車鉤提桿座成形工藝改進(jìn)及模具設(shè)計(jì)

曾威雄 寇祖興

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

車鉤提桿座固定于鐵路車輛端部，其作用是穿掛車輛的車鉤提桿，并使車鉤提桿有一定的定位和保持轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。車鉤提桿座制造精度，直接關(guān)系著車鉤提桿的安裝精度以及后期使用過(guò)程的靈活度，如果該件制造精度差，可能導(dǎo)致車鉤提桿提前變形和折損，進(jìn)而導(dǎo)致配件脫落或列車分離故障的發(fā)生。

1 產(chǎn)品的工藝性分析

車鉤提桿座零件結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示，從功能上看是通過(guò)兩鉚接孔實(shí)現(xiàn)自身固定后，再利用卡子結(jié)構(gòu)的環(huán)形柱起固定作用。

車鉤提桿座材料為鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼Q345NQR2，該材料是一種低合金高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼，抗氧化腐蝕性能好，適合剪沖和成形等加工工藝，與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，其強(qiáng)度高，但回彈較大。其化學(xué)成分如表1所示，其機(jī)械性能如下：

圖1 車鉤提桿座

元素CSiMnPSCuCrNi成分≤0.120.25～0.750.20～0.500.06～0.12≤0.020.20～0.500.30～1.250.12～0.65

屈服強(qiáng)度不小于345 MPa；抗拉強(qiáng)度不小于480 MPa；斷后伸長(zhǎng)率不小于24%。

該件為對(duì)稱結(jié)構(gòu)件，共有5道彎曲線，其中，中間部位的環(huán)形結(jié)構(gòu)為360°封閉結(jié)構(gòu)，受模具排布結(jié)構(gòu)及成形回彈的影響，成形的工藝性較差。

2 現(xiàn)有的成形工藝

目前的成形工藝方案為：折端部?jī)傻缽潯止犰兄胁凯h(huán)形→整體修形。而手工熱煨是其中的難點(diǎn)，由于該件厚度較大，手工煨形前需要進(jìn)行加熱，因此手工操作不便，加工過(guò)程無(wú)法測(cè)量尺寸，同時(shí)煨形及修形過(guò)程表面容易產(chǎn)生磕痕，整體容易出現(xiàn)扭曲等現(xiàn)象。另外，手工熱煨過(guò)程尺寸一致性差，效率低下。因此需要一種新的制造工藝，以保證質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

3 常規(guī)的環(huán)形結(jié)構(gòu)件成形方案

3.1 斜楔模一次成形

利用斜楔結(jié)構(gòu)的壓形模具，復(fù)合所有彎曲線實(shí)現(xiàn)一次成形(見圖2)。模具利用壓力機(jī)通過(guò)滑塊上升和下降完成產(chǎn)品的壓形，利用斜楔的推動(dòng)使滑動(dòng)凹?；芠1]。

但這種成形方案存在一定的缺點(diǎn)：一是壓力機(jī)作業(yè)的取放件不方便；二是模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜；三是成形芯固定困難，且容易受壓變形。

1—上模體；2—斜楔；3—滑動(dòng)凹模；4—平衡座；5—下模體；6—彈簧機(jī)構(gòu)；7—凸模；8—成形芯；9—凹模。圖2 斜楔壓形模

3.2 多次彎曲成形

采用彎曲工藝，對(duì)于形狀復(fù)雜的彎曲件，一般需要采用二次或多次彎曲成形，該件可以看作是W形彎曲和O形彎曲相結(jié)合，W形彎曲可以通過(guò)折彎或者壓彎實(shí)現(xiàn)；對(duì)于O形彎曲，采用預(yù)彎曲和二次彎曲實(shí)現(xiàn)[2]，如圖3所示。

1—上模；2—下模。圖3 折彎模

這種成形方案存在以下問(wèn)題：一是成形工序較長(zhǎng)，效率較低；二是成形過(guò)程多次定位，影響定位精度。

4 工藝改進(jìn)及模具設(shè)計(jì)

考慮到該件的寬度較小，嘗試在臥式氣動(dòng)壓力機(jī)上設(shè)計(jì)工裝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造。

4.1 成形力計(jì)算

該件的成形不存在壓邊結(jié)構(gòu)，且不考慮其存在局部脹形現(xiàn)象，成形過(guò)程視為是具有校正功能的彎曲，成形力(F)為5個(gè)彎曲圓角彎曲力的合力[3]。

F=(0.8×B×t2×σb)/(r+t)+A×q

式中：F—彎曲力，N；B—彎曲件寬度，mm；t—料厚，mm；σb—抗拉強(qiáng)度，MPa；r—內(nèi)圓角半徑，mm；A—校正部分投影面積，mm2；q—單位校正壓力，MPa，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該材料及厚度可選值為100 MPa。

為了方便計(jì)算，可將五道彎的校正力統(tǒng)一計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，壓形合力約為68 t。

4.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過(guò)程

4.2.1模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)是一種帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的壓形模，屬于臥式成形，二維圖如圖4所示，三維圖如圖5所示。該模具一次實(shí)現(xiàn)所有彎的成形；利用產(chǎn)品是對(duì)稱件的優(yōu)勢(shì)，模具設(shè)計(jì)時(shí)保證了兩側(cè)的對(duì)稱相等，避免彎曲時(shí)毛坯發(fā)生滑動(dòng)；凹模旋轉(zhuǎn)壓形，方便工件的送料和取料； 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮當(dāng)氣動(dòng)壓力機(jī)將模梁壓至最右端時(shí)，使工件的彎曲部分與模具相觸的工作部分能得到校正。

如圖4、圖5所示，模具分為固定部分和移動(dòng)部分，固定部分由底板、凸模、圓柱等組成；移動(dòng)部分由模柄、橫梁、連接桿、旋轉(zhuǎn)凹模(1)、旋轉(zhuǎn)凹模(2)等組成。凸模、圓柱固定在底板，底板通過(guò)螺釘固定在工作臺(tái)上。而旋轉(zhuǎn)凹模(1)、旋轉(zhuǎn)凹模(2)在左右移動(dòng)過(guò)程同時(shí)疊加旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；機(jī)構(gòu)部件通過(guò)螺栓和銷釘連接，實(shí)現(xiàn)模具的正常運(yùn)作。

1—模柄；2—橫梁；3—連接桿；4—旋轉(zhuǎn)凹模(1)；5—底板；6—凸模；7—旋轉(zhuǎn)凹模(2)；8—圓柱。圖4 彎曲模

圖5 彎曲模三維圖

4.2.2模具工作過(guò)程

圖4中虛線狀態(tài)為移動(dòng)部分在最左端，是工件的送料狀態(tài)，固定料件后，通過(guò)操控氣動(dòng)壓力機(jī)使移動(dòng)部分往右運(yùn)動(dòng)，達(dá)到終止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)成形和校正。操控氣動(dòng)壓力機(jī)往回運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)松開和旋轉(zhuǎn)凹模，進(jìn)行取料，進(jìn)入下一步工作循環(huán)。

各彎曲角根據(jù)彎曲的回彈量進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，在壓形操控時(shí)，可適當(dāng)增加壓緊時(shí)間，實(shí)現(xiàn)校正保壓3 s左右，達(dá)到更好的成形效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，利用臥式機(jī)構(gòu)成形方案，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，并提高了產(chǎn)品的制造質(zhì)量。中部環(huán)圓結(jié)構(gòu)成形后受回彈影響會(huì)出現(xiàn)開口現(xiàn)象，這是冷成形中不可避免的，應(yīng)適當(dāng)增加修形工序。為進(jìn)一步取消修形，后期可以研究采用加熱壓形，保證各尺寸的符圖率。