軸瓦沖孔沖缺模的設計與應用

摘要：針對軸瓦沖孔沖缺模在實際生產應用中遇到的一系列問題，通過改進設計思路及相關設計運算，提出了相關的解決方法，以提升沖孔沖缺工序的質量和生產效率，進而提高模具的使用效率。該研究可為相關產品的模具設計人員提供一些設計思路及方案，以期為軸瓦機加工的發展及應用提供參考，并在相關產品中進行推廣。

關鍵詞：軸瓦；沖孔；沖缺口；機加工

0 前言

軸瓦是滑動軸承和軸頸相接觸的部分，呈瓦狀的半圓柱面形狀，表面非常光滑。通常用青銅、減摩合金等耐磨材料制作而成，在特殊情況下，也可以用木材、工程塑料或橡膠來制造。

本文中所涉及的軸瓦（圖1）是現代工業中發動機所用的軸瓦，安裝在發動機曲軸和缸體的固定托架上，起到軸承和潤滑的作用，所采用的材料是雙金屬復合材料。

1 軸瓦沖孔沖缺的基本定義及特點

由于軸瓦是一個半圓形的產品零件，因此在加工時存在一定的局限性，無法置于常規的平面夾具或工裝內進行機加工生產。軸瓦屬于發動機內部零件，其加工精度和條件要求都相當苛刻。普通軸瓦加工工藝流程如圖2 所示。

油孔及定位唇（沖缺）的加工為本文涉及研究討論的2 道工序。由于設備及工藝的不斷進步，為了提升效率、降本增效，嘗試將油孔及定位唇在同一工位通過沖壓的形式來進行加工生產。為此，考慮在設計一種小型的級進模來利用小型的沖床來加工軸瓦的油孔及定位唇。

如圖3 所示，本文以沖孔沖缺模為例，分析在其生產加工中遇到的常見問題，并提出解決方案。

2 沖孔沖缺模的設計與應用

在沖孔沖缺模的應用過程中，通常會遇到以下問題：① 軸瓦在模腔內經?？瑹o法順暢流轉結合實際工作及經驗；② 加工后油孔的角度不符合產品圖紙要求；③ 定位唇的邊距尺寸不穩定，浮動大。通過對上述問題進行分析，在經過不斷地驗證嘗試及總結經驗，從產品傳送的穩定性、沖孔的角度、定位唇邊距的穩定性3 個方面提出了相應的解決方案。

2. 1 產品傳送的穩定性

沖孔沖缺作為眾多工序中的一部分，未加工部分可能會存在毛刺或尺寸不一致的情況，并且軸瓦采用產品推產品的方式輸送，因此不能采用常規相對固定的方式來讓軸瓦在模腔中進行流轉傳送。

經過多種方案嘗試，最終確定采用推料頭與定活壓板的形式最為穩定。首先，軸瓦由前工序的輸送帶及相關軌道送入沖孔沖缺模的滑道中，使軸瓦能夠自由落入模具的模腔內。為保證軸瓦滑落的穩定性，將軸瓦傾斜17°，確保軸瓦能夠自由落體。在設計滑道時，計算了軸瓦半徑高并考慮加工余量，防止滑道高度過低影響軸瓦順利下落。

當軸瓦落入模腔后，由推料頭將掉落的軸瓦推入沖孔工位的模腔，如圖4 所示。在設計的過程中，用一個死壓板固定軸瓦一端，以活壓板保證軸瓦能被推料頭推入沖孔工位的模腔中，起到導向的作用。

軸瓦沖孔完成之后，會進入沖缺工位，如圖5所示。沖缺工位軸瓦會下沉然后完成沖缺口工序，因此在沖缺工位，使用氣缸配合頂桿，當軸瓦完成沖缺工序后，頂桿將下沉的軸瓦頂起與模腔中的軸瓦同高，然后經由最前方的推料頭繼續移載。沖缺完成后，后面的出料部分依然沿用之前沖孔工位的死壓板與活壓板的配合，以保證軸瓦在模腔中的穩定移動。

在實際設計應用過程中，為確保軸瓦在模腔內能夠順利流轉，多次修改模腔孔徑。最終確定需要適當放大孔徑，然而在沖缺工位，為了保證沖缺的穩定性，需要在沖缺工位適當縮小孔徑，因此需要具體參考產品工藝。

2. 2 沖孔的角度

按照圖紙標定的軸瓦油孔角度設計模具，加工生產后的產品卻無法符合圖紙要求。經過多次計算和對生產樣件的研究，發現所沖油孔的產品并非基于安裝在標準孔徑標準尺寸的情況，因此需要經過一定換算，來確保在設計的模腔孔徑尺寸內沖出的油孔角度符合圖紙要求。

換算時，無論孔徑的尺寸如何變化，油孔中心到底部90°的弦長始終不變。計算方法如下：

軸瓦安裝入缸體（標準模）后的油孔角度要求為30°，標準模的孔徑為50.013 mm，如圖6 所示。為了讓軸瓦能夠在模腔內穩定地移動，同時滿足產品工藝設計的加工要求彈張量（軸瓦在自由狀態下開口的尺寸），將沖孔沖缺模的模腔設計為51 mm的孔徑。在模擬的過程中，必須確保2 個不同孔徑狀態下模擬的軸瓦弧長一致。

當不同直徑的軸瓦確認相同的弧長后，首先要確認在標準孔徑狀態下圖紙所要求的角度，并計算出該角度狀態下底部90°到油孔中心位置的弦長（或弧長）。計算出弦長（或弧長）后，反向計算在設計的模腔孔徑下，所需要的角度。當然，并非所有角度都以產品底部90°為基準進行標準，可以通過不同方式盡可能換算到產品底部90°，作為基準進行設計。

該角度在沖孔設計中相當重要，如果計算失誤或者忘記換算直接使用圖紙標注的尺寸進行設計，很容易導致產品加工后超出圖紙要求，不僅會造成產品報廢，而且由于模具加工的不可逆性，模具也會報廢。

模具沖孔部分的角度設計具有以下幾個關鍵要點：

（1） 軸瓦標準孔徑與模腔孔徑的尺寸確認。

（2） 軸瓦油孔中心位置與基準位置弦長（或弧長）的計算。

（3） 軸瓦油孔角度在不同孔徑下的換算。

2. 3 定位唇邊距的穩定性

通常來說，定位唇的邊距是有一定的尺寸公差要求的，如圖7 所示。因此，在沖缺工位設計的時候，務必要保證該尺寸在加工過程中的穩定性。

在實際的生產過程發現，定位唇邊距的尺寸并沒有那么容易控制。經過分析發現，在下模的設計中，為了讓軸瓦能順利下沉到沖缺模腔中，在設計的時候通常會設計下模寬度大于軸瓦寬度的上公差，由于在相對寬松的模腔中進行沖壓，所以導致邊距的不穩定。因此，在軸瓦沖缺工位的兩側設計一個定位結構，以彈簧和壓板的形式，保證軸瓦在下沉到模腔后緊貼一邊，從而使軸瓦定位唇邊距在沖壓過程中保持穩定。軸瓦區分上下片，定位唇的位置也區分左右，在生產過程中，靠近定位唇那邊的定位塊后面不使用彈簧，另外一側定位塊使用彈簧，以保證軸瓦定位唇邊距的穩定性，如圖8 所示。

3 結語

沖缺工位改動后，經過實際的生產的驗證，定位唇邊距變得非常穩定，再也沒有出現之前因定位唇邊距超差而導致軸瓦大批量報廢的情況。本文中對模具的一些改進在實際生產的過程中發揮了很大的作用。改進后，沖孔沖缺的工序節拍由原來的每分鐘40 片提升到每分鐘50 片，產品的合格率由70% 提升至90%，并且還在逐步提高。沖孔沖缺模的應用使沖孔和沖定位唇逐步合并為一道工序。這對于生產而言，不僅提高了效率，還提升了質量，并且減少了用工人員，經濟效益良好。

參 考 文 獻

［ 1 ］ 邱永成. 多工位級進模設計[M]. 北京：國防工業出版社，1987.

［ 2 ］ 陳炎嗣. 多工位級進模設計與制造[M]. 北京：機械工業出版社，2006.

［ 3 ］ 上海菲特爾莫古軸瓦有限公司. 軸瓦定位唇加工方法： CN102728743B[P].2014-06-25.