鋼圈曲面打標(biāo)模設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄭志康

(廈門日上金屬有限公司 福建 廈門 361100)

0 引言

在卡、客車無內(nèi)胎鋼圈的制造中，不同客戶對(duì)各自鋼圈都有其特殊的標(biāo)識(shí)要求。為保證某一訂單數(shù)量，往往需要多生產(chǎn)一些鋼圈，這就造成訂單尾數(shù)呆滯產(chǎn)品的增加，造成成本浪費(fèi)。雖然目前已有不少在圓弧曲面鋼板上進(jìn)行刻字加工的儀器設(shè)備，但都造價(jià)不菲。因此本文作者自行研究開發(fā)了一款在輪輞的曲面上刻字的模具，該模具造價(jià)低廉，且使用方便。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹

15°DC無內(nèi)胎鋼圈是由滾型輪輞與旋壓輪輻，通過埋弧焊焊接而成。正常生產(chǎn)時(shí)輪輞打標(biāo)是在成型之前完成的，即在條料平板平面上壓字。此工藝簡(jiǎn)便，但往往由于客戶要求打標(biāo)內(nèi)容變更或生產(chǎn)組織原因，需要在輪輞成型后再進(jìn)行打標(biāo)。輪輞成型后打標(biāo)面變成了15°圓錐曲面，打標(biāo)內(nèi)容多，難度較大，如圖1所示。

圖1 零件模型

2 模具設(shè)計(jì)

2.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

在工件的曲面上刻字主要考慮兩方面因素： 一是定位方式，二是字模字體。兩者設(shè)計(jì)得當(dāng)，才能保證刻字清晰，模具經(jīng)久耐用。

2.1.1 定位方式設(shè)計(jì)

輪輞15°面為圓錐曲面，最大外徑為598 mm，所需字體最大寬度為25 mm，最大長(zhǎng)度為200 mm。如果將輪輞垂直放正，打標(biāo)面將是傾斜的錐面，打標(biāo)受力不均勻，字會(huì)深淺不一。考慮將輪輞傾斜15°，使打標(biāo)面處于水平曲面，受力面分布相對(duì)均勻，能改善打標(biāo)效果[1]。為使工件平穩(wěn)，增加一個(gè)外徑650 mm，內(nèi)徑550 mm的托料環(huán)，同時(shí)在輪輞槽底位置增加一個(gè)可調(diào)節(jié)的定位組件，保證工件放置穩(wěn)當(dāng)，通過調(diào)節(jié)定位組件的位置，可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)格鋼圈的打標(biāo)要求，如圖2所示。

圖2 托料環(huán)與定位組件設(shè)計(jì)(輪輻已隱藏)

為避免工件上料時(shí)磕碰字模塊，將托料板設(shè)計(jì)成浮動(dòng)式，底部設(shè)計(jì)4根彈簧，使托料板初始位置高出字模塊，工件上料時(shí)不會(huì)撞擊字模，避免字模損壞和工件磕碰傷，如圖3所示[2]。

圖3 托料板設(shè)計(jì)

2.1.2 字模的設(shè)計(jì)

在輪輞上打標(biāo)，要求打出來的字體高度為10 mm，寬度7 mm，字體間隙2 mm。為提高字模壽命，字模上面的字體凸出高度不宜太高，一般高出字模曲面1.0～1.2 mm即可[3]。在曲面上打標(biāo)，為了防止脫料時(shí)字模上面的字體被掰掉，字體的設(shè)計(jì)角度應(yīng)盡量與脫料方向保持同向，以保證工件可以順利脫料，如圖4所示[4]。字模塊的外形尺寸設(shè)計(jì)與托料板內(nèi)腔尺寸設(shè)計(jì)為滑動(dòng)配合，可以起到導(dǎo)向作用[5]。

圖4 字模塊設(shè)計(jì)

2.1.3 彈簧的選型

通過三維設(shè)計(jì)軟件——UG軟件，得出該模具脫料部分的質(zhì)量約為86 kg，最重的鋼圈約為50 kg，總質(zhì)量為136 kg，即重力F約為1 333 N，設(shè)計(jì)的脫料行程x為30 mm，設(shè)計(jì)4個(gè)用于脫料的矩形截面模具彈簧。

根據(jù)公式[6]：

F=kx

(1)

式中：F為彈簧所受總重力，F(xiàn)=1 333 N；x為彈簧壓縮量，x=30 mm；k為彈簧彈性系數(shù)。

計(jì)算得出彈簧彈性系數(shù)k約為1.11，黃色輕載模具彈簧KF35x65彈性系數(shù)為3.02，可以滿足要求。輕載模具彈簧的最大壓縮量為總長(zhǎng)的50%，及該彈簧可壓縮32.5 mm，可滿足脫料行程要求。在下模板和托料板相應(yīng)位置各加工出4個(gè)深度為17.5 mm，直徑為37 mm的盲孔，來固定彈簧[7]。

2.1.4 模具材料的選用

該模具的核心部件是直接與工件接觸的壓塊和字模，有的輪輞材料采用高強(qiáng)鋼，其抗拉強(qiáng)度較高，應(yīng)采用硬度較高的材料，目前市面上性價(jià)比較高的有Cr12和Cr12MoV[8]。雖然Cr12也具有高的硬度，但是質(zhì)地較脆，容易崩裂。Cr12MoV的淬透性、淬火回火后的硬度、強(qiáng)度、韌性都比Cr12高，耐磨性和塑性也較好。因此采用Cr12MoV作為核心部件原料，非重要部件采用一般材質(zhì)45#鋼即可，而模板和吊臂則可以使用更為廉價(jià)的Q235作為原材料。

2.2 模具使用原理

該模具用于卡、客車鋼圈輪輞曲面上打標(biāo)。將模具安裝在柱臺(tái)式油壓機(jī)上，將輪輞或鋼圈放在模具上，通過托料環(huán)和定位組件，可以保證工件平穩(wěn)。上模在油壓機(jī)的帶動(dòng)向下滑行，使得壓塊將工件下壓至字模上，在壓力作用下，壓出所需字體。然后油壓機(jī)回程，工件在彈簧作用下，脫離字模。此結(jié)構(gòu)可以避免上料和下料時(shí)，工件沖擊字模，造成工件磕碰傷或者字模損壞。通過調(diào)節(jié)定位組件，可以實(shí)現(xiàn)多種規(guī)格輪輞的使用，實(shí)現(xiàn)模具的通用性，模具結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示。

3 模具的應(yīng)用

該模具可以廣泛應(yīng)用到鋼圈制造行業(yè)，不但可以處理生產(chǎn)造成的不良品，保質(zhì)保量完成訂單要求，而且可以處理倉(cāng)庫(kù)的呆滯品，更改打標(biāo)內(nèi)容出貨，有利于生產(chǎn)車間的運(yùn)營(yíng)流暢，能更有效地進(jìn)行車間的5S管理。

4 結(jié)論

這款模具可以在鋼圈的輪輞曲面進(jìn)行打標(biāo)壓字，主要設(shè)計(jì)包括打標(biāo)工作方式、工件的定位方式和字模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分考慮這三方面因素，才使打標(biāo)出來的字體清晰，提高字模的使用壽命，使操作簡(jiǎn)單方便。生產(chǎn)車間有這一套模具的投入使用，可簡(jiǎn)化車間的物料管理，緩解倉(cāng)儲(chǔ)空間，減少半成品報(bào)廢，優(yōu)化車間的5S管理，達(dá)到節(jié)約成本的目的。