深扁孔熱沖模設(shè)計(jì)

梁建平

（中國(guó)北車集團(tuán) 太原軌道交通裝備有限責(zé)任公司，山西 太原 030009）

1 問題的提出

扁孔圓銷是鐵路貨車指定用的一種連接銷子，可有效防止制動(dòng)件的脫落，屬鐵道部運(yùn)輸局要求在鐵路新制貨車和既有貨車改造中強(qiáng)制使用的一種系列產(chǎn)品。按照鐵道部部頒標(biāo)準(zhǔn)Q/Q56—125《鐵路貨車制動(dòng)扁孔圓銷和圓銷技術(shù)條件》要求，扁孔圓銷的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一種一端帶頭、另一端有孔的圓柱銷，材質(zhì)為40Cr。

圖1 扁孔圓銷結(jié)構(gòu)示意圖

自2013年起，本公司針對(duì)公司現(xiàn)有設(shè)備的加工能力，開展扁孔圓銷的制造工藝研發(fā)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文以最大直徑D＝36mm、扁孔a×b＝8mm×22mm的扁孔圓銷為例，分析圓銷的制造工藝，重點(diǎn)介紹扁孔的成形工藝及其工裝設(shè)計(jì)。

2 扁孔的熱沖成形

圓銷上橫穿8mm×22mm長(zhǎng)方形的通孔，無法使用標(biāo)準(zhǔn)刀具通過鉆削、銑削等切削方法加工［1］，只能采用電火花成型、線切割或熱沖孔等非切削方法成形，考慮生產(chǎn)效率和成本，熱沖孔成形為佳。由于孔深比（孔深/孔徑）≥1，屬于深孔沖裁范疇，采用小間隙沖裁，可保證孔形尺寸精度［2］。在實(shí)施熱沖孔工藝中，還采取了如下措施：

（1）圓銷圓柱部位的加工余量取2mm［3］，以柱部直徑D＋4mm選定坯料直徑，直徑為Dk的頭部沖孔后頂鐓鍛成形。沖孔過程中，圓柱表面會(huì)產(chǎn)生少量變形，經(jīng)無偏心裝夾車削外圓后，沖孔變形被有效消除。

（2）扁孔邊緣距銷端部距離L2＝13mm，孔邊距小，沖孔時(shí)易引起工件材料軸向漲出，又會(huì)造成沖頭受力不均勻而撓曲折斷，對(duì)沖頭不利?？走吘鄳?yīng)有不小于50mm留量［4］，由此，設(shè)計(jì)為毛坯下料和沖孔按如圖2所示的雙圓銷排樣，完成沖孔后，再進(jìn)行分離切斷工序和頭部溫鐓工序。

圖2 雙坯料沖孔示意圖

3 模具結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)

3.1 模具結(jié)構(gòu)及工作原理

圖3為扁孔圓銷熱沖孔模具結(jié)構(gòu)。沖頭5、沖頭固定板7、斜楔8、導(dǎo)套等零件安裝在上模座6；下模座1上安裝有夾緊滑塊9、滑塊導(dǎo)向塊3、滑塊復(fù)位機(jī)構(gòu)2、下模4、擋塊10、導(dǎo)柱等零件?？紤]到扁孔圓銷是系列產(chǎn)品，故模具中沖頭、下模、夾緊滑塊也應(yīng)設(shè)計(jì)成系列零件，即其工作尺寸根據(jù)不同的圓銷和扁孔尺寸來設(shè)計(jì)，以沖制不同尺寸的圓銷扁孔。

其工作原理是：上模座下行，斜鍥與夾緊滑塊的斜面接觸，夾緊滑塊在滑塊導(dǎo)向塊的約束下水平移動(dòng)，直至夾緊工件，并形成沖頭導(dǎo)向孔；斜鍥繼續(xù)沿夾緊滑塊側(cè)立面下滑約15mm后，沖頭下端與工件接觸。圖3所示即為夾緊滑塊壓緊工件、沖頭下端剛接觸工件，即將開始沖孔的工作狀態(tài)。此時(shí)，沖頭固定板下表面與下模上表面距離約為70mm，斜楔下端與下模座的洞底面距離約為75mm，沖頭下行55mm，沖孔完成。

3.2 此套模具的特點(diǎn)

（1）沖頭通過沖頭固定板固定在上模座上，沖頭與沖頭固定板安裝孔采用過渡配合；調(diào)試完成后，用定位銷和螺釘將沖頭固定板固定在上模座上，確保沖頭的位置精度，以滿足沖孔精度要求。夾緊滑塊還設(shè)有沖頭引導(dǎo)槽，一方面起到引導(dǎo)沖頭對(duì)正下?？诘淖饔?，另一方面在沖頭受到?jīng)_裁力時(shí)，對(duì)沖頭起到保護(hù)作用，防止沖頭易折斷或損壞模具。

（2）通過安裝在上模座兩側(cè)的斜楔下移，推動(dòng)兩夾緊滑塊的水平相向移動(dòng)，夾緊工件，解決了圓柱銷沖孔的定位問題，同時(shí)也解決了圓柱銷沖孔的圓柱外表面變形問題，還為沖孔形成了導(dǎo)向通道，提高了沖頭的抗撓曲變形能力。使用過程中發(fā)現(xiàn)：下模及夾緊滑塊的夾緊圓弧面尺寸應(yīng)略小于坯料直徑。

（3）滑塊復(fù)位機(jī)構(gòu)由壓縮彈簧、拉桿和調(diào)節(jié)螺母等組成，穿過擋塊的通孔安裝在滑塊上。斜楔斜面沿夾緊滑塊斜面下滑時(shí)，兩夾緊滑塊水平相向移動(dòng)而合攏，直至夾住工件；當(dāng)斜楔側(cè)面沿夾緊滑塊側(cè)面下滑時(shí)，兩滑塊不動(dòng)而持續(xù)夾緊工件，此時(shí)，彈簧被壓縮。斜楔上移，滑塊復(fù)位機(jī)構(gòu)使兩夾緊滑塊分離，便于取出工件。

（4）夾緊滑塊前、后兩側(cè)的滑塊導(dǎo)向塊固定在下模座上，保證夾緊滑塊左右水平移動(dòng)；另外，由于滑塊導(dǎo)向塊對(duì)夾緊滑塊的約束作用，在沖孔工序完成后，夾緊滑塊壓緊工件，實(shí)現(xiàn)了沖頭卸料。

（5）在夾緊滑塊與下模座之間設(shè)置材質(zhì)為20鋼的導(dǎo)板，以便于與夾緊滑塊接觸面的精加工，同時(shí)對(duì)下模座起保護(hù)作用。

（6）模具主要零件的材料選擇：沖頭、下模塊采用4Cr5MoSiV1（H13），夾緊滑塊、斜楔、擋塊等采用5CrNiMo，經(jīng)過淬火、回火等熱處理到達(dá)適宜的硬度，導(dǎo)板采用20鋼，導(dǎo)向塊采用45鋼，其他采用Q235A。

4 模具的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

（1）斜楔和滑塊配對(duì)應(yīng)用，變垂直運(yùn)動(dòng)為水平運(yùn)動(dòng)?；瑝K的長(zhǎng)度尺寸應(yīng)保證當(dāng)斜楔開始推動(dòng)滑塊時(shí)，推力的合力作用線處于滑塊長(zhǎng)度之內(nèi)。

（2）沖頭尺寸較小，沖孔時(shí)受熱，溫度過高會(huì)降低沖頭強(qiáng)度和剛度，需定時(shí)冷卻，防止沖頭受熱變形，出現(xiàn)開裂或折斷。

（3）在滑塊復(fù)位機(jī)構(gòu)中，兩夾緊滑塊的靠近和分離動(dòng)作實(shí)現(xiàn)坯料的夾緊和松開。當(dāng)兩夾緊滑塊的分離運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)不對(duì)稱或不協(xié)調(diào)時(shí)，工件的回彈變形產(chǎn)生不均勻的橫向力，會(huì)使凸模彎曲甚至斷裂。

圖3 扁孔圓銷熱沖孔模具結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語

該模具實(shí)現(xiàn)了圓銷扁孔熱沖孔工序，為扁孔圓銷的低成本制造奠定了基礎(chǔ)。目前，正在進(jìn)一步優(yōu)化扁孔圓銷的制坯工藝，合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，為此類零件的低成本制造提供理論指導(dǎo)與技術(shù)資料。

［1］陳寶華.非標(biāo)小錐孔的加工［J］.機(jī)械工人冷加工，1999（12）：10.

［2］付森林.非圓形深孔的光潔加工［J］.鍛壓技術(shù)，1990（4）：40-42.

［3］夏巨諶，丁永祥，胡國(guó)安.閉式模鍛［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

［4］王孝培.沖壓手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.