脚踏板翻边模结构设计及改进
作者：吴萍
来源：《中国科技博览》2016年第04期
[摘要]对制件进行工艺分析，确定翻边工艺方案，计算翻边力、预制孔尺寸等。
设计模具结构，根据试模情况对模具进行改进。
[关键词]翻边模具设计改进
中图分类号：O671 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0009-02
[Abstract]Process analysis was performed on flanging workpiece， based on which the flanging scheme was determined， and the flanging force and the size of prefabrication hole was calculated. The flanging mold was designed， and some improvement was carried out.
[Key words]flanging； mold design； improvement
1.零件分析
图1所示零件为西安地铁1号线司机室脚踏板，材料为不锈钢SUS301L-LT，厚度为
3mm，脚踏平面均匀分布13排翻边孔，孔径？13，高度3mm。
翻孔主要起防滑作用，要求翻孔高度一直，无毛刺开裂，翻边高度较小，经计算可一次翻边成型。
2.工艺方案确定
翻边件的毛坯预制孔加工方法通常有两种，一是冲模冲出，二是钻床钻出。
考虑到脚踏板零件数量较少，如设计冲模冲孔，所需要的模具材料费用以及制造费用都很高，生产过程中工时费用也高，导致成本增高。
而钻孔也需耗费大量工时，因而综合考虑后决定采用激光切割直接下出底孔，既能节省工时，又能保证底孔边缘质量。
地铁车辆不同车型脚踏板形状可能略有差别，但翻孔大小可借用，考虑到模具的通用性，采用先翻孔再折弯的工艺。
经计算，折弯展开后板材尺寸为277x562，板幅不大，考虑实际生产操作的便捷性，初步选择100t液压机进行生产。
由于翻孔数量较多，不可能一次性翻出，决定采用单排翻孔，逐排递进的方式，而受液压机工作台面尺寸限制，当翻孔由第一排干到中间位置时需将工件掉头，再生产另一侧。
3.模具结构设计及工作过程
3.1 翻孔工艺计算
3.1.1 计算预冲孔直径
由于孔翻边主要受切向拉伸变形，厚度变薄，径向变形不大，故计算孔径d的尺寸近似以弯曲件展开长度的方法来考虑，计算公式为[1]：
d=D-2（h-0.43r-0.72t）（1）
式中：d—预冲孔直径，mm；
D—翻边后的孔径，按中线计算，mm；
h—翻边件高度，mm；
r—翻边圆角半径，mm；
t—板料厚度，mm。
将数值代入上式得：d=5.1mm。
3.1.2 计算翻边系数
在圆孔的翻边中，变形程度决定于毛坯预制孔直径与翻边直径（中线）之比即翻边系数K[1]：
K=d/D （2）
式中：d—预冲孔直径，mm；
D—翻边孔直径，mm。
显然，K值愈大，变形程度愈小：K值愈小，则变形程度愈大。
将数值代入得翻边系数
K=0.51。
以低碳钢的极限翻边系数（0.30）做参考，由于实际翻边系数大于极限翻边系数，可知该孔能一次翻边成形。
3.1.3 翻边力的计算
用圆柱形凸模进行翻边时，翻边力可按下式计算[1]：
F=1.1πtσs（D-d）（3）
式中：F—翻边力（N）；
σs—材料的屈服强度（MPa）；
D—翻边直径（按中线计）（mm）；
d—毛坯预制孔直径（mm）；
t—毛坯厚度（mm）。
经计算F=10916.4N，因此用100t压力机完全能满足翻边力的要求。
3.2 主要工作部件设计
3.2.1 凸模
翻边凸模是圆孔翻边模具最主要的工作部件，工作频率高，磨损情况重，因此对其设计和加工质量要求较高。
模具材料可选用强韧性较好的合金钢Cr12MoV，
热处理硬度大于58HRC。
由于预制孔由激光切割直接下出，考虑用凸模顶端定位，因此模具采用倒装式结构。
凸模结构见图2。
凸模顶端是定位部分，其直径与预制孔直径完全相同。
定位段与工作段采用圆弧过渡，由于采用弹性顶料装置，凸模高度较高，因此将固定段加粗以增加凸模强度。
3.2.2 凹模
凹模同样采用合金钢Cr12MoV，为节约成本，凹模尺寸应尽量小，由凹模固定板来完成压料。
凹模结构见图5，凹模上预留出卸件块定位孔。
3.2.3 凹模固定板
由于工件逐行递进翻孔，凹模固定板在工件对应的翻孔位置应预留出避让孔，以免将已翻好的孔再次压扁。
同时为保证翻孔后板的平整度，凹模固定板需将板材宽度方向全部压住。
3.3 模具结构设计
图3为模具结构图，其结构为常见的翻孔凸模倒装式，便于冲压件定位。
当上模在上极限位置时，翻边模具处于待工作状态，将工件毛坯放在压料板11上，工件靠凸模13顶端定位。
模具工作时，上模随压力机滑块下行，凹模固定板3首先接触工件，使工件处于压紧状态。
上模继续下行，碟形弹簧14逐渐压缩，工件完成翻孔，卸件块8被顶起，卸件橡胶5处于压缩状态，直至压料板11接触限位块21，此时上模达到下极限位置，并随压力机滑块开始向上运动。
当碟形弹簧恢复至安装高度，工件被压料板11顶出，完全脱离凸模。
上模继续上行，凹
模固定板3脱离压料板11，卸件橡胶5在不受力的情况下复位，工件由卸件块8顶出，工件脱离凹模，至此翻边工作完成。
4.凸模结构改进
试模时，工件翻孔后收缩紧卡在凸模上，尽管有润滑油润滑，但对凸模的冲击仍然很大，干2～3个件后凸模即折断，需对凸模结构进行改进，以增加其强度。
更改后的凸模结构如图4所示。
其顶端定位作用不变，只是增加主体部分直径。
凸模更改后，凹模、压料板和卸件块需做对应的尺寸更改。
5.结束语
经生产验证，模具结构设计科学合理，生产操作简单、方便，可满足地铁车辆批量生产。
该模已用于生产多个车型的脚踏板产品，生产效率高，通用性强，可靠保证了产品质量，确保每批生产任务都能按时、顺利地完成，为公司创造了显著的经济效益。
参考文献
[1]王鹏驹，成虹.冲压模具设计师手册[M].北京：机械工业出版社，2009.。
