丁海濤，任小剛

（陜汽重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

焊接螺母盒模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)研究

丁海濤，任小剛

（陜汽重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

文章通過(guò)對(duì)焊接螺母盒模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)研究，提出了一模多工位的生產(chǎn)方式，為模具的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供了新的思路。同時(shí)，這種生產(chǎn)方式能夠?qū)毫C(jī)設(shè)備的利用率最大化，降低能源消耗。

一模多序；利用率；能源消耗

CLC NO.:U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-191-03

前言

近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)增速的下滑，商用車(chē)銷(xiāo)量大幅降低，商用車(chē)企業(yè)也越來(lái)越重視生產(chǎn)成本。目前，常見(jiàn)的模具結(jié)構(gòu)以及沖壓工藝已經(jīng)不能滿足再次降低生產(chǎn)成本的要求，如何高效率、低成本的生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，這就要求在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及沖壓工藝布局上作出創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文以焊接螺母盒為例，介紹了拉延、修邊沖孔、翻邊三序共模生產(chǎn)的應(yīng)用。

1、改進(jìn)前生產(chǎn)狀況及初步方案

焊接螺母盒料厚為1.5mm，材料為DC04，毛坯尺寸為210mmX210mm，該零件的沖壓加工性能較好，零件圖如圖1所示。

焊接螺母盒原加工工藝為OP10拉延，OP20修邊沖孔，OP30翻邊等三個(gè)工序，生產(chǎn)定員為6人。三序生產(chǎn)所用壓力機(jī)均為為400T，壓力機(jī)設(shè)備利用率低，存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

圖1 焊接螺母盒零件外形圖

圖2 焊接螺母盒改進(jìn)前模具結(jié)構(gòu)

針對(duì)以上問(wèn)題，我們確定采用多工位模，用一臺(tái)壓力機(jī)完成3序的加工內(nèi)容，消除轉(zhuǎn)運(yùn)工序，提高設(shè)備利用率，降低能源消耗。

根據(jù)加工工藝內(nèi)容結(jié)合加工操作實(shí)際情況，將拉延安排在第一工位，將修邊沖孔安排在第二工位，將翻邊安排在第三工位。

2、沖壓設(shè)備的選取

沖壓設(shè)備的選擇是沖壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。它直接關(guān)系到設(shè)備的安全和合理的使用，同時(shí)也關(guān)系到?jīng)_壓工藝過(guò)程能否順利地完成以及模具的壽命、產(chǎn)品的質(zhì)量等一系列重要的問(wèn)題。

焊接螺母盒其材料為DC04，其抗拉強(qiáng)度σb=270MPa ，

抗剪強(qiáng)度一般取該材料抗拉強(qiáng)度的80%，即τ=0.8σb=0.8×

270MPa =216MPa 。

2.1 一工位沖裁力計(jì)算

一工位工藝內(nèi)容為拉延，所受沖裁力為拉深力。焊接螺母盒拉延可以近似的看成帶凸緣錐形零件拉延，其拉深力計(jì)算公式為P1=πdtσbK

圖3 焊接螺母盒拉延示意圖

式中 d—圓錐的最小直徑（mm）

t—板料厚度（mm）

σb—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）

K—系數(shù)（由D/d以及拉深系數(shù)m決定，該零件K 取0.5）

一工位沖裁力為：

2.2 二工位沖裁力計(jì)算

二工位加工內(nèi)容為修邊并沖4-φ9孔以及1-25*35長(zhǎng)圓孔，所受沖裁力為切邊及沖孔的沖裁力。沖裁力的計(jì)算公式為P2=kLtτ。

圖4 焊接螺母盒修邊后示意圖

式中：P2—沖裁力

L—沖裁件的周邊長(zhǎng)度（mm）

t—材料的厚度（mm）

τ—材料的抗沖裁強(qiáng)度（MPa）

K—修正系數(shù)（與制件形狀、板料厚度、刃口情況等因素有關(guān)，根據(jù)該零件情況取K=1.3）

L=L1+L2

L1—制件周圈修邊線長(zhǎng)度

L2—制件沖孔周圈長(zhǎng)度

L1=462mm （測(cè)量數(shù)模所得）

二工位沖裁力為：

2.3 三工位沖裁力計(jì)算

三工位加工內(nèi)容為翻邊，所受沖裁力為制件翻邊時(shí)的翻

邊力，翻邊力的計(jì)算公式為P3=Cσb bt 。

圖5 焊接螺母盒翻邊后示意圖

式中 P3-翻邊力

C—修整系數(shù)（該零件取C=1）

σb—制件材料抗拉強(qiáng)度（MPa）

b—翻邊線長(zhǎng)度（mm），此件翻邊線長(zhǎng)度b=426.3 mm

t—板料厚度（mm）

三工位所受沖裁力為：

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，焊接螺母盒要一模多工位生產(chǎn)，總

沖裁力為：

壓力機(jī)噸位的選取時(shí)工作壓力不大于機(jī)床名義壓力的70%，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，我們選取400T壓力機(jī)作為本模具工作機(jī)床。

3、模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)一模多工位的生產(chǎn)，就要對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)。

3.1 模具工位布置

在工位位置布置時(shí)，要保證模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊的壓力中心重合。否則，模具和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，導(dǎo)致滑塊與導(dǎo)軌之間產(chǎn)生正常磨損，從而影響制件質(zhì)量，降低壓力機(jī)以及模具使用壽命。

各工位加工工藝內(nèi)容均為封閉輪廓的沖裁及壓彎工序，因此可以忽略側(cè)向水平分力的影響。根據(jù)機(jī)床壓力中心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系如圖所示。一工位拉延距離坐標(biāo)原點(diǎn)距離為L(zhǎng)1,二工位修沖孔與坐標(biāo)原點(diǎn)重合，三工位與坐標(biāo)原點(diǎn)距離為L(zhǎng)2。

圖6 改進(jìn)后模具受力示意圖

式中P1、P2、P3為各工位工作時(shí)所受沖裁力，x1=-L1， x2=0，x3=L2

要保證模具壓力中心與機(jī)床壓力中心重合，只需xc=0。

為了便于加工過(guò)程中的取放料操作及廢料清理，各工位之間間隔至少為100mm，因此，L2=100+230（二工位鑲塊X向尺寸）/2+208（三工位鑲塊X向尺寸）/2=319mm， L1=1.79L2=1.79x319=571mm。

因此，在工位布局時(shí)，一工位壓力中心與二工位壓力中心間距571mm，二工位與三工位壓力中心間距319mm，即可保證模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊壓力中心重合。

3.2 模具閉合高度確定

要實(shí)現(xiàn)焊接螺母盒使用多工位模加工，就要保證各工位閉合高度一致。一工位拉延閉合高度為355mm，二工位修邊沖孔閉合高度為350mm，三工位翻邊閉合高度為310mm。因此確定改進(jìn)后模具閉合高度為355mm，對(duì)二工位及三工位加裝過(guò)渡墊板以保證模具能正常加工。對(duì)二工位增加厚度為5mm，三工位增加厚度為45mm的過(guò)渡墊板，保證模具能夠正常工作。

模座、導(dǎo)柱及限位等模具結(jié)構(gòu)部件的選取，本文不做具體闡述。根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案對(duì)模具進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后模具結(jié)構(gòu)如下圖7所示。

圖7 焊接螺母盒子改進(jìn)后模具結(jié)構(gòu)

4、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于汽車(chē)制造企業(yè)，在模具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)要綜合考慮現(xiàn)有設(shè)備及制件工藝性能，將壓力機(jī)與模具有機(jī)聯(lián)系在一起考慮，這樣能夠提高壓力機(jī)設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本。目前，焊接螺母盒改進(jìn)后模具已穩(wěn)定生產(chǎn)，定員由6人縮減至3人，產(chǎn)品尺寸精度滿足質(zhì)量要求。

[1] 胡兆國(guó),朱超.S6冷凝器固定支架零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì).鍛壓技術(shù)2013.4(8),111~115.

[2] 鄭家賢.沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2007.7.

[3] 陳炎嗣.多工位級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)與制造.北京:機(jī)械工業(yè)出版社2006.

Study on the improvement of the mould structure of the welding nut box

Ding Haitao, Ren Xiaogang
( Shaanxi Heavey Duty Automobile Co. Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

In this paper, through the improvement of the structure of the welding nut box mold, this paper puts forward the method of production of one mode and multi station, which provides a new idea for the development and design of the mold. At the same time, this mode of production will be able to maximize the utilization of the press equipment, reduce energy consumption.

one mode and multi station; the utilization; energy consumption

U466

A

1671-7988(2016)07-191-03

丁海濤，就職于陜汽重型汽車(chē)有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.060