车轮内孔翻边成型是冲压成型,在翻边的变形区域变形机理比较复杂,既有物理非线性又有几何非线 性问题,而这些问题对翻边的质量影响极大,在成型过程中如果适当规划工艺路线,合理设计凹凸 模的几何参数,则可以使得变形区域在成型过程中变形分布均匀,减少零件成型的残次品率,提高 生产效率。本文主要图1 内孔翻边图Fig.1 Turringofinnerhole研究 极限翻边因数的主要影响因素,进而对12×4J车轮轮辐中心孔翻边模翻边进行了工艺计算,优 化凹凸模的几何参数,规划工艺路线。1 极限翻边因数的主要影响因素 车轮内孔翻边成型是 轴对称成型(图1),翻边前毛坯孔径为d0,翻边变形区是内径为d0、外径为D的环形部分, 成型过程中主要承受横向载荷作用。当凸模下行时,d0不断扩大,并向侧边转移,最后使平面环 形变成竖边。变形区的毛坯受切向拉应力σθ和径向拉应力σr作用,其中切向拉应力σθ是最大 主应力,径向拉应力σr值较小,它是由毛坯和模具的摩擦而产生的。在整个变形区内,应力、应 变的大小是变化的。孔的边缘处于单向拉应力状态,且其值最大,该处的应变在变形区内也是最大 的,使得孔边缘的厚度在翻边过程中不断变薄,成为危险部位,当变形超过许用变形程度时,此处 就会开裂。变形程度用翻边前孔径d0与翻边孔径D的比值m(翻边因数)来表示:m=d0D显 然,m值越大,翻边程度越小,m值越小,翻边程度越大。翻边时孔不开裂所能达到的最小翻边因 数称为极限翻边因数。1.1 材料的塑性 塑性好的材料,极限翻边因数可小些。m值与材料的 伸长率δ或断面收缩率ψ之间的近似关系为:δ=πD-πd0πd0=Dd0-1=1m-1 即:m=11+δ 或 m=1-ψ1.2 孔的边缘状况 翻边前孔边缘质量好,无撕裂、毛 刺,有利于翻边成形,极限翻边因数可小些。为了提高孔边的表面质量,可采用钻孔代替冲孔,或 在冲孔后采用整修方法切掉冲孔时形成的表面硬化层和毛刺。另外,使翻边的方向与冲孔时相反( 即冲孔后孔壁带有毛刺的剪裂朝向翻边凸模),也能提高翻边的变形程度。1.3 材料的相对厚 度 翻边前孔径d0与材料厚度t的比值d0/t越小,即材料的相对厚度d0/t越小,在开裂 前材料的绝对伸长可以大些,故翻边因数相应小些。1.4 凸模的形状 球形、抛物面形或锥形 凸模较平底凸模对翻边有利,因为前者在翻边时孔的边缘是圆滑地逐渐胀开,所以极限翻边因数可 小些。1.5 凸凹模间隙 凸凹模之间的模具间隙较小时翻边高度也可以增加,但在凸凹模作用 下产生的挤压变形,会使竖边材料显著减薄。2 12×4J车轮轮辐中心孔翻边模翻边工艺计算 2.1 翻边因数m 12×4J轮辐翻边成型是产品质量的关键工序之一,如图1所示,要将原 始孔径d0=55.6mm进行翻边,最终达到竖边外径D=78.8mm的内孔,翻边高度为H =8mm。12×4J车轮轮辐材料为12Al,料厚3mm。轮辐上的中心孔用作定位,其尺寸 精度及表面粗糙度直接影响着车轮的装配情况,从而极大地影响着车辆行驶时的平稳性和汽车的安 全性能,故要求中心孔翻边后尺寸精度较高。由传统的计算可知,此时中心孔的翻边系数m=d0 /D=55.6/78.8=0.71,已超过碳钢此厚度时的极限翻边系数(0.48～0.5 2),难于一次翻边成型。在不改变轮辐生产工艺及材料的前提下,为达到要求的翻边高度,并采 用一次翻边成型,预冲孔直径、凸模形状和模具间隙的选择成为关键因素。2.2 凸模形状 翻 边时采用球形、抛物线形或锥形等曲线形状的凸模,使翻边时孔边圆滑地逐渐胀开,成型时可达到 较高的翻边高度。2.3 预冲孔直径d0 在轮辐内孔翻边时,其预冲孔直径d0一般按下列经 验公式确定:d0=D1-<π(r+t2)+2h>由图1可知,D1=82.8mm,r=2 .0mm,h=7.5mm,则d0=56.8mm。翻边成型的主要问题是翻边终了发生沿翻边 高度方向的厚度减薄及翻边开裂现象,使加工的残次品率甚高,为克服这些缺陷,实际操作中往往 是将翻边的高度比设计值稍大,待翻边后再切除多余的高度以补偿开裂的影响,减少残次品率。但 增加翻边高度就必须减小毛坯的初始内孔直径(预冲孔直径d0由56.8mm减小为55. 6mm),孔径的减少导致在冲孔时孔内缘的轴向应变更大,对于阻止开裂的发生效果并不是很明 显。2.4 翻边时的凸凹模间隙 由于翻边后材料孔边缘变薄严重,变薄后竖边边缘厚度t′的 近似计算公式为:t′=td0D=tm 考虑到变薄情况,凸凹模间隙可小于材料厚度,一般 取单面间隙Z=0.85t,也可按下表1推荐数据选取。表1 翻边时凸凹模间隙Table1 Clearanceofturningmodel材料厚度1.01.21.52.02.5 3.03.5平毛坯翻边0.851.01.31.72.22.63.12.5 翻边力的计算 翻边力可用下式初估: F=1.1π(D-d0)tσs由12Al查得其屈服强度σS≈3 00MPa,则翻边力约为5.5T。3 结论 微型汽车车轮轮辐材料为12AL,料厚3m m。从加工工艺分析看出,该零件形状较复杂,加工工序较多,该零件的冲压工艺方案为:落料→ 轮辐成型→冲中心孔及螺栓孔→中心孔翻边→冲底部孔→冲侧壁孔→挤螺栓孔。为保证加工质量,应在确定翻边因数、凸模形状、预冲孔直径凸凹模间隙做具体考虑,根据不同的轮辐参数进行确定。车轮内孔翻边模翻边工艺计算@李育文$郑州轻工业学院!河南郑州 450002
@杜光$鹤壁弘一德汽车配件公司!河南鹤壁 458000
@王红卫$郑州轻工业学院!河南郑州 450002
车轮;;翻边因数;;工艺计算对车轮内孔翻 边极限翻边因数的主要影响因素做了讨论,在此基础上,对12×4J车轮轮辐中心孔翻边模翻边 进行了工艺计算。<1> 纪连清.微型汽车车轮轮辐成形工艺及模具设计
.金属成形工艺,1999,17(3):33-35.
<2> 刘天聪.翻边成形件的常见缺陷及修正方法.模具技术,2000,(4):70- 73.河南省自然科学基金项目(0311012100);;郑州轻工业学院基金项目(2003YJJ011)!河南鹤壁 458000
@王红卫$郑州轻工业学院!河南郑州 450002车轮;;翻边因数;;工艺计算对车轮内孔翻 边极限翻边因数的主要影响因素做了讨论,在此基础上,对12×4J车轮轮辐中心孔翻边模翻边 进行了工艺计算。<1> 纪连清.微型汽车车轮轮辐成形工艺及模具设计.金属成形工艺,1999,17(3):33-35.
<2> 刘天聪.翻边成形件的常见缺陷及修正方法.模具技术,2000,(4):70- 73.河南省自然科学基金项目(0311012100);;郑州轻工业学院基金项目(2003YJJ011)
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