铁路货车冲孔模设计

1模具结构

（1）冲断模刃。将450NQR1的抗拉强度σb=530MPa代入公式可以很方便的计算出冲孔冲断总冲裁力为6003kN,为了减少冲裁时的噪音、震动，冲断模上刃口设计成波浪形斜刃，对于此类结构尺寸较大的冲断模刃多采用镶拼结构。模具上、下冲断模刃组件分别采用5个镶块的镶拼结构，对于长方形直刃镶块分别采用两面刃或四面刃，可延长模具镶块的使用寿命。为了取得最佳减力效果，斜刃高度等于料厚。（2）冲孔模刃。该尺寸类型的冲孔凸模按照公司模具标准是采用内凹形斜刃，但在实际生产中发现，凸模内凹面对应的零件断面易产生毛刺，而且凸模工作面的制造和刃磨也不方便，考虑到冲孔力相对于冲断力来说微不足道，模具中冲孔凸模采用平刃，冲裁断面好而且方便模具的制造与维修。（3）卸料板结构。卸料板组件由大小卸料板组成，见图3。配置有16个80mm聚氨酯弹簧及相应的卸料螺钉，由于冲断模自身所需卸料力很小，即使加上冲圆孔的卸料力也不大，设置较强的弹簧力主要是为了在冲断时压紧板料，提高剪切断面质量，同时对保证零件的平整也有一定作用。在卸料板中加装有一个小卸料板，目的是当凸模损坏需要更换时，不需费力拆卸整个卸料板，直接将小卸料板取下就可以拆卸凸模固定板，然后取下冲孔凸模。凸模固定板与上模板配合一般比较紧，导致难以拆卸，为此可在凸模固定板上设计2个对称布置的吊装螺孔，此外大卸料板与冲断凹模内腔要留出间隙8~10mm，使得调整刃口间隙时更便利。（4）侧向力平衡块是为了平衡非对称冲裁的侧向力而设，按照公司模具标准，平衡块采用模板止口定位，用4个长螺钉将其固定在上、下模板上。生产实践中发现，此种联接方式在使用一段时间后平衡块易发生松动，使两接触面产生间隙，降低了平衡侧向力的效果。为此在平衡块后面增加平衡块靠块，其高度略低于平衡块，用销钉将其紧固在上下模板中防止位移，具有加强侧向力平衡块抵消冲裁水平分力的作用。（5）铁路货车冲压件的冲裁间隙一般取板厚的8%~10%，本模具取冲裁间隙10%。实际生产中，冲裁刃口的间隙常常根据冲裁断面的情况灵活调整，在冲断刃镶块后侧加垫调整间隙是最常用的修模方法。旧模具的模刃常采用在模板上加工止口形式为模具镶块定位，此种定位方式不利于模具日后的调修，为此本模具的上、下模刃镶块均在冲断模刃后面加设靠块以方便模具维修人员调整模刃间隙。（6）为了实现冲孔与不冲孔的转换，在上模板上设置抽拉机构，如图3所示。为了实现上述功能，首先圆凸模与固定板的配合不能用过渡配合，而应留有一定间隙，经试验，0.06~0.09mm的配合间隙最为适宜，若间隙太大会损伤冲孔凸、凹模寿命。圆凸模顶面与抽拉垫板也应有一定间隙，圆凸模顶面应光滑，其边缘倒成R3mm圆角，为了保证耐用度，抽拉垫板的材质采用45钢，热处理硬度为40~45HRC，热处理后抽拉垫块与圆凸模接触表面需进行抛光处理。在抽拉垫板上设有1个紧固螺钉，主要是使抽拉垫板在冲孔、不冲孔2个位置时都用螺钉紧固,防止抽拉垫板在工作时移动；只要拧上紧固螺钉就能保证抽拉垫板位置正确，防止因抽拉垫板位置不对而造成模具损坏。

2模具的安全性

模具的安全性是设计时必须认真考虑的问题，既要能保证操作者上下料、冲制零件时的安全，还要保证模具在使用过程中不因人为原因轻易损坏。为此采取如下措施：（1）在模具导柱上增设限位套，防止模具调整时上模下压过深而损坏模具。（2）在模具技术条件中明确此模具必须使用光电保护装置，在模具结构设计时，要使模具零件不要延伸到在光电扫描区，以免影响光电保护的功能。（3）在模具上料时，操作者需用手将零件放至模具下模表面，并靠档定位，零件的手持位置要在上模相应位置留出空腔，避免出现压手的危险。在下模板上平面开槽，目的是将冲断剩下的料边用钩子钩到模体边缘，然后再将料边取出。为了保证料边不会夹在下模上，在下模弯钩部位刃口不能直上直下，而应留有一定空刀位。另外在下模板的下平面上开通槽，方便将冲孔剩下的料用抽板拉出。

3模具的使用及验证

（1）模具投产使用一段时间后，因上模模刃镶块是三面刃的整体结构，导致此处模具凸、凹模间隙调整比较麻烦，加垫调修时要在3个面间找最佳位置，需要一定的经验。（2）模具上、下料滚道均为每个滚架3组滚子，试模时发现最外侧滚子在8000kN冲床的工作台面内，而且滚架间距大，实际操作中上、下料费力，为此接长模具滚架长度并增设每个滚架为4组滚子，对滚架位置进行了调整，满足了使用要求。实践证明，设计滚道尺寸及位置时需要从人机工程学角度考虑细节问题，让上、下料尽可能便利、省力。（3）Q450NQR1属于高强度耐候钢，其剪切、冲裁断面质量与铁路货车行业大量使用的普通耐候钢09CuPCrNi-A板料相当，但在长期生产实践中发现，腹板冲断工序对板料的内部缺陷比较敏感，特别是断面质量问题出现的频度较高，位置多发生在形状变化的拐点、拼接镶块接缝及边缘处，断面质量缺陷具体表现为：冲裁断面有凸起、凹坑、分层、二层台、塌角、毛刺等等。如在生产中曾发现大批板料因断面分层而停止使用。生产实践中处理原材料质量问题向来是比较棘手的问题，简便可行的做法是对于易出现质量问题的工序避免使用料头和料尾，如发现板料有异常时换批料再试。归根到底，解决断面质量问题常常需要靠模具调修。如果上述方法不行再借助理化检验手段来深查问题。（4）对于斜刃冲裁而言，模具间隙及刃口状态也会影响到零件的平面度，现场生产中曾发生过这种现象：当模刃间隙过大时，由于上模刃是波浪形，部分先接触零件的模刃在冲裁裂纹未形成前就将零件局部强压变形，虽然卸料板有一定的压料力作用在零件上，但仍会在零件局部形成明显凸起。

4结束语

横梁腹板是各种铁路货车底架结构中最常用的零件，探讨腹板冲裁模的最佳结构对今后腹板类模具设计制造具有典型意义。腹板冲断冲孔复合模结构紧凑、工效高、质量好，特别适合铁路货车的批量生产。反观近年来本公司复合模的设计制造数量很少，主要原因有2个：①目前公司的生产经营处于多品种、快节奏的局面，复合模因其结构复杂、技术风险大、设计制造周期长而难以适应；②复合模的后续维修保养困难，模具备品的互换性难以保证，模具维修的条件及人员的技术水平跟不上生产的需要。随着近十几年来公司模具设计手段、制造工艺水平的大幅提升，从技术上保证了模具设计制造源头质量，从而为应用品质优良的复合模奠定了牢固的基础，因此在精益生产理念的推动下，在建设好一支高水平的冲模设计、制造、维修技术队伍的基础上，积极推广使用高效、节能、高质量的复合模将成为铁路货车冲压行业未来的技术发展趋势。

作者：张幼民 单位：齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司