重卡車架縱梁異型孔加工工藝開發(fā)與應(yīng)用

李紹民，李金玲，張 勇

（中國重汽集團(tuán)濟(jì)南卡車股份有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

1 車架縱梁孔規(guī)格

車架縱梁截面為U形，在腹面和兩個翼面上分布不同直徑的圓孔，這些圓孔是利用柔性數(shù)控沖孔機(jī)沖裁加工而成。當(dāng)縱梁從沖孔機(jī)沖孔裝置經(jīng)過時，中央處理器根據(jù)程序上孔的參數(shù)（坐標(biāo)值、孔徑）設(shè)置，選定對應(yīng)的沖頭后，沖孔單元開始工作，沖出一個孔，其他孔依次循環(huán)，所有孔完成沖裁后，一個完整的縱梁加工完成。目前車架部四臺沖孔機(jī)加工孔徑全部為圓孔，常見孔徑規(guī)格10余種，直徑范圍?10.5mm～?50mm。

2 沖孔單元工作原理

主氣缸接到指令后開始向下運動，機(jī)頭被向下壓，液壓墊的厚度減小，壓力增加，過量的油向蓄壓器溢流，彈簧也同時被壓，此時脫料板被下壓到槽梁上；主汽缸繼續(xù)下壓，液壓墊的壓力繼續(xù)增加，由于主汽缸的壓力大過液壓墊的壓力，沖頭被壓透過縱梁。主汽缸在沖程完成后退回，中間軸的上方?jīng)]有了壓力，從液壓墊至蓄壓器的油返回到液壓墊，這時沖頭座被向上推，沖頭從沖壓的孔里退回；退料板仍在槽梁上直到液壓墊達(dá)到其最大厚度，脫料座下的彈簧，將脫料板和沖頭座推回到它們的起始位置。如圖1所示。

3 縱梁異型孔帶來的問題

根據(jù)用戶要求和產(chǎn)品升級，車架縱梁出現(xiàn)80mm×45mm異型孔，如圖2所示。異型孔加工超出了沖孔機(jī)的加工范圍，目前采用兩種迂回加工方式：一是沖孔時沖出工藝孔，然后用切割方式割孔。二是采用多次沖圓孔，然后用砂輪磨孔。無論采用哪種方式，都嚴(yán)重影響異型孔的外觀質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

圖1 沖孔單元結(jié)構(gòu)圖

圖2 異型孔

4 異型孔加工的實現(xiàn)

如圖3所示異型孔，通過對數(shù)控沖設(shè)備改造，實現(xiàn)其沖孔加工。

圖3 需要加工的異型孔尺寸

4.1 計算異型孔沖裁力P

式中：F——沖裁力，kN；

L——沖裁周邊長度，L＝218.64mm；

t——材料厚度，t=10mm；

σb——材料的抗拉強(qiáng)度，取800N/mm2。

代入得

目前沖孔機(jī)[2]最大沖裁力1500kN,如果一次沖裁，設(shè)備的沖裁力不足，需要分多次沖孔方能實現(xiàn)。

4.2 異型孔加工解決方案

為了降低沖裁和減少沖裁次數(shù)，減少因沖裁偏心而造成凸凹模的損壞，分兩次沖裁最為合理。如圖4a所示為首次沖裁，圖4b為第二次沖裁。

計算異型孔沖裁力

根據(jù)P=Ltσb，沖裁周邊長度L為168.64mm，料厚 t=10mm，σb取 800N/mm2。計算得 P=1349.12kN。小于沖孔機(jī)最大沖裁力1500kN，因此在該設(shè)備上可以完成上述單次沖裁。

圖4 一次沖裁示意圖

圖5 兩次沖裁示意圖

4.3 確定沖頭和凹模結(jié)構(gòu)形式、配合間隙及材料

4.3.1 新沖頭和凹模的結(jié)構(gòu)確定

新沖頭和凹模的結(jié)構(gòu)如圖6、7所示。

圖6 新設(shè)計的沖頭

圖7 新設(shè)計的凹模

4.3.2 凸凹模間隙[3]確定

由于異形孔尺寸為45×55，所以確定間隙時參照孔直徑為50的標(biāo)準(zhǔn)即可，即單邊間隙0.8mm。具體選擇見表1。

4.3.3 沖頭和凹模材料

沖頭和凹模材料按設(shè)計資料選用，具體要求見表2。

4.4 異型沖頭導(dǎo)向方案

4.4.1 沖頭導(dǎo)向的必要性

沖頭和中間軸被放置在沖頭座里，沖頭座被放在脫料器座里，沖頭座通過線連接被機(jī)械性地鎖定在脫料器座里，脫料器座里有彈簧和一個液壓連接，與脫料板回路連接。這樣的安裝方式容易造成沖頭沿沖頭軸線方向旋轉(zhuǎn)，如果加工圓孔則不會受影響，若加工異型孔，則必須對沖頭、凹模增加導(dǎo)向裝置，保證上下模對中，沖裁間隙均勻。

表1 模具的隙量選用表

表2 沖頭和凹模的材料

4.4.2 利用退料板進(jìn)行導(dǎo)向

需要設(shè)計新的退料板，賦予退料板新的功能，起到對沖頭的導(dǎo)向固定作用。新的退料板孔與沖頭的間隙以及孔內(nèi)腔表面的硬度都必須重新計算，保證退料板既能順利退料又具有較高的耐磨性。經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗，退料板孔與沖頭的間隙控制在凸凹模間隙的1/3左右，硬度較沖頭低10～15度。具體材料選擇及熱處理見表3。

4.4.3 退料板結(jié)構(gòu)形式的確定

表3 材料的選擇及熱處理

退料板上加工兩個直徑為6mm定位孔，利用定位銷進(jìn)行定位，定位孔與凹模上的定位孔配合加工，以此保證凸凹之間的間隙，如圖8所示。

5 結(jié)束語

縱梁是車架的關(guān)鍵零件，縱梁沖孔加工是整個車架加工的重要工序之一。本方案實現(xiàn)了現(xiàn)有柔性化生產(chǎn)設(shè)備條件下既經(jīng)濟(jì)又高效地加工出異型孔，真正實現(xiàn)縱梁加工的柔性化，具有一定的推廣價值。

[1]祁三中.汽車車架縱梁柔性化沖壓生產(chǎn)技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].武漢:華中科技大學(xué)，2005.

[2]董振華.卡車車架縱梁沖孔模間隙的確定[J].鍛壓技術(shù)，2010，35（5）:118-120.

[3]王孝培.沖壓設(shè)計資料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

[4]劉林林，等.汽車U型縱梁數(shù)控沖孔線的加工誤差補(bǔ)償[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（2）.

[5]周麗麗，韓學(xué)軍，寇蕓闊.基于雙沖的汽車縱梁數(shù)控沖孔線技術(shù)研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，47（6）.