滑槽磨耗板成形工艺分析及模具改进

文/ 刘俊清·铁道部驻齐齐哈尔机车车辆验收室

王天华·齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司

滑槽磨耗板成形工艺分析及模具改进

文/ 刘俊清·铁道部驻齐齐哈尔机车车辆验收室

王天华·齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司

通过滑槽磨耗板冲压成形的工艺分析，确定两次热成形的工艺方案，探讨了在冲床生产时建立模具PRO/E设计所必需的理想数学模型，提高了模具设计的准确度和档次，缩短技术生产准备周期并提高模具的使用寿命。

滑槽磨耗板是铁路货车制动系统的关键部件，其质量的好坏直接影响制动系统的稳定性，其表面质量的优劣影响工件的商品化。工件板料厚度5mm，材质为T10A，产品要求热处理，硬度43～49HRC。工件的断面尺寸如图1所示，传统模具生产的滑槽磨耗板存在工件底部不平、R4mm两翼根部处成形不一致、侧壁存在划伤等质量问题（图2），导致滑槽磨耗板型腔尺寸不稳定，互换性较差且不具有商品化。

图1滑槽磨耗板图

图2原滑槽磨耗板实物照片

冲压成形工艺分析

滑槽磨耗板的材质是T10A高碳钢，模具必须热压成形，但其侧壁有SR3mm四个圆突起，一套模具无法完成。同时工件要求最好利用余热进行热处理，既节约成本，又提高工效，但公司的加热炉是天然气转炉，若二次重新加热进行热处理，势必导致脱碳而影响工件的机械性能，所以要求模具成形次数必须尽可能少，为此确定模具成形的次数为两次。原滑槽磨耗板的二次成形模是两翼和U形的两道成形，且凹模相应处必须开设躲避一次压型的四个凸起型，R4mm圆角自始至终参与成形，导致工件侧壁划伤，压型终了时为校正两翼，导致四个凸起型对应上部R处存在压痕。为此改进优化模具的结构，新型一次压型模模具完成四个凸起和两翼的压型两道工序，二次压型模是保证滑槽磨耗板质量的关键所在，是冲压成形工艺的核心，动作简单，工序仅完成U形一道工序，消除了原滑槽磨耗板存在的质量缺陷。

图3滑槽磨耗板一次成形展开尺寸

图4滑槽磨耗板一次成形模

一次压型模的设计

根据质量相等和板料厚度不变的设计原则，确定新型滑槽磨耗板第一次成形的数学模型展开尺寸如图3所示，利用PRO/E三维设计软件设计的一次压型模模具如图4所示，模具以数学模型为核心，参数化、智能化的设计模具组装部件。模具完成SR3mm四个凸起和两翼R4mm两道弯的压型工序，模具单边合理间隙按板料厚度设计为5.5mm，R4mm设计为R4.5mm，100mm按热膨胀系数上差千分之八设计为100.8mm，直臂高度（21±2.5）mm设计为22mm，145mm设计为146mm，两翼90°设计为92°，即底部下口尺寸为183mm，敞口上口尺寸为185mm，保证模具的拔模斜度，方便工件的卸料；固定凸凹模的螺纹沉孔在工件成形区外，并开设氧化皮通道，避免划伤工件成形表面，提高工件的表面质量和商品化；板料自始至终带压成形，消除工件底平面压型存在大圆弧不平的趋势；间隙按最大板料上差设计，减少成形中的摩擦阻力，减少工件出现划伤的趋势。改进一次和二次两套成形模具完成的工序，避免R4mm在第二次压型过程中参与成形，为保证最终产品质量奠定合理工艺基础，凸凹模采用常规热处理后再进行表面激光热处理，硬度达到65～68HRC，提高了模具的使用寿命。如图5所示，原滑槽磨耗板一次成形模实物照片仅完成SR3mm四个圆突起的成形。

图5原滑槽磨耗板一次成形模实物

图6滑槽磨耗板二次成形模

图7原滑槽磨耗板二次成形模实物照片

二次压型模的设计

滑槽磨耗板第二次压型模如图6所示，完成U形的成形，90°设计为89.5°略向下反变形。工件的两翼在接近成形终了时局部微微转动为90°，R4.5mm校正为R5mm，模具始终带压成形，保证工件底平面的平面度，同时固定凸凹模的螺钉沉孔全部在工件成形区的外部，避免对工件表面产生新的划伤和划痕。模具的镶块采用组合式的结构，具有柔性化，模具的间隙随时可以调节。模具的热膨胀系数按千分之六设计，保证工件冷却后回到工件的中差尺寸，两凸模之间可以加入调整垫板（根据需要进行调节），保证工件的高度尺寸。模具采用四点定位，避免工件的滑动，从而保证工件的对称成形。模具开设氧化皮通道，避免氧化皮对工件产生硌痕。二次压型模的数学模型按图1产品图的中差尺寸设计，其膨胀系数按上差千分之七计算，65mm的尺寸设计为65.96mm，57mm尺寸设计为57.15mm，70mm的尺寸按工件的最大包容尺寸设计，70mm两翼交点到底平面与型腔侧壁的交点尺寸相差1.18mm，70mm尺寸为68.78mm。R5mm只是压型终了微微的转动，避免R5mm自始至终全过程参与成形。老模具如图7所示，两侧的凹模在斜楔的作用下，向里滑动成形工件侧壁，边滑动边成形，运动时受模具的制造精度和维修精度影响较大，所以工件划伤的趋势增大。一次成形工件放置在滑动的凹模上，成形中存在微小的波动而位移，两侧的摩擦阻力不相等，成形不对称的趋势增大，导致工件划伤的趋势增大。新模具成形时凹模不运动，相应无划伤的趋势。新模具采用四点定位，老模具的侧定位是固定在凹模上，伴随凹模运动的不同步而导致工件的位移，从定位角度来说，老模具具有较大划伤的几率。综上所述新模具可以避免工件侧壁的划伤和R4mm处的压痕。同时凸凹模采用常规热处理后再进行新型表面激光热处理工艺，其硬度达到65～68HRC，提高了模具的使用寿命。

■表1滑槽磨耗板改进前后对比

图8改进后滑槽磨耗板实物

工件表面处理

工件表面抛光后进行发蓝和磷化处理，消除工件表面（尤其型腔内表面）的氧化皮，避免工件产生氢脆微裂纹现象，稳定运动中的摩擦系数，同时防止工件锈蚀，提升了工件质量档次和商品化。

效果分析

经过三个月的批量生产，从改进后滑槽磨耗板（图8）和表1可以看出工件的质量达到了预期的效果：⑴工件底部的平面度为0.1mm；⑵侧壁无划伤；⑶消除R处的压痕；⑷模具的单边间隙放大0.2mm，模具凹模圆角放大1mm，减少模具成形阻力；⑸取消校形工艺；⑹工件经过抛光、发蓝、磷化处理后，消除了工件轻微的擦痕；⑺经近二个月的生产验证，滑槽磨耗板成形合格率达到了99％以上。

结束语

在冲床生产热压成形件时，模具的间隙按最大板料上差设计，工件成形尺寸可以通过冲床的行程进行调节。对于复杂滑槽磨耗板的成形件，其热膨胀系数应按模具设计手册的上差千分之七计算。热压模具应开设氧化皮通道，避免氧化皮硌伤工件的表面。对于多弯的工件应避免小半径全程参与成形，减少侧壁产生划伤的趋势。