于相慧,朱寧寧

(長春大學(xué) 機(jī)械與車輛工程學(xué)院，長春 130022)

后制動(dòng)左/右擋塵盤成形工藝及修邊沖孔模設(shè)計(jì)

于相慧,朱寧寧

(長春大學(xué) 機(jī)械與車輛工程學(xué)院，長春 130022)

為了設(shè)計(jì)合理的擋塵盤成形工藝及沖壓模具，經(jīng)分析計(jì)算得知，其成形工藝方案是首先進(jìn)行拉深成形，然后對(duì)其進(jìn)行修邊沖孔，翻邊成形，最后進(jìn)行剖切沖孔。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)修邊沖孔模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，確定模具的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行主要零部件的設(shè)計(jì)和選用。

擋塵盤；成形工藝；修邊沖孔模具；沖壓模具；工藝分析

1 零件的工藝分析

本次設(shè)計(jì)的汽車后制動(dòng)器上的擋塵盤如圖1所示，其材料為08AL，料厚為1.2mm，上下對(duì)稱，共兩件。汽車制動(dòng)器產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢的力，擋塵盤起阻擋作用，保證制動(dòng)器的使用壽命。擋塵盤的形狀比較復(fù)雜，生產(chǎn)批量較大，要求表面平整光滑、無劃傷、無麻點(diǎn)、無起皺，并盡量用較少的工序來完成。從圖1的零件圖中我們可以看出，制件不能經(jīng)一次成形而完成。

(1)該制件本身不是左右對(duì)稱的，但卻是上下對(duì)稱的形狀，所以，在拉深的過程中不需要區(qū)分左右，在沖孔的過程中卻需要把左右區(qū)分開來。為保證制件的成形質(zhì)量，擬解決以下問題：

1)確定出拉深的次數(shù)，從圖1中看，本制件應(yīng)是類似錐狀的淺拉深件，最大的拉深高度是31.8mm，而制件的厚度僅有1.2mm，但被拉深件的直徑較大，經(jīng)分析計(jì)算可達(dá)到一次拉深成形的要求[1]。

2)左右擋塵盤是在沖孔后分左右件的，經(jīng)過認(rèn)真分析，一套沖孔模具就能滿足要求，擋塵盤正沖為左件，反沖為右件。

3)板料尺寸計(jì)算問題，由于工件形狀不規(guī)則，成形部分的展開尺寸計(jì)算就有困難，先通過展料計(jì)算初步確定毛坯尺寸，再通過幾次試模修正最終確定毛坯展開尺寸。

(2)沖裁件的基本公差等級(jí)不得高于IT14級(jí)，一般落料件的公差等級(jí)最好低于IT10級(jí)，沖孔件的公差等級(jí)最好低于IT9級(jí)，由《沖壓手冊》表3-5可得落料公差、沖孔公差分別為0.40、0.08。擋塵盤的尺寸精度要求不高，因此可用于一般精度的沖裁，普通沖裁可以達(dá)到要求[2]。

圖1 后制動(dòng)左/右擋塵盤零件圖

2 沖壓工藝方案的確定

工藝方案的制訂影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、勞動(dòng)強(qiáng)度等環(huán)節(jié)，是沖壓生產(chǎn)的重要部分。所以，應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上提出幾種可行的方案，再結(jié)合生產(chǎn)批量、工件尺寸、形狀復(fù)雜程度、精度要求、現(xiàn)有設(shè)備條件等因素，從經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上進(jìn)行綜合分析確定最佳工藝方案。

根據(jù)擋塵盤零件的結(jié)構(gòu)工藝分析可知，該制件需要進(jìn)行下料、拉深、沖孔、修邊、翻邊、剖切等幾種工藝方法完成成形[3]，初步確定以下三種工藝方案：

方案一：下料——拉深——沖孔——修邊——翻邊——沖孔——剖切

都是單工序進(jìn)行，工藝流程長，工序相對(duì)較多， 模具套數(shù)多，所需設(shè)備數(shù)量大，生產(chǎn)成本高，效率比較低，誤差積累也會(huì)較多，從而影響制件的尺寸精度。

方案二：下料——拉深——修邊沖孔——翻邊沖孔——剖切

把修邊沖孔兩個(gè)工序放在一起組成復(fù)合工序，又把翻邊沖孔兩個(gè)工序組成復(fù)合工序，這樣避免了因工序太多而會(huì)出現(xiàn)的問題，但是此方案設(shè)計(jì)翻邊和沖孔組合在一起造成模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制件質(zhì)量無法保證。

方案三：下料——拉深——修邊沖孔——翻邊——沖孔剖切

此方案中將修邊沖孔兩個(gè)工序復(fù)合、沖孔與剖切兩個(gè)工序復(fù)合，不僅能更好地完成沖孔要求，避免了方案二中的問題，而且還減少了模具數(shù)量，大大降低成本，此方案既保證了制件的質(zhì)量要求，還最大化地減少了工序數(shù)量。由此可見，此方案與前兩種方案相比更加合理，所以工藝方案具體為：

1)切出塊料；

2)拉深成形；

3)修邊且沖出大孔；

4)翻邊；

5)剖切且沖出小孔。

3 修邊沖孔模具總體方案擬訂

沖裁模結(jié)構(gòu)的合理性與先進(jìn)性，對(duì)沖裁件的質(zhì)量與精度、沖裁加工的生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)效益、模具的使用壽命與操作安全等都有著很大的影響。

沖裁模有很多的種類，按工序組合程度可分為單工序模、級(jí)進(jìn)模和復(fù)合模。在保證產(chǎn)品尺寸公差等級(jí)的前提下，應(yīng)盡量簡化模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，降低模具制造成本，這是設(shè)計(jì)模具的原則。根據(jù)上述設(shè)計(jì)的工藝方案，結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，產(chǎn)量較大，為提高經(jīng)濟(jì)效益和簡化模具結(jié)構(gòu)，本道工序采用的是復(fù)合模結(jié)構(gòu)。

復(fù)合模是在壓力機(jī)的一次行程內(nèi)，在模具的一個(gè)工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。而按落料凹模安裝位置的不同，又分成了倒裝復(fù)合模與正裝復(fù)合模兩種。本工序采用的是倒裝復(fù)合模。它在結(jié)構(gòu)上的最顯著特征是可以同時(shí)發(fā)揮好幾種作用的零件——凸凹模，本道工序就是有一個(gè)既能在落料時(shí)做凸模，也能在沖孔時(shí)做凹模的凸凹模。倒裝復(fù)合模工作時(shí)所產(chǎn)生的沖孔廢料直接由下模部分漏出，制件由推件板直接推出，二者自動(dòng)分開，不需要二次清理，所以操作方便、安全。并且為自動(dòng)化生產(chǎn)提供了條件，應(yīng)用比較廣泛。

4 修邊沖孔工序沖壓力計(jì)算及設(shè)備選用

在沖裁過程中，沖壓力是沖裁力、推件力、卸料力和頂件力的總稱。沖壓力是設(shè)計(jì)沖壓模、校核模具強(qiáng)度、選擇壓力機(jī)的重要依據(jù)。

(1)沖裁力

一般的，在沖裁時(shí)出現(xiàn)的最大力值為沖裁力。材料的厚度、力學(xué)性能、刃口鋒利程度及表面粗糙度、沖裁件的周長、沖裁間隙等都對(duì)沖裁力有一定的影響。

對(duì)于平刃口的模具沖裁力可由下式計(jì)算[4]：

F=KLtτb，

式中，F(xiàn)為沖裁力，單位為N；L為沖裁件周邊長度，單位為mm；t為料厚，單位為mm；τb為材料抗剪切強(qiáng)度，單位為MPa；K為考慮模具間隙的不均勻、刃口的磨損、材料力學(xué)性能與厚度的波動(dòng)等因素引入的修正系數(shù)，一般取K=1.3。

落料時(shí)：F落料=KπDmaxtτb=1.3×3.14×446×10-3×1.2×10-3×250×106=546171.6(N)，

沖孔時(shí)：F沖孔=KLtτb=1.3×988.08×10-3×1.2×10-3×250×106=385351.2(N)。

(2)推件力

將卡在凹模內(nèi)的材料順沖裁方向推出所需要的力為推件力。其計(jì)算公式為：FT=nKTF。

落料時(shí)推件力：FT落料=nKTFT落料=0.055×546171.6=30039.438(N)，

沖孔時(shí)推件力：FT沖孔=nKTF沖孔=3×0.055×385351.2=63582.948(N)。

(3)選用沖壓設(shè)備

本工序所需的總壓力為：

F總=F落料+FT落料+F沖孔+FT沖孔=1025145.186(N)。

一般為了保證足夠的沖壓力，在沖裁時(shí)壓力機(jī)的噸位要比計(jì)算值大30%左右，同時(shí)考慮工作臺(tái)尺寸足夠，所以最終選取公稱壓力為3150KN的閉式單點(diǎn)壓力機(jī)JD31—315。

5 修邊沖孔模零部件的設(shè)計(jì)

5.1 凸模、凹模的設(shè)計(jì)

因?yàn)闆_裁件的尺寸精度主要取決于凸、凹模刃口尺寸及公差，且模具的合理間隙值也和凸、凹模刃口尺寸及公差有著密切的聯(lián)系，所以，凸、凹模刃口尺寸及公差的準(zhǔn)確確定是沖裁模設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分。

根據(jù)凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算原則，落料尺寸由凹模尺寸決定，凹模的基本尺寸應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸，落料凸模的基本尺寸便是在凹模基本尺寸上減去最小合理間隙即可。沖孔尺寸由凸模尺寸決定，凸模的基本尺寸應(yīng)取制件孔的尺寸公差范圍內(nèi)較大的尺寸，沖孔凹模的基本尺寸便是在凸模的基本尺寸上加上最小合理間隙即可。

圖2 凸模

凸模、凹模的刃口部分尺寸的計(jì)算采用凸模與凹模分開的尺寸計(jì)算方法。

(1)凸模

采用整體式的非圓形凸模[5]，用螺釘和銷釘來固定與定位，材質(zhì)為T10A。如圖2所示。

(2)凹模

由于擋塵盤結(jié)構(gòu)尺寸比較大，制造困難，凹模采用組合式凹模[6]。該結(jié)構(gòu)容易制造，節(jié)省模具鋼。組合式凹模有拼接式、嵌入式和壓入式三種，本工序的凹模采用拼接式組合結(jié)構(gòu)，凹模由許多鑲塊拼接組成，用銷釘和螺釘將鑲塊直接固定在模座上。采用螺釘和銷釘固定定位時(shí)，螺孔間、螺孔與銷孔間及螺孔或銷孔與凹模刃口間的距離不能太近，否則會(huì)影響模具的壽命。

凹模的刃口型式為直筒形刃口，刃口強(qiáng)度較高，刃磨后工作尺寸不變，有利于提高制件沖壓質(zhì)量。如圖3所示。

(3)凸凹模的設(shè)計(jì)

凸凹模是復(fù)合模的主要工作部分，工作端的內(nèi)外緣都是刃口。一般的，內(nèi)緣與凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式相同，外緣與凸模刃口的結(jié)構(gòu)形式相同。由于倒裝復(fù)合模的凸凹模內(nèi)孔一般會(huì)積存廢料，脹力大，最小壁厚應(yīng)該大些，材料為T10A，如圖4所示。

圖3 凹模

圖4 凸凹模

5.2 推件和卸料裝置的選擇

本工序采用彈性推件裝置和廢料切刀。

彈性推件裝置是由推件板、卸料螺釘和彈性元件組成的。彈性推件裝置裝在上模上，依靠彈簧的彈力來推件，推件力不算太大，但在沖壓時(shí)可兼起壓料的作用。

彈簧屬于標(biāo)準(zhǔn)件，在模具中應(yīng)用最廣泛的是圓柱螺旋壓縮彈簧和碟形彈簧。通過計(jì)算，本設(shè)計(jì)所采用的是圓柱螺旋壓縮彈簧。

廢料切刀主要將緊箍在凸凹模上的環(huán)形廢料進(jìn)行剖切，便于卸料。

5.3 模架和導(dǎo)向裝置的選用

大型的模具一般采用自制模架。本模架是由上模座、下模座、導(dǎo)柱和導(dǎo)套組成的導(dǎo)柱模架[7]，采用滑動(dòng)導(dǎo)向模架中的四導(dǎo)柱模架，其導(dǎo)柱和導(dǎo)套通過小間隙或者無間隙滑動(dòng)配合實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向。

圖5 修邊沖孔模

導(dǎo)向裝置能夠提高模具的精度、壽命以及工件的質(zhì)量，還能夠節(jié)省調(diào)試模具的時(shí)間。大批量生產(chǎn)的沖壓模具中，廣泛地應(yīng)用了導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置分為滑動(dòng)式的導(dǎo)向裝置、滾動(dòng)式的導(dǎo)向裝置及導(dǎo)塊式導(dǎo)向裝置。本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)式的導(dǎo)向裝置。由于導(dǎo)柱和導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)簡單、加工和裝配都比較容易，故應(yīng)用最為廣泛。四導(dǎo)柱模架的導(dǎo)向零件安裝在模具的對(duì)稱線上，可保證滑動(dòng)平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠。

上模座和下模座采用非標(biāo)準(zhǔn)件，材料為HT250。

6 修邊沖孔模具工作原理

修邊沖孔模是由上、下模兩部分構(gòu)成的。上模上的上模座固定在壓力機(jī)的滑塊上，使上模部分可以隨滑塊上下運(yùn)動(dòng)，屬于模具的活動(dòng)部分；下模屬于模具的固定部分，通過下模座固定在墊板或者壓力機(jī)工作臺(tái)上。組成修邊沖孔模的零部件各有各的作用，并在沖壓的過程中互相配合，以保證沖壓的正常進(jìn)行，從而獲得合格的沖壓件。修邊沖孔模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。

模具在工作狀態(tài)時(shí)，工件放在定位處，然后上模向下移動(dòng)，合模狀態(tài)時(shí)彈性推件裝置起壓緊的作用，凸模和凸凹模完成沖孔，凹模和凸凹模完成落料。同時(shí)，左右兩側(cè)的廢料切刀將環(huán)形廢料切斷。沖孔廢料落入下模的廢料箱中。當(dāng)上模向上移動(dòng)時(shí)，彈性卸料裝置又起到了推件作用，加工完成后將制件取出。本修邊沖孔模具是一個(gè)典型的倒裝復(fù)合模。

7 結(jié)語

本設(shè)計(jì)對(duì)汽車擋塵盤進(jìn)行成形工藝制訂，并設(shè)計(jì)修邊沖孔模具。擋塵盤由五道工序來成形，依次為下料、拉深、修邊沖孔、翻邊、剖切沖孔。這樣的工序安排既保證了制件的質(zhì)量要求，又最大化減少了工序數(shù)量。重點(diǎn)對(duì)其中的修邊沖孔工序設(shè)計(jì)了修邊沖孔倒裝復(fù)合模。本模具卸料方便，上模裝有彈性推件裝置，既可以在合模狀態(tài)時(shí)起壓緊的作用，又可以在上模向上移動(dòng)時(shí)起推件作用。下模裝有廢料切刀和廢料箱，廢料切刀可以將緊箍在凸凹模上的環(huán)形廢料剖開完成卸料，沖孔的廢料直接落入廢料箱中。本模具的主要優(yōu)點(diǎn)就是推件、卸料非常方便，保證制件質(zhì)量，加工效率高，操作方便且安全。

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責(zé)任編輯：程艷艷

Forming Process of Rear Brake Left and Right Blocks Dust Tray and Design of Trimming and Piercing Die

YU Xianghui, ZHU Ningning

(College of Machinery and Vehicle Engineering, Changchun University, Changchun 130022, China)

In order to design a reasonable forming process for dust-blocking tray and stamping die, this paper makes an analysis and calculation, considering that the first step is to form by drawing, then by trimming, punching and flanging, and finally by cutting and punching. The key point of this design is to design and calculate the structure of the trimming and punching die, to determine its structure form, and to design and select the main parts

dust-blocking tray; forming process; trimming and piercing die; stamping die; process analysis

2017-07-20

于相慧(1965-)，女，吉林長春人，副教授，主要從事機(jī)械制造及其自動(dòng)化方面研究。

TH69

A

1009-3907(2017)08-0005-05