1推动块组件结构分析及工艺方案确定
1.1推动块组件结构分析
图1所示为某接触器推动块组件,采用2个半空心铆钉将2个推动块翻铆在一起,其中推动块1与推动块3材料为塑料,在翻铆过程中需考虑其所能承受的压力,一旦超过压力极限就会产生裂纹而造成报废。2个半空心铆钉材料为H62,具有良好的塑性,适合翻铆成形。铆后要求推动块1与推动块3完整贴合,推动块铆点周围无裂痕,铆钉翻铆后成形面圆滑过渡且无铆裂现象。
图1 推动块组件
1.推动块 2.半空心铆钉 3.推动块 4.动簧片 5.长传动杆 6.压簧 7.短传动杆
1.2翻铆工艺方案确定及铆钉翻铆材料变化规律
1.2.1 翻铆工艺方案确定
翻铆前需将推动块组件的各零件组装完成并插入铆钉,由于铆钉与推动块孔之间是间隙配合,操作不当易使铆钉掉落。传统翻铆工艺采用翻铆铆头在上、支撑铆钉结构在下,自上而下对铆钉进行翻铆,推动块组件传统翻铆夹具结构如图2所示。
图2 传统翻铆夹具结构
传统翻铆夹具虽然能实现2个半空心铆钉的翻铆,翻铆后推动块组件质量也能达到技术要求,但该夹具翻铆过程复杂,为防止铆钉掉落,推动块组件的各零件必须先翻转装上铆钉,然后将夹具下模扣上对其定位,最后再翻转放入翻铆设备中,如图3所示。
图3 翻铆过程
(a)组装零部件 (b) 装铆钉 (c)夹具下模反扣
基于传统翻铆工艺存在生产效率低、一次只能铆一个铆钉、可操作性差的问题,结合人体习惯的操作方式分析,最终确定推动块组件的新翻铆工艺为:翻铆铆头设计在下,自上而下地将各零件放入夹具定位,夹具上模通过翻铆设备提供压力作用于铆钉大端面,一次实现2个铆钉的翻铆。
1.2.2 铆钉翻铆材料变化规律
现研究的铆钉材料是H62,Cu含量为62%,其余成分为Zn,普通黄铜的组织和性能与Zn含量相关,黄铜的强度和塑性会随Zn质量分数的增加而提高。
对于翻铆成形,材料变化可以参照拉伸时应力-应变曲线进行研究,金属材料在外力作用下会经过弹性阶段→屈服阶段→强化阶段→缩颈阶段。翻铆时,铆钉受力后空心部位材料受拉,外层材料受压,材料只允许在弹性阶段到强化阶段进行变形,若出现缩颈现象,表明铆钉会出现铆裂现象;翻铆后,理想状态下铆钉材料变化前、后对比如图4所示。
图4 铆钉翻铆前、后对比
2夹具结构设计
2.1夹具结构分析
新翻铆夹具结构如图5所示,由模柄、上模组件和下模组件组成,其工作过程为:将推动块组件的各零件装入定位块9的型腔中(A×B),再将铆钉放入推动块的相应孔中,如图6所示;上模组件利用定位销14、15与下模组件合模,如图7所示,通过模柄1压住上模组件,使压钉5顶住铆钉大端面,进而推动定位块9沿着导柱10向下运动,直至翻铆铆头18对铆钉进行翻铆;翻铆完成后模柄1向上运动,定位块9在弹簧11的反作用力下回到原始位置,完成一次翻铆动作。
图5 新翻铆夹具结构
1.模柄 2.垫板 3.螺钉 4.固定板 5.压钉 6.螺钉 7.垫片 8.衬套 9.定位块 10.导柱 11.弹簧 12.固定板 13.底座 14.定位销 15.定位销 16.定位柱 17.螺钉 18.翻铆铆头
图6 装件示意图
图7 夹具合模
2.2夹具设计要点
2.2.1 夹具上模组件设计要点
夹具上模组件如图8所示,由垫板2、螺钉3、固定板4、压钉5组成,2个压钉5的大端面需与固定板4的C面平齐,同时2个压钉5小端端面处于同一水平面,这样才能保证2个铆钉在翻铆过程中受力均匀。压钉5材料采用Cr12MoV,热处理硬度为60~62 HRC,保证其有足够的强度。
图8 夹具上模组件
固定板4如图9所示,定位孔1、2分别与定位销14、15采取(0.02~0.04) mm的间隙配合,保证夹具上、下模组件准确合模且便于开模。
图9 固定板
2.2.2 夹具下模组件设计要点
夹具下模组件如图10所示,由螺钉6、垫片7、衬套8、定位块9、导柱10、弹簧11、固定板12、底座13、定位销14、定位销15、定位柱16、螺钉17和翻铆铆头18组成。2个翻铆铆头18小端端面处于同一高度,定位块9的型腔需与推动块组件的外形尺寸采取(0.05~0.1) mm的间隙配合,该间隙既能保证铆钉与翻铆铆头位置不出现过大偏差,防止铆歪现象,又能铆后便于取出推动块组件。翻铆铆头18需采用Cr12MoV,热处理硬度为60~62 HRC,保证其有足够的强度和使用寿命。
图10 夹具下模组件
2.3翻铆铆头设计原理
翻铆铆头的设计影响铆钉翻铆效果,翻铆铆头形成端的主要尺寸是翻铆角度与圆弧半径R。翻铆角度过大,铆钉易铆裂,翻铆角度偏小,则会出现镦铆现象,圆弧半径R则影响材料的流动性。翻铆铆头的设计原理如图11所示,以弯曲点作为中心点,画圆弧半径R等于铆钉壁厚度d的虚拟圆I,根据材料塑性情况,灵活选择翻铆角度β(β≤90°),该角度β与虚拟圆I相切,此时得出交点圆的直径为φ,如图12所示。
图11 翻铆铆头设计
图12 翻铆铆头形成端尺寸
翻铆铆头除了遵循上述的设计原理,并结合实际生产过程中出现的情况进行一些改进,在成形端增加了α角,α角也与虚拟圆I相切,如图13所示,主要原因是考虑推动块为塑料,翻铆时不能使用过大的压力,材料沿α角向外挤压更容易铆紧。
图13 翻铆铆头设计
3夹具制造工艺注意事项
对于夹具上模组件,装配后需保证2个压钉大端面与固定板C面平齐,同时2个压钉小端端面处于同一水平面,即在加工压钉时必须使大、小端面分别加大0.5 mm的调节余量,并与固定板C面先磨平,再翻转后一起磨小端面达到图纸装配尺寸要求。
对于夹具下模组件,装配后需保证2个翻铆铆头的高度一致,由于翻铆铆头采用数控车床一次加工成形,热处理后会产生轻微变形,铆头大端端面需增加0.5 mm余量,热处理后钳工先对其表面进行抛光,然后以小端端面作为基准,磨平大端端面使2个翻铆铆头高度一致,即翻铆铆头的制造工艺为:备料→数控车床加工→热处理→钳工抛光→工磨调整高度。
4铆压设备及夹具调试
铆压设备采用伺服系统控制,能精确地在X、Y、Z轴上移动,所提供的翻铆压力为10 kN。翻铆设备分上、下机构,上机构能沿X轴和Z轴移动,下机构只能沿Y轴前后移动,夹具上、下模组件分别安装于设备的上、下机构上并锁紧,夹具安装如图14所示。
图14 夹具安装
该夹具属于合模式结构,调试简单方便。首先夹具下模组件沿Y轴方向移动,直至与模柄位置重合,此时模柄在X轴方向上的位置应尽量分布于夹具下模组件的中心,保证翻铆过程中压力均匀分布,然后精调模柄在Z轴方向的位移保证铆钉翻铆到位,推动块组件铆钉翻铆后的效果如图15所示。
图15 铆钉翻铆效果
▍原文作者:吴良周何云山姚茂吉邵将王镇
▍作者单位:贵州振华群英电器有限公司
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