帶輪的沖壓工藝與模具設計【三維UG工件圖】
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2 8D i ea n dM o u l dT e c h n o l o g yN 0 5 2 0 0 8文章編號：1 0 0 1 4 9 3 4 ( 2 0 0 8 ) 0 5 0 0 2 8 0 4鋼制車輪輪輻拉深翻邊成形復合模設計祝偉駿( 成都陵川特種工業(yè)有限責任公司民品研發(fā)所，四川成都6 1 0 1 1 0 )摘要：分析了鋼制車輪輪輻的沖壓成形工藝，提出了一種新的拉深翻邊模具，闡述了復合模的工作原理及動作過程，確定了模具設計要點和結構特征參數。使用拉深翻邊?？梢愿咝?yōu)質地完成輪輻成形加工。該模具結構設計合理，動作安全可靠，生產效率高，產品質量好。關鍵詞：車輪輪輻；成形工藝；拉深；翻邊；復合模中圖分類號：T G 3 8 6文獻標識碼：BA b s t r a c t ：T h ep u n c h i n gp r o c e s so ft h es t e e lw h e e ls p o k ew a sa n a l y z e d An e ws t r u c t u r eo fd r a w i n g - f l a n g i n gc o m p o u n dd i ew a sd e v e l o p e d T h ew o r k i n gp r i n i c i p l ea n dp r o c e s sw e r ee -l a b o r a t e d T h ek e yp o i n t si nd i ed e i g na n ds t r u c t u r a lp a r a m e t e r so ff e a t u r e sw e r ed e t e r -m i n e d W i t ht h ed r a w i n g f l a n g i n gc o m p o u n dd i e ，t h ef o r m i n gp r o c e s so fw h e e ls p o k ep a r t sc o u l db ec o n d u c t e dw i t hh i g hq u a l i t ya n de f f i c i e n c y I ts h o w e dt h a tt h ed i es t r u c t u r ew a sr a -t i o n a l ，r e l i a b l ea n ds a f e ，a n dh a dh i g hp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dg o o dp r o d u c tq u a l i t y K e y w o r d s w h e e ls p o k e ；p u n c h i n gp r o c e s sd r a w i n g ；f l a n g i n g ；c o m p o u n dd i e0引言鋼制車輪作為汽車運動的重要承載部件，其性能好壞直接影響汽車行駛的安全性和可靠性。輪輻是鋼制車輪上的重要沖壓成形件，在輪輻拉深翻成形過程中，不同程度的出現(xiàn)了板料拉薄現(xiàn)象，使得鋼制車輪的彎曲疲勞強度大大降低。輪輻拉深翻邊成形長期以來一直在液壓機上加工，存在著生產節(jié)拍緩慢、勞動強度大、加工效率低等問題。因此，要使鋼制車輪的彎曲疲勞強度在相同材料品號和規(guī)格的情況下，使輪輻受力部位的材料具有不同程度增厚，同時為了改善生產節(jié)拍、降低勞動強度、提高加工效率，就必須對輪輻拉深翻邊成形工藝方法收稿日期：2 0 0 8 一0 1 0 3作者簡介：祝偉駿( 1 9 5 9 一) ，男，高級工程師。和模具結構進行分析與設計。1成形工藝分析與方案的確定1 1 工藝成形分析圖1 所示是輪輻結構，由較多圓弧連接而成，形狀輪廓復雜，拉深高度高，拉深與壓縮同時存在，成形難度大，因此成形模具的設計是關鍵。圖1 輪輻結構萬方數據模具技術2 0 0 8 N o 52 9圖2 所示為輪輻拉深翻邊時的應力分布狀態(tài)。在開始拉深時，凹?？趦扰髁? 一f 段既不與凹模接觸也不與凸模接觸，徑向應力和切向應力都較大，并處于徑向受拉、切向受壓。隨著拉深變形的進行，粘模區(qū)逐漸增大，作用到粘模區(qū)的單位壓力逐漸減小，6 一c 段處于徑向、切向兩向受拉厚向受壓的應力狀態(tài)，從圖2 所示可知，坯料的變薄量從d c 一6 往外逐漸減小。仉。5 卜盯。，博遙Jtb 汐N 士j彳。心p r - _ 糾圖2 輪輻應力分布1 2 工藝方案的確定1 2 。1工藝參數的計算通過計算相對高度H D ，然后與極限相對高度 H D 比較，若遠小于極限相對高度值，則可一次拉深，該輪輻相對高度H D = 7 6 3 1 4 2= 0 2 4 ，而極限相對高度 H D 一0 9 。所以H D H D ，可以一次拉深成形。1 2 2 翻邊高度的計算如圖2 所示，由于輪輻中心孔翻邊較高，采用先沖底孔，再翻邊的方法。先定翻邊J I l l ，再定翻邊圓孔的初始直徑d o 和拉深高度 2 。翻邊極限高度為：h i 一( 1 一優(yōu)) D 。z + 0 5 7 r式中：D 。翻邊后豎直邊中性層直徑，5 7 5m mr 預設圓角，3 5m m優(yōu)翻邊系數，0 6 5 2h i = ( 1 0 6 5 2 ) 5 7 5 2 + 0 5 7 2 51 2m mh z = H - - h i + r + t一1 7 1 2 + 3 5 + 3 5：= 1 2m m拉深高度 2 取1 2m m 。2模具結構和工作原理2 1 模具結構拉深翻邊成形模具結構如圖3 所示，由于輪輻材料為厚鋼板，所需的變形力比較大，模具必須有足夠強度和剛度。模架采用兩側式四導柱，下模板放在墊鐵上，構成空腔以放置推料板2 6 ，固定座3 、凹模2 和活動凹模4 構成凹模腔，活動凹模還兼卸料，能在凹模腔內靠矩形彈簧作用上下移動，壓料板9 裝有4 個矩形彈簧，圓柱側面導向鍵7 與活動凹模中的小導柱1 1 、小導套1 2 一起，以阻止壓料板軸向轉動，確保輪輻定位的準確。當上模在自由狀態(tài)時，壓料板伸出一段距離，在矩形彈簧1 0 作用下，起到了預先壓料作用，并能防止輪輻翹起，限制輪輻軸向位移。凸模1 4 、連接座1 5 固定于下模板上，凸模腔裝有托料板2 5 、導正銷1 9 ，當下模在自由狀態(tài)時，將輪輻放置于導正銷上使其處于定位，并能夠在凸模腔內依靠矩形彈簧進行上下運6圖3 模具結構1 上模板2 凹模3 固定座4 活動凹模5 、8 、2 0 卸料螺釘6 矩形彈簧7 導向鍵9 壓料板1 0 、2 1 矩形彈簧1 1 小導柱1 2 小導套1 3 止動銷1 4 凸模1 5 連接座1 6 調整板1 7 壓邊圈1 8 頂桿1 9 導正銷2 2 連接軸2 3 翻孔凸模2 4 墊板2 5 托料板2 6 推料板2 7 墊鐵2 8 下模板動，凸模外徑處的壓邊圈1 7 與凸模采用較精密的配合，以保證壓邊圈上下精確運動，并起到卸萬方數據3 0D i ea n dM o u l dT e c h n o l o g yN 0 5 2 0 0 8料作用。調整板1 6 用于輪輻厚度限位，以便對輪輻料厚不一進行控制，保證壓邊力均勻一致。為了使推桿位置合理，便于與壓力機下面工作臺氣墊推桿孔配合，下模座采用了推料板結構。2 2 模具工作過程模具工作時，上模固定于40 0 0k N 壓力機滑塊中，下模安裝于工作臺上。開動沖床，使工作臺氣墊頂桿落在推料板的合適位置上，調整沖床工作行程后，將輪輻放入托料板上的導正銷內，沖床滑塊下行，壓料板型面及矩形彈簧首先壓在輪輻上，滑塊繼續(xù)下行，凹模接觸輪輻后一起壓在壓邊圈上，使壓邊圈下移，在推桿作用下沖床氣墊壓縮，板料開始拉進凹模腔，上、下模矩形彈簧逐漸壓縮，活動凹模面與板料接觸，直至板料全部進入凹模的同時，翻孔凸模與板料接觸，致使輪輻中心孔翻邊，完成了輪輻拉深翻邊成形任務?；瑝K上行，上模退出凸模，活動凹模與壓料板受壓縮彈簧的推動，使輪輻不隨凹模上行，與此同時沖床頂出缸通過頂桿、推料板和壓邊圈將輪輻頂出卸料，完成一個工作循環(huán)。3 結構設計中的要點和參數3 1凸、凹模圓角半徑的大小凹模腔口部的圓角半徑對拉深工作有很大影響，板料在拉深過程中，沿凹模圓角被拉入凹模腔中，當經過圓角處時，產生較大的彎曲變形，而進入凹模圓角腔后又被拉直，同時還受到拉深間隙的校直作用，這樣，當凹模圓角過小時，勢必引起拉深力的增加和模具的磨損加劇，嚴重時導致板料變薄。但凹模圓角半徑過大，使壓邊圈下面的板料毛坯面積減小，懸空段增加，導致起皺，因此必須正確地確定凹模圓角半徑，根據輪輻成形特點，凹模圓角半徑可按下式計算法確定：R = 0 9 、廳西麗式中：D 毛坯直徑或上次拉深直徑，3 9 4 5m md 拉深輪輻直徑，3 1 4 2m m材料厚度，3 5m m所以，凹模圓角半徑R = 1 5m m 。凸模圓角半徑對拉深的影響不像凹模圓角那樣明顯，拉深開始時，首先托料板與輪輻底部型面接觸，之后輪輻凸緣與凹模、壓邊圈接觸。在拉深過程中，由于增大毛坯的徑向拉應力，減小切向壓應力，以減弱壓邊力的作用，從而達到輪輻直壁防皺的目的，所以凸模采用輪輻結構的大圓角，是反向拉深。在拉深過程中，反向拉深可以起到拉延筋的作用，但它是在正向拉深的后期才開始起作用，兩者同時結束，在這段時間內可以使材料徑向拉應力增大，切向壓應力減小，既能防止起皺，又能提高輪輻的剛度，減少成形后的回彈。3 2 拉深間隙的確定該輪輻相對高度H D 較大，一次拉成，且要求外觀質量好，可考慮到拉深時變形復雜的特點，取直壁間隙Z 一( 1 1 2 1 1 5 ) t ；圓角處金屬材料變形程度有限，取Z = t + I , 2 ，t 為材料厚度，為材料厚度上偏差。3 3 壓邊力的確定在整個拉深過程中，輪輻板材凸緣失穩(wěn)起皺的趨勢不同，使輪輻板材維持塑性穩(wěn)定合乎理想要求的壓邊力也不斷變化。在拉深開始階段，失穩(wěn)起皺的趨勢漸增，壓邊力也應逐漸增大，此后失穩(wěn)起皺的趨勢減弱，壓邊力也相應遞減。壓邊力的大小可由下式計算：Q = 7 c D 2 一( d l + 2 r d ) 2 q 4式中：Q 一壓邊力，ND 毛坯直徑或上次拉深直徑，3 9 4 5m md 1 拉深凹模直徑，3 1 4 2m mr d 凹模圓角半徑，1 5m mg 單位壓邊力，取3 2M P aQ = 3 1 4 X 3 9 4 5 2 一( 3 1 4 2 + 2 1 5 ) z 3 2 4= 9 33 3 7 4N 一9 3 3 4k N在拉深成形時，周向壓縮變形和徑向拉深變形同時存在，只有增加拉應力，減小壓應力，才能使輪輻成形時不起皺。3 4 翻邊凸、凹模的特征參數( 1 ) 翻邊凹模的圓角半徑是一個重要的參萬方數據模具技術2 0 0 8 N o 53 1數，它直接影響翻邊塑性變形能力和翻邊傳力區(qū)承載能力。圓角半徑過大，輪輻中心孔不易翻成直立的豎邊，圓角半徑過小，完全貼靠凹模側壁R 根部的下方，輪輻不容易脫模，經過實踐表明，圓角半徑取R = 2 5m m ，較為合理。當翻邊系數接近極限翻邊系數時，翻邊凸模應采用有定位導向的近似地拋物線形凸模，孔緣會被圓滑平緩地脹開，成形條件比其它結構的凸模優(yōu)越。( 2 ) 翻邊凸、凹模之間的間隙，在翻邊過程中，材料沿周向伸長，其厚度沿翻邊的高度方向逐漸減薄，其間隙值應小于原材料厚度，一般情況下，材料厚度t 一3 5 4 0m m ，單面間隙值3 1 5 3 6m m 。( 3 ) 翻邊孔的粗糙度將直接影響輪輻中心孔的質量，如果孔邊有毛刺，則將會導致翻邊口的破裂，一般情況下，為了避免毛刺而降低成形極限，翻邊時毛刺的一面朝向凸模放置。4結論該模具結構緊湊合理，動作安全可靠，操作方便，不僅提高了鋼制車輪的疲勞強度，滿足產品外觀質量要求，而且加工效率比原加工工藝提高2 5 倍，降低了勞動強度，節(jié)約了生產成本，在實際生產中取得了良好的效果，該設計思路可以擴展應用到其它類似零件的成形中。S S E S E S E S S E S S E S E 吐E S E S S E S E S E s E 磚要S E - S E S E 磚E S 曼s E 宣E S S E S E S 蔓毫S E S E d E - S E d E d 芒皇E S E 毫S E - S E S 芒d E S 宣芒S S E 磚E d 曼( 上接第2 3 頁)避免斜推桿3 在頂桿固定板8 內滑動時與構對該類型零件的設計制造有很好的借鑒作頂桿固定板8 干涉，頂桿固定板上避讓空間為用。X + 1 ，抽芯距離X = L 1t a n a 。L 最大頂出行程為避免斜推桿3 與其它頂出零件發(fā)生干涉，在頂桿固定板8 上安裝限位釘7 起到安全保護作用。6結論采用分段式斜頂機構，順序脫模，機構運行穩(wěn)定，安裝調整方便，實現(xiàn)了自動化生產，其結參考文獻：E 1 3 中國機械工程學會，中國模具設計大典編委會中國模具設計大典：( 第二卷) ，輕工模具設計 M 南昌：江西科學技術出版社，2 0 0 3 E z 3 馬金駿塑料模具設計 M 北京：中國科學技術出版社，1 9 9 4 3 奚永生，鮑明飛，劉曉明大型注塑模具設計 M 北京：中國輕工業(yè)出版杜，1 9 9 6 ( 上接第2 7 頁)使制件料片固定在條料中) ；第三工位：沖二個小孔妒1 3 5m m ；第四工位：沖三個妒2 5 5m m 和二個妒3m m 孔；第五工位：空工位( 鐓壓：起整形作用，通過本工序的加工使制件的平面度得到提高) ；第六工位：卸料。4結論模具設計制造完成后，經試模順利生產出了滿足圖紙要求的零件。目前，模具使用加工近二年多時間，生產的零件質量穩(wěn)定，模具工作狀態(tài)良好。參考文獻i 1 許發(fā)樾沖模設計應用實例E M 北京：機械工業(yè)出版社，1 9 9 9 E 2 薛敢翔冷沖壓實用技術E M 3 北京：機械工業(yè)出版社，2 0 0 6 E 3 3 成大先機械設計手冊E M 北京：化學工業(yè)出版社，2 0 0 2 萬方數據
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