离合器摩擦片模具的高效加工

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摩擦离合器是在机械设计中用于轴与轴连接，使它们一起回转并传递转矩的重要件，它具有接合平稳、冲击和振动较小等优点。其重要组成部分——摩擦片大多根据使用场合的不同而被设计成各种不同式样，但由于工作条件恶劣，磨损严重，因此需要量大。目前，有许多小型企业瞄准了这个市场，但由于设备条件的限制，在生产工艺中须采取一些措施才能快速、经济地制造出来，以下通过实例加以说明。
    工艺分析
& a; j# w! S7 l4 V    在我公司对外承揽的技术业务中，有图1所示外形如垫片，中部需成形四个凸台的摩擦片。采用2.5mm厚45钢板经热处理45〜52HRC而成，生产批量较大。

图1

9 X% G4 w0 {1 s2 @$ f6 V    这是一个冲裁及成形复合件，由于生产批量较大，根据零件结构宜采用冲裁及成形复合模。依据冲裁力计算公式：
# l' O( U' }- J0 Y9 @7 w
7 i! n: }4 ]8 y! c$ u* v$ YP = KLtτ
9 S3 Z+ T" V7 l; w" v/ ]
; t5 R/ `+ U6 }式中 τ——抗剪强度，取500N/mm2
* H" s% l4 H( m) Q8 Y: }L——冲裁件的周长，mm
t——材料厚度，mm
: W0 F# t  S0 T; H: p' fK——安全系数，取1.3

代入零件相关数据，可计算出：

$ T$ V' J0 O0 b# M* i4 e( b摩擦片冲裁力P=1.3×3.14×(80+20)×2.5×500=510kN

依据冲孔、落料卸料力经验公式：P卸 = K卸P

式中
K卸—— 为卸料力系数，取0.06
, K- T' C+ O0 uP —— 冲孔、落料总冲裁力，N

6 ^) e8 Q5 q8 f' R, H0 d3 p代入零件相关数据，可计算出：
! s8 \+ |2 e. a- m' J: t
摩擦片卸料力P卸=0.06×510=30.6kN

3 [4 H% q& _4 d5 N; Y依据成形力计算公式：

* E% i6 X6 u7 c9 A) s8 K3 gP = KLtσb

3 j! [$ e( B/ U" E其中 σb——材料抗拉强度，取 65kg/mm2
L——成形部分的周长，mm
' ]& ~, V+ j+ m; A. B- \t——料厚，mm
K——为成形系数，取0.8
5 U$ K; s6 Q- K8 G
# o7 W% d/ m7 p/ q. T4 x" c9 C+ I( n代入零件相关数据，可计算出：

# Q: V6 ~- ^! Z, J4 ~. D8 z% {摩擦片成形力P成=0.8×2.5×(10×2+12×2) ×4×65=229kN
" p  X2 v6 E! ~. |
故摩擦片冲孔、落料、成形复合力为：510+30.6+229=770kN，自然须选择770kN以上的压力机。

根据对方生产设备仅能选用JC23－40开式双柱可倾压力机，要想实行冲孔、落料、成形复合，冲压力明显不足，如将复合工序调整为分步实施的单工序，又必将使生产效率降低、成本上升。

依据零件结构，其成形高度1.5mm小于料厚t=2.5mm，因此凸台成形仅依靠材料自身延伸性能及料厚变化便可达到；又由于凸台与零件内外形边缘距离均大于(3〜3.5)t＝(7.5〜8.75)mm，故不会引起边缘材料往内收缩，造成成形缺陷。
3 Z5 D# E" V2 a: S+ `
/ U3 M+ A" m  t; [/ s上述分析表明：四个凸台仅仅发生局部成形。零件落料、冲孔、成形复合过程中，凸台的成形没有必要的先后顺序。

模具设计
6 |& `% F$ ^" D
根据零件成形的特点及选用的JC23－40压力机具有打料横杆结构，设计了图2所示模具。

图2

1.上模板 2.导套 3.垫板 4.固定板 5.模柄 6.顶杆 7.打料杆8.打料板 9.冲孔凸模 10.卸料器
7 ]& o: D. P1 w+ O7 ]1 a% q9 ?11.落料凹模 12.导柱13.冲孔、成形凸凹模 14.卸料板 15.聚氨酯块 16.下模板

' N: G) o% j6 }  Q! T$ D: \8 j( ^    整个模具工作过程是：坯料置于模具适当位置，冲床滑块开始下移，落料凹模11与卸料板14共同将坯料压紧，随着冲床滑块的下移，落料凹模11与冲孔、成形凸凹模13作用，当滑块再下移3mm后，零件外形冲出，此时，卸料器10顶部刚好与固定板4底端接触，当滑块继续下移1.5mm, 卸料器10、冲孔凸模9与冲孔、成形凸凹模13共同作用，完成中部四个凸台的成形及中间φ20mm孔的冲裁。至此，零件内、外形及凸台完全成形。
    滑块上移，打料杆7与压力机打料横杆相撞，卸料力经打料杆7传于打料板8，再经顶杆6传至卸料器10，由卸料器10将加工好的零件推出落料凹模11型腔，与此同时，冲裁完外形的条料经卸料板14作用，完成顶料，余料转入下一工作循环。
! ]2 [8 g/ i, X6 t# I9 D& A    在模具中，卸料器具有成形凸台及卸料的双重功能，为防止卸料器旋转，设计成带导向、定位的四方结构，并且它与落料凹模型腔保证单面间隙0.03〜0.05mm，以保证成形准确、卸料可靠。
    成形凸台的高度尺寸由卸料器相关成形尺寸决定。通过修磨冲孔、成形凸凹模上平面，可调整成形高度尺寸，从而保证成形精度。
! p- ?& k0 j, e. V    效果及结论
# N5 M* g$ v4 F3 O+ c    模具设计完成后，经制造、试模，生产的零件一次性符合图样要求。经过三年多来的使用，生产零件数万件，产品质量稳定、模具工作可靠。
在这里，小吨位压力机之所以能一次性加工出零件，从模具工作原理可看出主要得益于模具结构设计时，落料凹模11比卸料器10厚3mm、冲孔凸模9比落料凹模11后3mm与坯料接触，形成阶梯型冲裁，使落料凹模11完成落料后，卸料器及冲孔凸模才开始接触坯料，而后成形及冲孔。此时，冲裁力为P=1.3×3.14×80×2.5×500=408kN，略大于400kN，只需选取稍大些的落料间隙便可克服。
  w4 A+ r8 ]7 d; |    上述措施的采用，使落料、冲孔、成形复合的“节奏”得到了重新布置，形成了阶梯型压力分布，从而，消除了三者复合后的压力叠加，使压力机落料、冲孔、成形复合力不够的矛盾得到根本解决。
! y, D7 e8 {0 x2 C9 K) W( D    在生产实际中，除阶梯型冲裁外，在凸模、凹模上采用不同的斜刃结构，形成斜刃冲裁，可降低冲裁力40%〜80%，不过该结构刃口制造及修磨比较复杂，刃口易磨损，主要适用于大型及厚料工件。如若工件表面质量要求不高也可采用加热冲裁，通过加热使材料抗剪强度明显降低，而适当增大冲裁或拉伸等的凸、凹模间隙，均能较好地降低冲裁力，起到小吨位压力机加工出大零件的功效。