造成应该变形的部分——变形区成为强区，而本应是传山区的零件边缘却过早产生厂塑形变形，并受到较大的压边力作用，使传力区的材料难以流动到变形区，从而加大了危险断面处的拉应力，导致变形区的成形只能依靠减薄料厚来供给成形的需要，当延伸率超过延伸极限时，板料变薄严重或破裂。由于制什右边成形时成形边缘大大多于左边成形边缘能转移的材料，这就使得左边成形部位比右边更易破裂，另一方面，下模成形块3与下模6由于结构上的原因，将形成一尖角A(如图2俯视图示)，从而使金属材料在该处须向径向及横向转移动．由于模具结构及成形过程的限制，该处金属流动阻力最人，使传力区的材料难以流向成形区，造成成形破裂。该处尖角也往往成为破裂源，造成周围的材料产生裂纹。

' d3 i2 O# }  t# z! s根据上述分析知，破裂的原因在于：压边过多、翻边过早使成形区阻力太大，金属流动不畅而产生严重变薄导致破裂；模具结构不合理，尤其是下模分块位置不合理，分块造成的尖角A使板料在鼓包成形及翻边时与之产生摩擦划伤，加速了半箱体的破裂趋势。
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根据零件结构，设计了图2所示模具：

5 模具改进思路及要点
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由于模具体积大，重量达2t多，加之模具修理周期长，易影响零件生产进度，故不便于对模具作较大的改进，只能进行局部改进，同时又要保证模具生产出不破裂的半箱体。控制金属流动的基本原则是开流、限流，即需要金属流动的地方减小阻力，让其顺利流动。在不需要金属流动的地方加大阻力，限制其流动。
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, I8 O' a+ L8 y0 t3 t依据上述原则，改进后模具结构如图3所示，采取了以下措施：

(1)将原上模成形块2从成形处分割成上模块(图3件1)及上模块Ⅱ(图3什4)曲部分，更换原卸料螺钉(田2件4)和弹簧(图2件5)为卸料螺钉I(图3件2)、弹簧1(图3件3)和卸料螺钉Ⅱ(图3件5)、弹簧Ⅱ(图3件6)，卸料螺钉I、弹簧I比原卸料螺钉和弹簧长30mm，而卸料螺钉Ⅱ、弹簧Ⅱ比原卸料螺钉和弹簧短30mm。
(2)为保证零什不偏移，依然实施压边，但根据零件成形特点，在鼓包成形的上模块Ⅱ底而加工出让位槽，对其不实施压边。
(3)增大弯曲及成形圆角部位的单边间隙0.1mm．从而减轻材料受模具的束缚而造成流动困难。

(4)增大翻边凹模(图2件9)圆角为R12mm，下模成形块圆角取R8mm，以利于金属的转移，
(5)为避免下模成形块(图2件3)与下模(图2件6)分块部位形成的尖角A，造成板料在鼓包成形及翻边时的摩擦划伤，在其相配的上模块Ⅱ(图3件4)部位加大圆角为R16mm，并使该部位间隙单边加大0．3mm，对形成的较大圆角在加工完后利用手工校正。通过采取措施(1)、(2)后，在60mm高度鼓包成形时，坯料成形是自山的；而在后续成形时．尽管坯料被压紧，翻边也同时进行，但巾于开设了让位槽，因而成形过程中的金属流动仍然是通畅的。

6效果及结论
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( M9 k% q7 T& C& `# _改进后的模具经重新试模，零件全部符合图纸要求，未能产生破裂。

6 T7 V. S' U% G6 t模具改进的成功表明：依据金属流动的开、限流原则，对成形、翻边复合件进行仔细分析，合理安排好成形及翻边的“节奏”，设置好恰当的压边形式，保持金属流动的通畅，能妥善解决好零件破裂问题，生产出合格的零件。