帶輪的沖壓工藝與模具設(shè)計【三維UG工件圖】
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鍛壓裝備與制造技術(shù)!#年第$期%引言圖!所示為!#$%&車輪輪輻中心孔局部結(jié)構(gòu)， 料厚()*材料&鋼。 輪輻上用作定位的中心孔的尺寸精度及表面粗糙度直接影響著車輪的裝配，從而極大地影響著車輛行駛時的平穩(wěn)性和相關(guān)零件的使用性能。由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 加工工序多， 各工序間相互影響較大， 在中心孔翻邊模具設(shè)計時， 應(yīng)考慮利用或減輕工序間的影響*以便盡可能提高中心孔的加工精度。!工藝分析已知， 零件中心孔翻邊高度為+%,)， 預(yù)沖孔直徑為,%-)， 翻邊后中心孔直徑為./%/)， 則翻邊系數(shù)!0,%-1./%/0&%.!，超過了板材的極限翻邊系數(shù) （!)230&%,(） ， 易使翻邊件豎邊邊緣部位開裂或皺曲， 造成零件報廢。所以， 國內(nèi)大多數(shù)車輪生產(chǎn)廠采用了二次成形方法進行中心孔的翻邊， 但生產(chǎn)率低、成本高。為此， 研究影響翻邊的因素， 在不改變輪輻生產(chǎn)工藝及材料的前提下， 采用一次翻邊成形， 是車輪廠改變車輪生產(chǎn)舊貌的重要工作之一。除材料和預(yù)制孔邊緣狀況外，影響翻邊成形的因素還有預(yù)制孔直徑&和模具形狀。 按翻邊高度要求的預(yù)制孔直徑為：&0（1）4#!0,-%.&)翻邊后孔邊緣處的厚度：$%&$&!0%,$,)由上式可見，&越小， 容許的翻邊高度#越高，但翻邊后孔緣處的減薄也越大，也越容易開裂， 故&可選取值范圍不大， 對翻邊成形的影響主要應(yīng)是模具形狀。$沖模斜角優(yōu)化翻邊凸模工作部分的形狀有球形、 拋物線形、 錐形及平底等， 一般采用平底凸?；蛐苯堑腻F形凸模。為確定輪輻中心孔翻邊時孔邊緣處應(yīng)力、應(yīng)變都較小的最佳凸模斜角，分別取凸模斜角為-5、+5、!5、!,5、!/5、+&5（平底凸模） ， 給定沖模下壓位移， 模擬輪輻內(nèi)孔的翻邊成形過程。由于剛性沖模與坯料之間存在接觸問題， 為保證迭代收斂， 將每個沖壓過程劃分為,&個時間步長， 模擬得到了輪輻內(nèi)孔在翻邊過程中，不同時間斷面等效應(yīng)力與等效應(yīng)變變化規(guī)律及沖模上的沖壓力。如表!和圖所示。從表!和圖可以看出， 凸模斜角越大， 孔緣處的等效應(yīng)力與等效應(yīng)變越小，越不容易開裂，但從4&%&%/!%&%/(&%$&%-/$&/,&+&/+&/&/.&/-&節(jié)點號!/5!,5!5+5-5+&5等效應(yīng)變量圖變形結(jié)束時下表面不同節(jié)點等效應(yīng)變收稿日期：&$4&4!作者簡介： 紀(jì)蓮清 （!+-4） ， 女， 副教授， 主攻現(xiàn)代設(shè)計與制造技術(shù)文章編號：!-.4&!（&$）&(4&-&4&車輪輪輻中心孔翻邊模具設(shè)計紀(jì)蓮清，李菊麗（鄭州輕工業(yè)學(xué)院， 河南 鄭州$,&）摘要： 在分析車輪輪輻中心孔翻邊工藝基礎(chǔ)上， 設(shè)計了中心孔翻邊模， 并介紹模具結(jié)構(gòu)特點。關(guān)鍵詞： 機械制造；翻邊模； 結(jié)構(gòu)設(shè)計； 車輪輪輻中圖分類號：67(/,%文獻標(biāo)識碼：表!孔緣處不同凸模斜角下的應(yīng)力、 應(yīng)變-5+5!5!,5!/5+&5等效應(yīng)力1892-!&,($.,&!$!等效應(yīng)變1)!%!%&!&%+! &%$+ &%$,( &%-+凸分角斜模類!.(%-!,%-$4!$%(!./%/!$%(:!%,(圖!#$(輪幅翻邊尺寸要求模具設(shè)計與制造!# $%! &()! !#*+% , &$%(-$./(0%+;-&萬方數(shù)據(jù)鍛壓裝備與制造技術(shù)!#年第$期!#以后， 等效應(yīng)變的變化很小， 故從應(yīng)變的角度看，凸模斜角取!#$!%#左右較為合理。如圖&， 凸模斜角越大， 凸模上的最大沖壓力也越大， 且沖壓力上升也越快。在凸模斜!#$!#時沖壓力上升較平緩， 且其最大沖壓力也較小。 故從沖壓力的角度看， 凸模斜角取!#$!#左右較為合理。當(dāng)翻邊沖模斜角較小時， 隨著沖模的上移， 坯料內(nèi)孔下側(cè)面與沖模斜錐面接觸面較小，沖模力上升較緩，但坯料靠近內(nèi)孔下側(cè)的區(qū)域斷面等效應(yīng)變分布明顯高于其他部位， 易導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生； 而當(dāng)翻邊沖模斜角較大時， 隨著沖模的上移， 雖然坯料斷面等效應(yīng)變分布較均勻，但坯料內(nèi)孔下側(cè)面與沖模斜錐面接觸面增大，沖模力上升急劇，沖壓時易使沖模抖動，導(dǎo)致坯料在成形過程中反復(fù)加卸載使翻邊后產(chǎn)生皺曲。綜上分析， 當(dāng)沖模斜角取!#時較理想， 可有效避免成形中裂紋和皺曲的產(chǎn)生， 提高成品率。當(dāng)沖模斜角取!#時，對于車輪輪輻中心孔翻邊來說， 翻邊模型上最大等效應(yīng)力為()*+,， 小于-鋼的最大抗拉強度!-*+,， 可一次翻邊成形。在整個翻邊過程中， 沖模所受到的最大!方向接觸力為&./， 也即壓力機施加的載荷應(yīng)為(./左右。#模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計要點#%&模具結(jié)構(gòu)翻邊模 （圖(） 主要由模架、 凸凹模、 頂料及卸料部分組成0采用倒裝結(jié)構(gòu)。將經(jīng)過預(yù)成形、 沖孔后的坯料放置在頂料板1上， 靠導(dǎo)向凸模!導(dǎo)向， 制件采用符型定位以減小對已成形部分的影響。翻邊凸模頭部呈錐形 （!#） ， 圓角半徑較大。 模具在2(!3型-./液壓機上進行翻邊工序操作。#%!模具設(shè)計要點（!） 為防止孔緣產(chǎn)生裂紋， 除翻邊凸模加工成錐形外， 還應(yīng)減小凸、 凹模之間的間隙 （單邊間隙取4155） 來提高翻邊的高度， 且應(yīng)使翻邊方向與預(yù)沖孔方向相反。（） 導(dǎo)向凸模!、 凹模!)不僅起導(dǎo)向作用， 還用于定位 （確保中心孔與螺栓孔的相對位置） 。（&） 為防止輪輻安裝面變形， 頂料板1應(yīng)平整、光滑，且模具閉合后卸料板!%不應(yīng)使制件產(chǎn)生變形。（(） 凹模體(工作部分尺寸應(yīng)精確， 翻邊時壓緊坯料以減少翻邊應(yīng)力對已加工部分的影響，防止螺栓孔變形。結(jié)束語車輪輪輻由成形、 沖孔、 翻邊、 擠孔等多道工序組成，控制好各工序之間的相互影響是該制件加工的關(guān)鍵。通過模擬不同沖模斜角時模具上的受力及變形區(qū)的應(yīng)力、 應(yīng)變， 優(yōu)化了模具參數(shù)， 避免了傳統(tǒng)設(shè)計中設(shè)計、 更改工藝參數(shù)的盲目性， 實現(xiàn)了一次翻邊成形。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明， 該翻邊模結(jié)構(gòu)簡單， 易于安裝維修， 制造成本低， 對前序工序影響小， 生產(chǎn)效率高，且質(zhì)量穩(wěn)定。目前該模具已生產(chǎn)幾十萬件產(chǎn)品， 取得了較好的經(jīng)濟效益。參考文獻6!7許發(fā)樾4沖模設(shè)計應(yīng)用實例4北京： 機械工業(yè)出版社，!888：!13!)-467王樹勛4實用模具設(shè)計與制造4長沙：國防科技大學(xué)出版社，!88!：!%3!-4-!-!%#!#!#8#1#8-#沖壓力9/（:4!）圖&不同沖模斜角下沖壓力隨時間變化曲線-3%-!-時間9;3!%-31-3(-3-3!1-3!(-3!-3!-3-1(&!)%8!-!&!(!8!1!)!%圖(翻邊模具結(jié)構(gòu)!4上模板4上模墊板一=&4上模墊板二=(4凹模體4翻邊凸模14頂料板)4凸模固定板%4下模墊板一=84下模墊板模具設(shè)計與制造!# $%! &()! !#*+% , &$%(-$./(0%+1!萬方數(shù)據(jù)鍛壓裝備與制造技術(shù)!#年第$期%&()* +, -./(*) 0(& +, 1&*2&/ 3+4& +, 23& 53&4 0(1! #$%&$&() # !*+$（,-.&(/-0* &12$2*2. 03 #$(-2 &4*1256) ,-.&(/-0* 78999:) ;.&%& *55$&( 4$. 03 ?.&2.5 -0+. 03 % :A7B99C D-.+ 4$1?) 2-. E.2-04 03 2-. 4$. 125*?2*5. F%5%E.2.510F2$E$/%2$0& G$% 1$E*+%2$&( 2-. G%56$&( +%D 03 .33.?2$G. 125.11，.33.?2$G. 125%$& %&4 4.305E$&( 305?. $& 4.305E%2$0&%5.% D$2- 4$33.5.&2 4$. %&(+.1 -%1 .& 4.1?5$.4，2-. *55$&( 305E$&( 5.%+$/.4 $& 0&. F50?.11 -.+F3*+ 20 12.%46 2-.*%+$26 03 2-. 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