焊接螺母盒模具結構的改進研究

丁海濤，任小剛

（陜汽重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

焊接螺母盒模具結構的改進研究

丁海濤，任小剛

（陜汽重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章通過對焊接螺母盒模具結構的改進研究，提出了一模多工位的生產方式，為模具的開發設計提供了新的思路。同時，這種生產方式能夠將壓力機設備的利用率最大化，降低能源消耗。

一模多序；利用率；能源消耗

CLC NO.:U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-191-03

前言

近年來，隨著國家經濟增速的下滑，商用車銷量大幅降低，商用車企業也越來越重視生產成本。目前，常見的模具結構以及沖壓工藝已經不能滿足再次降低生產成本的要求，如何高效率、低成本的生產出合格的產品，這就要求在模具結構設計以及沖壓工藝布局上作出創新設計。本文以焊接螺母盒為例，介紹了拉延、修邊沖孔、翻邊三序共模生產的應用。

1、改進前生產狀況及初步方案

焊接螺母盒料厚為1.5mm，材料為DC04，毛坯尺寸為210mmX210mm，該零件的沖壓加工性能較好，零件圖如圖1所示。

焊接螺母盒原加工工藝為OP10拉延，OP20修邊沖孔，OP30翻邊等三個工序，生產定員為6人。三序生產所用壓力機均為為400T，壓力機設備利用率低，存在嚴重的能源浪費。

圖1 焊接螺母盒零件外形圖

圖2 焊接螺母盒改進前模具結構

針對以上問題，我們確定采用多工位模，用一臺壓力機完成3序的加工內容，消除轉運工序，提高設備利用率，降低能源消耗。

根據加工工藝內容結合加工操作實際情況，將拉延安排在第一工位，將修邊沖孔安排在第二工位，將翻邊安排在第三工位。

2、沖壓設備的選取

沖壓設備的選擇是沖壓工藝過程設計的一項重要內容。它直接關系到設備的安全和合理的使用，同時也關系到沖壓工藝過程能否順利地完成以及模具的壽命、產品的質量等一系列重要的問題。

焊接螺母盒其材料為DC04，其抗拉強度σb=270MPa ，

抗剪強度一般取該材料抗拉強度的80%，即τ=0.8σb=0.8×

270MPa =216MPa 。

2.1 一工位沖裁力計算

一工位工藝內容為拉延，所受沖裁力為拉深力。焊接螺母盒拉延可以近似的看成帶凸緣錐形零件拉延，其拉深力計算公式為P1=πdtσbK

圖3 焊接螺母盒拉延示意圖

式中 d—圓錐的最小直徑（mm）

t—板料厚度（mm）

σb—材料的抗拉強度（MPa）

K—系數（由D/d以及拉深系數m決定，該零件K 取0.5）

一工位沖裁力為：

2.2 二工位沖裁力計算

二工位加工內容為修邊并沖4-φ9孔以及1-25*35長圓孔，所受沖裁力為切邊及沖孔的沖裁力。沖裁力的計算公式為P2=kLtτ。

圖4 焊接螺母盒修邊后示意圖

式中：P2—沖裁力

L—沖裁件的周邊長度（mm）

t—材料的厚度（mm）

τ—材料的抗沖裁強度（MPa）

K—修正系數（與制件形狀、板料厚度、刃口情況等因素有關，根據該零件情況取K=1.3）

L=L1+L2

L1—制件周圈修邊線長度

L2—制件沖孔周圈長度

L1=462mm （測量數模所得）

二工位沖裁力為：

2.3 三工位沖裁力計算

三工位加工內容為翻邊，所受沖裁力為制件翻邊時的翻

邊力，翻邊力的計算公式為P3=Cσb bt 。

圖5 焊接螺母盒翻邊后示意圖

式中 P3-翻邊力

C—修整系數（該零件取C=1）

σb—制件材料抗拉強度（MPa）

b—翻邊線長度（mm），此件翻邊線長度b=426.3 mm

t—板料厚度（mm）

三工位所受沖裁力為：

根據上述計算結果，焊接螺母盒要一模多工位生產，總

沖裁力為：

壓力機噸位的選取時工作壓力不大于機床名義壓力的70%，結合現有設備，我們選取400T壓力機作為本模具工作機床。

3、模具結構的改進設計

要實現一模多工位的生產，就要對模具結構進行重新的設計。

3.1 模具工位布置

在工位位置布置時，要保證模具壓力中心與壓力機滑塊的壓力中心重合。否則，模具和壓力機滑塊產生偏心載荷，導致滑塊與導軌之間產生正常磨損，從而影響制件質量，降低壓力機以及模具使用壽命。

各工位加工工藝內容均為封閉輪廓的沖裁及壓彎工序，因此可以忽略側向水平分力的影響。根據機床壓力中心為原點建立坐標系如圖所示。一工位拉延距離坐標原點距離為L1,二工位修沖孔與坐標原點重合，三工位與坐標原點距離為L2。

圖6 改進后模具受力示意圖

式中P1、P2、P3為各工位工作時所受沖裁力，x1=-L1， x2=0，x3=L2

要保證模具壓力中心與機床壓力中心重合，只需xc=0。

為了便于加工過程中的取放料操作及廢料清理，各工位之間間隔至少為100mm，因此，L2=100+230（二工位鑲塊X向尺寸）/2+208（三工位鑲塊X向尺寸）/2=319mm， L1=1.79L2=1.79x319=571mm。

因此，在工位布局時，一工位壓力中心與二工位壓力中心間距571mm，二工位與三工位壓力中心間距319mm，即可保證模具壓力中心與壓力機滑塊壓力中心重合。

3.2 模具閉合高度確定

要實現焊接螺母盒使用多工位模加工，就要保證各工位閉合高度一致。一工位拉延閉合高度為355mm，二工位修邊沖孔閉合高度為350mm，三工位翻邊閉合高度為310mm。因此確定改進后模具閉合高度為355mm，對二工位及三工位加裝過渡墊板以保證模具能正常加工。對二工位增加厚度為5mm，三工位增加厚度為45mm的過渡墊板，保證模具能夠正常工作。

模座、導柱及限位等模具結構部件的選取，本文不做具體闡述。根據以上設計方案對模具進行改進，改進后模具結構如下圖7所示。

圖7 焊接螺母盒子改進后模具結構

4、結束語

對于汽車制造企業，在模具設計開發時要綜合考慮現有設備及制件工藝性能，將壓力機與模具有機聯系在一起考慮，這樣能夠提高壓力機設備利用率，降低生產成本。目前，焊接螺母盒改進后模具已穩定生產，定員由6人縮減至3人，產品尺寸精度滿足質量要求。

[1] 胡兆國,朱超.S6冷凝器固定支架零件沖壓工藝及模具設計.鍛壓技術2013.4(8),111~115.

[2] 鄭家賢.沖壓模具設計實用手冊.北京:機械工業出版社.2007.7.

[3] 陳炎嗣.多工位級進模具設計與制造.北京:機械工業出版社2006.

Study on the improvement of the mould structure of the welding nut box

Ding Haitao, Ren Xiaogang
( Shaanxi Heavey Duty Automobile Co. Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

In this paper, through the improvement of the structure of the welding nut box mold, this paper puts forward the method of production of one mode and multi station, which provides a new idea for the development and design of the mold. At the same time, this mode of production will be able to maximize the utilization of the press equipment, reduce energy consumption.

one mode and multi station; the utilization; energy consumption

U466

A

1671-7988(2016)07-191-03

丁海濤，就職于陜汽重型汽車有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.060