于相慧,朱宁宁

(长春大学 机械与车辆工程学院，长春 130022)

后制动左/右挡尘盘成形工艺及修边冲孔模设计

于相慧,朱宁宁

(长春大学 机械与车辆工程学院，长春 130022)

为了设计合理的挡尘盘成形工艺及冲压模具，经分析计算得知，其成形工艺方案是首先进行拉深成形，然后对其进行修边冲孔，翻边成形，最后进行剖切冲孔。本设计的重点是对修边冲孔模具的结构进行设计与计算，确定模具的结构形式，进行主要零部件的设计和选用。

挡尘盘；成形工艺；修边冲孔模具；冲压模具；工艺分析

1 零件的工艺分析

本次设计的汽车后制动器上的挡尘盘如图1所示，其材料为08AL，料厚为1.2mm，上下对称，共两件。汽车制动器产生阻碍车辆运动或运动趋势的力，挡尘盘起阻挡作用，保证制动器的使用寿命。挡尘盘的形状比较复杂，生产批量较大，要求表面平整光滑、无划伤、无麻点、无起皱，并尽量用较少的工序来完成。从图1的零件图中我们可以看出，制件不能经一次成形而完成。

(1)该制件本身不是左右对称的，但却是上下对称的形状，所以，在拉深的过程中不需要区分左右，在冲孔的过程中却需要把左右区分开来。为保证制件的成形质量，拟解决以下问题：

1)确定出拉深的次数，从图1中看，本制件应是类似锥状的浅拉深件，最大的拉深高度是31.8mm，而制件的厚度仅有1.2mm，但被拉深件的直径较大，经分析计算可达到一次拉深成形的要求[1]。

2)左右挡尘盘是在冲孔后分左右件的，经过认真分析，一套冲孔模具就能满足要求，挡尘盘正冲为左件，反冲为右件。

3)板料尺寸计算问题，由于工件形状不规则，成形部分的展开尺寸计算就有困难，先通过展料计算初步确定毛坯尺寸，再通过几次试模修正最终确定毛坯展开尺寸。

(2)冲裁件的基本公差等级不得高于IT14级，一般落料件的公差等级最好低于IT10级，冲孔件的公差等级最好低于IT9级，由《冲压手册》表3-5可得落料公差、冲孔公差分别为0.40、0.08。挡尘盘的尺寸精度要求不高，因此可用于一般精度的冲裁，普通冲裁可以达到要求[2]。

图1 后制动左/右挡尘盘零件图

2 冲压工艺方案的确定

工艺方案的制订影响到产品质量、生产效率、生产成本、劳动强度等环节，是冲压生产的重要部分。所以，应在工艺分析的基础上提出几种可行的方案，再结合生产批量、工件尺寸、形状复杂程度、精度要求、现有设备条件等因素，从经济上和技术上进行综合分析确定最佳工艺方案。

根据挡尘盘零件的结构工艺分析可知，该制件需要进行下料、拉深、冲孔、修边、翻边、剖切等几种工艺方法完成成形[3]，初步确定以下三种工艺方案：

方案一：下料——拉深——冲孔——修边——翻边——冲孔——剖切

都是单工序进行，工艺流程长，工序相对较多， 模具套数多，所需设备数量大，生产成本高，效率比较低，误差积累也会较多，从而影响制件的尺寸精度。

方案二：下料——拉深——修边冲孔——翻边冲孔——剖切

把修边冲孔两个工序放在一起组成复合工序，又把翻边冲孔两个工序组成复合工序，这样避免了因工序太多而会出现的问题，但是此方案设计翻边和冲孔组合在一起造成模具结构复杂，制件质量无法保证。

方案三：下料——拉深——修边冲孔——翻边——冲孔剖切

此方案中将修边冲孔两个工序复合、冲孔与剖切两个工序复合，不仅能更好地完成冲孔要求，避免了方案二中的问题，而且还减少了模具数量，大大降低成本，此方案既保证了制件的质量要求，还最大化地减少了工序数量。由此可见，此方案与前两种方案相比更加合理，所以工艺方案具体为：

1)切出块料；

2)拉深成形；

3)修边且冲出大孔；

4)翻边；

5)剖切且冲出小孔。

3 修边冲孔模具总体方案拟订

冲裁模结构的合理性与先进性，对冲裁件的质量与精度、冲裁加工的生产率、经济效益、模具的使用寿命与操作安全等都有着很大的影响。

冲裁模有很多的种类，按工序组合程度可分为单工序模、级进模和复合模。在保证产品尺寸公差等级的前提下，应尽量简化模具结构复杂程度，降低模具制造成本，这是设计模具的原则。根据上述设计的工艺方案，结合零件的结构特点，产量较大，为提高经济效益和简化模具结构，本道工序采用的是复合模结构。

复合模是在压力机的一次行程内，在模具的一个工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。而按落料凹模安装位置的不同，又分成了倒装复合模与正装复合模两种。本工序采用的是倒装复合模。它在结构上的最显著特征是可以同时发挥好几种作用的零件——凸凹模，本道工序就是有一个既能在落料时做凸模，也能在冲孔时做凹模的凸凹模。倒装复合模工作时所产生的冲孔废料直接由下模部分漏出，制件由推件板直接推出，二者自动分开，不需要二次清理，所以操作方便、安全。并且为自动化生产提供了条件，应用比较广泛。

4 修边冲孔工序冲压力计算及设备选用

在冲裁过程中，冲压力是冲裁力、推件力、卸料力和顶件力的总称。冲压力是设计冲压模、校核模具强度、选择压力机的重要依据。

(1)冲裁力

一般的，在冲裁时出现的最大力值为冲裁力。材料的厚度、力学性能、刃口锋利程度及表面粗糙度、冲裁件的周长、冲裁间隙等都对冲裁力有一定的影响。

对于平刃口的模具冲裁力可由下式计算[4]：

F=KLtτb，

式中，F为冲裁力，单位为N；L为冲裁件周边长度，单位为mm；t为料厚，单位为mm；τb为材料抗剪切强度，单位为MPa；K为考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般取K=1.3。

落料时：F落料=KπDmaxtτb=1.3×3.14×446×10-3×1.2×10-3×250×106=546171.6(N)，

冲孔时：F冲孔=KLtτb=1.3×988.08×10-3×1.2×10-3×250×106=385351.2(N)。

(2)推件力

将卡在凹模内的材料顺冲裁方向推出所需要的力为推件力。其计算公式为：FT=nKTF。

落料时推件力：FT落料=nKTFT落料=0.055×546171.6=30039.438(N)，

冲孔时推件力：FT冲孔=nKTF冲孔=3×0.055×385351.2=63582.948(N)。

(3)选用冲压设备

本工序所需的总压力为：

F总=F落料+FT落料+F冲孔+FT冲孔=1025145.186(N)。

一般为了保证足够的冲压力，在冲裁时压力机的吨位要比计算值大30%左右，同时考虑工作台尺寸足够，所以最终选取公称压力为3150KN的闭式单点压力机JD31—315。

5 修边冲孔模零部件的设计

5.1 凸模、凹模的设计

因为冲裁件的尺寸精度主要取决于凸、凹模刃口尺寸及公差，且模具的合理间隙值也和凸、凹模刃口尺寸及公差有着密切的联系，所以，凸、凹模刃口尺寸及公差的准确确定是冲裁模设计的一个重要部分。

根据凸、凹模刃口尺寸的计算原则，落料尺寸由凹模尺寸决定，凹模的基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸便是在凹模基本尺寸上减去最小合理间隙即可。冲孔尺寸由凸模尺寸决定，凸模的基本尺寸应取制件孔的尺寸公差范围内较大的尺寸，冲孔凹模的基本尺寸便是在凸模的基本尺寸上加上最小合理间隙即可。

图2 凸模

凸模、凹模的刃口部分尺寸的计算采用凸模与凹模分开的尺寸计算方法。

(1)凸模

采用整体式的非圆形凸模[5]，用螺钉和销钉来固定与定位，材质为T10A。如图2所示。

(2)凹模

由于挡尘盘结构尺寸比较大，制造困难，凹模采用组合式凹模[6]。该结构容易制造，节省模具钢。组合式凹模有拼接式、嵌入式和压入式三种，本工序的凹模采用拼接式组合结构，凹模由许多镶块拼接组成，用销钉和螺钉将镶块直接固定在模座上。采用螺钉和销钉固定定位时，螺孔间、螺孔与销孔间及螺孔或销孔与凹模刃口间的距离不能太近，否则会影响模具的寿命。

凹模的刃口型式为直筒形刃口，刃口强度较高，刃磨后工作尺寸不变，有利于提高制件冲压质量。如图3所示。

(3)凸凹模的设计

凸凹模是复合模的主要工作部分，工作端的内外缘都是刃口。一般的，内缘与凹模刃口的结构形式相同，外缘与凸模刃口的结构形式相同。由于倒装复合模的凸凹模内孔一般会积存废料，胀力大，最小壁厚应该大些，材料为T10A，如图4所示。

图3 凹模

图4 凸凹模

5.2 推件和卸料装置的选择

本工序采用弹性推件装置和废料切刀。

弹性推件装置是由推件板、卸料螺钉和弹性元件组成的。弹性推件装置装在上模上，依靠弹簧的弹力来推件，推件力不算太大，但在冲压时可兼起压料的作用。

弹簧属于标准件，在模具中应用最广泛的是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。通过计算，本设计所采用的是圆柱螺旋压缩弹簧。

废料切刀主要将紧箍在凸凹模上的环形废料进行剖切，便于卸料。

5.3 模架和导向装置的选用

大型的模具一般采用自制模架。本模架是由上模座、下模座、导柱和导套组成的导柱模架[7]，采用滑动导向模架中的四导柱模架，其导柱和导套通过小间隙或者无间隙滑动配合实现导向。

图5 修边冲孔模

导向装置能够提高模具的精度、寿命以及工件的质量，还能够节省调试模具的时间。大批量生产的冲压模具中，广泛地应用了导向装置。导向装置分为滑动式的导向装置、滚动式的导向装置及导块式导向装置。本设计采用滑动式的导向装置。由于导柱和导套的结构简单、加工和装配都比较容易，故应用最为广泛。四导柱模架的导向零件安装在模具的对称线上，可保证滑动平稳、导向准确可靠。

上模座和下模座采用非标准件，材料为HT250。

6 修边冲孔模具工作原理

修边冲孔模是由上、下模两部分构成的。上模上的上模座固定在压力机的滑块上，使上模部分可以随滑块上下运动，属于模具的活动部分；下模属于模具的固定部分，通过下模座固定在垫板或者压力机工作台上。组成修边冲孔模的零部件各有各的作用，并在冲压的过程中互相配合，以保证冲压的正常进行，从而获得合格的冲压件。修边冲孔模具结构如图5所示。

模具在工作状态时，工件放在定位处，然后上模向下移动，合模状态时弹性推件装置起压紧的作用，凸模和凸凹模完成冲孔，凹模和凸凹模完成落料。同时，左右两侧的废料切刀将环形废料切断。冲孔废料落入下模的废料箱中。当上模向上移动时，弹性卸料装置又起到了推件作用，加工完成后将制件取出。本修边冲孔模具是一个典型的倒装复合模。

7 结语

本设计对汽车挡尘盘进行成形工艺制订，并设计修边冲孔模具。挡尘盘由五道工序来成形，依次为下料、拉深、修边冲孔、翻边、剖切冲孔。这样的工序安排既保证了制件的质量要求，又最大化减少了工序数量。重点对其中的修边冲孔工序设计了修边冲孔倒装复合模。本模具卸料方便，上模装有弹性推件装置，既可以在合模状态时起压紧的作用，又可以在上模向上移动时起推件作用。下模装有废料切刀和废料箱，废料切刀可以将紧箍在凸凹模上的环形废料剖开完成卸料，冲孔的废料直接落入废料箱中。本模具的主要优点就是推件、卸料非常方便，保证制件质量，加工效率高，操作方便且安全。

[1] 王孝培．冲压手册[M]．北京：机械工业出版社，1990.

[2] 梁炳文.板金冲压工艺手册[M]. 北京：国防工业出版社，1989.

[3] 何忠保，陈晓华，王秀英. 典型零件模具图册[M]. 北京：机械工业出版社,2000.

[4] 郝滨海.冲压模具简明设计手册[M]. 北京：化学工业出版社,2004:207-213.

[5] 现代模具编委会.汽车覆盖件模具设计与制造[M]. 北京：国防工业出版社,1998.

[6] 周天瑞.汽车覆盖件冲压成形技术[M]. 北京：机械工业出版社,2000.

[7] 全国模具标准化技术委员会.中国机械工业标准汇编:冲压模具卷：上[M].北京：北京标准出版社，1999.

[8] 姜勇．AutoCAD2006基础培训教程[M].北京:人民邮电出版社,2006．

[9] 《现代模具技术》编委会.汽车覆盖件模具设计与制造[M].北京:国防工业出版社,1998.

[10] J Y Li,A Y C Nee, B T Cheok . Integrated Feature-Based Modelling and Process Planning of Bending Operations in Progressive Die Design[M]. Singapore: National University of Singapore, 2002.

[11] R D Jiang B T Lauw, A Y C Nee. Insert design automation for progressive dies[M].Singapore: Institute of High Performance Computing ,2004.

责任编辑：程艳艳

Forming Process of Rear Brake Left and Right Blocks Dust Tray and Design of Trimming and Piercing Die

YU Xianghui, ZHU Ningning

(College of Machinery and Vehicle Engineering, Changchun University, Changchun 130022, China)

In order to design a reasonable forming process for dust-blocking tray and stamping die, this paper makes an analysis and calculation, considering that the first step is to form by drawing, then by trimming, punching and flanging, and finally by cutting and punching. The key point of this design is to design and calculate the structure of the trimming and punching die, to determine its structure form, and to design and select the main parts

dust-blocking tray; forming process; trimming and piercing die; stamping die; process analysis

2017-07-20

于相慧(1965-)，女，吉林长春人，副教授，主要从事机械制造及其自动化方面研究。

TH69

A

1009-3907(2017)08-0005-05