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离合器摩擦片的高效加工

  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。

  工艺分析
  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。


  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:

  P = KLtτ

  式中 τ——抗剪强度,取500N/mm2
  L——冲裁件的周长,mm
  t——材料厚度,mm
  K——安全系数,取1.3

  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

  依据冲孔、落料卸料力经验公式:P卸 = K卸P式中
  K卸—— 为卸料力系数,取0.06
  P —— 冲孔、落料总冲裁力,N

  代入零件相关数据,可计算出:

  摩擦片卸料力P卸=0.06×510=30.6kN

  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
  t——料厚,mm
  K——为成形系数,取0.8
  代入零件相关数据,可计算出:
  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。
  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。
  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。“
  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
  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。

  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。
  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
  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。
  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。

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