轎車發(fā)動機缸蓋擋塵片級進模設計

文根保，熊利軍，袁開波

（1.中航工業(yè)航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441000；2.湖北航宇精工科技有限公司，湖北 襄陽 441022）

0 引言

發(fā)動機是汽車的核心部件之一，其主體一般采用鋁合金鑄造而成，內(nèi)部鑲嵌有特殊金屬缸套，缸蓋安裝在缸體的上面，從上部密封缸體氣室并構(gòu)成燃燒室。缸蓋上還裝有進、排氣門座和氣門導管孔，用于安裝進、排氣門及進氣通道和排氣通道等。為保證其力學強度和缸體不受意外磕碰，一般會在外表面上設置擋塵片，起防護、防塵作用。

1 發(fā)動機缸蓋擋塵片形狀和工藝分析

發(fā)動機缸蓋擋塵片為左右對稱件，如圖1所示。材料為沖壓用 DC03，規(guī)格 270 mm×152 mm×1.0 mm，材料利用率為：14 700×2/270×152=71.7%，使用沖床：400 t。

圖1 發(fā)動機缸蓋擋塵片

對發(fā)動機缸蓋擋塵片外形展開尺寸進行計算，展開長度為131.5 mm，發(fā)動機缸蓋擋塵片成形工步有：140 mm×90 mm×131.5 mm（展開長度）外形落料和切邊、N形彎曲及R2 mm×3.9 mm的90°彎曲、40 mm×16 mm×R10 mm×R9 mm的V形槽拉深、2×φ（9±0.1）mm和3×φ（8±0.45）mm沖孔，還包括落料、沖孔、切邊、彎曲和拉深工序，彎曲和拉深后還需增加整形工步。

由于發(fā)動機缸蓋擋塵片是轎車零部件，批量大，從生產(chǎn)效率、制件質(zhì)量和成本考慮應采用級進模一次成形左右兩件。除上述工步外，還要增加定位孔加工、制件分離工步。在彎曲、拉深和整形工步之間還需設置空工位，一旦制件出現(xiàn)彎曲和拉深尺寸不到位即可在設置的空工位上增加彎曲和拉深的工步。

2 排樣及工步分析

發(fā)動機缸蓋擋塵片排樣設計如圖2所示，工步為保證模具各模板不變形及方便更換，模具分成4個區(qū)域，總長為1 716 mm。第Ⅰ區(qū)域長度為370 mm，設有1、2工步；第Ⅱ區(qū)域長度為540 mm，設有3、4、5和6工步；第Ⅲ區(qū)域為320 mm，設有7和8工步；第Ⅳ區(qū)域長度為480 mm，設有9、10和11工步。帶料進入模具，需要有4個方形定位塊進行定位和導向。從工步2到工步11由定位銷保證帶料移動（152±0.02）mm的步距，工步1沖定位孔和切除制件兩側(cè)的斜邊，工步3和工步5為彎曲和拉深工序，需充分考慮回彈對彎曲和拉深的影響，工步4、6為空工位，工步7對彎曲和拉深尺寸進行整形，工步8為空工位。在制件形狀和尺寸達到要求后，沖2×φ（9±0.1）mm 和 3×φ（8±0.45）mm 孔，工步 9、10 沖工形槽，工步11在工形槽的基礎上再切斷左右制件連接處的帶料。

圖2 發(fā)動機缸蓋擋塵片排樣設計

3 級進模設計

級進模總尺寸為2 180 mm×620 mm×476.5 mm，模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 模具結(jié)構(gòu)

（1）帶料的定位與導向：帶料是通過自動送料機送料，先通過2個支撐座5上面的2塊定位板38的270+0.10+0.04mm槽送入，經(jīng)過2組導向定位塊37實現(xiàn)帶料多工位成形，帶料依靠各工步中的定位銷導筒47、彈簧50、51及限位銷48、定位板29實現(xiàn)精確跳步。

（2）沖孔與彎曲凸、凹模材料及硬度：沖孔、沖槽和切邊凸模選用SKD11，硬度為58～60 HRC；凹模選用SKD11，硬度為56～58 HRC；彎曲、拉深、整形凸模和凹模選用Cr12MoV，硬度為58～60 HRC。

模具工作部分各區(qū)域間均有4處導柱和導套確保開合模的運動導向，上模座、上墊板、上安裝板之間為螺釘連接，卸料板與上模座之間為臺階卸料螺釘相連，臺階卸料螺釘與上模座孔存在40 mm的移動距離。在67個彈簧的作用下可實現(xiàn)帶料和半成品的脫模，沖孔所產(chǎn)生廢料從凹模、墊板和下模座的排料孔排出。

3.1 級進模第Ⅰ區(qū)域結(jié)構(gòu)設計

如圖4所示，第Ⅰ區(qū)域包含第1、2工步，主要是沖定位孔和切邊，為帶料定位與導向，包括：①第1工步：如圖4中B-B所示，沖孔凸模32與沖孔凹模33

圖4 級進模第Ⅰ區(qū)域結(jié)構(gòu)

（1）第Ⅰ區(qū)域上、下模連接與導向。上模座5、上墊板7、上安裝板8、9由圓柱銷40定位和臺階螺完成帶料定位孔的沖孔，以螺釘31固定的切邊凸模30和切邊凹模34完成三角形切邊；②第2工步：如圖4中A-A所示，帶料兩側(cè)的切邊由切邊凸模41和切邊凹模42完成。

釘6和螺釘25固定。上、下模運動的導向依靠長導套22、短導套23和上模導柱26、下模導柱27完成。

（2）第Ⅰ區(qū)域沖孔凸模的卸料。如圖4所示，帶料沖孔和切邊后，帶料會卡在凸模上，需要用卸料板10將帶料推出凸模，以便繼續(xù)沖壓。卸料板10是用臺階卸料螺釘21與上模座5相連，臺階卸料螺釘21的臺階在上模座5孔中存在40 mm的行程距離。上模座5、上墊板7、上安裝板8、9與卸料板10之間裝有12個彈簧支撐套17和彈簧18，模具閉合時壓縮彈簧18完成沖孔和切邊，模具開啟后彈簧18恢復彈性使卸料板10產(chǎn)生40 mm的卸料行程，而凸模的位置固定不變，故將帶料從凸模上推出。沖孔和切邊廢料從凹模、下墊板14和下模座15的排料孔落下。

3.2 級進模第Ⅱ區(qū)域結(jié)構(gòu)設計

如圖5所示，第Ⅱ區(qū)域包括工步3～6，主要是制件彎曲、拉深和整形。第3工步如圖5A-A所示，由凸模35和凹模36完成制件的彎曲和拉深預成形。第5工步如圖5D-D旋轉(zhuǎn)剖視所示，由凸模31和凹模32完成制件彎曲和拉深預成形。第4、6工步為空工位，制件中間分別由支承塊18、44支撐，兩側(cè)由擋塊41限制，由下模墊塊42和上模墊塊43支撐。

圖5 級進模第Ⅱ區(qū)域結(jié)構(gòu)

（1）第Ⅱ區(qū)域上、下模連接與導向。以圓柱銷33定位，上安裝板7、8、上模墊板9和上模座10通過螺釘12、45和臺階螺釘47連接，由4副長導套24、上模導套25、下模導套29和上模導柱26、下模導柱30進行上、下模的運動導向。

（2）第Ⅱ區(qū)域彎曲拉深成形凸模的卸料與第Ⅰ區(qū)域沖孔凸模的卸料相同。

3.3 級進模第Ⅲ區(qū)域結(jié)構(gòu)設計

如圖6所示，第Ⅲ區(qū)域包含有第7、8工步，主要是制件彎曲、拉深。第7工步如圖6A-A所示，彎曲和拉深形狀經(jīng)第Ⅱ區(qū)域的第3和第5工步后，為了穩(wěn)定最終的形狀尺寸及R2 mm×90°×3.9 mm翻邊，需采用翻邊整形凸模29和翻邊整形凹模30進行成形。第8工步為空工位，當?shù)?工步成形仍達不到圖紙要求時，可在第8工步安排翻邊整形。第Ⅲ區(qū)域上、下模連接與導向與第Ⅱ區(qū)域相同，第Ⅲ區(qū)域彎曲拉深成形凸模的卸料也與第Ⅰ區(qū)域沖孔凸模的卸料相同。

圖6 級進模第Ⅲ區(qū)域結(jié)構(gòu)

3.4 級進模第Ⅳ區(qū)結(jié)構(gòu)設計

如圖7所示，第Ⅳ區(qū)域包含第9～11工步，主要是制件間及制件與帶料切割分離。第9工步如圖7B-B所示，由凸模52和下模整形支撐塊51中的工形凹模53完成工形槽的沖裁。制件外側(cè)中間φ（8±0.45）mm孔通過螺釘49固定在凸模連接板48中的沖孔凸模50與沖孔凹模47完成沖裁。如圖7G-G所示，制件外側(cè)3×φ（8±0.45）mm孔沖裁則是通過螺釘19固定在凸模連接塊20中的沖孔凸模21和沖孔凹模24完成。如圖7E-E旋轉(zhuǎn)剖視所示，2×φ（9±0.1）mm孔是由沖孔凸模43和沖孔凹模44完成。第10工步為空工位。第11工步如圖7D-D旋轉(zhuǎn)剖視所示，通過凸模33和凹模34完成切邊分離制件，分離的制件從滑件板27的斜面滑落

圖7 級進模第Ⅳ區(qū)域結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

一種發(fā)動機一般會應用到多種車型，所以該制件為特大批量生產(chǎn)，采用級進模成形，不僅可提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，提高制件成形質(zhì)量，還可減少模具數(shù)量、壓力機數(shù)量和操作工人的人數(shù)，降低廢品率，更可簡化生產(chǎn)管理的程序，以滿足生產(chǎn)的需要。