转动板冲压工艺制订与级进模设计

2015-11-30芜湖盛力科技股份有限公司技术开发部

金属加工(热加工) 2015年21期

■芜湖盛力科技股份有限公司技术开发部王华

转动板冲压工艺制订与级进模设计

■芜湖盛力科技股份有限公司技术开发部王华

油门操纵阀是车用发动机控制供油的装置，是燃料供给系统的一部分。主要作用是控制发动机节气门的开度，从而控制车速。其由加速踏板总成、转动杆、转动板、支架总成等组成，如图1所示。工作原理为：踩下加速踏板时，转动杆带动转动板总成向前转动，拉动软轴总成向前运动，实现加速，松开加速踏板时，软轴总成回位减速。转动板是油门操纵阀中一个关键零件，其几何形状及尺寸如图2、图3所示，材料为热轧碳素钢板B-4-GB/T709/Q235A – GB/ T700。年产10万只。该零件几何形状较复杂，不对称，平面冲裁成形。

1. 零件工艺性分析

（1）冲裁件结构工艺性由图2可知，该零件最小圆角半径R＝2mm＞0.25t＝1mm；孔尺寸φ6.5mm＞1t＝4mm；最小孔距＝12mm－6.5mm＝5.5 m m＜2t＝8m m。最小孔边距＝8mm－4.5mm＝3.5mm＜2t＝8mm。不能满足复合冲裁工艺性要求。右边悬臂宽=17mm≥2t＝8mm，右边悬臂长＝27mm≤5b＝85mm。左边凹槽宽=11.5mm≥2t＝8mm，左边凹槽长＝43mm≤5b＝57.5mm。满足冲裁工艺性要求，均适宜于冲裁加工。

（2）精度和断面表面粗糙度孔φ17+0.1+0mm、φ9+0.1+0mm、孔中心距(33±0.1)mm、宽度精度为IT11级，宽度mm 、孔中心距12-0-0.2mm精度为IT12级，其余尺寸精度为IT14级，该冲裁件精度不高于IT11级为经济精度，利用普通冲裁方式可达到零件图样要求。冲裁件断面表面粗糙度Ra=12.5～50μm。

(3)材料普通碳素结构钢Q235A，热轧钢板，抗剪强度τb=339MPa，伸长率A＝23%，冲裁加工性较好。

2. 确定工艺方案

方案一：单工序模，先落料外形，后冲孔成形。结构简单、制造周期短、价格低，适合于中小批量生产。

方案二：复合模，落料、冲孔一次复合成形。最小孔距为5.5mm，最小孔边距为3.5mm，都小于2t＝8mm，不能满足复合冲裁工艺性要求。不能采用复合模。

图1 油门操纵阀总成装配

图2 转动板零件

图3 转动板实物照片

方案三：级进模，冲孔、落料级进成形。模具制造的复杂性和价格低于复合模。适合于中小零件大批量生产。

综上所述，采用级进模生产最经济合理。

3. 排样设计与计算

根据零件形状特征、质量要求、模具类型与结构方案、材料利用率等因素进行冲压件的排样设计。设计排样时，在保证冲件质量和模具寿命的前提下，主要考虑材料的充分利用，选择最佳排样方案（见图4）。

冲压方向的确定，因零件毛边方向无要求，所以冲裁方向无要求。排样形式的确定，采用直排，材料利用率高。工序顺序制订，第1工位冲φ17+0.1+0m m、φ9+0.1+0mm、φ6.5mm孔，第2工位冲凹槽异型孔、φ6.5mm孔，第3工位空步，第4工位落料。考虑凹模刃口强度，设计第2工位冲2孔，第3工位空步。

条料宽度为

式中 a —— 侧搭边值，取4 mm；

b1—— 侧刃冲切的料边宽度，

取4mm；

L—— 零件长度，为113.5 mm。步距为

s=l+a1=61+4=65（mm）

式中 a11——零件间搭边，取4 mm；

l1——零件宽度，为61mm。

4. 确定模具总体结构方案

（1）模具类型如图5所示，根据零件冲裁工艺方案，采用冲孔、落料级进冲裁模。

（2）操作与定位方式虽然零件生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑零件尺寸和厚度，为便于操作和保证零件精度，宜采用导料板导向，侧刃定距的定位方式。为减少料头和料尾材料消耗和提高定距可靠性，采用双侧刃前后对角布置粗定位，两导正销精确定位。

（3）卸料与出件方式冲孔、落料级进模采用典型正装弹性卸料装置冲模，卸料板带有4个导柱导向，并有4个等长限位套定位，保证卸料板平行，可防止卸料板产生水平摆动，从而保护小凸模不被折断。为便于操作，提高生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的出件方式。

（4）模架类型及精度由于是级进模，因此采用导向平稳的对角式导柱模架。考虑零件精度要求不是很高，因此采用Ⅰ级模架精度。

图4 排样图

图5 冲孔、落料级进模具结构

5. 冲孔、落料级进模工作原理

如图5所示，将条料毛坯129.5mm×1250mm×4mm板料沿凹模11及导料板7送至侧刃挡块4处定位。启动按钮，踩下脚踏开关，上模随压力机滑块向下运动，带动上模板17下行，首先卸料板13压住板料，然后具有锋利刃口的冲头Ⅰ、冲头Ⅱ、冲头Ⅲ、侧刃18、凹模11一起穿过条料使冲孔废料和冲件与条料分离而完成冲裁工作，结束后滑块带动上模板回升时，卸料板、固定卸料块6将箍在冲头上的条料卸下，完成第1工位冲3孔。

板料向前进65m m一个步距，踩下脚踏开关，压力机上滑块带动上模板17下行，导正销Ⅰ、导正销Ⅱ进入φ9mm、φ6.5mm孔精定位，进行冲凹槽异型孔、φ6.5mm孔，完成第2工位冲2孔。板料向前进65mm一个步距，踩下脚踏开关，压力机上滑块带动上模板下行，完成第3工位空步。板料向前进65mm一个步距，踩下脚踏开关，压力机上滑块带动上模板下行，完成第4工位落料。卡在凹模内冲孔废料和冲件在一次次冲裁过程中由冲孔、落料冲头逐次向下推出的。4个工位完成后，以后每一次冲压循环冲出1件零件。

6. 有关工艺计算

冲裁力计算

卸料力

推件力

采用弹性卸料装置和下出料方式的冲模时，冲裁总冲压力

压力机标称压力的计算如下，初步确定选择JA21－160型压力机。

压力机的主要技术参数如附表所示。

模具闭合高度Hm应满足

Hmin–H+10≤Hm≤Hmax–H–5

式中 Hmax——压力机最大闭合高度；

Hmin——压力机最小闭合高度；

H ——垫板厚度。

根据拟选压力机J A 2 1-160，查开式压力机参数表得Hmax=450mm，Hmin=320mm，H＝1 3 0 m m。将以上数据带入公式得，200≤H≤315。而模具闭合高度Hm＝28+16+93+30+58+80＝305（mm）。经计算该模具闭合高度Hm=305mm，在200～315mm内，且开式压力机JA21-160最大装模高度450–130=320（mm）,大于模具闭合高度305mm，可使用该设备进行冲裁。

计算凸凹模刃口尺寸及公差。因为零件形状较复杂，凸凹模采用配作加工，冲孔时以凸模为基准件，落料时以凹模为基准件，然后根据基准件实际尺寸按双面间隙0.32～0.40mm配作加工另一件。凸凹模制造公差采用IT8级。