重卡車架縱梁異型孔加工工藝開發與應用

李紹民，李金玲，張 勇

（中國重汽集團濟南卡車股份有限公司，山東 濟南 250031）

1 車架縱梁孔規格

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控沖孔機沖裁加工而成。當縱梁從沖孔機沖孔裝置經過時，中央處理器根據程序上孔的參數（坐標值、孔徑）設置，選定對應的沖頭后，沖孔單元開始工作，沖出一個孔，其他孔依次循環，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加工孔徑全部為圓孔，常見孔徑規格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；主汽缸繼續下壓，液壓墊的壓力繼續增加，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，中間軸的上方沒有了壓力，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

根據用戶要求和產品升級，車架縱梁出現80mm×45mm異型孔，如圖2所示。異型孔加工超出了沖孔機的加工范圍，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，都嚴重影響異型孔的外觀質量和生產效率。

圖1 沖孔單元結構圖

圖2 異型孔

4 異型孔加工的實現

如圖3所示異型孔，通過對數控沖設備改造，實現其沖孔加工。

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——材料的抗拉強度，取800N/mm2。

代入得

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

4.2 異型孔加工解決方案

為了降低沖裁和減少沖裁次數，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。小于沖孔機最大沖裁力1500kN，因此在該設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 確定沖頭和凹模結構形式、配合間隙及材料

4.3.1 新沖頭和凹模的結構確定

新沖頭和凹模的結構如圖6、7所示。

圖6 新設計的沖頭

圖7 新設計的凹模

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的標準即可，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計資料選用，具體要求見表2。

4.4 異型沖頭導向方案

4.4.1 沖頭導向的必要性

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，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 利用退料板進行導向

需要設計新的退料板，賦予退料板新的功能，起到對沖頭的導向固定作用。新的退料板孔與沖頭的間隙以及孔內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。經過現場多次試驗，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 退料板結構形式的確定

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 結束語

縱梁是車架的關鍵零件，縱梁沖孔加工是整個車架加工的重要工序之一。本方案實現了現有柔性化生產設備條件下既經濟又高效地加工出異型孔，真正實現縱梁加工的柔性化，具有一定的推廣價值。

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