一種踏板沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì)

部紹明 宋良超 吳 忠

(三一重工股份有限公司，湖南 長沙 410100)

一種踏板沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì)

部紹明 宋良超 吳 忠

(三一重工股份有限公司，湖南 長沙 410100)

介紹了某工程車輛扶梯踏板的結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)沖孔落料復(fù)合模和翻孔翻邊復(fù)合模優(yōu)化踏板加工工藝，保證了踏板的成形質(zhì)量，提高了零件的生產(chǎn)效率，將模具成型踏板經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，批量實(shí)施于企業(yè)產(chǎn)品中，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

踏板；成型工藝；模具; 沖壓成型

沖壓就是通過利用模具和沖床對不同的材料(包括型材、管材、板材等)施加壓力的方式使其成型分離或者變形，最終獲得所需要的形狀、尺寸的一種加工方法[1-5]。板料沖壓成型是一種十分重要的制造技術(shù)，在汽車、航空、電器和國防等工業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用[6]。

通過沖壓模具制造的機(jī)械零件擁有更好的精度及表面粗糙度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件公差的減小；優(yōu)化加工工藝，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。沖壓模具技術(shù)具有其他機(jī)械加工技術(shù)不具有的優(yōu)點(diǎn)，對于提高加工速度，提高加工安全性來說同樣具有非常高的價(jià)值。本文以某工程車輛用扶梯踏板改用模具沖壓成型工藝為例闡述模具沖壓成型在企業(yè)機(jī)械加工中的應(yīng)用，為相關(guān)薄板零件加工提供實(shí)際參考。

1 現(xiàn)狀分析

某工程車輛扶梯采用整體焊接結(jié)構(gòu)，扶手與踏板、頂板采用貫穿后焊接方式連接，多踏板與頂板組合，如圖1所示(以左側(cè)扶梯為例，右側(cè)與左側(cè)對稱)。踏板(頂板)采用沖孔折邊結(jié)構(gòu)，多零件拼焊而成，踏板(頂板)的加工采用切割下料—數(shù)沖—翻孔—折彎—焊接等基本工序，是工程車輛中較為常用的一種踏板類零件的制作工藝，大批量實(shí)施于產(chǎn)品中。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在以下不足：

(1)扶手與踏板(頂板)貫穿時(shí)鋼管通過率低(踏板過管孔采用等離子切割)，返修比例大，同時(shí)因鋼管過管處間隙不一致，焊接時(shí)容易出現(xiàn)焊接缺陷。

(2)踏板(頂板)折彎工序多，頂板需4次折彎，操作不便。

(3)踏板(頂板)在圓弧過渡處需采用多零件拼焊，無法一次加工到位，焊接強(qiáng)度大。

(4)踏板(頂板)下料，焊接后外觀質(zhì)量差，批量產(chǎn)品一致性較差。

(5)踏板(頂板)加工工序多，功效低，制作成本高，零件尺寸精度難以控制。

隨著產(chǎn)量的不斷增加，踏板、頂板的使用量越來越大，現(xiàn)行制作過程中的問題亟待解決。總結(jié)后認(rèn)為：應(yīng)減少工序數(shù)，消除各工序的累積誤差；應(yīng)將多次折彎、焊接成型改為一次成型才能保證零件的尺寸精度及外觀質(zhì)量。應(yīng)用模具沖壓成型工藝可較好地解決上述問題。

2 沖壓成型工藝方案確定

從零件的結(jié)構(gòu)分析，左右踏板、頂板對稱，零件所需的加工基本工序?yàn)槁淞稀_孔、翻孔及翻邊4道工序。根據(jù)零件的工藝特點(diǎn)和工藝要求，設(shè)計(jì)的沖壓成型方案有以下幾種：

(1)選擇單工序模沖壓，即：沖孔—落外形—翻邊—翻孔，需要6副模具。

(2)左右踏板沖孔、落料在一副復(fù)合模上成形，翻孔、翻邊各在一副模具上成形，需要3副模具。

(3)左右踏板沖孔、落料在一副復(fù)合模上成形，翻邊、翻孔在一副復(fù)合模上成形，需要2副模具。

沖壓工藝方案對比如表1。

根據(jù)部件使用功能及外觀要求，踏板、頂板材料采用薄板冷軋鋼板，零件要求沖裁后表面光滑，適應(yīng)大批量生產(chǎn)。擬定踏板、頂板結(jié)構(gòu)如圖4三維模型所示，落料尺寸如圖5所示。

表1 沖壓工藝方案對比

項(xiàng)目方案(1)方案(2)方案(3)模具結(jié)構(gòu)簡單較復(fù)雜復(fù)雜模具壽命較長較長較長沖壓件質(zhì)量有彈性，可以控制，制件形狀、尺寸累加誤差較大尺寸精度高，表面質(zhì)量較好尺寸精度高，表面質(zhì)量較好模具數(shù)量6副3副2副生產(chǎn)效率低較高高

經(jīng)過上述成型方案分析比較，綜合零件的生產(chǎn)工藝、材料特點(diǎn)和模具成本，選擇第(3)種方案。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 沖孔落料復(fù)合模設(shè)計(jì)

切割下料與數(shù)沖工序合二為一，將落料、沖孔在一副復(fù)合模上成形，確定踏板(頂板)沖孔落料復(fù)合模具結(jié)構(gòu)如圖6所示。

沖孔落料復(fù)合模采用倒裝式結(jié)構(gòu)，一次完成沖孔和落料兩道工序，落料外形尺寸精度更高，外形和內(nèi)孔光滑、無毛刺。退料打板用件11和12兩塊板組合而成，采用螺釘連接，其中的下面那塊板采用線切割凹模后的余料加工而成，減少數(shù)控銑加工，節(jié)約了材料。打桿2直接撞擊打板12卸料，減少了中間過渡板的受力傳遞，節(jié)約了固定板和上模墊板的加工，減少零部件數(shù)量，節(jié)約模具成本。壓料橡皮9采用多個(gè)圓柱形橡膠棒加工而成。一副模具同時(shí)適用于左踏板和右踏板沖孔落料。

左、右頂板因尺寸較大，沖孔落料復(fù)合模分左右設(shè)計(jì)為兩幅模具。

3.2 翻孔翻邊復(fù)合模設(shè)計(jì)

翻孔、折彎、焊接三工序合一，翻孔、翻邊在一副復(fù)合模上成形。以左、右踏板翻孔翻邊復(fù)合模設(shè)計(jì)為例，闡述翻孔翻邊復(fù)合模結(jié)構(gòu)，確定翻孔翻邊復(fù)合模具結(jié)構(gòu)如圖7所示。翻孔翻邊復(fù)合模分上模和下模，上模結(jié)構(gòu)如圖8所示，下模結(jié)構(gòu)如圖9所示。

踏板翻孔翻邊復(fù)合模上模鑲塊整體式加工而成，下模鑲塊采用分塊式組合而成，退料板和翻孔凹模組合，采用整體式加工而成，卸料橡皮采用橡膠圓棒棒加工。一次完成翻孔和翻邊兩道工序，一次成形左、右踏板各一個(gè)。外形和內(nèi)孔光滑，無毛刺、褶皺，成形后尺寸精度、外觀質(zhì)量更高，摒棄了繁雜的焊接工序。采用模具整體成型后踏板質(zhì)量較大程度提升，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

左、右頂板翻孔翻邊復(fù)合模同理分左右設(shè)計(jì)為兩幅模具。

4 結(jié)語

經(jīng)過試模，小批量加工驗(yàn)證，產(chǎn)品質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)、工藝要求，目前已批量應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，極大地降低了零件生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率與設(shè)備的精細(xì)化水平，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益顯著，是沖壓成型復(fù)合模具在生產(chǎn)實(shí)際中的一次成功應(yīng)用。

[1]姜奎華. 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2]薛啟翔. 沖壓模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[3]肖祥芷,王孝培.中國模具設(shè)計(jì)大典(第3卷)[M]. 南昌: 江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[4]郭志萍. 連接條沖孔落料壓字復(fù)合模設(shè)計(jì)[J]. 模具工業(yè), 2001(3):22-23.

[5]丁純. 支架沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)[J]. 模具工業(yè), 1995(4):34-36.

[6]少巖,齊寶軍．汽車覆蓋件沖壓成型過程中常見的缺陷分析[J] . 城市車輛, 2009 (2):47-49.

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Design of pedal punch-forming process and die

BU Shaoming, SONG Liangchao, WU Zhong

(Sany Heavy Industry Co., Ltd., Changsha 410100, CHN)

The paper introduced the structure of stair pedal for some engineering vehicle. The processing technology of the pedal was optimized by designed blanking-piercing compound die and flanging-burring compound die. Thus, the forming quality of the pedal is ensured and the production efficiency is improved. The pedals formed by compound die were validated by the actual production and are mass-produced in the enterprises to improve the economic benefit.

pedal; forming process; die; punch-forming

TG386.41

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.12.023

部紹明，男，1982年生，碩士，工程師，從事工程車輛、筑養(yǎng)路機(jī)械設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。

茂) (

2016-05-24)

161231