滑槽磨耗板成形工藝分析及模具改進(jìn)

文/ 劉俊清·鐵道部駐齊齊哈爾機(jī)車車輛驗(yàn)收室

王天華·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司

滑槽磨耗板成形工藝分析及模具改進(jìn)

文/ 劉俊清·鐵道部駐齊齊哈爾機(jī)車車輛驗(yàn)收室

王天華·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司

通過滑槽磨耗板沖壓成形的工藝分析，確定兩次熱成形的工藝方案，探討了在沖床生產(chǎn)時建立模具PRO/E設(shè)計所必需的理想數(shù)學(xué)模型，提高了模具設(shè)計的準(zhǔn)確度和檔次，縮短技術(shù)生產(chǎn)準(zhǔn)備周期并提高模具的使用壽命。

滑槽磨耗板是鐵路貨車制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量的好壞直接影響制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其表面質(zhì)量的優(yōu)劣影響工件的商品化。工件板料厚度5mm，材質(zhì)為T10A，產(chǎn)品要求熱處理，硬度43～49HRC。工件的斷面尺寸如圖1所示，傳統(tǒng)模具生產(chǎn)的滑槽磨耗板存在工件底部不平、R4mm兩翼根部處成形不一致、側(cè)壁存在劃傷等質(zhì)量問題（圖2），導(dǎo)致滑槽磨耗板型腔尺寸不穩(wěn)定，互換性較差且不具有商品化。

圖1滑槽磨耗板圖

圖2原滑槽磨耗板實(shí)物照片

沖壓成形工藝分析

滑槽磨耗板的材質(zhì)是T10A高碳鋼，模具必須熱壓成形，但其側(cè)壁有SR3mm四個圓突起，一套模具無法完成。同時工件要求最好利用余熱進(jìn)行熱處理，既節(jié)約成本，又提高工效，但公司的加熱爐是天然氣轉(zhuǎn)爐，若二次重新加熱進(jìn)行熱處理，勢必導(dǎo)致脫碳而影響工件的機(jī)械性能，所以要求模具成形次數(shù)必須盡可能少，為此確定模具成形的次數(shù)為兩次。原滑槽磨耗板的二次成形模是兩翼和U形的兩道成形，且凹模相應(yīng)處必須開設(shè)躲避一次壓型的四個凸起型，R4mm圓角自始至終參與成形，導(dǎo)致工件側(cè)壁劃傷，壓型終了時為校正兩翼，導(dǎo)致四個凸起型對應(yīng)上部R處存在壓痕。為此改進(jìn)優(yōu)化模具的結(jié)構(gòu)，新型一次壓型模模具完成四個凸起和兩翼的壓型兩道工序，二次壓型模是保證滑槽磨耗板質(zhì)量的關(guān)鍵所在，是沖壓成形工藝的核心，動作簡單，工序僅完成U形一道工序，消除了原滑槽磨耗板存在的質(zhì)量缺陷。

圖3滑槽磨耗板一次成形展開尺寸

圖4滑槽磨耗板一次成形模

一次壓型模的設(shè)計

根據(jù)質(zhì)量相等和板料厚度不變的設(shè)計原則，確定新型滑槽磨耗板第一次成形的數(shù)學(xué)模型展開尺寸如圖3所示，利用PRO/E三維設(shè)計軟件設(shè)計的一次壓型模模具如圖4所示，模具以數(shù)學(xué)模型為核心，參數(shù)化、智能化的設(shè)計模具組裝部件。模具完成SR3mm四個凸起和兩翼R4mm兩道彎的壓型工序，模具單邊合理間隙按板料厚度設(shè)計為5.5mm，R4mm設(shè)計為R4.5mm，100mm按熱膨脹系數(shù)上差千分之八設(shè)計為100.8mm，直臂高度（21±2.5）mm設(shè)計為22mm，145mm設(shè)計為146mm，兩翼90°設(shè)計為92°，即底部下口尺寸為183mm，敞口上口尺寸為185mm，保證模具的拔模斜度，方便工件的卸料；固定凸凹模的螺紋沉孔在工件成形區(qū)外，并開設(shè)氧化皮通道，避免劃傷工件成形表面，提高工件的表面質(zhì)量和商品化；板料自始至終帶壓成形，消除工件底平面壓型存在大圓弧不平的趨勢；間隙按最大板料上差設(shè)計，減少成形中的摩擦阻力，減少工件出現(xiàn)劃傷的趨勢。改進(jìn)一次和二次兩套成形模具完成的工序，避免R4mm在第二次壓型過程中參與成形，為保證最終產(chǎn)品質(zhì)量奠定合理工藝基礎(chǔ)，凸凹模采用常規(guī)熱處理后再進(jìn)行表面激光熱處理，硬度達(dá)到65～68HRC，提高了模具的使用壽命。如圖5所示，原滑槽磨耗板一次成形模實(shí)物照片僅完成SR3mm四個圓突起的成形。

圖5原滑槽磨耗板一次成形模實(shí)物

圖6滑槽磨耗板二次成形模

圖7原滑槽磨耗板二次成形模實(shí)物照片

二次壓型模的設(shè)計

滑槽磨耗板第二次壓型模如圖6所示，完成U形的成形，90°設(shè)計為89.5°略向下反變形。工件的兩翼在接近成形終了時局部微微轉(zhuǎn)動為90°，R4.5mm校正為R5mm，模具始終帶壓成形，保證工件底平面的平面度，同時固定凸凹模的螺釘沉孔全部在工件成形區(qū)的外部，避免對工件表面產(chǎn)生新的劃傷和劃痕。模具的鑲塊采用組合式的結(jié)構(gòu)，具有柔性化，模具的間隙隨時可以調(diào)節(jié)。模具的熱膨脹系數(shù)按千分之六設(shè)計，保證工件冷卻后回到工件的中差尺寸，兩凸模之間可以加入調(diào)整墊板（根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)），保證工件的高度尺寸。模具采用四點(diǎn)定位，避免工件的滑動，從而保證工件的對稱成形。模具開設(shè)氧化皮通道，避免氧化皮對工件產(chǎn)生硌痕。二次壓型模的數(shù)學(xué)模型按圖1產(chǎn)品圖的中差尺寸設(shè)計，其膨脹系數(shù)按上差千分之七計算，65mm的尺寸設(shè)計為65.96mm，57mm尺寸設(shè)計為57.15mm，70mm的尺寸按工件的最大包容尺寸設(shè)計，70mm兩翼交點(diǎn)到底平面與型腔側(cè)壁的交點(diǎn)尺寸相差1.18mm，70mm尺寸為68.78mm。R5mm只是壓型終了微微的轉(zhuǎn)動，避免R5mm自始至終全過程參與成形。老模具如圖7所示，兩側(cè)的凹模在斜楔的作用下，向里滑動成形工件側(cè)壁，邊滑動邊成形，運(yùn)動時受模具的制造精度和維修精度影響較大，所以工件劃傷的趨勢增大。一次成形工件放置在滑動的凹模上，成形中存在微小的波動而位移，兩側(cè)的摩擦阻力不相等，成形不對稱的趨勢增大，導(dǎo)致工件劃傷的趨勢增大。新模具成形時凹模不運(yùn)動，相應(yīng)無劃傷的趨勢。新模具采用四點(diǎn)定位，老模具的側(cè)定位是固定在凹模上，伴隨凹模運(yùn)動的不同步而導(dǎo)致工件的位移，從定位角度來說，老模具具有較大劃傷的幾率。綜上所述新模具可以避免工件側(cè)壁的劃傷和R4mm處的壓痕。同時凸凹模采用常規(guī)熱處理后再進(jìn)行新型表面激光熱處理工藝，其硬度達(dá)到65～68HRC，提高了模具的使用壽命。

■表1滑槽磨耗板改進(jìn)前后對比

圖8改進(jìn)后滑槽磨耗板實(shí)物

工件表面處理

工件表面拋光后進(jìn)行發(fā)藍(lán)和磷化處理，消除工件表面（尤其型腔內(nèi)表面）的氧化皮，避免工件產(chǎn)生氫脆微裂紋現(xiàn)象，穩(wěn)定運(yùn)動中的摩擦系數(shù)，同時防止工件銹蝕，提升了工件質(zhì)量檔次和商品化。

效果分析

經(jīng)過三個月的批量生產(chǎn)，從改進(jìn)后滑槽磨耗板（圖8）和表1可以看出工件的質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期的效果：⑴工件底部的平面度為0.1mm；⑵側(cè)壁無劃傷；⑶消除R處的壓痕；⑷模具的單邊間隙放大0.2mm，模具凹模圓角放大1mm，減少模具成形阻力；⑸取消校形工藝；⑹工件經(jīng)過拋光、發(fā)藍(lán)、磷化處理后，消除了工件輕微的擦痕；⑺經(jīng)近二個月的生產(chǎn)驗(yàn)證，滑槽磨耗板成形合格率達(dá)到了99％以上。

結(jié)束語

在沖床生產(chǎn)熱壓成形件時，模具的間隙按最大板料上差設(shè)計，工件成形尺寸可以通過沖床的行程進(jìn)行調(diào)節(jié)。對于復(fù)雜滑槽磨耗板的成形件，其熱膨脹系數(shù)應(yīng)按模具設(shè)計手冊的上差千分之七計算。熱壓模具應(yīng)開設(shè)氧化皮通道，避免氧化皮硌傷工件的表面。對于多彎的工件應(yīng)避免小半徑全程參與成形，減少側(cè)壁產(chǎn)生劃傷的趨勢。