扇形齿板精冲工艺与模具设计

电加工与模具 2 0 1 0 年第5 期 设 计 研 究 扇 形齿板精冲工艺与模具设计 刘华伟 田福祥 青 岛理工 大学 山东青 岛 2 6 6 0 3 3 摘要 分析 了扇形齿 板成形 的工 艺特 点 论 述 了用于通 用液压机 的精 冲模 具结构 生产 实践表 明 采用该 种精 冲工 艺生产 产品 质量好 精度 高 设备与 工装投 资少 生产效 率得 到显 著提 高 关键词 扇形齿板 精冲 模具结构 齿圈 中图分 类号 T G 3 8 6 文献标 识码 B 文 章编号 1 0 0 9 2 7 9 x 2 0 1 0 0 5 0 0 4 4 0 2 Th e Fi n e Bl a nk i n g Pr o c e s s f o r t h e S e g me n t a l To o t h e d Pl a t e a nd De s i g n o f t h e Di e Li u Hu a we i Ti a n Fu x i a n g Qi n g d a o T e c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 C h i n a Ab s t r a c t Th e f i n e b l a n ki ng p r o c e s s of t h e Se g me n t a l To o t h e d Pl a t e h a s b e e n a n a l y z e d t he f i n e b l a n ki ng d i e whi c h wa s u s e d o n a g e n e r a l h yd r a u l i c pr e s s wa s p r e s e nt e d Th e p r o d uc t i o n p r a c t i c e s h o ws t ha t wi t h t h e a p pl i c a t i o n o f n e w p r o c e s s t h e p r e c i s i o n a n d t h e q u a l i t y o f t h e p r o d u c t s a r e i n c r e a s e d i n v e s t me n t o n p r o d u c t i o n e q u i pme n t a r e r e d u c e d a nd t he p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y c a n b e e v i d e n t l y e n h a nc e d Ke y wo r d s s e g me n t a l t o o t h e d p l a t e f i n e b l a nk i n g di e s t r u c t u r e g e a r r i n g 某 扇形 齿 板零 件 图 1 材 料 为 1 0钢 厚 度 为 4 5 mm 齿 板 外形 尺 寸精度 为 I T 6级 表 面 粗糙 度 值为 R n 0 6 m 从 所给 技术 条 件看 齿 板 外形 尺 寸精度 和表面质 量要 求 高 且 整个 零 件表 面 要求 平 整光 滑 断面 质量要求 良好 图 1 扇形齿板 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 3 1 第一作者简介 刘华伟 男 1 9 8 7年生 硕士研究生 一 4 4 1 工艺分析与方案制定 在产品试制初期 该扇形齿板采用普通冲裁一 整 修工艺 生产 受工 艺条 件 限制 生产 出的零 件 尺 寸 精度低 且质量 不稳 定 齿 面硬 度 和 表面 粗糙 度 满 足 不 了要求 使 用寿命低 经 过分析 采用精 密冲裁 工 艺生产 尺寸精度高 表 面粗糙度值低 断面质量 良 好 在精 冲时 由 于剪 切 断面 成形 过 程 产生 冷 变形 强化 表 面硬 度 得 到提 高 可 达 4 0 HR C 从 而避 免 了后续的热处理工序 这样 不但降低 了成本 更重 要的是避 免 了热 处 理变 形 和 齿面 的氧化 且 在 精 冲 过程 中 材料是 在 三 向不 均匀 的压 应 力 状态 下 完成 塑性变形 的 这 种应力 状态阻 碍 了晶间变形 而转为 晶 内变形 从 而减少 了晶界杂 质对材料 塑性 的影响 提高了金属的塑性 改善了齿板的受力状况 减少了 齿面磨损 和齿根 发生折 断 的可 能性 精冲工艺不同于普通冲压工艺 精冲需三重动 作和压力 除主冲裁力外 还需要有齿圈压板压力和 推件板反压力 从而使变形区内外 上下形成三向压 应力 并在近似于纯剪切状态下成形 本文论述 设 计 研 究 电加工与模具 2 O L O 年第5 期 了采用通 用液压 机 与 液压 模 架 精 冲模 具 组合 的方 法来实现精冲工件的 目的 即靠液压主机提供 主冲 裁力 通过 液压模 架 上 的两 个 液 压缸 获 得 齿 圈压 板 压力和推件板反压力 从而达到精冲的三重动作和 压应力要 求 完 成图 l 中所示扇 形齿板 的精密 冲裁 2精冲模具设计 2 1 模具 结构 扇形 齿板精 冲模结 构如 图 2所示 这是 一副装 于液压模 架 液压 系统 如 图 3所示 内 在 通 用 液压 机上进行冲裁的固定 凸凹模式 带有齿圈压板的精 密 冲裁模 q l n Il l l 1 托杆2 8 垫板3 限制器4 齿圈压板5 挡料销 6 齿圈保护销7 反压板9 上模板l O 1 3 凸模 1 1 推杆l 2 卸料螺钉1 4 1 7 固定板1 5 凹模 1 6 凸凹模1 8 下模板 图 2扇形齿板精 冲模 1 上 模 座2 液压 密 封 件3 1 1 活 塞4 压力 表 5 压力表开关6 单 向阀7 溢流阀8 储油箱 9 调速阀l 0 电动机1 2 下模座 图 3 液压系统 液压模 架下 液压缸通 过托杆 1 对齿 圈压 板 4作 用 用来传递齿圈压力 上液压缸通过推杆 1 1 对反 压板 7作用 用来传递反压力 在凹模 1 5与齿圈压 板 4上 均带有 V 形 齿 圈 为 防止 v 形 齿 圈相 碰 在 凹模 上设有 齿 圈 保 护销 6 此外 在齿 圈压 板 4与 下模 板 1 8之间也设 有 4个导 向销 2 2模具 工作过程 精冲前 液压模架下液压缸通过托杆 1 将齿圈 压板 4托起 至高 出凸凹模 1 6的刃 口平 面 同时上 液 压缸通过推杆 1 1 将反压板 7推至露出凹模 1 5的刃 口平面 送人板料以挡料销 5定位 上模下行 凹模 1 5与齿圈压板 4将 板料压 紧 由于压 料齿 圈 的作 用 使板 料处于三 向压应力状态 同时反压板 7和 凸凹模 1 6也将板料 内圈压紧 使刃 口对板料进行纯剪切精 冲 冲裁过程中 当上 下液压缸内的油压超过预定 的压力后 油各 自从溢流阀流 回油箱 以保证预定的 压料力和顶件力 精冲完成后 上模上行 下液压缸 通过 托杆 1 齿 圈压板 4将条料从 凸凹模上退 出 上液 压缸通过推杆 1 1 反压 板 7将 制件从 凹模 1 5和 凸模 1 0 1 3中顶 出 废 料从 凸 凹模 1 6的孔 中通 过 下模 板 1 8的废料槽排出 取出制件 完成一个工作循环 2 3齿 圈设计 齿圈是 压板上 的 v 形 凸起 圈 围绕在 工 件 的剪 切周边 并离开模具刃 口一定距离 它是精冲模的重 要组成 部分 1 V形齿圈的分布 由于该扇形齿板要求对 外形进行精冲而对孔进行小间隙冲裁 因此绕扇形 齿板 的外形设 置呈扇 形 的 v 形齿 圈 圆孔 部分 不需 要 齿 圈 2 齿 圈 的结 构及 齿 形参 数 加 工该 工 件 所用 材 料厚度 为 4 5 mm 材 料较 厚 应 在 齿 圈压板 和 凹 模 上都设置 齿 圈 双 面齿 圈 的齿 形参 数 查 表 得 A 2 5 m m H 0 8 mm R 0 8 mm h 0 5 m m 0 2 mm 图 4 图 4双面齿 圈结构 3 结束语 生产实践证明 采用通用液压机与液压模架 精 下转 第 4 8页 一 4 5 电加工与模具 2 o 1 0 年第5 期 设 计 研 究 有关 为 了寻找它 们 之 间 的内在 联 系 本 文利 用特 定的例子进行分析 然后将分析结果推广成普遍 的 规律 最后再用来计算既定的问题 即从特殊到一般 再到特 殊的逻辑 推导方 式进行研 究 设 以上计 算 的 每朵花纹坐标原点到 F r o n t 线的距离存储 在数组 a r r 2 中 为简化分析过程选取某几个节距组 对照 已设计出电极划分线 的胎顶花纹平面展开图 每朵 花纹使用工 具电极 的类 型 以及 其坐 标原 点 到 F r o n t 线 的距离 与工具 电极加工 位置序列 存储数 组 a r r 2 中元 素 的对应 关系见 表 1 表 1 每朵花纹坐标原点到 F r o n t 线的距离 与 a r r 2 数 组 元 素 的 对 应 关 系 节距类型 节 目 L 电极 L L 电极 S S 电极 L S 电极 S 1 4 5 6 3 1 1 0 5 1 9 3 7 8 l 1 1 2 1 3 1 4 通 过表 1可总结 出以下规 律 1 L O NG节 距 组 与 S H O RT节 距 组衔 接 处 使 用 电极 L S S HO R T节距 组与 L ON G 节距 组衔 接 处使用 电极 L S 2 整个 花纹 圈 中使用工 具 电极 L S和 s L 位置的数 目为节距组总数 目的 1 2 3 若某节距组节距数 目为 1 则该节距只使用 L S或 L S工具 电极 4 使用工具电极 L L的位置到 F R ON T线 的距离序列是数组 a r r 2 中 L ONG节距组 以前所 有 L O NG 和 S H OR T 节 距 组 节 距 数 总 和 1到 L ONG节距 组 以前 所 有 LONG 和 S HOR T 节 距 组 节距 数 目总 和 该 L节距 组节距 数 一1 数 值范 围 内 元素的值 一 48 一 5 使用 工具 电极 L S的位置到 F R O N T线 的 距离序 列是 数 组 a r r 2 中 L O NG节 距 组 以前 所 有 L ON G和 S HO R T 节 距 组 节 距 数 总 和 该 L ON G 节距组 节距数 的数值 所对应 元素 的值 6 使用工具电极 s L的位置到 F R ON T线的 距离序列是数组 a r r 2 中 S H OR T节距组以前所有 L O NG和 S H O RT节距 组 节距 数 总 和 该 S HO R T 节距组节距数的数值所对应元素的值 7 使 用工具 电极 S S的 位置到 F R O NT线的 距离序列是数组 a r r 2 中 S HO R T节距组 以前所有 L O NG 和 S HOR T 节 距 组 节 距 数 总 和 1 到 S HOR T节 距组 以前 所有 L O NG和 S H OR T 节距 组 节距 数总和 该 S H OR T 节距 组节 距 数 一1数 值 范 围内元素 的值 3 结 束 语 电火花加工成为全钢子午线轮胎活络模具花纹 块 的主要 加工方 式 通 过 以上 分 析研 究 可有 效提 高 获得电加工分度表数据的效率及准确性 分度表数 据数学模型的建立为开发分度表 自动生成软件奠定 了基础 参考文 献 1 秦义祥 从载重胎 子午化率分析 中国全钢胎的发展 J 中 国 橡胶 2 0 0 9 2 5 2 0 2 4 2 6 2 林 惠音 王熙平 变节距胎面花纹的计算机辅助设计 J 3 轮胎 工 业 1 9 9 5 1 5 9 5 1 9 5 2 3 3 李舒 李烨 利用 A u t o l i s p二次 开发轮胎模具 电火花加工角度 表 的自动计算 J 电加工 与模具 2 0 0 8 4 4 4 4 5 4 张浩 全钢子午线轮胎活络模具 花纹块 电加工工 艺研 究及计 算机辅助工程 D 青岛 青 岛科技大学 2 0 1 0 上接 第 4 5页 冲模具组合的方法