曲面变向冲孔冲头横截面形状尺寸的确定

曲面变向冲孔冲头横截面形状尺寸的确定 曲面变向冲孔冲头横截面形状尺寸的确定 曲面变向冲孔冲头横截面形状尺寸的确定 250002山东省五金研究所.皇壅:. 266033青岛大学纺织服装学院董董一 -2// 【摘要】本文提出了解决曲面冲孔问题的两种方法——先平板冲孔后卷成曲面的方法和改变冲孔方向再在 tl曲面上冲孔的方法.详细阐述丁第二种方祛,并进行丁讨论本文的求解方法可推广应用于其它娄似问题中. tOcamberaftertheholeplate--metalispunched,thesecondwayLstOpunchincam~eralonga nwdirection ThewayscanbeusedtOsolveothersimilarproblems 面体的轴线和母线不垂直,而有一个倾斜角?直b 接在曲面上,用截面规则的冲头,按其冲裁方向图2倾斜于圆筒冲孔时冲裁方向的变化 进行冲孔,会造成模具结构困难.这已在文a,原孔方向b,现冲孔方向 肖鸯 南舀def 图l曲面冲孔成形件 a圆柱面上垂直于轴线有孔b,圆柱面上倾斜于轴线有 孔c,圆锥面上垂直于轴线有孔d,圆锥面上垂直于母 线有孔e,圆锥面上倾斜于轴线l和母线有孔f球面上, 有倾斜三角形孔 献中述及.该文提出了克服这一困难的两种 方法(平板冲孔然后卷成曲面的方法和改变冲 孔方向仍在曲面上直接冲孔的方法),并详细地 探索了第一种方法,在特例的基础上归纳出处 男驺岁工程师 —— 14—— I 改变冲孔方向在曲面上冲孔,需要将规则 的冲头截面的形状加改变,这是很明显的如 对于图2所示的倾斜于圆筒冲孔的情况,冲裁 方向与圆柱母线呈角度B,冲头横截面(指垂直 于冲裁方向的冲头截面)是圆,如图2.a所示; 当改变冲孔方向,使冲裁方向垂直于圆柱轴线 时,为了获得与图2.a形状尺寸相同的孔,则其 冲头的横截面形状将不得不改变,冲头的横截 面将不再是圆. 2改变冲孔方向后冲头的横截面形状 2.1原冲头横截面形状尺寸为圆 下面先讨论图2所示的情况,图2.a的主 视图见图3,图中平面l垂直于纸面.垂直于冲 裁方向,平面m垂直于纸面,并与圆筒轴线平 行(也与母线AB平行)平面I截冲头所得的 形状为圆.平面m截冲头所得的形状就是图2. b所示的冲头的横截面形状.这样问题又转化 为图4,求平面m截圆柱所得的截面形状 图3图2.a的主视图图4图3所示的冲头 经求证可知,所得截面形状为椭圆.求证过 程如下(参见图5): 图5图4的三视图及局部向视图 图5为图4的三视图和局部向视图(左上 角),向视图反映了截面形状的真实情况.设圆 半径为R,埙角为a,主视图中的斜面高度为 2H. 首先,证明截面m在左视图上为椭圆(图5 右图) 若为椭圆,则显然其方程为 丢+导=l(1) 式中,R——椭圆的长半轴; H——椭圆的短半轴 现求其上任一点M'(x.,y)的坐标 坐标是否满足方程(1) 由主视图知: v一丽一?巧丽.一 yoz一丽z一丽COSZa一! 一丽.(—一1) 由图5的俯视图可知: 丽一R一x 故有: y.一(R2-xoz)'l) 一 (R.一x.).—I--COS~a 一一 _(R-~__XoZ.1__ W....'.+'.'.—R—2 =(R2--X02) 将(2)式代入(1)式左边,有: !一.:墅一. 并检查此 Xo2 (x0z)蔷 .十——百广一一 结果与(1)式右边相同,因此证明了截面ITl 在左视图上为椭圆. 再证明,截面m在向视图(图5左上图)上 为椭圆.? 若为椭圆,则其方程为 +百一l? 式中,R——椭圆短半轴; —— 椭圆长半轴(即图5中_丽 长度的一半). 现求其上任一点M(x.Y)的坐标.并检查此 坐标是否满足方程(3). M对应于主视图中的M和左视图中的 M' 由主视图知; 一 】5一 则Y 堡 POi R F 由向视图和主视图的关系,知 ,一 丽一 co$? 由主视图和俯视图的关系.有 r———————一r—————一 丽一?百--X.一?R一x0 R2~xo2厢—一一—————一 (4) 根据向视图,主视图和左视图之间的关系. 得: x1—o(5) 将(4),(5)两式X,代入(3)式左边,有 x1.ly1. R0.H上R Xo2 (R+H)(R2--xo-~) 一 R.H0+R = 1 '结果与(3)式右边相同.因此证明了截面m 在向视图上为椭圆. 这便求得了图2.b所示的冲头的横截面方 程.有了此方程便可方便地在生产实际中制造 出图2.b所采用的冲头. 如果图2.a冲头的横截面半径为R,冲头 的冲裁方向与母线AB(图3)的夹角为日,则图 2.b的冲头横截面方程则可由方程(3)转化而 来: 由图5可知: 一 ,百1--r— 1 . =. tOSS--COS(90.一8)=sin]3 代入方程(3)得; +?一1(6). ()z 此即为所求图2.b所示冲头的横截面的形状尺 寸. 对于图1.c和图1.e改变方向时,是将冲 )此二 裁方向变为垂直于母线(如图1.d所示 种情况,若原来冲头横截面为圆,原冲孔方向与 母线的夹角为p,则将其变为图1.d所示的方 向冲孔时.新冲头的横截面形状仍可采用(6)式 求解,在此不再求证. 2.2原冲头横截面为椭圆 原冲头横截面为椭圆.则改变方向进行冲 孔时新冲头横截面仍为椭圆.只是椭圆度不同 现针对图2进行讨论.与上面不同的是图 3中平面1和平面m截冲头所得的形状都是椭 圆.下面要做的是在已知原冲孔方向和原冲头 横截面形状尺寸的条件下.确定出新的冲头横 截面方程. 若原冲头横截面的形状为椭圆,如图6俯 视图所示,其方程为 --一1 ab0 又知倾角为a,主视图中的斜面高度为 2H.则图6局部向视图中的椭圆的长,短轴分 别为PQ和2b 圈6冲头截面原为椭圆时的三视图与局部向视图 在主视图中有 面= 故向视图中的椭圆方程为 x2yz l? 叉囡cosa—sin,8 故为若+寺现对(7)式进行证明,即向视图上任一点M(x, (7): y.)满足方程 根据视图关系,有 1—0(9) y一丽一(10) COS4 由俯视图,知: 丽一 由于俯视图的椭圆方程为摹+苦一1 所以B点的横坐标xe为 x丑yB.xo一 l一 xB一a.(1一) 那么丽一x.+x目一x.+(1一) 丽一厨=?l一菩) 代入(1O)式: 厂—— n一_一ON C0 : CO l二Sa 釜mSa… 将(9),(ii)两式代入(7)式左边,有: (1一) xl.y1.xo. —一 百COS..+百COS(~.4 =1一(7)式右边.证毕. 图1.c和图1.e原冲头为椭圆且改变冲孔方 向至图1.d所示的情况时,同样也可用(8)式进 行求解. 2.3原冲头横截面为直线的组合 逸里所谓的直线的组合是指三角形,四边形, 五边形,六边形等封闭图形.原冲头的横截面为这 些图形时,当改变冲裁方向时,其冲头横截面的形 状会发生变化.一般而言,原为三角形的,变化后 还是三角形;原为四边形的,变化后仍保持为四边 形…… 现分析一个原冲头横截面是矩形的情况和三 角形的情况. 先分析矩形的情况: 如图7.a所示,原冲裁方向与圆筒母线呈角 度p,原冲头的横截面形状(1截面)为矩形.变向 后冲裁方向与母线垂直(图7.b),图8和图9是 对图7.a的抽象.由图l0可知,原冲头横截面的 形状尺寸为图l0的俯视图,变向后的新冲头的横 截面则是图l0的局部向视图(图lO左上图).新 冲头的横截面尺寸由图l0很容易获得.形状仍为 矩形.其边长 蓉 簪?_ 衙时嘻用'山 图lO图9的三视图及局部向视图 一 17 丽一丽=面 .....一一一一 MN--EF=AB=CD=b 再分析三角形的情况: 如图I1.a所示,原冲裁方向与圆筒母线呈 角度口.原冲头的横截面形状(I截面)为三角形, 变向后冲裁方向与母线垂直(如图l1.b所示), 图l2和图13是对图I1+a的抽象,图14是三视 图和局部向视图.原冲裁横截面的形状尺寸为图 14的俯视图,变向后的新冲头的横截面的形状尺 寸则是图14自局部向视图. ab 图l2图1la的主视图图13图12所示的冲头 图14图13的三视图及局部向视图 一 18一 新冲头的横截面形状尺寸可由原冲头转换而 来如果原l冲头的横截面形状尺寸由a,b,c,d来 确定(图14中俯视图).那么根据局部向视图和三 视图的关系新冲头的横截面形状尺寸将由a,b, s,t来确定 其中s._? dd … cOstl— sin—p' 3处理问题的一般过程及若干说明 通过上述几个实例可以归纳出曲菌变向冲孔 冲头横截面形状尺寸确定的一般过程. (1)对曲面冲孔的原始情况进行图形抽象, 然后作出冲头的三视图及其截面的局部向视图. 这里.首先要弄清各视图中点的投影关系.这 是求解新冲头横截面形状尺寸的先决条件,如把 握不了投影关系,一切都无从谈起. (!)根据视图问的关系,在原冲头横截面形 状尺寸(其真实形状尺寸由俯视图表达)的基础 上.求出局部向视图的形状尺寸,局部向视图反映' 了变向后新冲头的横截面的真实形状尺寸. 这一点,有两种方式一种是求证式,如前面 椭圆方程的求证,主要以证明方式获得变向后的 冲头的横截面的形状尺寸;另一种是求解式.如前 面直线组合形式的横截面形状尺寸的冲头,主要 以求解方式获取之. 4结语 本文详细阐述了曲面变向冲孔冲头横截面形 状尺寸的确定过程和步骤.并进行了讨论奉文与 拙怍[1]构成了一个整体——分析了曲面冲孔的 问题.需要强调的是本文与拙作[1]的冲头,其刃 El所在的平面都垂直于冲裁方向.即平刃冲裁.而 不是斜刃冲裁. 参考文献 杜忠友.孙袁清.曲面展开冲孔冲头截面形状尺寸 的分析确定l厦模具设计制造五金科技.L995}6:33 , 38 2山东工业大学编.机械制图.济南:山东科学接术出版' l}士,[994 (来稿日期:1996—02—15) '(责任螭辑;闰玉芬)