关键词:钢板;冲压;高强度;厚板料;高精度;离合器;翻边 汽车离合器是整车传动系统的重要零部件,一 般由离合器盖总成和从动盘两部分组成,从动盘总 成联接变速箱输入轴,离合器盖总成通过螺栓连接发动机飞轮。离合器承担整车动力输出中断、结 合、变换挡位和缓解载荷冲击的作用,且工作时与 发动机飞轮同步高速旋转,因此离合器盖要求具有 足够的刚度、尺寸精度,为了散热需要,必须设计适 当的通风窗口。 当前重型卡车的发动机动力已达到 370 kW 以上,离合器的扭矩容量要超过 4 000 N·m,其结构强 度要求非常高,壳体制造需要采用高强度厚板料生 产,通常重型卡车用离合器钢板厚度≥5 mm。离合 器作为高速旋转零件,动平衡要求高,且传动系统 的装配匹配度也要求高,因此其尺寸精度要求也 高,通常公差要求<0.5 mm。离合器壳体具有结构 复杂、空间紧凑、自身强度和尺寸精度高的特点。由于离合器结构强度和尺寸精度要求高,早期 的重型卡车离合器壳体采用铸造工艺生产,随着冲 压技术的发展进步,采用冲压离合器壳体代替铸造 壳体,在提高生产效率和降低成本方面发挥了巨大 优势,促进了自主离合器的发展。但离合器因其高强度的要求,所以采用厚板料翻边成形以实现高强度、轻量化、低成本的目的。 零件材料为SPHE钢板,是一种深冲用热轧软钢板及钢带,对应国内钢号08AL,材料厚度 7 mm。 图 3 离合器壳体成形分析 2 离合器壳体冲压成形工艺分析与设计 图 4 冲压成形的工艺分析 (1)分析并计算毛坯尺寸。拉深件所有尺寸按 照 材 料 厚 度 中 线 计 算 ,如 图 5 所 示 ,d1 直 径 为 ϕ401 mm,d2 直径为ϕ473 mm,采用最大尺寸计算;一级台阶拉深尺寸 h1 为 33.5 mm,二级台阶翻边尺 寸 h2 为 43.5 mm。 图 5 A 部分结构尺寸 图 6 B 部分结构尺寸 综合 A、B 部分结构尺寸,经过整合计算初步确 定了毛坯尺寸,实际尺寸通过试制后核算验证。在 剪板和排样时考虑到板材的材料纤维方向,设计了 经济的剪板排样(见图 7)和料片排样尺寸 535 mm× 535 mm,如图 8 所示。 图 7 剪板排样 图 8 料片排样尺寸 (2)拉深工艺方案分析。零件是带凸缘圆筒形件,由压形、拉深和翻边 3 种工艺成形,为简化计算, 将压形部分视为拉深,如图 9 所示。此处只计算 h1、H 部分的拉深系数和拉深次数以决定模具数量,计算过程为: ①h1、H是同一起始平面进行拉深的不同 高度尺寸,按照同类冲压件生产经验分析可采用 1 次拉深成形; ②拉深内圆角R7mm(材料厚度7mm); ③材料的相对厚度:100t/D=100×7/500=1.4;拉 深 系 数 m=(d + 2t)/d=(394 + 2 × 7)/480=408/480=0.85,其中,厚度 t=7 mm;DB=500 mm; ④通过材料相 对厚度和拉深系数的计算,确定可以 1 次拉深成形, 采用压边圈不会出现起皱现象; ⑤有压边圈拉深力 按公式 F 拉=πdtRmK1 计算,其中,d 为拉深件直径(中 线),取 394+7=401 mm;t 为料厚,7 mm;Rm 为材料抗 拉强度,取 270 MPa;K1 为系数,取 1.1;计算可得:F 拉=3.14×401×7×270×1.1= 2 617 752.06 N; ⑥翻边力采用公式 F 翻 =0.7KBt2Rm/R+t,按 U 形弯曲力计算,其 中,K 为安全系数,取 1.3;B 为翻边宽度,计算约为 1 350 mm;Rm 为材料抗拉强度 ,270 MPa;t 为料厚,7mm;R 为内圆角,取 7 mm。计算可得:F 翻=0.7×1.3×1350 × 49 × 270/14=1 160 932.5 N;⑦ 设 备 F 总 =1.2(F 拉+F 翻)=1.2×3 778 684.56 N=4 534 421.472 N,即F 总>5 000 kN;⑧综合以上分析和计算,离合器壳体 冲压工艺流程设计如表 1 所示。 图 9 拉深成形工艺分析 3 工艺设计存在的问题和解决方案 (2)后工序以离合器盖内型腔和辅助定位为 基准进行二次整形、冲中心孔、精压、校平等加工时,离合器盖不能顺利放入模具内,不能准确定位,通过模具工作时将离合器盖压入模具内并随形自 找正,容易造成放件、取件困难,并使离合器盖、模 具凹模、凸模拉伤严重,模具需频繁抛光维修,离合 器盖圆度、直径尺寸、壁厚存在差异。 3.2 工艺优化解决方案 分析审核意见后进行工艺改进、模具结构优 化、缩短工艺路线、降低加工误差,尽量做到关键尺 寸一步工序完成。主要工艺优化了成形和整形校平 2 道工序:①改进冲压工艺和模具结构设计,在成形 工序中将钢板料片预翻边为波浪锥筒形状;②在整 形校平工序通过 2 次翻边和内反镦校平,冲压零件最 终成为波浪直筒形状[4],改进后工序如表 2 所示。 3.3 问题改进效果 (1)冲压成形工序:零件预成形翻边为波浪锥 筒形状,精压冲孔及整形校平以离合器盖内型腔为 定位基准,利用锥体形状有自定位的特点,加上相应的辅助定位,使定位、放件、取件更准确、容易,减小了离合器盖 2 次定位产生的冲压加工误差。 表 2 冲压工艺改进前后对比 (2)整形校平工序:通过 2 次翻边和内反镦校平,离合器盖成为波浪直筒形状,成形零件的直径 等关键尺寸 1 次成形达到设计要求。 (3)上述 2 道关键工序的凹模、凸模均采用了分 体结构以便维修、调整,凹模镶件使用表面 TD 处理 技术改善翻边时零件拉伤情况和模具零件的磨损, 零件的同轴度、尺寸精度和外观质量均得到有效改善。 成形模设计时在离合器壳体的翻边部分与轴 向设计夹角,翻边为波浪锥筒形,锥顶为离合器盖 的直径尺寸,模具结构如图 10 所示,角度的选择主 要基于以下 2 个方面。 (2)翻边角度如果取得太小,离合器壳体翻边 后接近波浪直筒,改进前的缺点依然会存在;翻边 角度如果取得较大,则无法准确定位。改进后的整 形校平工序是 2 次翻边与校平同时进行,离合器壳 体的直径等关键尺寸一步完成达到零件设计的波 浪直筒形,为减少回弹保证尺寸精度,模具零件间隙设计很小,增加了 2 次翻边的难度,也增大了模具零件磨损和离合器壳体拉伤的概率。 通过以上分析,翻边角度的选取应在以下范围 内较适宜:锥顶半径-锥底半径≈(0.5~0.6)t,其中 t 为 材料厚度,既符合锥体自定位的特点,又可减少 2 次 翻边的难度。经计算求得整数单边角度为 4°,取值约为 0.53(t 此时壳体波浪锥筒形的锥底比锥顶单边大 3.7 mm,材料厚度 7 mm) 图 10 成形模结构 精压冲孔模要完成精压、冲中心孔、标识和校 平工序,其结构如图 11 所示。模具增加可靠性连接 和定位以提高生产稳定性,方便使用、维修和保证 零件成形质量,模具的相对高度、相对位置和冲裁 间隙、精压压块、配合部分都需要进行计算。 4.3 整形校平模设计 (1)离合器壳体在成形时翻边为波浪锥筒形, 在该工序采用壳体内型腔定位可自找正,实现了零 件放入、取出操作准确、方便快捷。 (2)改进后的整形校平工序是二次翻边与校平 同时进行,使离合器壳体最终成为波浪直筒形,成 形零件的直径等关键尺寸一步完成并达到零件的 设计要求,壳体圆度、壁厚不均匀等问题有很大改 善。 图 11 精压冲孔模结构 图 12 整形校平模结构 ------------------------------------------------------------------------- 本文来源:网络,版权归原作者所有。 |
|
来自: rainman8deysmd > 《冲压工艺》