加工汽車模具的刀柄與沖模設計

重慶大江工業公司汽車零部件公司 （401321） 李祥貴

加工汽車模具的刀柄與沖模設計

重慶大江工業公司汽車零部件公司 （401321） 李祥貴

1.液壓刀柄結構的改進

某公司在用高速數控銑床加工某轎車前翼板模具型腔時發現，型腔表面有細微振紋，型腔轉角處不圓滑、欠光整，初步分析是刀具切削速度和進給量選擇不當所致。實際轉速是12000r/min，進給速度是24m/min，改變切削速度和進給量后，這一缺陷沒有明顯改善，有人認為是加工模具的球頭刀具桿部直徑較小，在高速切削加工時因其剛性不足而發生了振顫所致。當換上直徑較大的刀具后，經試加工驗證問題依然存在。我們到現場查看并審閱刀具設計圖后判定，出現前述振紋問題的原因很可能是夾持刀具的刀柄沒能使刀具精確定位，且刀柄前端結構尺寸略微偏大，使刀具在高速切削時懸空而影響了模具型腔的尺寸精度和外觀的光整性。圖1是該公司使用的MAPAL液壓刀柄的結構圖。

圖1 MAPAL液壓刀柄結構圖

該刀柄系統的工作原理是：轉動六角鑰匙7使加壓螺釘6旋進，螺釘6的旋進迫使加壓銷5下移進而推動密封于刀柄8內油液流動，在液壓油1的作用下，夾緊內套10收合把刀具夾緊。螺母9的作用是阻擋夾緊內套10作軸向移動。這是一個新穎且比較完善的手動式HSK刀柄結構，適用于高速、高精度切削加工。為什么在某公司加工汽車前翼板模具型腔時這一高精結構會失效呢？我們作了如下分析：①對模具而言，由于其型腔較深，刀具外伸長度較大，這樣刀具在高速旋轉并切削時其剛性將會減低并因受激而振動。②由于螺母9的占位作用，夾緊內套10不得不向左沉入刀柄內腔，這樣刀具右段頸部便處于非支承狀態，使原本具有高剛性高定位精度的刀柄性能被弱化了。為了消除這一結構上的欠缺，我們將刀柄結構作了改進設計，改進后的刀柄結構見圖2所示。與改進前相比，改進后的刀柄結構僅將起擋圈作用的螺母改成了由圓錐銷9擔任，而原件上的螺母被改成了其外徑在刀柄上定位、內徑使刀具定位的錐體式螺母10。這是著眼于螺母上的錐體具有良好的密封和自鎖性能的認識。由于刀具的前端被精密定位且被鎖定，這樣在刀具高速切削時，即使切削力驟變或型腔存在局部硬度不均等情況時也不會使刀具發生振顫。按此思路對該刀柄作了改進后，經實作驗證，模具型腔的細微振紋和型腔轉角處不圓滑欠光整的外觀缺陷沒有再度出現。這證明我們對前述問題的分析是正確的。

圖2 改進后的MAPAL刀柄結構

2.汽車冷卻系沖壓件的模具設計技巧

沖壓件是高效無切削的機械加工零件，由于沖壓件的尺寸、精度、形態各個有別，因而沖壓模具就有簡繁、易難的差異。對復雜模具的設計而言，要設計出既滿足零件技術要求又便于制造修復且制作費用不高的模具，設計者必須三者兼顧。圖3所示是某汽車冷卻系上的一個零件，該零件是一個沖壓件。由圖3可知，使該零件成形的模具必須得有徑向脫模機構才能使制成件脫離模具型腔而取出。怎樣設計這一結構就需設計者再三權衡。從沖壓工藝方面來說，可以考慮“落料沖孔→引伸→翻邊→縮口成形”等沖壓工序來完成零件的制作，但此法工序流程長，模具費用高，工效低，難以滿足生產對快捷出件的要求。較優的辦法是一次沖壓成形，這不僅能保證沖壓件的精度和質量，而且減少了模具投入量、縮短了生產周期和制作成本。由于這個模具兼有引伸、翻邊、縮口成形等多項功能，因此結構較復雜，設計難度較大。

圖3 某汽車冷卻泵葉輪外殼

圖4所示是用于實際生產中的沖制葉輪外殼的沖壓模結構圖。該模具型腔由凸模16、凹模21、外凸凹模5、內凸凹模4構成。為了使制件制成后脫模，外凸凹模5、內凸凹模4均可沿徑向移動，凸模16也可徑向移動。其工作原理是：當沖制零件時，上模下移，模芯20先行插入凸模16的內孔中使其定位，隨著上模的下移，凸模16將前工序沖孔落料獲得的半成品壓入由凸模16、凹模21組成的型腔中塑形；同時，凹模21的內斜面驅使外凸凹模5沿徑向向模具中心移動，使其與內凸凹模4合模將制件收口成形。當上模上移后，模芯20退出凸模16的定位孔，在彈簧22的作用下，外凸凹模5沿徑向外移，內凸凹模4沿徑向向模具中心移動，與其固聯的凸模16同時移動。當到達限定位置后，由于內凸凹模4和凸模16是剖分式的，因而制成品處于自由狀態，此時用氣槍將其吹出完成取件操作。

圖4 葉輪外殼沖壓模具結構

汽車模具設計制造涉及模具加工設備、材料和刀具切削性能、刀柄結構、熱處理技術等方面的知識，生產實際中會出現一些較有難度的技術問題，這就需要技術人員不斷地學習專業知識，及時解決出現的問題。

20130416）