以模具正时控制突弹跳变
David Alkire Smith作为工具工程师已有超过50年的经验，也是《模具设计工具书》的编辑，还涉足其他工程相关工作。
当在金属板材上冲孔的时候，我们常会听到很响的一声：嘣，同时突弹跳变能源被释放出来，使机轴折断，并损坏其他冲压零部件。
下面的这篇文章，将主要介绍模具正时调整，以帮助冲压商控制突弹跳变（如果突弹跳变太严重，还要求安装液压阻尼器）。
除了模具正时，还可以通过在冲床或模具里研磨一个或更多剪切角，降低切穿材料所需的峰压，来控制突弹跳变的技巧。如果设置好切片（比如金属块）丢弃工序，就可以在冲床上进行剪切。也可以在此工序中调整冲孔长度。
波形图——案例研究
下面我们以一个案例进行分析。我们要完成的任务（图1）是一个精密冲孔工序上的冲压损坏控制。图上显示的是一个大的链条，由0.625英寸AISI-SAE 1039细粒度碳钢（图上用来比较大小是一个6英寸尺）。所用的冲床上还配有一个斜刃剪床，专为此成形工序而设。
图1 SAE-ASTM 1039细粒度碳钢制成的0.625英寸链条侧边
第二个波形图分析（图2）显示：通过模具正时，可以降低冲压机上的反向负载（它具有破坏性）。图上的波纹反应了在零部件上切穿两个孔时的应力应变关系。这个数据来自一个每秒行速8英寸的图形记录仪。竖轴表示应力，横轴表示时间。
图2 这个波形图显示了冲孔和切削混在一起的联合工序，
图中两点表示的是过度的突弹跳变（或称反向负载）
波形图上的压力速度是每分钟60行程。即使在每秒行速8英寸时，波形的迹距离也非常短，是从在工件上打孔的最初接触点开始计量的，直到贯穿的那一刻。
能量分析
打孔的波形显示：贯穿时在迹零下方会出现一个强烈的负峰信号。结果是将冲压机里存储的能量突然释放出来，并以拉紧或突然转向的方式消失。所释放的实际能量，会随着最终贯穿那一刻的实际平方吨数而增加。
下面是一个简单的数学分析，以计算实际释放的能量：
E = F × D/2
F表示贯穿那一时刻的压力，单位为吨数。D表示整个偏转量，单位是英寸。
E × 166.7 = Energy, ft.-lb.
在切削一块厚钢板时，如果压力为400吨，突然偏转了0.080英寸，按此公式就可以计算出突弹跳变时释放的扭力：2667英尺-磅。nextpage
提高模具正时
调整剪切的时机和穿孔的次序，在突弹跳变前就提供一个逐渐释放的力，这个直接方式，可以降低突弹跳变过度导致的震动和噪音。对平方律关系的简化分析，可应用到我们的案例研究中（这个案例是在美国俄亥俄州的Webster Industries公司进行的）。
在此操作中使用了300吨直边冲床。允许的反向负载是30吨。图2中的A点，指的是峰值191吨，在此范围内才能保证优良的冲压性能。B点是反向负载87吨，几乎是允许值的三倍。当时我们采取的操作是 ：将模具立即拿到修理台上，再经冲床截短0.312英寸。斜刃剪床是安装在冲床和零部件冲孔机床上的。
对切削顺序小心正时，可将突弹跳变时的吨数减少200吨，减少震动和噪音，因为冲压偏转力只有一半的话（或只有0.040英寸时），吨数也将降低一半。结果是将突弹跳变释放的扭力降低到667英尺-磅，减少了近75%。
图3显示：工具调整后性能也得到了优化。峰值吨数降到了82.8吨，还不到最初结果的一半。反向负载降到了22吨，只有之前的四分之一。
图3 在图2结果上，通过添加正时和斜刃
剪床等方案调整了模具后得到的波形图
此案例及其他多个测试的数据表明：降低突弹跳变与平方律公式密切相关。简单地说：如果贯穿那一刻的力或吨量能够减掉一半，可能导致突弹跳变的存储能量，将减到之前的四分之一。
突破时机的重要性
在给冲孔进程（或模具剪角）正时时，冲压商必须注意让力逐渐释放。除了高速应用外，冲击荷重不会被受冲孔工序太大影响。事实上，当在工件上开始第一次冲孔时，是由滑动的动能实现的。为完成这个工序，飞轮或液压泵会产生能量。这可能导致冲床构件打偏。
将其中涉及到的能量分析一下，会发现在突弹跳变情况严重前切削压力逐渐减少的原因。突弹跳变（或反向负载）的通常规则是，在损坏前，冲压机能承受10%的额定压力或吨数。高于总量10%的反向负载，会损坏机器。还有一个特别的危险，就是滑移接续——有个连接棒连着滑块，一旦此连结失效，滑块会突然掉落。
有些冲压机专门设置了吸收较高反向负载的装置。比如，有些制造商可供应定制冲压机，吸收50%甚至更多的重复反向负载。
图4是一个糅合了冲压、切割和多段弯曲工序的波形图。加工材料是AISI-SAE 1039钢，厚0.5英寸，宽2.0英寸，冲压了两个孔，摇动了0.562英寸。需加工的零部件是一个工程级的链条侧栏，需要在此工序中被切开。
在此工序中使用了300吨侧滑块压力机，将这个模具正时后，将使突弹跳变的扭力释放保持在10%以下。
图4 糅合了冲压、切割和多段弯曲工序的波形图
模具正时技术
除了可在冲孔和制模过程中剪角外，这项技术还可为单独冲孔提供正时作用，以降低切削力。绝大多数情况下，在达到塑性屈服点的时候，冲孔可达三分之一坯料厚度。因此，通常会在冲孔到坯料厚度三分之一时增加冲压进度。
我们对模间隙的要求是再怎么紧也不为过，这就增加了切削力和突弹跳变扭力。优良的工具工程方法，可以决定模间隙的大小，而不是任意遵循法则这么简单。有些低碳钢，最佳状态时可实现18%侧边接缝，其他材料（比如硬黄铜）要求模间隙极小，以避免刮削这道额外工序。这款分析工具对优化工序很有价值。
优化冲孔、模具剪角以及冲孔步进，能够极大地减少截峰。但需要注意的是：每个冲程要求的飞轮总能量不会减少。
要优化切削力工序，也可以借助使用力监控和波形图分析。这些都是有用的工序控制工具。
结语：
金属成形商应该始终保持模具正时记录，注意优化每道工序的模具正时。利用这些信息重整模具时，有助于减少反复试验。已验证的正时数据对调整新模具也是有价值的。
作者：西部车床，如若转载，请注明出处：https://www.lathe.cc/2022/02/5906.html