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。
! P$ |2 i7 n& o" H# D( h    工艺分析
    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

$ _3 c4 y: W' A( J% Z    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：
5 |* @, @3 H0 T$ J
P = KLtτ
$ k, l& r' P6 L$ b6 z: |
  Q2 z4 ~7 u$ }/ ]- f式中 τ——抗剪强度，取500N/mm2
L——冲裁件的周长，mm
t——材料厚度，mm
! f0 t( J2 q4 F+ {; ?- @# mK——安全系数，取1.3

8 t4 L6 J) T* X6 Y6 H% k- c  \代入零件相关数据，可计算出：
& L4 B9 ]) G! @, p& N' a
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
; p8 v: y$ Y) }+ Y
( ~- J% H0 S5 s: R式中
2 d* b+ y  [' cK卸—— 为卸料力系数，取0.06
" `  j4 {" |2 A' h. rP —— 冲孔、落料总冲裁力，N
( ~$ P9 b, p- r
代入零件相关数据，可计算出：
. s$ q0 L1 S1 p) l, @0 m, A- h
摩擦片卸料力P卸=0.06×510=30.6kN
  H: S3 E* e3 L3 v# Q# Z
  e$ K4 l; w, W9 ~+ Z5 E0 g0 G依据成形力计算公式：
2 O: l+ m' m' G  j- I
P = KLtσb
% i+ S* w5 c6 x; O6 ]
  B+ u5 ]8 q8 J' n其中 σb——材料抗拉强度，取 65kg/mm2
' z( L. ^& l) W% ~' oL——成形部分的周长，mm
; Z, ~8 j$ t0 K/ C4 Bt——料厚，mm
, }" Z# f. D+ U9 p8 WK——为成形系数，取0.8
& i4 A7 `( b0 z4 B8 `
, X% z5 |& e# P. P* h" \. b6 T9 t. ?' j代入零件相关数据，可计算出：
+ X- |% U* y  R$ I
摩擦片成形力P成=0.8×2.5×(10×2+12×2) ×4×65=229kN
4 E; G3 S7 @; |0 y! w% }9 z
  r2 p& ?: @* c! k: X8 v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。
6 L6 M8 ~, n9 E2 p4 t
, q4 Z" x! N" g9 _$ E2 k  X2 g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。

. S2 G, w( `: T$ f: \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。

3 t! p) |/ x' V  o$ H8 o; @模具设计

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
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

    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。
$ j4 F3 P: [0 V    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。
4 Z2 O1 j0 O, R) U& B* ?0 ?) C    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。
! l) |1 H/ U7 G% y% b    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。
. z" x* v& ]6 c# E) X, `2 c    效果及结论
0 ~% E- w. O" V* {$ e) x" u    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。
1 a* c, U8 S. p+ L    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。
    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。