輪輻側孔的冷沖壓工藝及模具設計

摘 要：文章敘述了車輪輪輻的沖壓過程，其中著重分析了車輪輪輻側孔的成型工藝。設計了側孔的成型模具，并介紹了模具的工作原理和主要部件的結構特征，充分展示了分度機構的特點，動作可靠、生產效率高、工藝質量好且便于實現自動化。

關鍵詞：車輪輪輻；模具設計；側孔

中圖分類號：TG385.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0007-02

汽車車輪是汽車的重要部件，汽車與地面之間的所有相互作用力和力矩（如驅動力、制動力、側向力、垂直力以及回轉力矩等）都是通過車輪傳遞，因此車輪對汽車的安全性和可靠性有著重要影響。鋼制車輪是由輪輞和輪輻組成，而輪輻需經沖壓拉深、成形和切邊等工序加工后再壓入輪輞之中，并在兩者接合處進行焊接。

冷沖壓也稱板料沖壓，是塑性加工的一種基本方法，是利用壓力機上的模具作往復運動，使金屬板料內部產生變形的應力。在車輪輪輻的冷擠壓加工工藝中，側孔的加工是極為重要的一環，也是整個加工的難點。因此，要使輪輻整個沖壓工藝穩定進行，就必須對輪輻側孔工藝及其模具結構進行合理安排和設計。

1 零件結構

該輪輻的材料為Q235，有較好的可沖壓性能。力學性能為：抗剪強度310～380 MPa，抗拉強度375～460 MPa，屈服強度為235 MPa，伸長率21%～25%。

初步分析該零件成形工藝主要包括：落料、拉深、沖直徑為214 mm的中心孔、沖8個直徑為32 mm的底孔、沖側面8個直徑為50 mm的側孔五道工序。其中落料和拉深、沖直徑為214 mm的中心孔和沖8個直徑為32 mm的底孔可以采用復合模。因此，生產該零件需要落料拉深復合模、沖孔模和沖側孔模三副模具，工藝方案的流程如圖1所示。

輪輻的形狀對稱如圖2所示，其上的8個側孔均勻分布在輪輻的側壁上。由于汽車輪輻壁厚較大，若同時從側向沖制8個側孔，則模具結構復雜、成本提高，使用不便，所需壓力機的噸位也將大大增加，因此設計了可逐個沖制8個側孔的該汽車輪輻分度沖孔模具。輪輻零件在模具分度機構的作用下，每次逆時針旋轉45 ？觷，逐個完成沖孔。分度機構的設計使模具結構緊湊，且有利于提高零件的成型質量，降低了成本。

另一方面，8個側孔均勻分布在45 ？觷的斜面上。對于沖裁方向的確定，輪輻有兩種擺放方式可供選擇，如圖3所示。若按圖3（a）的擺放方式來沖側孔，發現沖裁毛刺在輪輻外表面，從而影響產品的外觀質量，不便于操作人員觀察沖裁過程，且下模周邊刃口為鈍角，不符合沖裁原理。按圖3（b）的擺放方式，則可使下模四周受力均勻。所以將工件擺放在45 ？觷的斜面上，不僅使沖孔面與機床壓力中心垂直，而且可以避免機床受到側向力的作用。

2 模具結構與工作原理

2.1 模具結構

在設計的過程中要注意達到以下要求：①保證側孔沖裁后制件外表面光滑不變形；②8個側孔分布均勻；③側孔的形狀和位置基本符合產品圖紙要求。模具結構如圖4所示。

工作過程：壓力機帶動凸模19下行；凸模19開始接觸板料，繼續下行完成沖孔；之后壓力機帶動凸模上行，在橡膠18作用下卸料板7將工件卸下；第一個沖孔完成。此時橡膠34發揮作用使工件上浮0.5～1.5 mm；從而避免毛刺卡在凹模內而導致工件轉動困難；接著轉動分度盤25開始沖第二個孔。

2.2 工藝參數的確定

2.2.1 落料力的計算

F0=Klt？子=K×？仔×D×t×？子=285.88 kN

K為系數取1.3；

l為沖裁周邊總長度，此處等于8個小孔和1個中心孔周邊長度之和；

t為材料厚度4 mm；

？子為材料抗剪強度取350 MPa。

2.2.2 卸料力F1、推件力F2、頂件力F3和總沖裁力F0的確定

由《沖壓工藝及模具設計》查得，K1=0.045、K2=0.05、K3=0.03。

F1=K1F=12.86 kN

F2=nK2F=28.59 kN

F3=K3F=8.58 kN

n為同時梗塞在凹模內的零件，n=h/t=2

由于模具采用彈性卸料裝置和下出料方式，所以沖裁力為：

F0=F+F1+F2=327.33 kN

3 主要零件設計

3.1 凸、凹模結構

根據材料性能和厚度殼確定間隙：

Zmin=0.880，Zmax=0.640

凸凹模制造公差：

？啄凸=0.030，？啄凹=0.045

校核：？啄凸+？啄凹=0.100

對零件圖中公差尺寸，查《現代冷沖模設計應用實例》得出各尺寸的極限偏差：d+？駐=50■■（？駐=0.62）

根據料厚和形狀可確定系數：x=0.5

凸模刃口尺寸：d凸=（d+x？駐）■■=50.31■■

凹模刃口尺寸：d凹=（d凸+Zmin）■■=50.95■■

綜上，凸、凹模的結構如圖5、圖6所示。

3.2 分度盤

分度盤如圖7所示。

4 結 語

車輪輪輻是由落料、拉深、沖中心孔、沖底孔、沖側面的側孔等多道工序組成。其中，沖側孔模具設計的優劣對整個制備零件的生產效率、加工質量的穩定性及自動化的實現都有重要的影響。該模具設計合理、結構緊湊、動作安全可靠、工作效率高、尺寸一致性好而且便于實現自動化，適應于大批量生產，具有廣泛地推廣運用價值。

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