鐵路貨車地板沖孔模具設(shè)計

文/程大堂·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司冷工藝部

鐵路貨車地板沖孔模具設(shè)計

文/程大堂·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司冷工藝部

闡述了一套沖孔模具實現(xiàn)孔尺寸相同、孔距部分相同的多種工件沖孔的設(shè)計理念。通過地板工藝分析，計算沖裁力，結(jié)合地板尺寸選擇合適沖床，設(shè)計一套鐵路貨車地板沖孔模具，實現(xiàn)3種地板的沖孔；設(shè)計模具柔性定位擋，實現(xiàn)3種地板沖孔時的定位；設(shè)計模具滑料板結(jié)構(gòu)，解決沖孔廢料無法排出的問題。

地板工藝分析

圖1～3為鐵路貨車3種地板的工件圖，材質(zhì)為Q345NQR2的扁豆形花紋鋼板，孔距公差要求±0.5mm。地板1數(shù)量1件/輛，地板2數(shù)量2件/輛，地板3數(shù)量2件/輛，共計104個孔。該件的制造難點是孔數(shù)量多、孔距精度高。在產(chǎn)品試制及小批量生產(chǎn)時，我公司采用數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床單孔沖制而成，效率低，工人操作難度大。為此，設(shè)計地板沖孔模具，保證工件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低工人操作難度。同時，為了降低成本，需要1套模具兼顧3種地板的生產(chǎn)。

圖1 地板1工件圖

圖2 地板2工件圖

沖床選擇

模具各種受力的計算

考慮到模具的刃部被磨損、凸模與凹模間隙不均勻和波動、材料的力學(xué)性能波動及材料的厚度偏差等各種因素的影響。實際計算沖裁力，經(jīng)計算P約為1720kN。模具卸料力可按經(jīng)驗公式：P卸=K卸P進行計算，K卸取4%。經(jīng)計算，P卸=69kN。模具總沖裁力的計算，針對該模具，P總=P+P卸=1720+69=1789kN。

沖床壓力噸位和工作臺的選擇

沖床壓力噸位可按P0=1.3P總計算，P0=2326 kN。因此沖床壓力噸位應(yīng)大于2326kN，即250t以上沖床。我公司符合該要求的沖床有400t、800t及2000t三種。結(jié)合3種地板尺寸，最長地板2850mm長，最寬地板1000mm寬，考慮導(dǎo)柱、導(dǎo)套及定位擋所占空間，工作臺長應(yīng)在3200mm左右，寬應(yīng)在1500mm。我公司符合該要求的沖床只有2000t沖床。綜合以上分析，地板沖孔模具選擇2000t沖床。

圖3 地板3工件圖

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具沖裁方向選擇

模具設(shè)計在2000t沖床上使用。若沖裁方向向上，沖孔廢料從上模排出，生產(chǎn)既不方便，也存在廢料在生產(chǎn)過程中因振動隨時從上模中落下的可能，發(fā)生安全事故。若沖裁方向向下，沖孔廢料從下模排出，既便于生產(chǎn)，又可避免廢料從上模中落下造成安全事故的發(fā)生。因此沖裁方向選擇向下。

沖裁間隙的確定

沖裁間隙值是否合理，將直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具的壽命、設(shè)備的能耗等。間隙選擇的基本原則是“按工件要求”確定間隙。在滿足工件要求的前提下，采用較大的間隙，可以提高模具的使用壽命。根據(jù)材料性能，結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)，沖孔時本模具單邊間隙取板厚的8%。

地板沖裁排布的設(shè)計

詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)排布如圖4所示。將地板1按實線排布，使用下側(cè)2個及左側(cè)第二個定位擋定位，使用下方4行6列凸、凹模沖孔；將地板2按虛線排布，使用上側(cè)2個及左側(cè)第二個定位擋定位，使用上方4 行6列凸、凹模沖孔；將地板3按雙點劃線排布，使用上側(cè)第二行2個及左側(cè)第一個定位擋定位，使用上方第二、三行8列凸、凹模沖孔。地板1、2共用中間2行凸、凹模，地板2、3共用上方第二、三行凸、凹模。24孔的地板1、2與16孔的地板3，僅需40個凸、凹模即可滿足三種地板沖孔需要。

卸料板組成設(shè)計

卸料板組成由卸料板、聚氨酯彈簧、卸料螺釘和壓塊組成。在孔的位置安裝壓塊，壓塊通過螺釘與卸料板緊固，當(dāng)更換凸模時，僅需拆卸壓塊。根據(jù)卸料力，在孔之間布置適當(dāng)數(shù)量的聚氨酯彈簧，設(shè)計合適的沖孔結(jié)束時的壓縮量，保證地板從凸模上卸下，聚氨酯彈簧通過卸料螺釘與上模緊固。聚氨酯彈簧初始壓縮量設(shè)計為2mm，保證在凸模接觸地板時，地板受壓保持固定。

定位擋組成設(shè)計

定位擋組成由定位擋、定位擋座、彈簧、螺釘、螺母等組成。定位擋組成通過4個螺釘與下模緊固。定位擋上下可調(diào)，當(dāng)?shù)匕?沖孔時，將上側(cè)第二行2個定位擋向下調(diào)整到凹模以下，螺釘螺母固定，防止干涉；當(dāng)?shù)匕?沖孔時，螺釘螺母松開，彈簧自動將定位擋向上復(fù)位。此種柔性定位擋結(jié)構(gòu)可以避免反復(fù)拆卸的麻煩。

滑料板設(shè)計

沖孔的廢料通過凹模正下方下模體的圓孔落入到底板上的接料板上，當(dāng)接料板上廢料收集較多時，將其取出倒入廢料斗中，重新放回。然而，該模具地板3左右兩側(cè)最外側(cè)孔按照其他孔設(shè)計相同接料結(jié)構(gòu)時，下模體上與工作臺緊固的U形槽與底板干涉，而U形槽位置無法調(diào)整。在該孔位置設(shè)計安裝滑料板，將該孔的廢料滑入到里側(cè)相鄰的接料板上，可解決地板3左右兩側(cè)最外側(cè)孔廢料排出問題。

圖4 模具結(jié)構(gòu)

結(jié)論

⑴多種工件孔尺寸相同、孔距部分相同時，可以用一套沖孔模具實現(xiàn)。

⑵多種工件沖孔時，柔性定位擋結(jié)構(gòu)可以避免反復(fù)拆卸的麻煩。

⑶沖孔模具通過滑料板結(jié)構(gòu)，可以解決沖孔廢料無法排出的問題。