厚板料高强度与高精度的冲压件的模具设计(一)

厚板料高强度与高精度的冲压件的模具设计(一)

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厚板料高强度与高精度的冲压件的模具设计(一)

2022-04-02

窦寒玙 1,韩英平 1,李彦磊 1,周 亮 2

(1.长春一东离合器股份有限公司,吉林长春 130012; 2.陆军装甲兵驻长春地区军代室,吉林长春 130012)

摘要:介绍了一种重型卡车用的厚板料、高强度、高精度离合器壳体的模具设计方案,系统分析和计算了坯料尺寸,阐述了成形翻边、尺寸保证、模具结构设计及厚钢板冲压、翻边工艺对零件尺寸精度的影响。

该模具制造完成后,经实际批量生产验证,零件成形尺寸精度和制造工艺满足要求,适用于大批量生产制造。

关键词:钢板;冲压;高强度;厚板料;高精度;离合器;翻边中图分类号:TG385.2 文献标识码:B 文章编号:1001-2168(2019)04-0018-06

DOI10.16787/j.cnki.1001-2168.dmi.2019.04.006

Die design of stamping part with thick sheet metal and high strength and accuracy

DOU Han-yu1, HAN Ying-ping1, LI Yan-lei1, ZHOU Liang2

(1.Changchun Yidong Clutch Co., Ltd., Changchun, Jilin 130012, China; 2.Armored Forces of the Army in Changchun, Changchun, Jilin 130012, China)

Abstract:A stamping die design for the lorry clutch housing with thick sheet metal and high strength and accuracy was proposed. The size of sheet metal was analyzed and calculated, and the flanging, dimension, die structure were elaborated in detail, also the influence of stamping and flanging process on dimensional accuracy was analyzed. The die has passed the acceptance of dimensional accuracy and the actual verification of mass production, it met the requirements of product dimensional accuracy and manufacturing process, and it was suitable for mass production.

Key words: steel plate; stamping; high strength; thick sheet metal; high accuracy; clutch;

flanging

0 引 言

汽车离合器是整车传动系统的重要零部件,一般由离合器盖总成和从动盘两部分组成,从动盘总成联接变速箱输入轴,离合器盖总成通过螺栓连接发动机飞轮。

离合器承担整车动力输出中断、结合、变换挡位和缓解载荷冲击的作用,且工作时与发动机飞轮同步高速旋转,因此离合器盖要求具有足够的刚度、尺寸精度,为了散热需要,必须设计适当的通风窗口[1]

当前重型卡车的发动机动力已达到370 kW以上,离合器的扭矩容量要超过4 000 N•m,其结构强度要求非常高,壳体制造需要采用高强度厚板料生产,通常重型卡车用离合器钢板厚度≥5 mm。

离合器作为高速旋转零件,动平衡要求高,且传动系统的装配匹配度也要求高,因此其尺寸精度要求也高,通常公差要求<0.5身强度和尺寸精度高的特点。

由于离合器结构强度和尺寸精度要求高,早期的重型卡车离合器壳体采用铸造工艺生产,随着冲压技术的发展进步,采用冲压离合器壳体代替铸造壳体,在提高生产效率和降低成本方面发挥了巨大优势,促进了自主离合器的发展[2]

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但离合器因其高强度的要求,所以采用厚板料翻边成形以实现高 1 离合器壳体结构设计与分析某款离合器壳体为 4 台阶圆盘形结构,如图 1 所示,开放圆筒形阶梯结构,16个装配安装孔呈中心对称分布,翻边、成形使钢板材料呈现压缩类和伸长类组合的不封闭曲线翻边结构形式。

第3级台阶处有12条加强筋呈中心对称,如图 2所示,结构复杂,需多次拉深、精密冲孔和整形,冲压生产工艺复杂。

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离合器壳体的最大外径为ϕ480 mm,拉深深度分别为28、18 mm,结构尺寸为多台阶开放圆筒形阶梯拉深,周向拉深深度不同,如图3所示。

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翻边高度 47 mm,采取压缩类和伸长类组合的不封闭曲线翻边工艺成形,零件翻边成波浪筒形,成形工艺复杂[3]。

零件材料为SPHE钢板,是一种深冲用热轧软钢板及钢带,对应国内钢号08AL,材料厚度7 mm,抗拉强度≥270 MPa,成形内圆角尺寸为 R7 mm。

成形零件属于高强度冲压,且成形面积大,必须采用大型压力机,冲压工艺要求高。

离合器属于整车传动系统的零件,其装配尺寸和结构尺寸要求高,属于高精度冲压,零件成形同轴度<ϕ1 mm,装配孔相对中心孔尺寸位置度公差≤0.5 mm,周向角度公差±20′。

2 离合器壳体冲压成形工艺分析与设计

通过对零件进行分析并制定了成形工艺,主要由压形、拉深和翻边3个工艺组成。采用工艺分析图样分解计算,首先对整体拉深的形式简化工艺计算。将零件拆解成A和B2个不同的单元分别进行计算,如图4所示。

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(1)分析并计算毛坯尺寸。拉深件所有尺寸按照材料厚度中线计算,如图 5 所示,d1 直径为 ϕ401 mm,d2直径为ϕ473 mm,采用最大尺寸计算;一级台阶拉深尺寸h1为33.5 mm,二级台阶翻边尺寸h2为43.5 mm。

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A部分尺寸计算:采用公式DA2=d22+4(d1×h1+d2× h2)计算可得理论参考值DA≈599.8 mm,经过实际试制后确定采用直径DA为566 mm,小于理论计算值,考虑图5中h2=43.5 mm翻边部分可按拉深近似值计算,计算过程中毛坯直径取DA=590 mm。

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B部分尺寸计算:根据零件尺寸结构R=r,如图 6所示,B部分毛坯直径尺寸:采用公式DB2=d22+4× d1×H-3.44r×d1,其中H=23.5 mm,计算可得理论参考值DB≈503.6 mm,经过实际试制后确定采用毛坯直径DB为566 mm,计算过程中毛坯直径取DB=500 mm。

综合AB部分结构尺寸,经过整合计算初步确定了毛坯尺寸,实际尺寸通过试制后核算验证。在剪板和排样时考虑到板材的材料纤维方向,设计了经济的剪板排样(见图7)和料片排样尺寸535 mm×535 mm,如图8所示。

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(2)拉深工艺方案分析。零件是带凸缘圆筒形件,由压形、拉深和翻边3种工艺成形,为简化计算,将压形部分视为拉深,如图9所示。

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此处只计算h1H部分的拉深系数和拉深次数以决定模具数量,计算过程为:

h1H是同一起始平面进行拉深的不同高度尺寸,按照同类冲压件生产经验分析可采用1 次拉深成形;

②拉深内圆角 R7 mm(材料厚度 7 mm);

③材料的相对厚度:100t/D=100×7/500=1.4;拉深系数 m=(d + 2t)/d=(394 + 2 × 7)/480=408/480= 0.85,其中,厚度t=7 mm;DB=500 mm;

④通过材料相对厚度和拉深系数的计算,确定可以1次拉深成形,采用压边圈不会出现起皱现象;

⑤有压边圈拉深力按公式F拉=πdtRmK1 计算,其中,d为拉深件直径(中线),取394+7=401 mm;t为料厚,7 mm;Rm为材料抗拉强度,取270 MPa;K1为系数,取1.1;计算可得:F拉 =3.14×401×7×270×1.1= 2 617 752.06 N

翻边力采用公式 F翻=0.7KBt2Rm/R+t,按 U 形弯曲力计算,其中,K为安全系数,取 1.3;B为翻边宽度,计算约为1 350 mm;Rm为材料抗拉强度,270 MPa;t 为料厚,7mm;R为内圆角,取7 mm。计算可得:F翻=0.7×1.3×1 350×49×270/14=1 160 932.5 N设备 F =1.2F+F=1.2×3 778 684.56 N=4 534 421.472 N,即 F总>5 000 kN;⑧综合以上分析和计算,离合器壳体冲压工艺流程设计如表1所示。

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3 工艺设计存在的问题和解决方案

3.1 工艺设计存在的问题

设计评审是模具工艺设计的关键环节,一般在工艺流程完成后组织内部评审,在公司的生产实践中验证该工艺方案的可行性,可以开展模具设计和制造。

该工艺通过评审结合生产实际存在一些问题,具体如下。


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