加工汽车模具的刀柄与冲模设计

2013-04-09重庆大江工业公司汽车零部件公司401321李祥贵

金属加工(冷加工) 2013年10期

重庆大江工业公司汽车零部件公司（401321）李祥贵

加工汽车模具的刀柄与冲模设计

重庆大江工业公司汽车零部件公司（401321）李祥贵

1.液压刀柄结构的改进

某公司在用高速数控铣床加工某轿车前翼板模具型腔时发现，型腔表面有细微振纹，型腔转角处不圆滑、欠光整，初步分析是刀具切削速度和进给量选择不当所致。实际转速是12000r/min，进给速度是24m/min，改变切削速度和进给量后，这一缺陷没有明显改善，有人认为是加工模具的球头刀具杆部直径较小，在高速切削加工时因其刚性不足而发生了振颤所致。当换上直径较大的刀具后，经试加工验证问题依然存在。我们到现场查看并审阅刀具设计图后判定，出现前述振纹问题的原因很可能是夹持刀具的刀柄没能使刀具精确定位，且刀柄前端结构尺寸略微偏大，使刀具在高速切削时悬空而影响了模具型腔的尺寸精度和外观的光整性。图1是该公司使用的MAPAL液压刀柄的结构图。

图1 MAPAL液压刀柄结构图

该刀柄系统的工作原理是：转动六角钥匙7使加压螺钉6旋进，螺钉6的旋进迫使加压销5下移进而推动密封于刀柄8内油液流动，在液压油1的作用下，夹紧内套10收合把刀具夹紧。螺母9的作用是阻挡夹紧内套10作轴向移动。这是一个新颖且比较完善的手动式HSK刀柄结构，适用于高速、高精度切削加工。为什么在某公司加工汽车前翼板模具型腔时这一高精结构会失效呢？我们作了如下分析：①对模具而言，由于其型腔较深，刀具外伸长度较大，这样刀具在高速旋转并切削时其刚性将会减低并因受激而振动。②由于螺母9的占位作用，夹紧内套10不得不向左沉入刀柄内腔，这样刀具右段颈部便处于非支承状态，使原本具有高刚性高定位精度的刀柄性能被弱化了。为了消除这一结构上的欠缺，我们将刀柄结构作了改进设计，改进后的刀柄结构见图2所示。与改进前相比，改进后的刀柄结构仅将起挡圈作用的螺母改成了由圆锥销9担任，而原件上的螺母被改成了其外径在刀柄上定位、内径使刀具定位的锥体式螺母10。这是着眼于螺母上的锥体具有良好的密封和自锁性能的认识。由于刀具的前端被精密定位且被锁定，这样在刀具高速切削时，即使切削力骤变或型腔存在局部硬度不均等情况时也不会使刀具发生振颤。按此思路对该刀柄作了改进后，经实作验证，模具型腔的细微振纹和型腔转角处不圆滑欠光整的外观缺陷没有再度出现。这证明我们对前述问题的分析是正确的。

图2 改进后的MAPAL刀柄结构

2.汽车冷却系冲压件的模具设计技巧

冲压件是高效无切削的机械加工零件，由于冲压件的尺寸、精度、形态各个有别，因而冲压模具就有简繁、易难的差异。对复杂模具的设计而言，要设计出既满足零件技术要求又便于制造修复且制作费用不高的模具，设计者必须三者兼顾。图3所示是某汽车冷却系上的一个零件，该零件是一个冲压件。由图3可知，使该零件成形的模具必须得有径向脱模机构才能使制成件脱离模具型腔而取出。怎样设计这一结构就需设计者再三权衡。从冲压工艺方面来说，可以考虑“落料冲孔→引伸→翻边→缩口成形”等冲压工序来完成零件的制作，但此法工序流程长，模具费用高，工效低，难以满足生产对快捷出件的要求。较优的办法是一次冲压成形，这不仅能保证冲压件的精度和质量，而且减少了模具投入量、缩短了生产周期和制作成本。由于这个模具兼有引伸、翻边、缩口成形等多项功能，因此结构较复杂，设计难度较大。

图3 某汽车冷却泵叶轮外壳

图4所示是用于实际生产中的冲制叶轮外壳的冲压模结构图。该模具型腔由凸模16、凹模21、外凸凹模5、内凸凹模4构成。为了使制件制成后脱模，外凸凹模5、内凸凹模4均可沿径向移动，凸模16也可径向移动。其工作原理是：当冲制零件时，上模下移，模芯20先行插入凸模16的内孔中使其定位，随着上模的下移，凸模16将前工序冲孔落料获得的半成品压入由凸模16、凹模21组成的型腔中塑形；同时，凹模21的内斜面驱使外凸凹模5沿径向向模具中心移动，使其与内凸凹模4合模将制件收口成形。当上模上移后，模芯20退出凸模16的定位孔，在弹簧22的作用下，外凸凹模5沿径向外移，内凸凹模4沿径向向模具中心移动，与其固联的凸模16同时移动。当到达限定位置后，由于内凸凹模4和凸模16是剖分式的，因而制成品处于自由状态，此时用气枪将其吹出完成取件操作。