钢制车轮轮辐拉深翻边成形复合模设计.pdf

2 8 D i ea n dM o u l dT e c h n o l o g yN 0 5 2 0 0 8 文章编号 1 0 0 1 4 9 3 4 2 0 0 8 0 5 0 0 2 8 0 4 钢制车轮轮辐拉深翻边成形复合模设计 祝伟骏 成都陵川特种工业有限责任公司民品研发所 四川成都6 1 0 1 1 0 摘要 分析了钢制车轮轮辐的冲压成形工艺 提出了一种新的拉深翻边模具 阐述 了复合模的工作原理及动作过程 确定了模具设计要点和结构特征参数 使用拉深翻 边模可以高效优质地完成轮辐成形加工 该模具结构设计合理 动作安全可靠 生产 效率高 产品质量好 关键词 车轮轮辐 成形工艺 拉深 翻边 复合模 中图分类号 T G 3 8 6文献标识码 B A b s t r a c t T h ep u n c h i n gp r o c e s so ft h es t e e lw h e e ls p o k ew a sa n a l y z e d An e ws t r u c t u r eo f d r a w i n g f l a n g i n gc o m p o u n dd i ew a sd e v e l o p e d T h ew o r k i n gp r i n i c i p l ea n dp r o c e s sw e r ee l a b o r a t e d T h ek e yp o i n t si nd i ed e i g na n ds t r u c t u r a lp a r a m e t e r so ff e a t u r e sw e r ed e t e r m i n e d W i t ht h ed r a w i n g f l a n g i n gc o m p o u n dd i e t h ef o r m i n gp r o c e s so fw h e e ls p o k ep a r t s c o u l db ec o n d u c t e dw i t hh i g hq u a l i t ya n de f f i c i e n c y I ts h o w e dt h a tt h ed i es t r u c t u r ew a sr a t i o n a l r e l i a b l ea n ds a f e a n dh a dh i g hp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dg o o dp r o d u c tq u a l i t y K e y w o r d s w h e e ls p o k e p u n c h i n gp r o c e s sd r a w i n g f l a n g i n g c o m p o u n dd i e 0 引言 钢制车轮作为汽车运动的重要承载部件 其性能好坏直接影响汽车行驶的安全性和可靠 性 轮辐是钢制车轮上的重要冲压成形件 在 轮辐拉深翻成形过程中 不同程度的出现了板 料拉薄现象 使得钢制车轮的弯曲疲劳强度大 大降低 轮辐拉深翻边成形长期以来一直在液 压机上加工 存在着生产节拍缓慢 劳动强度 大 加工效率低等问题 因此 要使钢制车轮的 弯曲疲劳强度在相同材料品号和规格的情况 下 使轮辐受力部位的材料具有不同程度增厚 同时为了改善生产节拍 降低劳动强度 提高加 工效率 就必须对轮辐拉深翻边成形工艺方法 收稿日期 2 0 0 8 一0 1 0 3 作者简介 祝伟骏 1 9 5 9 一 男 高级工程师 和模具结构进行分析与设计 1 成形工艺分析与方案的确定 1 1 工艺成形分析 图1 所示是轮辐结构 由较多圆弧连接而 成 形状轮廓复杂 拉深高度高 拉深与压缩同 时存在 成形难度大 因此成形模具的设计是关 键 图1 轮辐结构 万方数据 模具技术2 0 0 8 N o 5 2 9 图2 所示为轮辐拉深翻边时的应力分布状 态 在开始拉深时 凹模口内坯料6 一f 段既不 与凹模接触也不与凸模接触 径向应力和切向 应力都较大 并处于径向受拉 切向受压 随着 拉深变形的进行 粘模区逐渐增大 作用到粘模 区的单位压力逐渐减小 6 一c 段处于径向 切向 两向受拉厚向受压的应力状态 从图2 所示可 知 坯料的变薄量从d c 一6 往外逐渐减小 仉 5 卜盯 博遥J tb 汐N 士 j彳 心 p r 纠 图2 轮辐应力分布 1 2 工艺方案的确定 1 2 1 工艺参数的计算 通过计算相对高度H D 然后与极限相对 高度 H D 比较 若远小于极限相对高度值 则 可一次拉深 该轮辐相对高度H D 7 6 3 1 4 2 0 2 4 而极限相对高度 H D 一0 9 所以 H D H D 可以一次拉深成形 1 2 2 翻边高度的计算 如图2 所示 由于轮辐中心孔翻边较高 采 用先冲底孔 再翻边的方法 先定翻边J I l l 再定 翻边圆孔的初始直径d o 和拉深高度 2 翻边极限高度为 h i 一 1 一优 D z 0 5 7 r 式中 D 翻边后竖直边中性层直径 5 7 5m m r 预设圆角 3 5m m 优 翻边系数 0 6 5 2 h i 1 0 6 5 2 5 7 5 2 0 5 7 2 5 1 2m m h z H h i r t 一1 7 1 2 3 5 3 5 1 2m m 拉深高度 2 取1 2m m 2模具结构和工作原理 2 1 模具结构 拉深翻边成形模具结构如图3 所示 由于 轮辐材料为厚钢板 所需的变形力比较大 模具 必须有足够强度和刚度 模架采用两侧式四导 柱 下模板放在垫铁上 构成空腔以放置推料板 2 6 固定座3 凹模2 和活动凹模4 构成凹模腔 活动凹模还兼卸料 能在凹模腔内靠矩形弹簧 作用上下移动 压料板9 装有4 个矩形弹簧 圆 柱侧面导向键7 与活动凹模中的小导柱1 1 小 导套1 2 一起 以阻止压料板轴向转动 确保轮 辐定位的准确 当上模在自由状态时 压料板 伸出一段距离 在矩形弹簧1 0 作用下 起到了 预先压料作用 并能防止轮辐翘起 限制轮辐轴 向位移 凸模1 4 连接座1 5 固定于下模板上 凸模腔装有托料板2 5 导正销1 9 当下模在自 由状态时 将轮辐放置于导正销上使其处于定 位 并能够在凸模腔内依靠矩形弹簧进行上下运 6 图3 模具结构 1 上模板2 凹模3 固定座4 活动凹模5 8 2 0 卸 料螺钉6 矩形弹簧7 导向键9 压料板1 0 2 1 矩 形弹簧1 1 小导柱1 2 小导套1 3 止动销1 4 凸模 1 5 连接座1 6 调整板1 7 压边圈1 8 顶杆1 9 导正 销2 2 连接轴2 3 翻孔凸模2 4 垫板2 5 托料板 2 6 推料板2 7 垫铁2 8 下模板 动 凸模外径处的压边圈1 7 与凸模采用较精密 的配合 以保证压边圈上下精确运动 并起到卸 万方数据 3 0 D i ea n dM o u l dT e c h n o l o g yN 0 5 2 0 0 8 料作用 调整板1 6 用于轮辐厚度限位 以便对 轮辐料厚不一进行控制 保证压边力均匀一致 为了使推杆位置合理 便于与压力机下面工作 台气垫推杆孔配合 下模座采用了推料板结构 2 2 模具工作过程 模具工作时 上模固定于40 0 0k N 压力机 滑块中 下模安装于工作台上 开动冲床 使工 作台气垫顶杆落在推料板的合适位置上 调整 冲床工作行程后 将轮辐放入托料板上的导正 销内 冲床滑块下行 压料板型面及矩形弹簧首 先压在轮辐上 滑块继续下行 凹模接触轮辐后 一起压在压边圈上 使压边圈下移 在推杆作用 下冲床气垫压缩 板料开始拉进凹模腔 上 下 模矩形弹簧逐渐压缩 活动凹模面与板料接触 直至板料全部进入凹模的同时 翻孔凸模与板 料接触 致使轮辐中心孔翻边 完成了轮辐拉深 翻边成形任务 滑块上行 上模退出凸模 活动 凹模与压料板受压缩弹簧的推动 使轮辐不随凹 模上行 与此同时冲床顶出缸通过顶杆 推料板 和压边圈将轮辐顶出卸料 完成一个工作循环 3 结构设计中的要点和参数 3 1 凸 凹模圆角半径的大小 凹模腔口部的圆角半径对拉深工作有很大 影响 板料在拉深过程中 沿凹模圆角被拉入凹 模腔中 当经过圆角处时 产生较大的弯曲变 形 而进入凹模圆角腔后又被拉直 同时还受到 拉深间隙的校直作用 这样 当凹模圆角过小 时 势必引起拉深力的增加和模具的磨损加剧 严重时导致板料变薄 但凹模圆角半径过大 使压边圈下面的板料毛坯面积减小 悬空段增 加 导致起皱 因此必须正确地确定凹模圆角半 径 根据轮辐成形特点 凹模圆角半径可按下式 计算法确定 R 0 9 厅西丽 式中 D 毛坯直径或上次拉深直径 3 9 4 5m m d 拉深轮辐直径 3 1 4 2m m 材料厚度 3 5m m 所以 凹模圆角半径R 1 5m m 凸模圆角半径对拉深的影响不像凹模圆角 那样明显 拉深开始时 首先托料板与轮辐底部 型面接触 之后轮辐凸缘与凹模 压边圈接触 在拉深过程中 由于增大毛坯的径向拉应力 减 小切向压应力 以减弱压边力的作用 从而达到 轮辐直壁防皱的目的 所以凸模采用轮辐结构 的大圆角 是反向拉深 在拉深过程中 反向拉 深可以起到拉延筋的作用 但它是在正向拉深 的后期才开始起作用 两者同时结束 在这段时 间内可以使材料径向拉应力增大 切向压应力 减小 既能防止起皱 又能提高轮辐的刚度 减 少成形后的回弹 3 2 拉深间隙的确定 该轮辐相对高度H D 较大 一次拉成 且 要求外观质量好 可考虑到拉深时变形复杂的 特点 取直壁间隙Z 一 1 1 2 1 1 5 t 圆角处金 属材料变形程度有限 取Z t I 2 t 为材料 厚度 为材料厚度上偏差 3 3 压边力的确定 在整个拉深过程中 轮辐板材凸缘失稳起 皱的趋势不同 使轮辐板材维持塑性稳定合乎 理想要求的压边力也不断变化 在拉深开始阶 段 失稳起皱的趋势渐增 压边力也应逐渐增大 此后失稳起皱的趋势减弱 压边力也相应递减 压边力的大小可由下式计算 Q 7 c D 2 一 d l 2 r d 2 q 4 式中 Q 一压边力 N D 毛坯直径或上次拉深直径 3 9 4 5m m d 1 拉深凹模直径 3 1 4 2m m r d 凹模圆角半径 1 5m m g 单位压边力 取3 2M P a Q 3 1 4 X 3 9 4 5 2 一 3 1 4 2 2 1 5 z 3 2 4 9 33 3 7 4N 一9 3 3 4k N 在拉深成形时 周向压缩变形和径向拉深 变形同时存在 只有增加拉应力 减小压应力 才能使轮辐成形时不起皱 3 4 翻边凸 凹模的特征参数 1 翻边凹模的圆角半径是一个重要的参 万方数据 模具技术2 0 0 8 N o 5 3 1 数 它直接影响翻边塑性变形能力和翻边传力 区承载能力 圆角半径过大 轮辐中心孔不易 翻成直立的竖边 圆角半径过小 完全贴靠凹模 侧壁R 根部的下方 轮辐不容易脱模 经过实践 表明 圆角半径取R 2 5m m 较为合理 当翻 边系数接近极限翻边系数时 翻边凸模应采用 有定位导向的近似地抛物线形凸模 孔缘会被 圆滑平缓地胀开 成形条件比其它结构的凸模 优越 2 翻边凸 凹模之间的间隙 在翻边过程 中 材料沿周向伸长 其厚度沿翻边的高度方向 逐渐减薄 其间隙值应小于原材料厚度 一般情 况下 材料厚度t 一3 5 4 0m m 单面间隙值 3 1 5 3 6m m 3 翻边孔的粗糙度将直接影响轮辐中心 孔的质量 如果孔边有毛刺 则将会导致翻边口 的破裂 一般情况下 为了避免毛刺而降低成形 极限 翻边时毛刺的一面朝向凸模放置 4结论 该模具结构紧凑合理 动作安全可靠 操作 方便 不仅提高了钢制车轮的疲劳强度 满足产 品外观质量要求 而且加工效率比原加工工艺 提高2 5 倍 降低了劳动强度 节约了生产成 本 在实际生产中取得了良好的效果 该设计思 路可以扩展应用到其它类似零件的成形中 S S E S E S E S S E S S E S E 吐E S E S S E S E S E s E 砖要 S E S E S E 砖E S 曼 s E 宣E S S E S E S 蔓 毫 S E S E d E S E d E d 芒 皇E S E 毫 S E S E S 芒d E S 宣芒 S S E 砖E d 曼 上接第2 3 页 避免斜推杆3 在顶杆固定板8 内滑动时与构对该类型零件的设计制造有很好的借鉴作 顶杆固定板8 干涉 顶杆固定板上避让空间为 用 X 1 抽芯距离X L 1t a n a L 最大顶出行程 为避免斜推杆3 与其它顶出零件发生干 涉 在顶杆固定板8 上安装限位钉7 起到安全 保护作用 6结论 采用分段式斜顶机构 顺序脱模 机构运行 稳定 安装调整方便 实现了自动化生产 其结 参考文献 E 1 3 中国机械工程学会 中国模具设计大典编委会 中国模具设计大典 第二卷 轻工模具设计 M 南昌 江西科学技术出版社 2 0 0 3 E z 3 马金骏 塑料模具设计 M 北京 中国科学技术 出版社 1 9 9 4 3 奚永生 鲍明飞 刘晓明 大型注塑模具设计 M 北京 中国轻工业出版杜 1 9 9 6 上接第2 7 页 使制件料片固定在条料中 第三工位 冲