一種自動線輕合金鍛造輪轂沖孔解決方案

文／劉長才，邢曉閣，付蕾，楊金嶺·中信戴卡股份有限公司

在實際的鋁合金輪轂生產中，會遇到閉式鍛造輪轂毛坯后續機加工時間和工序過多的問題，為驗證能否一次通過精確沖出中心孔和螺栓孔減少后面工序加工時間，我公司設計了實用新型沖孔模具，其特點是能同時完成精確沖中心孔、沖螺栓孔，大大節約了加工時間，而且加工精度更高。

毛坯工藝性分析

圖1 為輪轂鍛造毛坯工步圖，材料為鍛造6061鋁合金，具有良好的可成形性、機加工性，廣泛應用于要求有一定強度和抗蝕性的零件制造上。工序鍛造尺寸：中心孔1 個，直徑100mm；螺栓孔10 個，直徑12mm。

圖1 輪轂鍛造毛坯工步圖

整體解決方案

根據落料凹模在模具中的安裝位置，沖孔模有正裝式和倒裝式兩種：落料凹模布置在下模為正裝式，落料凹模布置在上模為倒裝式。本沖孔模具為正裝式沖孔模結構，能同時一次垂直方向完成沖中心孔、沖螺栓孔，如圖2，圖3 所示。

圖2 鍛造輪轂沖孔模具合模狀態示意圖

圖3 鍛造輪轂沖孔模具開模狀態示意圖

模具的上模部分：1-上大板，2-墊板，3-銷釘，4-固定板，5-小沖頭，6-中心沖頭，7-卸料壓板，16-卸料彈簧，17-導向螺栓，18-固定螺栓，19-銅套，20-導向桿(6 根)。中心沖頭、小沖頭固定在固定板上，上大板固定在壓力機上滑塊上。卸料壓板與墊板和固定板之間通過卸料彈簧和導向螺栓連接。銅套和導向桿起到精密導向作用。

模具的下模部分：8-鍛造毛坯，9-毛坯下定位護環，10-螺栓，11-下大板，12-下模下支撐體，13-頂料器，14-廢料，15-下模(四周帶外導向槽)，X-沖塊溜板，Y-限位環。

帶導板下模與下模下支撐體通過固定螺栓連接。毛坯下定位護環與下大板通過螺栓連接。毛坯下定位護環內導向槽與下模所帶的外導向槽形成配合，對下模的上下運動起導向作用，防止下模周向旋轉，保證沖頭與下模精準定位。保證下模的孔與小沖頭和中心沖頭始終在上下一條線上方向不變。實現沖頭與下模精確定位作用，固定的中心沖頭、小沖頭在壓力機滑塊帶動下下行沖壓毛坯正面孔。

保證下模的孔與小沖頭和中心沖頭始終在上下一條線上方向不變。實現沖頭與下模精確定位作用。

限位環焊接固接于毛坯下定位護環內側起到增加限位作用。沖塊溜板置于下大板上，用于沖塊順滑落至收集廢料箱。

為了保證沖孔的精準在導柱通過螺栓固接于上大板下，導套通過螺栓固接于下大板上。模具的導柱、導套起到導向作用。

為了保證輪轂鍛造毛坯沖孔過程中壓穩壓實，卸料壓板下面與輪轂鍛造毛坯背腔需要進行數控仿形加工保證配合壓實輪轂鍛造毛坯。下模上面與輪轂鍛造毛坯需要進行數控仿形加工保證配合墊平工件下面。保證輪轂鍛造毛坯在沖孔過程中無移動，沖孔精度才能提高。

模具自動化整體解決方案實施過程

工步一

首先設備頂料器拉動模具頂料器回落，下模下支撐體、下?；芈涞降孜?。同時壓力機滑塊帶動上大板、墊板、卸料壓板、沖頭、上行，上模打開。隨后機器手將輪轂鍛造毛坯放在下模上和定位護環中間后離開(圖4、圖5)，壓力機滑塊帶動上大板和墊板下行落下，通過銅套和導向桿起到精密導向作用，導柱、導套起到外導向作用。卸料壓板壓實輪轂鍛造毛坯，這時壓力機滑塊繼續下行，中心沖頭、小沖頭下行接觸毛坯，同時卸料彈簧壓縮，銅套和導向桿起到精密導向作用，中心沖頭沖壓中心孔、小沖頭沖壓螺栓孔同時沖下的廢料落到沖塊溜板上順滑落至收集廢料箱。

圖4 鍛造輪轂沖孔模具開模狀態及機器人取件示意圖

圖5 帶導板下模與毛坯下定位環配合關系示意圖

工步二

壓力機滑塊帶動上大板和墊板上行，中心沖頭、小沖頭借著卸料彈簧產生的彈力完成從輪轂鍛造毛坯脫開。頂料器頂起，將輪轂鍛造毛坯頂出毛坯下定位護環。

工步三

隨后機器手夾走輪轂鍛造毛坯將其送入下一個工序完成本次工作過程。

結束語

此模具很好解決了沖頭與下模精確定位問題，減少了后續加工輪轂鍛造毛坯時間和不必要的工序，為輪轂鍛造模具設計找到了新的提高工作效率的途徑，極大縮短了輪轂生產周期，也減少了設備和人力占用時間。