帶輪的沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)【三維UG工件圖】
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第 ! 卷 第 # 期$%& !( )% #(!#$%&$ ()*+,%&$ )-./&0$1*+ 年 月,-./*+管材螺旋槽成形模具設(shè)計(jì)王( 勁#!，李付國，王( 偉#，張明洪#（# 西安理工大學(xué) 機(jī)械與精密儀器工程學(xué)院，陜西 西安( +#*01； 西北工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安( +#*+）摘要：采用沖壓模具實(shí)現(xiàn)了管材螺旋槽成形。根據(jù)曲軸毛坯的特殊形狀和成形工藝，在其螺旋槽成形模具設(shè)計(jì)中，使用浮動(dòng)定位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了曲軸毛坯在模具中的定位，依靠斜楔斜滑塊機(jī)構(gòu)完成螺旋槽成形，采用汽缸輔助斜楔斜滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了成形凹模在模具中的定位與復(fù)位，并給出了螺旋槽工作尺寸的計(jì)算。該模具在生產(chǎn)中取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：管材成形；螺旋槽；斜楔斜滑塊機(jī)構(gòu)；模具設(shè)計(jì)；沖壓中圖分類號(hào)：!#$%& & 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：& & 文章編號(hào)：()*#+,)（-)$）)(*).(*),/01 213045 67 7689054 :0:1 3:08;? 05#，AB CD*4D6，? 10#，EF? G054*H654#（# 23- ,456&78 %9 :-534;?-5%; A;7?6B-;7 C;D;-?;D，EF4; G;H-?78 %9 2-53;%&%D8， EF4; I34;J( +#*01，K3;4； K%&-D- %9 :47-?4& I5-;5- 4;= C;D;-?%&87-53;54& G;H-?78，EF4; I34;J( +#*+，K3;4）I3J8;KJ：23- M?4& D?%H- %9 MM- 9%?B-= .8 M?- =- ,%? 73- M-54& 34M- 4;= M?%=657%; M?%5- %9 73- 5?4;N34973-&，7 =9956&7 7% =-D; 73- =- G;D 73- 9&%47 M%7%;D B-534;B，73- 5?4;N3497 3-& 54; .- 9J-= L-& ; 73- =-G;D ;5&;-= L-=D- 4;= ;5&;-= &=- .&%5N B-534;B，73- M?4& D?%H- %9 MM- 9%?B-=/ G;D 58&;=-? 4=-= ;5&;-=L-=D- 4;= ;5&;-= &=- .&%5N B-534;B，73- 9%?B;D 9-B4&- =- 54; .- 9J-= 4;= ?-M%7%;-= L-& ; 73- =- 23- 9%?B;D=B-;%; 4?- DH-;L1MN6823：MM- 9%?B;D；M?4& D?%H-；;5&;-= L-=D- 4;= ;5&;-= &=- .&%5N B-534;B；=- =-D;!男，!1 歲，講師收稿日期：*OP*P#( 引言曲軸是壓縮機(jī)中的關(guān)鍵零件，由于曲軸形狀比較復(fù)雜，在生產(chǎn)中通常采用鑄造或沖壓兩種制造工藝方法。某企業(yè)年產(chǎn)壓縮機(jī)數(shù) #* * 臺(tái)，需要大量的曲軸毛坯，由于沖壓工藝方法材料消耗少、成本低、零件一致性高、力學(xué)性能較鑄造優(yōu)良，所以采用沖壓工藝要優(yōu)于鑄造工藝。曲軸毛坯形狀復(fù)雜，采用管材沖壓連續(xù)模具生產(chǎn)，使用一臺(tái) *N) 和一臺(tái) Q*N) 大臺(tái)面沖床相串聯(lián)，連續(xù)模具共有 #O個(gè)工位，利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料。曲軸外壁壓制螺旋槽模具是該連續(xù)模具的第 R 工位，加工螺旋槽，特別對(duì)于厚壁管很少有采用沖壓工藝方法，該管材螺旋槽成形模具的設(shè)計(jì)具有一定的代表性。曲軸毛坯壓制螺旋槽的模型如圖 # 所示，其成形尺寸如圖 所示，螺旋槽加工多采用機(jī)械加工的方法，但是使用機(jī)加工會(huì)使管壁變薄，所以應(yīng)該采用沖壓工藝方法，顯然螺旋槽沖壓模具設(shè)計(jì)存在一定難度。由于曲軸毛坯采用沖壓連續(xù)模具的生產(chǎn)工藝及本工位曲軸毛坯形狀和成形工藝的特殊性，該管材螺旋槽成形模具設(shè)計(jì)需考慮采用機(jī)械手放置毛坯，毛坯的定位不易保證；成形凹模需要插入管內(nèi)深度達(dá)#0*BB，成形凹模抽芯時(shí)需要沿螺旋槽轉(zhuǎn)動(dòng)，才能抽出；成形凹模的定位與復(fù)位比較困難等問題。圖 #( 曲軸毛坯模型, D #( :%=-& %9 73- 5?4;N3497 3-&圖 ( 曲軸毛坯圖,D ( K?4;N3497 3-&( 模具工作過程針對(duì)以上問題設(shè)計(jì)了如圖! 所示的管材螺旋槽成形模具，圖0 所示為其抽芯部件，圖 Q 所示為其浮動(dòng)萬方數(shù)據(jù)定位部件。其工作過程為：機(jī)械手夾持曲軸毛坯放置于模具內(nèi)，抽芯部件（見圖!）首先工作，汽缸（圖! 件）推動(dòng)聯(lián)接板（圖! 件 !） ，帶動(dòng)斜滑塊（圖 !件#）向右運(yùn)動(dòng)，將成形凹模（圖! 件$）插入曲軸毛坯中，在插入過程中卡在成形凹模凹槽中的導(dǎo)向螺釘（圖! 件!）迫使成形凹模在移動(dòng)的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。接著沖床滑塊帶動(dòng)上模下行，浮動(dòng)定位部件（圖%）開始工作，推板（圖 % 件 &）的斜面推動(dòng)頂板（圖% 件#）向左移動(dòng)，推動(dòng)曲軸毛坯右端面向左移動(dòng)，迫使曲軸毛坯的左端面頂在抽芯部件（圖 !）的襯套（圖! 件 &）的右端，實(shí)現(xiàn)曲軸毛坯在模具中的定位。上模繼續(xù)下行，上模塊（圖 件 ($）壓緊曲軸毛坯，抽芯部件（圖 !）的斜楔（圖 ! 件 )）導(dǎo)入斜滑塊（圖! 件#）中，實(shí)現(xiàn)成形凹模在模具中的定位。上斜楔（圖 件 (）向下運(yùn)動(dòng)，使與滑板（圖 件(）固定聯(lián)接的凸模（圖 件 (&）沿導(dǎo)套（圖 件(#）方向從斜后方向曲軸毛坯運(yùn)動(dòng)，與成形凹模完成螺旋槽成形工作。沖床滑塊帶動(dòng)上模上行，浮動(dòng)定位部件（圖%）的推板（圖 % 件 &）離開頂板（圖 % 件#） ，分別依靠彈簧（圖 % 件 $）和彈簧（圖 % 件 !）復(fù)位。上斜楔（圖 件 (）帶動(dòng)滑板（圖 件 (）和凸模（圖 件(&）復(fù)位。抽芯部件（圖!）開始工作，斜楔（圖! 件)）向左推動(dòng)斜滑塊（圖! 件#） ，斜滑塊向左移動(dòng)的同時(shí)成形凹模（圖 ! 件 $）因?qū)蚵葆敚▓D! 件 !）的作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，斜滑塊由汽缸完成復(fù)位。沖床下的氣墊通過頂桿（圖 件 !）將下模塊（圖 件 )）頂起，使曲軸毛坯達(dá)到一定高度，由機(jī)械手夾住曲軸毛坯送入下一工位。圖 * 管材螺旋槽成形模具+,-. * /,01 20,345 -36671 8639,:- ;,1. 輔助板* (. 下模板* . 壓塊* !. 導(dǎo)套* %. 導(dǎo)柱* #. 套筒* &. 導(dǎo)柱座* $. 上模板* . 螺釘* ). 止動(dòng)螺釘* . 螺母* (. 擋塊. 彈簧* !. 彈簧座* %. 彈簧心柱* #. 卸料板* &. 斜楔座* $. 鍵* . 潤滑油嘴* (). 墊板* (. 上斜楔* (. 導(dǎo)板* (. 滑板(!. 固定板* (%. 側(cè)滑板* (#. 導(dǎo)套* (&. 凸模* ($. 上模塊* (. 前導(dǎo)塊* ). 下模塊* . 送料板* (. 導(dǎo)套* . 彈簧* !. 頂桿%. 后導(dǎo)塊* #. 鍵* &. 抽芯部件* $. 銷釘* 631* 6906:1:?. 汽缸* (. 螺母* . 固定板* !. 聯(lián)接板* %. 行程開關(guān)#. 斜滑塊* &. 墊板* $. 導(dǎo)向板* . 滑板* ). 斜楔. 鍵* (. 推力軸承* . 軸承座* !. 導(dǎo)向螺釘%. 螺母* #. 緊定螺釘* &. 襯套* $. 成形凹模. 固定板* (). 鍵* (. 螺釘* (. 螺栓* 曲軸毛坯的定位由于曲軸毛坯的形狀復(fù)雜，成形工位多，尺寸精度不高，同時(shí)使用機(jī)械手在工位間傳送工件，使用普通定位裝置難以保證曲軸毛坯在模具中的定位。因?yàn)榍S毛坯是一個(gè)偏心的形狀，所以利用 形槽可以實(shí)現(xiàn)在垂直方向的定位。本模具使用了如圖 %所示的浮動(dòng)定位部件實(shí)現(xiàn)了曲軸毛坯在水平方向的定位，推板（圖 % 件 &）的 )A斜面推動(dòng)頂板（圖 %件 #）迫使曲軸毛坯向左移動(dòng)頂緊抽芯部件（圖 !）的襯套（圖 ! 件 &） ，保證曲軸毛坯的準(zhǔn)確定位。通過調(diào)整彈簧（圖 % 件 $）和彈簧（圖 % 件 !）的剛度和預(yù)壓量可以調(diào)整頂件力的大小。推板和頂板($鍛*壓*技*術(shù)* * * *第 ( 卷萬方數(shù)據(jù)圖 ! 浮動(dòng)定位部件#$%& ! #()* +(,$*$(-$-% .(/+(-0-*1& 擋塊 2& 上固定架 3& 下固定架 4& 彈簧!& 墊板 5& 頂板 6& 推板 7& 彈簧依靠彈簧（圖 ! 件 7）和彈簧（圖 ! 件 4）完成復(fù)位。4 凸模與成形凹模的定位與復(fù)位從圖 3 所示的模具總圖中可以看出，成形凹模需要沿水平方向運(yùn)動(dòng)，而凸模需要沿與垂直面成389的傾斜方向運(yùn)動(dòng)，它們都與沖床滑塊的垂直運(yùn)動(dòng)方向不一致，因此需要使用側(cè)向力機(jī)構(gòu)。斜楔斜滑塊機(jī)構(gòu)是在模具中經(jīng)常使用的一種側(cè)向力機(jī)構(gòu)。參考文獻(xiàn) 6 對(duì)斜楔斜滑塊機(jī)構(gòu)作了較多的討論。如圖 3 所示，凸模（圖 3 件 26）使用了斜楔斜滑塊機(jī)構(gòu)，圖 5 所示為上斜楔（圖 3 件 21） ，圖 6所示為滑板（圖 3 件 23） 。凸模通過固定板（圖 3件 24）與滑板固定聯(lián)接在一起，通過上斜楔和滑板的作用實(shí)現(xiàn)凸模的工作與復(fù)位。圖 5 上斜楔#$%& 5 :+0; $-.$-0 =0$-% +)*0汽缸的行程由行程開關(guān)控制，在圖 4 中汽缸件1 與聯(lián)接板件 4 相聯(lián)接，斜滑塊件 5 固定在連接板件 4 上，成形凹模件 17 通過推力軸承件 12 安裝在軸承座件 13 中并與斜滑塊件 5 固定聯(lián)接在一起，為減緩成形凹模插入曲軸毛坯時(shí)引起的沖擊，設(shè)置了緩沖裝置。使用汽缸的目的是實(shí)現(xiàn)大行程，汽缸的工作力選取的較小，由于成形凹模插入曲軸毛坯的最后階段可能有較大的阻力，所以汽缸只能實(shí)現(xiàn)成形凹模的粗定位，精確定位依靠斜楔件18 的垂直面接觸斜滑塊件 5 右側(cè)的垂直面。由于螺旋槽成形后曲軸毛坯管壁內(nèi)側(cè)會(huì)嵌入成形凹模的凹槽內(nèi)，這時(shí)所需的抽芯力將會(huì)較大，單靠汽缸可能無法將成形凹模從曲軸毛坯中抽出，因此斜楔和斜滑塊上設(shè)計(jì)有兩對(duì)1!9斜面在起作用，一個(gè)用于推動(dòng)成形凹模插入曲軸毛坯，另一個(gè)用于克服從曲軸毛坯中抽出成形凹模所需的初始阻力，成形凹模隨后的復(fù)位依靠汽缸完成。成形凹模所需的汽缸工作力（!）為：! # $ % $ & $ !（1）式中 # 系數(shù)，可取 8& 2% 壓痕的長度（/）& 材料厚度（/）! 材料的強(qiáng)度極限（? /2）! 螺旋槽成形工作尺寸計(jì)算螺旋槽的成形工作尺寸指成形凹模和凸模的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是螺旋槽的尺寸計(jì)算，由圖 2 將螺旋槽展開可得到如圖 7 所示螺旋槽展開圖，圖中尺寸可按下列公式計(jì)算：% $(2（2）) $ ( $58358（3）* );.*)-)7（4）（下轉(zhuǎn)第 A5 頁）37第 1 期王 勁等：管材螺旋槽成形模具設(shè)計(jì) 萬方數(shù)據(jù)圖 ! 滑塊導(dǎo)軌裝配示意圖#$%& ! ()*+, -. /0$1) %$22$3% 4/)5206圖 7 滑塊導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖#$%& 7 ()*+, -. /0$1) %$22$3% /*89+*98) （:）第一次配刨配楔塊底面，達(dá)到導(dǎo)軌能夠在可調(diào)整范圍內(nèi)正常調(diào)整。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，計(jì)算每件楔塊的加工量。（;）第二次配刨配導(dǎo)軌與立柱導(dǎo)軌板的角度誤差：將導(dǎo)軌、楔塊全部安裝到位，滑塊用液壓千斤頂頂起。調(diào)整 流量不足，將通徑改為:，儲(chǔ)氣罐容量不足，改為大容量儲(chǔ)氣罐，位置從地坑內(nèi)改到平臺(tái)上。改造后重新試車，制動(dòng)器缸松開和剎車動(dòng)作靈活，能夠滿足使用要求。（;）調(diào)整精度時(shí)應(yīng)注意兼顧大螺桿和導(dǎo)鍵各處的間隙。導(dǎo)鍵間隙應(yīng)適當(dāng)放大。 結(jié)論通過以上工藝攻關(guān)及改進(jìn)，產(chǎn)品達(dá)到性能要求，順利出廠，交付用戶使用。 （參考文獻(xiàn)略）（上接第 ? 頁）! ? #7A7A（!）式中 $ 管展開寬度（55）% 曲軸毛坯內(nèi)經(jīng)（55）& 螺旋槽展開寬度（55） 螺旋升角（B）! 螺旋節(jié)距（55）圖 ? 螺旋槽展開圖#$%& ? C$840 %8-D) 1)D)0-C)1 .-85按照以上的分析和計(jì)算，設(shè)計(jì)了如圖 E 所示的成形凹模。圖 E 成形凹模#$%& E #-85$3% .)540) 1$)7 結(jié)語利用沖壓模具實(shí)現(xiàn)了管材螺旋槽的成形，保證了曲軸毛坯的力學(xué)性能。針對(duì)曲軸毛坯的形狀特點(diǎn)，采用汽缸輔助斜楔斜滑塊機(jī)構(gòu)解決了成形凹模的定位和復(fù)位，給出了螺旋槽成形工作尺寸的計(jì)算方法。該模具在生產(chǎn)中取得了良好的效果，對(duì)同類模具有一定的借鑒意義。參考文獻(xiàn)：: 沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組 & 沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)F& 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，:E?&; 王孝培 & 沖壓手冊(cè)F& 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，:EEA& 樊榮珍，楊裕國，李良福& 薄壁管螺旋槽的旋壓工藝研究G&金屬成形工藝，:EEE， （:） ：;A;，!& 馮憲民，朱培英，樊立奎 & 薄壁黃銅天線套管成型的試驗(yàn)研究G& 遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，:EEH， （:） ：:?:E，7:&! 馮炳堯，韓泰榮 & 模具設(shè)計(jì)制造簡明手冊(cè)F& 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，:EE?&7 G-/)C, I)*04(& I929048 .-85$3% C8-+)/ 431 4CC0$+4*$-3G& JKI)+,3$+40 L4C)8 )8$)/，3 EAAA:， :EEA&H 王勁，趙宏偉，李付國，等 & 一種異形管坯沖孔模具的定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)G& 鍛壓技術(shù)，;AA!， （:） ：H:H&7E鍛壓技術(shù) 第 ; 卷萬方數(shù)據(jù)
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