車鉤提桿座成形工藝改進及模具設計

曾威雄 寇祖興

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

車鉤提桿座固定于鐵路車輛端部，其作用是穿掛車輛的車鉤提桿，并使車鉤提桿有一定的定位和保持轉動的功能。車鉤提桿座制造精度，直接關系著車鉤提桿的安裝精度以及后期使用過程的靈活度，如果該件制造精度差，可能導致車鉤提桿提前變形和折損，進而導致配件脫落或列車分離故障的發生。

1 產品的工藝性分析

車鉤提桿座零件結構尺寸如圖1所示，從功能上看是通過兩鉚接孔實現自身固定后，再利用卡子結構的環形柱起固定作用。

車鉤提桿座材料為鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼Q345NQR2，該材料是一種低合金高強度的結構鋼，抗氧化腐蝕性能好，適合剪沖和成形等加工工藝，與普通碳素結構鋼相比，其強度高，但回彈較大。其化學成分如表1所示，其機械性能如下：

圖1 車鉤提桿座

元素CSiMnPSCuCrNi成分≤0.120.25～0.750.20～0.500.06～0.12≤0.020.20～0.500.30～1.250.12～0.65

屈服強度不小于345 MPa；抗拉強度不小于480 MPa；斷后伸長率不小于24%。

該件為對稱結構件，共有5道彎曲線，其中，中間部位的環形結構為360°封閉結構，受模具排布結構及成形回彈的影響，成形的工藝性較差。

2 現有的成形工藝

目前的成形工藝方案為：折端部兩道彎→手工熱煨中部環形→整體修形。而手工熱煨是其中的難點，由于該件厚度較大，手工煨形前需要進行加熱，因此手工操作不便，加工過程無法測量尺寸，同時煨形及修形過程表面容易產生磕痕，整體容易出現扭曲等現象。另外，手工熱煨過程尺寸一致性差，效率低下。因此需要一種新的制造工藝，以保證質量，提高生產效率。

3 常規的環形結構件成形方案

3.1 斜楔模一次成形

利用斜楔結構的壓形模具，復合所有彎曲線實現一次成形(見圖2)。模具利用壓力機通過滑塊上升和下降完成產品的壓形，利用斜楔的推動使滑動凹模滑移[1]。

但這種成形方案存在一定的缺點：一是壓力機作業的取放件不方便；二是模具結構復雜；三是成形芯固定困難，且容易受壓變形。

1—上模體；2—斜楔；3—滑動凹模；4—平衡座；5—下模體；6—彈簧機構；7—凸模；8—成形芯；9—凹模。圖2 斜楔壓形模

3.2 多次彎曲成形

采用彎曲工藝，對于形狀復雜的彎曲件，一般需要采用二次或多次彎曲成形，該件可以看作是W形彎曲和O形彎曲相結合，W形彎曲可以通過折彎或者壓彎實現；對于O形彎曲，采用預彎曲和二次彎曲實現[2]，如圖3所示。

1—上模；2—下模。圖3 折彎模

這種成形方案存在以下問題：一是成形工序較長，效率較低；二是成形過程多次定位，影響定位精度。

4 工藝改進及模具設計

考慮到該件的寬度較小，嘗試在臥式氣動壓力機上設計工裝，實現產品制造。

4.1 成形力計算

該件的成形不存在壓邊結構，且不考慮其存在局部脹形現象，成形過程視為是具有校正功能的彎曲，成形力(F)為5個彎曲圓角彎曲力的合力[3]。

F=(0.8×B×t2×σb)/(r+t)+A×q

式中：F—彎曲力，N；B—彎曲件寬度，mm；t—料厚，mm；σb—抗拉強度，MPa；r—內圓角半徑，mm；A—校正部分投影面積，mm2；q—單位校正壓力，MPa，根據經驗，針對該材料及厚度可選值為100 MPa。

為了方便計算，可將五道彎的校正力統一計算，根據計算結果，壓形合力約為68 t。

4.2 模具結構設計及工作過程

4.2.1模具結構設計

模具結構是一種帶旋轉機構的壓形模，屬于臥式成形，二維圖如圖4所示，三維圖如圖5所示。該模具一次實現所有彎的成形；利用產品是對稱件的優勢，模具設計時保證了兩側的對稱相等，避免彎曲時毛坯發生滑動；凹模旋轉壓形，方便工件的送料和取料； 機構設計時考慮當氣動壓力機將模梁壓至最右端時，使工件的彎曲部分與模具相觸的工作部分能得到校正。

如圖4、圖5所示，模具分為固定部分和移動部分，固定部分由底板、凸模、圓柱等組成；移動部分由模柄、橫梁、連接桿、旋轉凹模(1)、旋轉凹模(2)等組成。凸模、圓柱固定在底板，底板通過螺釘固定在工作臺上。而旋轉凹模(1)、旋轉凹模(2)在左右移動過程同時疊加旋轉動作；機構部件通過螺栓和銷釘連接，實現模具的正常運作。

1—模柄；2—橫梁；3—連接桿；4—旋轉凹模(1)；5—底板；6—凸模；7—旋轉凹模(2)；8—圓柱。圖4 彎曲模

圖5 彎曲模三維圖

4.2.2模具工作過程

圖4中虛線狀態為移動部分在最左端，是工件的送料狀態，固定料件后，通過操控氣動壓力機使移動部分往右運動，達到終止狀態，實現成形和校正。操控氣動壓力機往回運動，實現松開和旋轉凹模，進行取料，進入下一步工作循環。

各彎曲角根據彎曲的回彈量進行適當的修正，在壓形操控時，可適當增加壓緊時間，實現校正保壓3 s左右，達到更好的成形效果。

5 結束語

經過生產驗證，利用臥式機構成形方案，模具結構簡單，生產效率高，并提高了產品的制造質量。中部環圓結構成形后受回彈影響會出現開口現象，這是冷成形中不可避免的，應適當增加修形工序。為進一步取消修形，后期可以研究采用加熱壓形，保證各尺寸的符圖率。