李慶富

（濟(jì)南軌道交通裝備有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250022）

1 零件工藝分析

如圖1所示為某加強(qiáng)板零件，材料Q235-A，料厚10mm，是鐵路貨車零件，主要起車箱的端墻與側(cè)墻連接作用。該零件屬于內(nèi)凹外緣伸長類孔翻邊，翻邊部分為1/4圓，圓形兩側(cè)的材料屬于彎曲。工件凸緣較大，屬于大凸緣孔翻邊。由于翻邊部分在變形過程中，受到兩側(cè)直線部分材料的補(bǔ)充，因而翻孔系數(shù)允許小于圓孔的翻孔系數(shù)。因翻邊時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的偏心壓形力和側(cè)向力不平衡，難于成形，經(jīng)工藝分析后，采用了一次翻邊成形2個(gè)工件的工藝方案，2個(gè)工件對(duì)稱布置，使壓形力不產(chǎn)生偏心，2個(gè)側(cè)向力方向相反而相互抵消。

圖1 零件尺寸

2 模具結(jié)構(gòu)及工作原理

模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。上模座和下模座材料為鑄鋼，采用ZG230-450，凸模和凹模材料為Cr12。模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，下頂料板的作用是在壓形時(shí)與凸模夾緊工件并且在滑塊回程時(shí)向上頂出工件，夾緊工件是為了在翻邊過程中坯料不致產(chǎn)生移動(dòng)，保證2個(gè)工件受力和變形均等，下頂料板的推力來自液壓機(jī)的下頂出缸。下頂料板上下移動(dòng)用兩個(gè)凹模作導(dǎo)向，保證下頂料板不發(fā)生水平方向移動(dòng)。由于2個(gè)凹模不是一體的，在工作時(shí)受到側(cè)向力較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將凹模降到下模座上平面以下15mm～20mm固定，用凹模與下模座的端側(cè)接觸面?zhèn)鬟f側(cè)向力。

圖2 翻邊模具

工作原理：將2個(gè)工件坯料分別放在下頂料板4上的定位塊9兩側(cè)，此時(shí)下頂料板4與凹模5的上平面平齊，調(diào)正坯料對(duì)準(zhǔn)模具橫向中心線并靠緊定位塊，開動(dòng)壓力機(jī)，壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)模具上部下降，凸模3接觸坯料并將坯料夾緊在下頂料板4之間，模具上部繼續(xù)下行，坯料在凸模3與凹模5的作用下向上翻邊，下頂料板4在凸模3的推動(dòng)下隨凸模下降，凸模下行至翻邊工件的直邊部分全部進(jìn)入凹模圓角以下時(shí)，下行結(jié)束，此時(shí)工件已成形完畢。壓力機(jī)回程，凸模上行從凹模中退出，工件在下頂料板的推力作用下，頂出凹模，取出工件。

3 坯料尺寸及力的計(jì)算

3.1 翻邊部分坯料展開尺寸

如圖3所示，預(yù)沖孔直徑d的計(jì)算，據(jù)資料[1]按照翻邊前與翻邊后材料體積相等的原則采用如下計(jì)算公式：

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：d＝122.4mm

圖3 預(yù)沖孔直徑計(jì)算

3.2 彎曲部分坯料展開尺寸（圖4）

式中：L——坯料展開長度，mm；

A——長直邊，mm；

B——短直邊，mm；

a——修正值，mm；

圖4 彎曲坯料展開計(jì)算

計(jì)算得：L＝142.3mm

按計(jì)算尺寸繪制零件展開圖，用圓弧R15將彎曲與翻孔展開的各段平滑過渡連接。坯料展開如圖5所示。

3.3 按照預(yù)沖孔直徑校核翻孔系數(shù)

式中：K——翻邊系數(shù)；

D——預(yù)沖孔直徑，mm；

d1——翻邊后直邊的平均直徑，mm。

計(jì)算得：K＝0.583

極限翻邊系數(shù)K極為0.54，K＞K極，能夠一次翻邊成形。

3.4 翻孔力與彎曲力的計(jì)算

圖5 坯料展開計(jì)算圖

翻孔力Fc＝1.1πtσs（d1－d）

代入計(jì)算得：Fc＝711040.44N

彎曲力F彎＝0.6kBt2σb/（r＋t）

式中：F彎——彎曲力，N；

K——安全系數(shù)，一般取k＝1.3；

B——彎曲件的寬度，mm；

T——彎曲件的厚度，mm；

σb——材料抗拉強(qiáng)度，N/mm2；

r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，mm。

代入計(jì)算得：

總成形力計(jì)算：F總＝2（Fc＋F彎）

代入計(jì)算得：F總＝1829604.88N

選用3000kN四柱萬能液壓機(jī)，下頂出缸的頂出力為300kN。

4 需要注意的幾個(gè)問題

（1）凸、凹模間隙的選取。工件的彎曲變形部分板厚沒有發(fā)生變化，而翻孔變形部分豎邊口部板厚變薄嚴(yán)重，考慮變薄因素和為減小彎曲回彈，故取單邊間隙值為0.95t。

（2）凹模圓角半徑的選取。凹模圓角半徑與翻邊后的工件表面質(zhì)量有很大關(guān)系，凹模圓角半徑大不但會(huì)降低翻邊力，而且工件表面質(zhì)量會(huì)相應(yīng)提高，故選取凹模圓角半徑為R30。

（3）下頂料板與凹模的單邊間隙值為0.1mm，此間隙值的太大會(huì)影響坯料定位精度和2個(gè)坯料變形過程的對(duì)稱程度，會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量變差。

（4）為增加凸模和下頂料板與坯料之間的摩擦力，提高夾料效果，應(yīng)提高凸模和下頂料板與坯料接觸面的粗糙度，取該表面粗糙度為Ra=12.5～25。

5 結(jié)束語

模具制造完成后，經(jīng)過驗(yàn)證，工作尺寸完全滿足質(zhì)量要求，生產(chǎn)效率高，性能可靠，沖件質(zhì)量穩(wěn)定，本工件的模具和工藝對(duì)于類似的翻邊零件，具有一定的參考作用。

[1]沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.模具手冊(cè)之四.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[2]虞傳寶.冷沖壓及塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)資料.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[3]王孝培.沖壓設(shè)計(jì)資料.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

[4]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍛壓學(xué)會(huì).鍛壓手冊(cè)（第2卷 沖壓）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.