轮辐侧孔的冷冲压工艺及模具设计

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摘 要：文章叙述了车轮轮辐的冲压过程，其中着重分析了车轮轮辐侧孔的成型工艺。设计了侧孔的成型模具，并介绍了模具的工作原理和主要部件的结构特征，充分展示了分度机构的特点，动作可靠、生产效率高、工艺质量好且便于实现自动化。

关键词：车轮轮辐；模具设计；侧孔

中图分类号：TG385.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）30-0007-02

汽车车轮是汽车的重要部件，汽车与地面之间的所有相互作用力和力矩（如驱动力、制动力、侧向力、垂直力以及回转力矩等）都是通过车轮传递，因此车轮对汽车的安全性和可靠性有着重要影响。钢制车轮是由轮辋和轮辐组成，而轮辐需经冲压拉深、成形和切边等工序加工后再压入轮辋之中，并在两者接合处进行焊接。

冷冲压也称板料冲压，是塑性加工的一种基本方法，是利用压力机上的模具作往复运动，使金属板料内部产生变形的应力。在车轮轮辐的冷挤压加工工艺中，侧孔的加工是极为重要的一环，也是整个加工的难点。因此，要使轮辐整个冲压工艺稳定进行，就必须对轮辐侧孔工艺及其模具结构进行合理安排和设计。

1 零件结构

该轮辐的材料为Q235，有较好的可冲压性能。力学性能为：抗剪强度310～380 MPa，抗拉强度375～460 MPa，屈服强度为235 MPa，伸长率21%～25%。

初步分析该零件成形工艺主要包括：落料、拉深、冲直径为214 mm的中心孔、冲8个直径为32 mm的底孔、冲侧面8个直径为50 mm的侧孔五道工序。其中落料和拉深、冲直径为214 mm的中心孔和冲8个直径为32 mm的底孔可以采用复合模。因此，生产该零件需要落料拉深复合模、冲孔模和冲侧孔模三副模具，工艺方案的流程如图1所示。

轮辐的形状对称如图2所示，其上的8个侧孔均匀分布在轮辐的侧壁上。由于汽车轮辐壁厚较大，若同时从侧向冲制8个侧孔，则模具结构复杂、成本提高，使用不便，所需压力机的吨位也将大大增加，因此设计了可逐个冲制8个侧孔的该汽车轮辐分度冲孔模具。轮辐零件在模具分度机构的作用下，每次逆时针旋转45 ？，逐个完成冲孔。分度机构的设计使模具结构紧凑，且有利于提高零件的成型质量，降低了成本。

另一方面，8个侧孔均匀分布在45 ？的斜面上。对于冲裁方向的确定，轮辐有两种摆放方式可供选择，如图3所示。若按图3（a）的摆放方式来冲侧孔，发现冲裁毛刺在轮辐外表面，从而影响产品的外观质量，不便于操作人员观察冲裁过程，且下模周边刃口为钝角，不符合冲裁原理。按图3（b）的摆放方式，则可使下模四周受力均匀。所以将工件摆放在45 ？的斜面上，不仅使冲孔面与机床压力中心垂直，而且可以避免机床受到侧向力的作用。

2 模具结构与工作原理

2.1 模具结构

在设计的过程中要注意达到以下要求：①保证侧孔冲裁后制件外表面光滑不变形；②8个侧孔分布均匀；③侧孔的形状和位置基本符合产品图纸要求。模具结构如图4所示。

工作过程：压力机带动凸模19下行；凸模19开始接触板料，继续下行完成冲孔；之后压力机带动凸模上行，在橡胶18作用下卸料板7将工件卸下；第一个冲孔完成。此时橡胶34发挥作用使工件上浮0.5～1.5 mm；从而避免毛刺卡在凹模内而导致工件转动困难；接着转动分度盘25开始冲第二个孔。

2.2 工艺参数的确定

2.2.1 落料力的计算

F0=Klt？子=K×？仔×D×t×？子=285.88 kN

K为系数取1.3；

l为冲裁周边总长度，此处等于8个小孔和1个中心孔周边长度之和；

t为材料厚度4 mm；

？子为材料抗剪强度取350 MPa。

2.2.2 卸料力F1、推件力F2、顶件力F3和总冲裁力F0的确定

由《冲压工艺及模具设计》查得，K1=0.045、K2=0.05、K3=0.03。

F1=K1F=12.86 kN

F2=nK2F=28.59 kN

F3=K3F=8.58 kN

n为同时梗塞在凹模内的零件，n=h/t=2

由于模具采用弹性卸料装置和下出料方式，所以冲裁力为：

F0=F+F1+F2=327.33 kN

3 主要零件设计

3.1 凸、凹模结构

根据材料性能和厚度壳确定间隙：

Zmin=0.880，Zmax=0.640

凸凹模制造公差：

？啄凸=0.030，？啄凹=0.045

校核：？啄凸+？啄凹=0.100

对零件图中公差尺寸，查《现代冷冲模设计应用实例》得出各尺寸的极限偏差：d+？驻=50■■（？驻=0.62）

根据料厚和形状可确定系数：x=0.5

凸模刃口尺寸：d凸=（d+x？驻）■■=50.31■■

凹模刃口尺寸：d凹=（d凸+Zmin）■■=50.95■■

综上，凸、凹模的结构如图5、图6所示。

3.2 分度盘

分度盘如图7所示。

4 结 语

车轮轮辐是由落料、拉深、冲中心孔、冲底孔、冲侧面的侧孔等多道工序组成。其中，冲侧孔模具设计的优劣对整个制备零件的生产效率、加工质量的稳定性及自动化的实现都有重要的影响。该模具设计合理、结构紧凑、动作安全可靠、工作效率高、尺寸一致性好而且便于实现自动化，适应于大批量生产，具有广泛地推广运用价值。

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