锻造新式碟簧复合冲孔切边模

党军

摘要：文章通过对旧式切边冲孔复合模的分析，提出新的设计思路。通过对新式碟簧复合切边冲孔模的分析，总结改进后的优点，并提出新式复合切边冲孔模设计要点。

关键词：切边模；平面度；校正；碟簧压缩量

引言

随着中国汽车工业的飞速发展，汽车零部件需求越来越多，对零部件锻件的内在质量和尺寸精度要求也越来越高。传统的锻造工艺为锻造完后继切边冲孔，平面度要求高的锻件需附加校正工序。锻造切边和冲孔是比较重要的工序，但其在生产过程中，经常因为切边冲孔变形影响锻件质量，出现锻件变形导致平面度超差，导致锻件报废。所以在设计过程中必须考虑后续切边冲孔变形的影响，但这种设计必须有非常丰富的经验积累，还要求在生产过程中对温度控制严格和操作工熟练程度提出比较高的要求。

1.目前切边模现状分析

我们分析旧的切边冲孔模（如图1示），切边模结构如图1所示，左、右半结构分别为切边压床滑块在上死点和下死点时模具工作情况。旧的切边模从上死点到下死点切边和冲孔后，锻件随冲头18上升，接触到横板11后受横板作用力退出，自由落体到切边凸模上14。

在此过程中，锻件轮毂处受冲孔冲头向下作用力F2而产生变形，使轮毂上模尺寸缩小，下模尺寸胀大，同时使轮毂平面变形；轮缘处受切边凹模17作用力F1而产生变形，使轮缘上模尺寸受拉伸力变大，下模尺寸受挤压力变小，同时导致轮缘平面变形。此种变形薄饼类锻件更容易出现，使锻件工艺尺寸超差。

切边模在使用过程中，横板11、U型板19和拉杆12频繁卸除锻件而反复受拉伸力，产生应力集中使这三个关键部件容易变形导致损坏，使锻件无法取出或锻件冲孔冲偏。连接横板和顶出器的螺丝10因为反复侧向剪切力也极易发生断裂。

图1

10、横板顶出器连接螺栓 11、橫板 12、拉杆 14、冲孔凸模 17、切边凹模 18、冲头 19、U型板

2.新式复合切边模构思

经过分析以上旧式切边冲孔模的不足之处，我们寻找一种方法既可以满足工艺要求，同时可以解决以上老式结构的各种不足。经过比对，我们准备借助碟型弹簧来退出和校正锻件，同时在切边冲孔过程中，采取碟簧压紧，防止切边侧向分力过大导致锻件移动使切边、冲孔不均的现象。

结合切边和冲孔的特点，我们设计了如下切边模。本模具结构有模架、冲孔、切边、整形和退料部分组成

1、下模座 2、凸模 3、导柱 4、冲头座 6、上模座

7、凹模座 8、横板 9、碟簧 11、冲头 14、顶出器

在新式复合切边模设计中，为了保证锻件的精度，我们主结构仍采用导柱、导套结构。在工作时，将锻件放在冲孔凸模2上，顶出器14随着滑块下行接触压紧锻件；随着滑块的继续下行，在碟簧的压力下，顶出器14和冲孔凸模2对工件的压紧力也越来越大，使锻件整体受力均匀，变形小。与此同时，冲孔冲头11和切边凹模7也随上模下行，冲孔凸模将工件在切边凹模7刃口作用下，切断飞边，锻件留在冲孔凸模上。随着顶出器14和冲头继续下行，完成冲孔工序，压缩碟簧9和顶出器14继续下行一定距离，对锻件进行热整形校正，直到机床下死点后。随着滑块上行，碟簧弹力推动顶出器将锻件推出切边凹模7和冲头11，避免冲孔冲头带起锻件，造成锻件脱模困难和变形，直到滑块回到上死点 ，通过人工取离，完成一次动作循环。

图4是设计的无飞边锻造冲孔工序的新式冲孔校正模。

3.结果和讨论

经过现场使用，新式切边模切边后效果远好于老式切边模，有以下优点：

（1）锻件平面度保持在0.2左右，减少了锻件废品率

（2）锻件径向尺寸基本和设计吻合，

（3）锻件因切边冲孔后在凸模不动，避免了磕碰。

（4）操作简单，提高了操作效率，有效提高了班产量；

4.新式切边冲孔模设计要点

新式切边模在使用中一定要确保两点：

（1）碟簧选用合适，这种结构选用碟簧属于拉伸碟簧，此种碟簧通过对合、叠合、复合等组合方式可以获得不同的载荷曲线。在选用组合方式时，必须考虑锻件从冲孔冲头上脱开所需的推力，然后根据推力考虑碟簧的组合方式，碟簧的计算负荷F（在变形量f≤0.7 5h 时，h为碟簧压平时的变形量）为允许变形受力极限，如果大于此变形量，碟簧的寿命便会成倍减小甚至失效。我们一般设计时要考虑锻件脱开冲孔冲头所需的推力，然后选择碟簧的组装方式，最好不要达到碟簧允许的最大变形量，根据现场经验碟簧变形量0.5h为最佳。同时为防止组合碟簧在受载时单片簧发生横向位移，应设置芯轴或套筒定位导向。在碟簧厚度较大或组合高度较高士，还需考虑碟簧带有支承面，以保证在反复压缩回弹过程中碟簧的稳定性。目前我公司经多轮试验，选用艾志集团生产的标准拉伸碟簧6150规格，在每分钟压缩60次的工况下，平均每组可以生产4-5万件合格锻件，改进效果十分明显。

（2）冲孔冲头的设计是在新式切边冲孔模能否成功的关键，冲孔冲头的刃口形状、冷却方法、粗糙度等制约因素决定着锻件能否顺利从冲孔冲头上顺利脱开。

（3）在切边冲孔过程中，顶出器为浮动式，所以必须给其限制一个严格的导向空间，保证压紧的准确性。同时碟簧靠它给锻件一个预紧力，保证锻件在冲孔凹模上不活动，保证切边冲孔受力均匀不变形。

5.新复合切边冲孔模使用要点

（1）复合切边模安装在切边压床上，设备要求有较高的导向精度才能保证复合切边模正常使用。

（2）安装碟形弹簧要保证弹簧有一定预压量。

（3）安装后保证碟簧工作过程中在许可变形范围内。

（4）安装时调整顶出器和切边凹模的间隙，保证间隙在1.5-2mm，间隙值不宜过小，以防止氧化皮卡死其中，使整个模块无法工作。

（5）模具安装好后，通过设备的微调调整切边模滑块，使切边模合模后，凹模进入凸模10mm正好是切边模滑块的下死点，既保证整形作用，又不易使切边模损坏。

6.结束语

针对切边冲孔和整形的问题，提出了设计思路，解决了实际问题。经现场检验，完全符合设计要求，满足生产需求。这种新式复合切边模以后的推广，可以减少很多需要热后校正的锻件，如对连杆的弯曲、扭曲变形有很好的矫正作用，还可以使锻件在后继设计中，继续精化减小加工余量，为以后的机加工和提高公司成本竞争力具有深远意义。