一种翻孔拉伸复合模结构设计改进

作者： 闫 海 （济宁市恒松工程机械有限责任公司）

文章已刊载在《模具制造》月刊，版权归作者所有，转载请注明出处，谢谢！

【摘要】 介绍了集油盘制件的工艺分析及模具成形过程中出现的问题；针对所出现的问题，在原模具设计的基础上，借助Autoform软件模拟的结果，进行模具结构的优化设计。

关键词： 复合模；模拟；结构设计；改进

1 引言

液压挖掘机基本结构可以分为3大部分，分别为车体部分、工作装置部分和底盘部分，每个主体部分都由不同板厚的钢板焊接组装而成。其中集油盘是底盘部分上密封黄油的圆盘形的薄板件，该部件为实现其储存、密封功能，结构设计中有翻孔和浅锥体复合造型。本文通过对某厂家集油盘成形工艺分析，同时借助Autoform软件对模具成形过程进行模拟，优化并改进复合模结构，为后续生产出合格、质量稳定的制件提供有力的保障。

2 制件冲压工艺分析

2.1 制件分析

图1 所示为我公司某种型号的集油盘，材质为SPHC，板厚为2.5mm。此制件的结构可分为内孔翻边和浅锥体成形两种造型组合而成，是一种典型的回转类圆盘制件，这类制件坯料的变形，呈轴对称且沿坯料的周边均匀分布：此制件内部圆孔翻边时对孔缘的状态反应最为敏感，对于冷轧低碳钢板，冲裁边缘的伸长变形能力比切削边缘减少30%~80%；孔缘在单向拉应力作用下，切向伸长变形引起的厚度减薄最大，最易开裂；外侧浅锥体成形时，由于外法兰边宽度相对较宽，锥体成形深度深，成形时容易产生翘曲、瓢 偏。在模具设计时，需要注意这两个潜在危险点。

图1 集油盘

2.2 坯料的确定

坯料尺寸的确定有两种方法：①利用Autoform软件对该制件进行模拟计算，并结合现场试验，最终确定毛坯料的尺寸；②利用中性层长度不变的原则进行计算，然后结合现场试验进行确定坯料尺寸。此制件内孔尺寸较大，采用冲孔的工艺，会增加一个工序，模具投入也相对增加；同时考虑到冲裁边缘产生的加工硬化层、表面凸凹不平乃至微小裂纹的存在等原因，使其伸长变形能力相对于母材大大下降，因而翻孔时容易开裂。如果条件允许，可以采用激光下料。采用激光下料，孔外缘切割口一致，不会存在微小裂纹和加工硬化层；同时内孔的落料还可以进行套料，排版其它工件，提高了材料利用率，节约成本。在我司内部采用的是激光下料获取坯料。

2.3 现状分析

通常此类制件成形可通过图2所示复合模结构进行成形。此模具结构简单，加工方便，不需要使用复杂结构或者双动压力机，模具生产成本低。成形时，把坯料放于托料板之上，凹模随着油压机的上滑块不断下移，与托料板上的坯料接触夹紧。凹模不断下移，先进行内孔翻边，后进行浅锥形成形。最后凸凹模相互闭合，对制件进行整形。此模具结构的不足之处在于：外侧法兰面与模具不接触，出现了悬空，悬空部分抗失稳能力差，会出现翘曲，严重时会出现起皱。

图2 改进前复合模结构

1.凹模 2.凸模 3.下模座 4.压料板 5.托料柱 6.制件

通过实验发现：当制件满足法兰宽度小于25mm或锥体成形深度小于10mm时，采用图2所示模具结构进行冲压成形，所得制件能够满足质量要求。对于图 1 所示制件，法兰边宽度为接近 100mm，锥体成形深度为20mm，制件外法兰平面度的要求为3mm。如果 采 用 图 2 所 示 模 具 结 构 进 行 冲 压 成 形 ，通 过Autoform模拟分析可得，平面度达到了8.81mm，远大于平面度为3mm的质量要求，制件判定为不合格，最终会影响装配效果，如图3所示。

图3 改进前复合模成形结果对比

2.4 模具结构改进

我司大部分同种类型的制件可通过如图2所示复合模结构冲压成形，生产的制件质量能够符合图纸要求。而图1所示制件相对于其它同种类型的，成形深度相对要深，因而不能采用图2所示的模具结构。针对法兰部分翘曲、起皱的问题，常见的防皱措施有：①加大坯料直径；②加大压边力；③采用拉伸筋。现为了提高制件的质量，对模具结构进行优化：增加压边装置，通过对悬空部分施加压边力，消除翘曲现象。

综合以上分析，在原来模具上进行改进。改进后的复合模结构如图4所示。在凸模上增加外压料板，外压料板上周圈布置模具弹簧，通过导向螺栓进行连接。集油盘的内孔翻边通过凹模、凸模和内压料板相对运动来完成；浅锥形成形采用“锥-锥型”模具结构， 即：锥形凹模、锥形凸模组配。通过Autoform软件的模拟可得集油盘的成形力，根据得出的成形力，进行模具弹簧的选型及数量，如图5所示。成形时，首先要通过压力机上滑块带动凹模上升，把模具打开。在把内托料板升起，保证内托料板上表面和凸模地面的定位在同一平面上，把坯料放置在内托料板上，此时凹模随着压力机下滑块下压。制件内孔翻边成形，当凹模下降到一定程度时，外托料板首先与下模座接触，对板料行程一个预压紧力。随着凹模不断下降，内孔翻边和浅锥体同时完成成形，最后在反向操作取出制件。

图4 改进后复合模结构

1.凹模 2.凸模 3.导向螺栓 4.弹簧 5.外压料板

6.内压料板 7.下模座 8.托料柱 9.制件

图5 模具成形力

3 改进后效果验证

改进后的模具，在外托料板的预压紧力的作用下，制件外法兰边的翘曲明显改善。经多次生产试验，制件能够满足图纸尺寸要求，平面度控制在3mm以内，如 图6所示。现已进行批量生产，改造达到了预期效果。

图6 改进后的模具成形结果

4 模具制造需注意的问题

（1）翻孔内孔缘开裂的预防。

翻孔时，竖壁变形区的材料在拉应力的作用下，切向伸长变形大于径向压缩变形，导致材料厚度减薄，制件易出现开裂。为预防开裂现象的出现，改善翻孔时材料的塑性流动：①在凸模设计时，可采用抛物型凸模或球形凸模，凸模表面进行镀铬处理；②坯料可以采用激光下料或通过增加冲孔工序得到合适的坯料。若采用冲孔落料的方式下料，需要对孔缘的毛刺进行整修，去除毛刺，使其内边缘顺滑；③翻孔时，需将预制孔有毛刺的一侧朝向凸模放置，以减少开裂。

（2）锥形体成形时，外压料板需要高出凹模压料面约1.2t，便于外压料板提前和凹模接触，在弹簧的作用下，形成预压紧力。

5 结束语

本文对集油盘生产过程中出现的问题进行了分析，可以看出这类制件的模具设计并不复杂。但是，在设计时容易犯经验主义错误，造成不必要的损失。因此对于模具设计人员，不仅需要熟练掌握冲压工艺、模具结构设计、弹塑性力学等基础知识并灵活运用，还要在生产实践中多积累，认真总结，从而能更好地为冲压工艺生产提供有力的保障。

观音阁游乐园向南400米路面破损严重无法排水

破损严重的路面

东方圣城网讯（记者 赵豫）“火炬路观音阁游乐园向南400米左右路西有一条东西向的小路，路面破损非常严重，坑洼、凸起，难通行。”近日，市民袁先生拨打本报热线2210000反映称，火炬路济宁运河中学斜对面一条小路破损多时无人修补，由于破损路面出现了多个大坑，影响正常通行。

昨天上午，根据袁先生提供的线索，记者在火炬路金山桥学校站牌附近找到了破损严重的这条东西向小路。从火炬路向西进入这条小路，眼前的路面平整干净，完全看不出袁先生反映的破损严重问题。记者一路向西走，平整的路面开始有了变化，南侧路面下的石板暴露出来，一节一节凸出在路面上。走到恒松工程机械公司附近时，马路出现了“断裂带”，路南的路面上碎石板、泥土、水坑混在一起，有些地方高出路面，有些地方则出现凹陷，完全无法正常通行。而北侧的马路也出现了裂痕，颠簸难行，原本可以三四辆机动车并排通行的道路由于破损只能勉强通过一辆三轮车，私家车想要通过必须承受剧烈的颠簸。“这条路坏了两年多了，继续向西走，前面破损更严重，经常有人在这条路上摔倒。”在附近工作的郑先生说。

顺着郑先生手指的方向，记者继续向西走看到，路面不再有凸起的石堆，但剩下的一段马路几乎看不到完整的路面，到处都是裂缝，一路颠簸难行。“这条路没有名字，西边这条南北向的路叫广伟路，这条小路在火炬路和广伟路之间。位置偏，没人管，破损了好几年一直没有修。”市民张女士说，这段路不仅破损严重，而且没有路灯，到了晚上更加难行，每次回家，她都会选择绕道。

虽然整体路面破损严重，但记者还是看到几处修补的痕迹，郑先生告诉记者，这是去年附近的金顺公司修的，只是对路面上几处大坑进行了填补，保证可以正常通行。“前几年创卫生城市时对靠近火炬路的一块路面整修，本来以为终于要修路了，没想到修了一个头就再没有下文了。前几天晚上下雨，路面积水积得很深，我那天刚好下夜班，一出门看到这样的情况只好从单位的另一个门回家。”根据郑先生的说法，记者又沿着这条小路走了一圈，在马路两侧未发现下水道，路边一些低洼的路面依然还积着污水。路面破损严重、无法排水、没有路灯，这条仅有500米左右长的小路问题的确不少。

采访过程中，附近居民表示，上个月该路段刚安装上了监控器，他们希望下一步相关部门能重修一下道路，让大家回家的道路少些颠簸，多点平稳。

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