竇寒玙 ¹，韓英平 ¹，李彥磊 ¹，周 亮 ²

（1.長春一東離合器股份有限公司，吉林長春 130012； 2.陸軍裝甲兵駐長春地區(qū)軍代室，吉林長春 130012）

摘要：介紹了一種重型卡車用的厚板料、高強(qiáng)度、高精度離合器殼體的模具設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)分析和計(jì)算了坯料尺寸，闡述了成形翻邊、尺寸保證、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及厚鋼板沖壓、翻邊工藝對零件尺寸精度的影響。

該模具制造完成后，經(jīng)實(shí)際批量生產(chǎn)驗(yàn)證，零件成形尺寸精度和制造工藝滿足要求，適用于大批量生產(chǎn)制造。

關(guān)鍵詞：鋼板；沖壓；高強(qiáng)度；厚板料；高精度；離合器；翻邊中圖分類號：TG385.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001-2168（2019）04-0018-06

DOI^：10.16787/j.cnki.1001-2168.dmi.2019.04.006

Die design of stamping part with thick sheet metal and high strength and accuracy

DOU Han-yu¹, HAN Ying-ping¹, LI Yan-lei¹, ZHOU Liang²

(1.Changchun Yidong Clutch Co., Ltd., Changchun, Jilin 130012, China; 2.Armored Forces of the Army in Changchun, Changchun, Jilin 130012, China)

Abstract：A stamping die design for the lorry clutch housing with thick sheet metal and high strength and accuracy was proposed. The size of sheet metal was analyzed and calculated, and the flanging, dimension, die structure were elaborated in detail, also the influence of stamping and flanging process on dimensional accuracy was analyzed. The die has passed the acceptance of dimensional accuracy and the actual verification of mass production, it met the requirements of product dimensional accuracy and manufacturing process, and it was suitable for mass production.

Key words: steel plate; stamping; high strength; thick sheet metal; high accuracy; clutch;

flanging

0 引 言

汽車離合器是整車傳動系統(tǒng)的重要零部件，一般由離合器蓋總成和從動盤兩部分組成，從動盤總成聯(lián)接變速箱輸入軸，離合器蓋總成通過螺栓連接發(fā)動機(jī)飛輪。

離合器承擔(dān)整車動力輸出中斷、結(jié)合、變換擋位和緩解載荷沖擊的作用，且工作時與發(fā)動機(jī)飛輪同步高速旋轉(zhuǎn)，因此離合器蓋要求具有足夠的剛度、尺寸精度，為了散熱需要，必須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐L(fēng)窗口^[1]。

當(dāng)前重型卡車的發(fā)動機(jī)動力已達(dá)到370 kW以上，離合器的扭矩容量要超過4 000 N?m，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求非常高，殼體制造需要采用高強(qiáng)度厚板料生產(chǎn)，通常重型卡車用離合器鋼板厚度≥5 mm。

離合器作為高速旋轉(zhuǎn)零件，動平衡要求高，且傳動系統(tǒng)的裝配匹配度也要求高，因此其尺寸精度要求也高，通常公差要求＜0.5身強(qiáng)度和尺寸精度高的特點(diǎn)。

由于離合器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和尺寸精度要求高，早期的重型卡車離合器殼體采用鑄造工藝生產(chǎn)，隨著沖壓技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，采用沖壓離合器殼體代替鑄造殼體，在提高生產(chǎn)效率和降低成本方面發(fā)揮了巨大優(yōu)勢，促進(jìn)了自主離合器的發(fā)展^[2]。

編輯

但離合器因其高強(qiáng)度的要求，所以采用厚板料翻邊成形以實(shí)現(xiàn)高 1 離合器殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析某款離合器殼體為 4 臺階圓盤形結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示，開放圓筒形階梯結(jié)構(gòu)，16個裝配安裝孔呈中心對稱分布，翻邊、成形使鋼板材料呈現(xiàn)壓縮類和伸長類組合的不封閉曲線翻邊結(jié)構(gòu)形式。

第3級臺階處有12條加強(qiáng)筋呈中心對稱，如圖 2所示，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需多次拉深、精密沖孔和整形，沖壓生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

編輯

離合器殼體的最大外徑為?480 mm，拉深深度分別為28、18 mm，結(jié)構(gòu)尺寸為多臺階開放圓筒形階梯拉深，周向拉深深度不同，如圖3所示。

編輯

翻邊高度 47 mm，采取壓縮類和伸長類組合的不封閉曲線翻邊工藝成形，零件翻邊成波浪筒形，成形工藝復(fù)雜[3]。

零件材料為SPHE鋼板，是一種深沖用熱軋軟鋼板及鋼帶，對應(yīng)國內(nèi)鋼號08AL，材料厚度7 mm，抗拉強(qiáng)度≥270 MPa，成形內(nèi)圓角尺寸為 R7 mm。

成形零件屬于高強(qiáng)度沖壓，且成形面積大，必須采用大型壓力機(jī)，沖壓工藝要求高。

離合器屬于整車傳動系統(tǒng)的零件，其裝配尺寸和結(jié)構(gòu)尺寸要求高，屬于高精度沖壓，零件成形同軸度＜?1 mm，裝配孔相對中心孔尺寸位置度公差≤0.5 mm，周向角度公差±20′。

2 離合器殼體沖壓成形工藝分析與設(shè)計(jì)

通過對零件進(jìn)行分析并制定了成形工藝，主要由壓形、拉深和翻邊3個工藝組成。采用工藝分析圖樣分解計(jì)算，首先對整體拉深的形式簡化工藝計(jì)算。將零件拆解成A和B2個不同的單元分別進(jìn)行計(jì)算，如圖4所示。

編輯

（1）分析并計(jì)算毛坯尺寸。拉深件所有尺寸按照材料厚度中線計(jì)算，如圖 5 所示，d₁ 直徑為 ?401 mm，d₂直徑為?473 mm，采用最大尺寸計(jì)算；一級臺階拉深尺寸h₁為33.5 mm，二級臺階翻邊尺寸h₂為43.5 mm。

編輯

A部分尺寸計(jì)算：采用公式D_A²=d₂²+4（d₁×h₁+d₂× h₂）計(jì)算可得理論參考值D_A≈599.8 mm，經(jīng)過實(shí)際試制后確定采用直徑D_A為566 mm，小于理論計(jì)算值，考慮圖5中h₂=43.5 mm翻邊部分可按拉深近似值計(jì)算，計(jì)算過程中毛坯直徑取D_A=590 mm。

編輯

B部分尺寸計(jì)算：根據(jù)零件尺寸結(jié)構(gòu)R=r，如圖 6所示，B部分毛坯直徑尺寸：采用公式D_B²=d₂²+4× d₁×H-3.44r×d₁，其中H=23.5 mm，計(jì)算可得理論參考值D_B≈503.6 mm，經(jīng)過實(shí)際試制后確定采用毛坯直徑D_B為566 mm，計(jì)算過程中毛坯直徑取D_B=500 mm。

綜合A、B部分結(jié)構(gòu)尺寸，經(jīng)過整合計(jì)算初步確定了毛坯尺寸，實(shí)際尺寸通過試制后核算驗(yàn)證。在剪板和排樣時考慮到板材的材料纖維方向，設(shè)計(jì)了經(jīng)濟(jì)的剪板排樣（見圖7）和料片排樣尺寸535 mm×535 mm，如圖8所示。

編輯

（2）拉深工藝方案分析。零件是帶凸緣圓筒形件，由壓形、拉深和翻邊3種工藝成形，為簡化計(jì)算，將壓形部分視為拉深，如圖9所示。

編輯

此處只計(jì)算h₁、 H部分的拉深系數(shù)和拉深次數(shù)以決定模具數(shù)量，計(jì)算過程為：

①h₁、H是同一起始平面進(jìn)行拉深的不同高度尺寸，按照同類沖壓件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析可采用1 次拉深成形；

②拉深內(nèi)圓角 R7 mm（材料厚度 7 mm）；

③材料的相對厚度：100t/D=100×7/500=1.4；拉深系數(shù) m=(d + 2t)/d=(394 + 2 × 7)/480=408/480= 0.85，其中，厚度t=7 mm；D_B=500 mm；

④通過材料相對厚度和拉深系數(shù)的計(jì)算，確定可以1次拉深成形，采用壓邊圈不會出現(xiàn)起皺現(xiàn)象；

⑤有壓邊圈拉深力按公式F拉=πdtRm^K₁ 計(jì)算，其中，d為拉深件直徑（中線），取394+7=401 mm；t為料厚，7 mm；R_m為材料抗拉強(qiáng)度，取270 MPa；K1為系數(shù)，取1.1；計(jì)算可得：F拉 =3.14×401×7×270×1.1= 2 617 752.06 N^；

⑥^翻邊力采用公式 F翻=0.7KBt2R_m/R+t，按 U 形彎曲力計(jì)算，其中，K為安全系數(shù)，取 1.3；B為翻邊寬度，計(jì)算約為1 350 mm；R_m為材料抗拉強(qiáng)度，270 MPa；t 為料厚，7mm；R為內(nèi)圓角，取7 mm。計(jì)算可得：F翻=0.7×1.3×1 350×49×270/14=1 160 932.5 N^；⑦^{設(shè)備 F 總}=1.2^（F拉+^F翻）=1.2×3 778 684.56 N=4 534 421.472 N^，即 F總＞5 000 kN；⑧綜合以上分析和計(jì)算，離合器殼體沖壓工藝流程設(shè)計(jì)如表1所示。

編輯

3 工藝設(shè)計(jì)存在的問題和解決方案

3.1 工藝設(shè)計(jì)存在的問題

設(shè)計(jì)評審是模具工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一般在工藝流程完成后組織內(nèi)部評審，在公司的生產(chǎn)實(shí)踐中驗(yàn)證該工藝方案的可行性，可以開展模具設(shè)計(jì)和制造。

該工藝通過評審結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際存在一些問題，具體如下。

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