钢圈曲面打标模设计与应用

郑志康

(厦门日上金属有限公司 福建 厦门 361100)

0 引言

在卡、客车无内胎钢圈的制造中，不同客户对各自钢圈都有其特殊的标识要求。为保证某一订单数量，往往需要多生产一些钢圈，这就造成订单尾数呆滞产品的增加，造成成本浪费。虽然目前已有不少在圆弧曲面钢板上进行刻字加工的仪器设备，但都造价不菲。因此本文作者自行研究开发了一款在轮辋的曲面上刻字的模具，该模具造价低廉，且使用方便。

1 产品结构介绍

15°DC无内胎钢圈是由滚型轮辋与旋压轮辐，通过埋弧焊焊接而成。正常生产时轮辋打标是在成型之前完成的，即在条料平板平面上压字。此工艺简便，但往往由于客户要求打标内容变更或生产组织原因，需要在轮辋成型后再进行打标。轮辋成型后打标面变成了15°圆锥曲面，打标内容多，难度较大，如图1所示。

图1 零件模型

2 模具设计

2.1 模具结构设计思路

在工件的曲面上刻字主要考虑两方面因素： 一是定位方式，二是字模字体。两者设计得当，才能保证刻字清晰，模具经久耐用。

2.1.1 定位方式设计

轮辋15°面为圆锥曲面，最大外径为598 mm，所需字体最大宽度为25 mm，最大长度为200 mm。如果将轮辋垂直放正，打标面将是倾斜的锥面，打标受力不均匀，字会深浅不一。考虑将轮辋倾斜15°，使打标面处于水平曲面，受力面分布相对均匀，能改善打标效果[1]。为使工件平稳，增加一个外径650 mm，内径550 mm的托料环，同时在轮辋槽底位置增加一个可调节的定位组件，保证工件放置稳当，通过调节定位组件的位置，可实现各种规格钢圈的打标要求，如图2所示。

图2 托料环与定位组件设计(轮辐已隐藏)

为避免工件上料时磕碰字模块，将托料板设计成浮动式，底部设计4根弹簧，使托料板初始位置高出字模块，工件上料时不会撞击字模，避免字模损坏和工件磕碰伤，如图3所示[2]。

图3 托料板设计

2.1.2 字模的设计

在轮辋上打标，要求打出来的字体高度为10 mm，宽度7 mm，字体间隙2 mm。为提高字模寿命，字模上面的字体凸出高度不宜太高，一般高出字模曲面1.0～1.2 mm即可[3]。在曲面上打标，为了防止脱料时字模上面的字体被掰掉，字体的设计角度应尽量与脱料方向保持同向，以保证工件可以顺利脱料，如图4所示[4]。字模块的外形尺寸设计与托料板内腔尺寸设计为滑动配合，可以起到导向作用[5]。

图4 字模块设计

2.1.3 弹簧的选型

通过三维设计软件——UG软件，得出该模具脱料部分的质量约为86 kg，最重的钢圈约为50 kg，总质量为136 kg，即重力F约为1 333 N，设计的脱料行程x为30 mm，设计4个用于脱料的矩形截面模具弹簧。

根据公式[6]：

F=kx

(1)

式中：F为弹簧所受总重力，F=1 333 N；x为弹簧压缩量，x=30 mm；k为弹簧弹性系数。

计算得出弹簧弹性系数k约为1.11，黄色轻载模具弹簧KF35x65弹性系数为3.02，可以满足要求。轻载模具弹簧的最大压缩量为总长的50%，及该弹簧可压缩32.5 mm，可满足脱料行程要求。在下模板和托料板相应位置各加工出4个深度为17.5 mm，直径为37 mm的盲孔，来固定弹簧[7]。

2.1.4 模具材料的选用

该模具的核心部件是直接与工件接触的压块和字模，有的轮辋材料采用高强钢，其抗拉强度较高，应采用硬度较高的材料，目前市面上性价比较高的有Cr12和Cr12MoV[8]。虽然Cr12也具有高的硬度，但是质地较脆，容易崩裂。Cr12MoV的淬透性、淬火回火后的硬度、强度、韧性都比Cr12高，耐磨性和塑性也较好。因此采用Cr12MoV作为核心部件原料，非重要部件采用一般材质45#钢即可，而模板和吊臂则可以使用更为廉价的Q235作为原材料。

2.2 模具使用原理

该模具用于卡、客车钢圈轮辋曲面上打标。将模具安装在柱台式油压机上，将轮辋或钢圈放在模具上，通过托料环和定位组件，可以保证工件平稳。上模在油压机的带动向下滑行，使得压块将工件下压至字模上，在压力作用下，压出所需字体。然后油压机回程，工件在弹簧作用下，脱离字模。此结构可以避免上料和下料时，工件冲击字模，造成工件磕碰伤或者字模损坏。通过调节定位组件，可以实现多种规格轮辋的使用，实现模具的通用性，模具结构示意图，如图5所示。

3 模具的应用

该模具可以广泛应用到钢圈制造行业，不但可以处理生产造成的不良品，保质保量完成订单要求，而且可以处理仓库的呆滞品，更改打标内容出货，有利于生产车间的运营流畅，能更有效地进行车间的5S管理。

4 结论

这款模具可以在钢圈的轮辋曲面进行打标压字，主要设计包括打标工作方式、工件的定位方式和字模的结构设计，充分考虑这三方面因素，才使打标出来的字体清晰，提高字模的使用寿命，使操作简单方便。生产车间有这一套模具的投入使用，可简化车间的物料管理，缓解仓储空间，减少半成品报废，优化车间的5S管理，达到节约成本的目的。