摩托车油箱注油口冲压工艺及模具设计

陈朴

摘 要：介绍了摩托车燃油箱加注口的冲压工艺和模具设计，分析了工件的具体设计流程，计算了相关工艺中的参数，完成了模具主体以及各主要零部件的设计工作，并进一步完善了部分细节。

关键词：冲压工艺；模具设计；摩托车；冲压工艺

中图分类号：TG76 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.010

近年来，冲压技术越来越流行，密切关系着整个机械行业的发展。随着冲压工艺水平的逐渐提升和冲压设备质量的不断提高，冲压工艺中精密技术的水平也越来越高。多级自动冲压工艺，比如液压成形、超塑成形等得到了快速发展。现阶段，各种原材料的获取较为容易，且多数模具使用的材料符合冲压要求，加之各种处理技术不断完善、冲压设备质量不断提高，从而延长了模具的使用寿命。随着社会经济的发展，人们对生产技术的要求在不断提高，冲压模具、冲压设备也将占据更重要的地位。

1 工件工艺分析

工件的外形部分为圆筒，注油口的尺寸为54 mm。注油口的工艺要求非常高——不仅要求高精度，还要具有较高的光洁度。冲压工艺的优点较多，比如能提高生产质量、保证工件工作时的稳定性、降低整体工件的生产成本等。因此，采用该工艺能冲压外形较为复杂的工件。该技术已被广泛应用于汽车制造、轻工业、国防、电器、家电和日用品等领域。从上述分析不难看出，注油口需要经过落料、拉伸、预制冲孔、翻边和修边冲孔加工等工序，但其需要多次拉伸。因此，应预先模拟冲孔设计。本次设计的难点是对翻边相关参数的计算和冲侧孔的布局。本次设计的精度要求不高，只要能满足预定条件即可。

2 工件冲压工艺

工件冲压工艺主要分为2步：①计算毛坯尺寸，并在翻边前记录未完成工件的外形和体积。冲孔为54 mm，工件的制作不能完全依靠翻边，还需要依靠拉伸来完成。②确定工艺方案。对于凸缘拉伸件，有很多处理办法，比如工件拉伸后车去底部；工件拉伸后冲去底部；工件拉伸后预先冲孔，然后翻边、拉伸，再冲孔，最后翻边复合；工件落料、拉伸后冲孔复合，再翻边。

上述工艺方案中，采用第一种方法能提高工件的制作质量，但会降低生产效率，且在某些情况下，无法完全适应冲压条件；采用第二种方法需要增加塑型操作，但这样无法保证工件质量；采用第三种方案时涉及冲孔和翻边，冲压有一定的难度，有可能导致冲压厚度不足，进而导致工件强度较低；而采用第四种方案能有效弥补前三种方案的缺陷。此外，在具体冲压过程中，翻边工序的不同会导致工件的质量不同，因此，第四种方案为本次设计的最优方案。

3 复合模的设计和计算

3.1 各工序压力的计算和压力机的选定

式（6）中：K2为；n为同时卡在凹模里的废料片数，设凹模直筒口径高度h为4 mm，则n=h/t=4/0.5=8.

由于上述计算中选用的是弹性卸料结构，所以，总压力F总为各力的总和，其中包括卸料力。因此，F总=P1+ P2 + P4 +F冲+F推≈243 kN。根据上述计算结果，安全系数取0.7，并选择250 kN的开式压力机。

3.2 确定相关工序中的水平高度

水平高度L为H1到H4的和。其中，H1为凸模固定板的高度，一般占到总高的40%，即30 mm；H2为卸载版的高度，一般设为12 mm；H3为导料板厚度，取4 mm；H4为附加长度，包括修模余量和安全长度，取28 mm。因此，L= 74 mm，即凹凸模的长度为74 mm。但该数值并不是最终长度，还需要经过多次优化后选定最终长度。

3.3 相关数据的计算

凹模弧度h的计算公式为：

h=K×b. （7）

凹模壁厚c的计算公式为：

c=1.5-2h. （8）

式（7）（8）中：K为固定系数，如果零件较为复杂，则取大值，反之则取小值；b为冲裁件的最大外形尺寸。

通过综合计算得知，h为18.3 mm，c为41 mm。

3.4 模具选型和相关结构的选择

本次方案采用复合模的特点，在实际冲压过程中能实现设计中的深度。其零件采用浅拉边缘式加工，属于落料、拉深、冲孔相互结合的复杂加工方式，落料、冲孔时使用正装式，拉深时使用倒装式；模具下方采用压圈和顶件工序，并设置有推送器具。上述加工方式的好处在于整个零件的留出速度非常快、生产流程标准化，适合在拉深深度浅、加工工艺要求不高的加工中采用。

设计上模时，为了保证零件底部不出问题，且零件不与其他影响因素相关联，本设计采用了连接推杆专用工具来实现工件的进出。在该程序中，拉深深度为12 mm，工件厚度为1 mm，因此，在实际装载过程中优先采用弹性装置。此外，在模具下方装有气垫装置，作用是使顶杆保持运动，从而确保压边圈的其他作用能正常发挥。比如，顶件、模上刚性压件，以及一些辅助性、刚性的卸料板，可保证整个装置的结构严密。

在本次设计中，缺陷之一是由于拉深件可能卡在刚性卸板料中不易进出，有时需要人为操作解决，进而导致效率降低，因此，需要调整拉杆长度。在实际操作过程中，只要保证气垫的气压充足，则可消除上述缺陷。此外，本次模架的选用综合了其他模架的操作特点，选用了后侧布置导柱的方式。

3.5 模具压力中心分析

在制件过程中，经过加工后的凹凸模比较规整，因此，整个工件的中心就是模具压力的中心。本次设计中，建立标准的坐标系非常重要，该坐标系的原点在模具压力的中心点上。

4 对翻边模的设计和计算

4.1 翻边力、顶件力的计算和压力机的选定

计算翻边力F翻的计算公式为：

F翻=1.1πt（D-d0）σs=17 601 N. （9）

顶件力设定为翻边力的10%，则：

F顶=F翻/10=1 760 N. （10）

根据上述计算可知，总压力F总的值为各个力的和，即F总= F顶+F翻≈20 kN。根据本次设计中的多种影响因素，安全系统选为0.8，并选择160 kN的压力机。

4.2 模具类型的选定和模具外形的设计

本次加工的主要工序是模具的翻边处理，翻边的垂直距离为10 mm，翻边难度较大、精度较高。本次翻边凹模被配置在模座上方，拉伸后的带凸缘筒形件被装配在翻边凹模旁边，并利用螺钉和销钉将二者固定在模座上。在卸料时，推件杆可将胚料从翻边的凹模中推出，这种方式非常快捷、方便。

翻边凸模被装在下模座上。在卸料时，压边圈与限位螺钉共同作用，且压边圈能通过拉杆将作用力送至指定位置。

4.3 对压力中心分析

本次设计中模具的翻边较为规整，模具的几何中心就是压力中心，设计中各个参数的设置和选定较为方便。

4.4 冲模闭合高度分析

在设计初步分析中，冲模的高度为172 mm，符合本次设计中压力机闭合高度为144～215 mm的范围要求。因此，初步选定的冲模高度值符合设计要求。

4.5 模座的选择

本次模具上模座的规格为160 mm×160 mm×45 mm，下模座的规格为160 mm×160 mm×45 mm。

上模座具体的结构尺寸为：L=160 mm，B=160 mm，t=45 mm，A2=195 mm，L1=170 mm，S=170 mm，A1=110 mm，R=42 mm，l2=80 mm，D（h7）=42 mm.

下模座具体的结构尺寸为：L=160 mm，B=160 mm，t=45 mm，L1=170 mm，S=170 mm，A1=110 mm，A2=195 mm，l2=80 mm，R=42 mm，d（r7）=28 mm.

5 对垂直切边模的选定

5.1 切边力的计算和压力机的选择

切边力F切的计算公式为：

F切= 1.3π×d×t×τb=110 009.9 N. （11）

废料刀切断废料所需的力F1=4 550 N，因此，F总=F切+F1≈115 kN。

5.2 模具结构的选型设计

为了获得精准的数据，在本次设计的最后环节进行了模具的切割。在本次切割环节中，需要切下无用环装材料，因此，采用废料切刀切掉了环绕在模具周边的废料，这样能减少卸料板的用量，从而使整个模具内部简化，提高了加工效率，简化了加工流程。

6 结束语

经过初步测试，本次设计中生产的模具可用于机床生产加工，且可保证各个零件的质量和外表光滑度。实践证明，采用本设计不仅减少了材料的浪费，提高了产品质量，还进一步促进了生产效率的提高。

参考文献

[1]模具实用技术丛书编委会.冲模设计应用实例[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]冲模设计手册编写组.冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3]牟林.冲压工艺与模具设计[M].北京：北京大学出版社，2010.

[4]王玉钰.轿车加油口内板冲压工艺与模具设计[J].农业装备与车辆工程，2014，52（5）.

〔编辑：张思楠〕