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。
; m; p7 O. G! g( E4 O2 d) _    工艺分析
" N: f, t- T5 {# ^' W    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：

, I2 I( |. \( hP = KLtτ

3 G9 D/ \* D, q/ H/ D" ~式中 τ——抗剪强度，取500N/mm2
L——冲裁件的周长，mm
t——材料厚度，mm
8 f! z) e" ?" |3 ?0 O) h3 E8 KK——安全系数，取1.3
$ ?" T7 D3 @6 k+ ]
代入零件相关数据，可计算出：

摩擦片冲裁力P=1.3×3.14×(80+20)×2.5×500=510kN

# s0 u/ A# y( _, K# m依据冲孔、落料卸料力经验公式：P卸 = K卸P
) C7 n$ \4 ~+ T! G' N) M/ L
4 q0 l' B  o: b6 j7 `2 \5 n式中
% a/ m0 k0 Z; y+ `K卸—— 为卸料力系数，取0.06
' u& b( }: f! u5 s4 J! V' l' BP —— 冲孔、落料总冲裁力，N

代入零件相关数据，可计算出：

- x) L3 y/ d4 C. X$ m) Z摩擦片卸料力P卸=0.06×510=30.6kN

8 m" d( v3 u) X: D依据成形力计算公式：

P = KLtσb

其中 σb——材料抗拉强度，取 65kg/mm2
L——成形部分的周长，mm
% Y$ c% X: U) p9 C7 {) d' ~t——料厚，mm
1 T; v, U4 X6 i/ E3 bK——为成形系数，取0.8

代入零件相关数据，可计算出：
7 e# L0 P+ S: h% A. A
摩擦片成形力P成=0.8×2.5×(10×2+12×2) ×4×65=229kN

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。
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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。

$ s0 }- Y( K! Z: j8 z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。
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0 ?% g' W0 s0 K/ @  ~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
* q/ N) y4 e4 t; \8 |; b: j
, b# Y$ Y" E/ n& q: }9 o8 ?; \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
9 f) N: I7 Z, Y! U* o% r9 o) Z11.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

* P* C% o  l8 l. K* w    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。
    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。
    效果及结论
, R+ G$ @! Y! V- \$ ?+ z* D; |    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。
/ R) y, f5 U. {7 Y" \- h) ?% m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。
    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。