柔性组合冲孔单元在C80运煤敞车上的应用.doc

柔性组合冲孔单元在C80铝合金运煤敞车上的应用与推广Application and Promotion of Flexible Combined Punching Unit on C80 Aluminum Alloy Coal Open-top Wagon孟令武 王宏喜齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 冲压车间 （161002）摘要： 组合冲孔单元做为一种柔性冲孔装备，适用于小批量、多品种、快节奏的冲压加工要求。柔性组合冲孔单元以柔性强和拆装方便在铁路货车行业冲压件上得到了大面积的应用。本文以柔性组合冲孔单元在C80铝合金运煤敞车生产过程中的应用为例说明柔性组合冲孔单元在铁路行车冲压行业的应用与发展前景。Abstract: As a flexible punching device, the combined punching unit is suitable for fast-paced pressing and punching work for small batch products in variety of types and quick rhythm. The flexible combined punching unit has been widely applied in railway freight wagon industry due to its high flexibility and easy dismounting. This paper takes the application of flexible combined punching unit on C80 aluminum alloy coal open-top wagon as an example, illustrating the prospect of the application and development of flexible combined punching unit on the railway freight wagon pressing and punching industry。关键词： 柔性；冲孔单元；快节奏；铝合金Key Words: Flexibility, Punching Unit, Fast-Paced, Aluminum Alloy。前言 随着铁路货车行业的迅猛发展，重载、高速、车身轻量化是当今铁路货车发展的主旋律，同时铝合金材料在铁路货车上的运用也成为业内的关注焦点。鉴于铝合金材料自身机械性能、化学成分等原因，铝合金车身大多以铆接结构为主，铝合金型材、板材冲孔的精度、效率、质量、工装准备周期是影响整车质量、车型上场准备周期的重要因素。为了解决该问题，柔性组合冲孔单元在铝合金车体的铁路货车成功应用将为产品质量控制、车型上场工装准备创造有利条件。正文1 柔性组合冲孔单元的结构形式：图1 柔性组合冲孔单元1弓形架 2 打击滑动套 3 凸模固定板 4 支撑螺栓 5 卸料碟簧 6 卸料板 7 凹模 8 复位弹簧 9 凸模图1 为重型柔性组合冲孔单元结构，主要用于冲制310mm，屈服强度为450MPa的Q450NQR1高强度耐候钢板。孔径大小为小等于30mm的圆孔或者非圆形孔。图中序号1为弓形架，主要作用是将凸、凹模及定位、卸料等零件连接为一体，组成一个独立的基本单元模。制造时应保证装配凸、凹模的在同一中心线上，且应保证对弓形架底平面的垂直度，防止偏心受力。一般采用铸铁或者低碳钢。弓形架在冲裁工作时承受弯曲应力，使用时应该对其强度进行验算。序号2为打击滑动套，主要作用是保证凸模工作精度的重要零件，为了保证凸模的工作精度，在导向、定位及防止转动等关键部位注明加工精度的要求。序号5为弹性碟簧，主要作用是起压料作用。序号7和9分别为凸、凹模，其设计与普通冲模相同，但是结构尺寸与柔性组合冲孔单元的分类情况相关。图中为重型柔性组合冲孔单元的凸、凹模形式。凸模固定板、卸料板的外形结构、卸料碟簧的位置可以根据冲裁零件的形状特性进行适当调整，满足特殊零件的冲孔生产。2 柔性组合冲孔单元的工作过程：a) 在压力机滑块的作用下打击滑动套、凸模固定板、支撑螺栓、凸模、卸料碟簧、卸料板、复位弹簧与滑块同时下行。b) 卸料板首先接触工件，并且卸料碟簧和复位弹簧开式压缩。c) 滑块续继下行，卸料碟簧和复位弹簧继续压缩，凸模与板料接触直至料漏与板料分离。d) 压力机滑块上行，复位弹簧逐渐恢复原状态，并且带动打击滑动套、凸模固定板、支撑螺栓、凸模、卸料碟簧、卸料板上行，直至恢复原来位置。3 柔性组合冲孔单元的特点：a) 适应性强：冲压单元组合模具是由多个独立的单元组成，因此能很方便地从一套冲模转换成另一套冲模，就像搭积木一样，且每个单元也可单独使用，它们像数控冲一样方便快捷，而效率又远比数控冲高。b) 通用性好：冲压单元中的每一个单元都是标准化、通用化、系列化的单元冲模，同型号的冲压单元可互换使用，在冲压单元中使用最广泛的是冲孔单元，每种型号冲孔单元的凸、凹模可从一种冲孔尺寸快速更换为另一种冲孔尺寸。c) 使用方便：柔性组合冲孔单元使用时，往压力机工作台上一放，即不用压板压，也不用和压力机的滑块联接，直接用滑块打击即可冲压。注意：用液压机冲压时，一定要有可靠的限位装置。d) 维护简单：因为冲压单元是标准结构，所以模具组装方便，凸、凹模更换迅速，模具凸、凹模结构简单，一般的技工就可胜任。e) 利用率高：每个柔性组合冲孔单元可反复使用，不断组成新的组合模具，以满足生产需要，不会出现常规冲模“死模”的现象。4 柔性组合冲孔单元在C80铝合金运煤敞车侧柱上的结构优化与应用图2 C80铝合金运煤敞车侧柱局部示意 图3为C80铝合金运煤敞车侧柱局部示意图，其材质为铝合金6061-T6的专用型材，型材底面宽度为230mm，孔距为180mm，孔中心距与型材立面距离为30mm，水平方向最小孔距为70mm，孔所在平面厚度为6.5mm。铝合金6061-T6材质的屈服强度为55.2MPa，许用抗剪强度一般是0.60.8倍屈服强度，所以铝合金6061-T6的抗剪强度为33.244.2 MPa。通过计算可得，每个孔的冲裁力约为12吨。为了满足以上参数要求需要对柔性组合冲孔单元进行进一步研究，设计适应于侧柱生产的专用铝型材柔性组合冲孔单元。设计过程需要从以下几方面进行研究：图3 铝型材双孔组合冲冲孔单元 a) 为了满足孔中心距与型材立面30mm，需要柔性组合冲孔单元孔凸模中心距离凸模固定板边缘的距离小于30mm。b) 由于型材相交部位存在R10的圆角，为了使型材圆角处于柔性组合冲孔单元的卸料板干涉，需要对卸料版进行倒圆角处理。c) 每个孔的冲裁力为17.2吨，凹模的外径尺寸可以根据计算结果，适当减小，通过对其他产品和标准化方面考虑，将凹模外径设计为48mm。d) 为了满足凸模中心距离凸模固定板边缘距离小于30mm，需要对卸料碟簧进行位置进行重新设计。考虑工作工程中对称性等因素，将卸料碟簧设计在凸模的左右两侧。由于弓形架的尺寸为84mm，不能满足孔距70mm的两个孔同时冲制。为了解决该为题需要综合考虑上述几点内容设计双孔组合冲孔单元，具体结构如图3所示。5柔性组合冲孔单元在C80铝合金运煤敞车连接板上的结构优化与应用图4 C80铝合金运煤敞车连接板局部示意简图 图3为C80铝合金运煤敞车连接板局部示意图，其材质为屈服强度为450MPa的高强度耐候钢板，厚度为8mm。到边的距离为28mm，选择重型组合冲孔单元，重型组合冲孔单元的弓形架宽度为84mm，对于孔距大于84mm的孔可以冲裁，但是如图所示最小孔距为50mm，利用现有的柔性组合冲孔单元不能满足一次冲裁要求。如果采取两次冲裁生产，工作效率会大幅度降低。为了实现一次冲裁，需要对现有的柔性组合冲孔单元进行再开发。设计过程需要从以下几方面进行研究：a) 弓形架设计：由于要冲制的钢板为高强度钢板，所以在设计弓形架过程中，既要满足孔距50mm的两个孔排布，同时又要满足两个孔同时冲裁，冲裁力倍增，设计过程中对弓形架的强度提出了更高的要求。经过计算，将打击滑动套设计为同时安装两个凸模的大型打击滑动套，其弓形架的宽度为120mm。图5 C80铝合金运煤敞车立板简图 b) 凸模设计：在设计过程中需要考虑在一个活动打击套内安装两个凸模，为了满足零件孔距50mm的要求，两个凸模的间距为50mm。并且在设计过程中考虑滑动打击套在工作过程中不能发生相对转动。c) 凹模设计：在设计凹模过程中既要考虑凹模外径尺寸和孔距为50mm的条件，还要满足自身的强度，经过计算设计凹模的直径为108mm，孔距为50mm的双孔凹模。d) 闭合高度设计：由于该重型双孔柔性组合冲孔单元需要和普通重型柔性组合冲孔单元在一套组合冲定位板上同时使用，在设计的过程中闭合高度应该与普通柔性组合冲孔单元相同。6 柔性组合冲孔单元的发展前景小批量、多品种已经是现在铁路货车行业发展方向的主旋律。为了进一步把握市场机遇，增强企业的综合竞争能力，柔性工装的运用是未来冲压领域的发展空间。所谓柔性就是互换性强、在短时间内可以通过各种定位方式排布组合成需要的工装。冲压单元组合模具是将常规冲模分解为一个个简单的冲压单元，根据工序工件的要求将他们方便快捷地组合成所需要的冲模，在同一次冲程内完成板材或者型材的冲孔、落料、切角、切槽、切断和浅拉伸等工序。这些冲压单元可以反复组合使用，特别适合多品种，中小批量的冲压件生产，因此可以广泛的应用于铁路货车行业的板材加工。结束语：柔性组合冲孔单元，具有结构简单，制造成本低，组装方便快速灵活，适用多品种，准备周期短，生产效率高等优越性。经过功能性优化的柔性组合冲孔单元，大大拓宽冲孔工艺范围和模具的适用能力。参考文献：实用冲压工艺及模具设计手册 杨玉英 机械工业出版社 2004年锻压手册 中国机械工程