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。
* g% z, d" E% C, e$ m    工艺分析
. T0 Y4 d0 V( R    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

    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：

0 b0 H0 `1 d5 D2 [" PP = KLtτ
: s! f) }( P& T4 Y" y
式中 τ——抗剪强度，取500N/mm2
L——冲裁件的周长，mm
1 f! ?2 b  r. t' B# W& Qt——材料厚度，mm
K——安全系数，取1.3

; Q, j6 x; l( n2 T# O( U代入零件相关数据，可计算出：

5 O7 P) f  L1 w4 T) S6 t) t- c摩擦片冲裁力P=1.3×3.14×(80+20)×2.5×500=510kN
4 ?8 s% P# p4 C) B
. W8 |8 S9 g) n依据冲孔、落料卸料力经验公式：P卸 = K卸P
/ g* L, N6 \: p: I, {% H& c
式中
K卸—— 为卸料力系数，取0.06
' l: d1 U  r- L, M+ U4 w( D; U' kP —— 冲孔、落料总冲裁力，N

代入零件相关数据，可计算出：
0 L9 h, K+ K+ O& S# ?6 \7 Q
! b" u6 ?" I3 {" @摩擦片卸料力P卸=0.06×510=30.6kN
/ R9 o5 r% F, D. A0 B8 s
依据成形力计算公式：
' z8 W8 F6 [- x
P = KLtσb
  R/ [  N0 p9 u. q8 ?
' ?5 r4 Y/ N0 d: I. U2 |, P4 |其中 σb——材料抗拉强度，取 65kg/mm2
L——成形部分的周长，mm
t——料厚，mm
K——为成形系数，取0.8

( Y! l$ p# c+ p% C$ b) _7 N( @代入零件相关数据，可计算出：
% p, `; n. X9 f5 d, v7 R
( Z" T( a5 z8 X摩擦片成形力P成=0.8×2.5×(10×2+12×2) ×4×65=229kN
$ H" c7 f" `; y* G+ |* y% ]" r
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。

' A. o9 u0 S4 }, T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。

9 }- f$ H% l$ u) _! N- h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。
# U/ T2 ~+ ~! P' D
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。
* {& D3 Y' f4 n+ c6 F. y
模具设计
7 i5 P9 m; G" y: w, U$ J7 b
: k6 C9 `- X% U5 I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
0 v" C8 @$ I7 U7 `. n. B# d/ P11.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

8 G4 ?% a2 z% E) N    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。
( _  w5 a  ~1 u$ W! `+ u    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。
5 R: \' |2 T0 d2 }9 k6 ]! L4 t  f    效果及结论
0 A1 |% h# ]: y5 A) R7 `4 O) H) @    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。
8 J/ v2 Z. t+ |# I! R% h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。
7 j! J4 @. d4 q, i. ~! J) b    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。
+ o( m6 u7 a& h    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。