軸瓦沖孔沖缺模的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：針對(duì)軸瓦沖孔沖缺模在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中遇到的一系列問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)思路及相關(guān)設(shè)計(jì)運(yùn)算，提出了相關(guān)的解決方法，以提升沖孔沖缺工序的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，進(jìn)而提高模具的使用效率。該研究可為相關(guān)產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)人員提供一些設(shè)計(jì)思路及方案，以期為軸瓦機(jī)加工的發(fā)展及應(yīng)用提供參考，并在相關(guān)產(chǎn)品中進(jìn)行推廣。

關(guān)鍵詞：軸瓦；沖孔；沖缺口；機(jī)加工

0 前言

軸瓦是滑動(dòng)軸承和軸頸相接觸的部分，呈瓦狀的半圓柱面形狀，表面非常光滑。通常用青銅、減摩合金等耐磨材料制作而成，在特殊情況下，也可以用木材、工程塑料或橡膠來(lái)制造。

本文中所涉及的軸瓦（圖1）是現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)動(dòng)機(jī)所用的軸瓦，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和缸體的固定托架上，起到軸承和潤(rùn)滑的作用，所采用的材料是雙金屬?gòu)?fù)合材料。

1 軸瓦沖孔沖缺的基本定義及特點(diǎn)

由于軸瓦是一個(gè)半圓形的產(chǎn)品零件，因此在加工時(shí)存在一定的局限性，無(wú)法置于常規(guī)的平面夾具或工裝內(nèi)進(jìn)行機(jī)加工生產(chǎn)。軸瓦屬于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件，其加工精度和條件要求都相當(dāng)苛刻。普通軸瓦加工工藝流程如圖2 所示。

油孔及定位唇（沖缺）的加工為本文涉及研究討論的2 道工序。由于設(shè)備及工藝的不斷進(jìn)步，為了提升效率、降本增效，嘗試將油孔及定位唇在同一工位通過(guò)沖壓的形式來(lái)進(jìn)行加工生產(chǎn)。為此，考慮在設(shè)計(jì)一種小型的級(jí)進(jìn)模來(lái)利用小型的沖床來(lái)加工軸瓦的油孔及定位唇。

如圖3 所示，本文以沖孔沖缺模為例，分析在其生產(chǎn)加工中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題，并提出解決方案。

2 沖孔沖缺模的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在沖孔沖缺模的應(yīng)用過(guò)程中，通常會(huì)遇到以下問(wèn)題：① 軸瓦在模腔內(nèi)經(jīng)常卡滯，無(wú)法順暢流轉(zhuǎn)結(jié)合實(shí)際工作及經(jīng)驗(yàn)；② 加工后油孔的角度不符合產(chǎn)品圖紙要求；③ 定位唇的邊距尺寸不穩(wěn)定，浮動(dòng)大。通過(guò)對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析，在經(jīng)過(guò)不斷地驗(yàn)證嘗試及總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從產(chǎn)品傳送的穩(wěn)定性、沖孔的角度、定位唇邊距的穩(wěn)定性3 個(gè)方面提出了相應(yīng)的解決方案。

2. 1 產(chǎn)品傳送的穩(wěn)定性

沖孔沖缺作為眾多工序中的一部分，未加工部分可能會(huì)存在毛刺或尺寸不一致的情況，并且軸瓦采用產(chǎn)品推產(chǎn)品的方式輸送，因此不能采用常規(guī)相對(duì)固定的方式來(lái)讓軸瓦在模腔中進(jìn)行流轉(zhuǎn)傳送。

經(jīng)過(guò)多種方案嘗試，最終確定采用推料頭與定活壓板的形式最為穩(wěn)定。首先，軸瓦由前工序的輸送帶及相關(guān)軌道送入沖孔沖缺模的滑道中，使軸瓦能夠自由落入模具的模腔內(nèi)。為保證軸瓦滑落的穩(wěn)定性，將軸瓦傾斜17°，確保軸瓦能夠自由落體。在設(shè)計(jì)滑道時(shí)，計(jì)算了軸瓦半徑高并考慮加工余量，防止滑道高度過(guò)低影響軸瓦順利下落。

當(dāng)軸瓦落入模腔后，由推料頭將掉落的軸瓦推入沖孔工位的模腔，如圖4 所示。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，用一個(gè)死壓板固定軸瓦一端，以活壓板保證軸瓦能被推料頭推入沖孔工位的模腔中，起到導(dǎo)向的作用。

軸瓦沖孔完成之后，會(huì)進(jìn)入沖缺工位，如圖5所示。沖缺工位軸瓦會(huì)下沉然后完成沖缺口工序，因此在沖缺工位，使用氣缸配合頂桿，當(dāng)軸瓦完成沖缺工序后，頂桿將下沉的軸瓦頂起與模腔中的軸瓦同高，然后經(jīng)由最前方的推料頭繼續(xù)移載。沖缺完成后，后面的出料部分依然沿用之前沖孔工位的死壓板與活壓板的配合，以保證軸瓦在模腔中的穩(wěn)定移動(dòng)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，為確保軸瓦在模腔內(nèi)能夠順利流轉(zhuǎn)，多次修改模腔孔徑。最終確定需要適當(dāng)放大孔徑，然而在沖缺工位，為了保證沖缺的穩(wěn)定性，需要在沖缺工位適當(dāng)縮小孔徑，因此需要具體參考產(chǎn)品工藝。

2. 2 沖孔的角度

按照?qǐng)D紙標(biāo)定的軸瓦油孔角度設(shè)計(jì)模具，加工生產(chǎn)后的產(chǎn)品卻無(wú)法符合圖紙要求。經(jīng)過(guò)多次計(jì)算和對(duì)生產(chǎn)樣件的研究，發(fā)現(xiàn)所沖油孔的產(chǎn)品并非基于安裝在標(biāo)準(zhǔn)孔徑標(biāo)準(zhǔn)尺寸的情況，因此需要經(jīng)過(guò)一定換算，來(lái)確保在設(shè)計(jì)的模腔孔徑尺寸內(nèi)沖出的油孔角度符合圖紙要求。

換算時(shí)，無(wú)論孔徑的尺寸如何變化，油孔中心到底部90°的弦長(zhǎng)始終不變。計(jì)算方法如下：

軸瓦安裝入缸體（標(biāo)準(zhǔn)模）后的油孔角度要求為30°，標(biāo)準(zhǔn)模的孔徑為50.013 mm，如圖6 所示。為了讓軸瓦能夠在模腔內(nèi)穩(wěn)定地移動(dòng)，同時(shí)滿(mǎn)足產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)的加工要求彈張量（軸瓦在自由狀態(tài)下開(kāi)口的尺寸），將沖孔沖缺模的模腔設(shè)計(jì)為51 mm的孔徑。在模擬的過(guò)程中，必須確保2 個(gè)不同孔徑狀態(tài)下模擬的軸瓦弧長(zhǎng)一致。

當(dāng)不同直徑的軸瓦確認(rèn)相同的弧長(zhǎng)后，首先要確認(rèn)在標(biāo)準(zhǔn)孔徑狀態(tài)下圖紙所要求的角度，并計(jì)算出該角度狀態(tài)下底部90°到油孔中心位置的弦長(zhǎng)（或弧長(zhǎng)）。計(jì)算出弦長(zhǎng)（或弧長(zhǎng)）后，反向計(jì)算在設(shè)計(jì)的模腔孔徑下，所需要的角度。當(dāng)然，并非所有角度都以產(chǎn)品底部90°為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)不同方式盡可能換算到產(chǎn)品底部90°，作為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

該角度在沖孔設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要，如果計(jì)算失誤或者忘記換算直接使用圖紙標(biāo)注的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，很容易導(dǎo)致產(chǎn)品加工后超出圖紙要求，不僅會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢，而且由于模具加工的不可逆性，模具也會(huì)報(bào)廢。

模具沖孔部分的角度設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)：

（1） 軸瓦標(biāo)準(zhǔn)孔徑與模腔孔徑的尺寸確認(rèn)。

（2） 軸瓦油孔中心位置與基準(zhǔn)位置弦長(zhǎng)（或弧長(zhǎng)）的計(jì)算。

（3） 軸瓦油孔角度在不同孔徑下的換算。

2. 3 定位唇邊距的穩(wěn)定性

通常來(lái)說(shuō)，定位唇的邊距是有一定的尺寸公差要求的，如圖7 所示。因此，在沖缺工位設(shè)計(jì)的時(shí)候，務(wù)必要保證該尺寸在加工過(guò)程中的穩(wěn)定性。

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，定位唇邊距的尺寸并沒(méi)有那么容易控制。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在下模的設(shè)計(jì)中，為了讓軸瓦能順利下沉到?jīng)_缺模腔中，在設(shè)計(jì)的時(shí)候通常會(huì)設(shè)計(jì)下模寬度大于軸瓦寬度的上公差，由于在相對(duì)寬松的模腔中進(jìn)行沖壓，所以導(dǎo)致邊距的不穩(wěn)定。因此，在軸瓦沖缺工位的兩側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)定位結(jié)構(gòu)，以彈簧和壓板的形式，保證軸瓦在下沉到模腔后緊貼一邊，從而使軸瓦定位唇邊距在沖壓過(guò)程中保持穩(wěn)定。軸瓦區(qū)分上下片，定位唇的位置也區(qū)分左右，在生產(chǎn)過(guò)程中，靠近定位唇那邊的定位塊后面不使用彈簧，另外一側(cè)定位塊使用彈簧，以保證軸瓦定位唇邊距的穩(wěn)定性，如圖8 所示。

3 結(jié)語(yǔ)

沖缺工位改動(dòng)后，經(jīng)過(guò)實(shí)際的生產(chǎn)的驗(yàn)證，定位唇邊距變得非常穩(wěn)定，再也沒(méi)有出現(xiàn)之前因定位唇邊距超差而導(dǎo)致軸瓦大批量報(bào)廢的情況。本文中對(duì)模具的一些改進(jìn)在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中發(fā)揮了很大的作用。改進(jìn)后，沖孔沖缺的工序節(jié)拍由原來(lái)的每分鐘40 片提升到每分鐘50 片，產(chǎn)品的合格率由70% 提升至90%，并且還在逐步提高。沖孔沖缺模的應(yīng)用使沖孔和沖定位唇逐步合并為一道工序。這對(duì)于生產(chǎn)而言，不僅提高了效率，還提升了質(zhì)量，并且減少了用工人員，經(jīng)濟(jì)效益良好。

參 考 文 獻(xiàn)

［ 1 ］ 邱永成. 多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1987.

［ 2 ］ 陳炎嗣. 多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［ 3 ］ 上海菲特爾莫古軸瓦有限公司. 軸瓦定位唇加工方法： CN102728743B[P].2014-06-25.