基于拖拉机网眼板冲孔工艺的研究

姚文博，朱俊，孔建平，谭忠君

（一拖（洛阳）福莱格车身有限公司，河南洛阳，471004）

摘要：用于拖拉机发动机散热的网眼板在生产中容易出现凸模集中、基板形变等问题。鉴于此，本文从网眼板的冲孔工艺理论和生产实验两方面进行了研究，研究表明：网眼板基板应选用鞍钢ST12；凸模的结构应选用斜刃口形式；网眼板应采用等边三角形排列冲孔。

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关键词 ：网眼板；冲孔；网眼冲孔

1 引言

近年来，随着拖拉机马力段的不断上升、发动机功率的不断增加，发动机散热问题越来越受到拖拉机行业的重视，而用于散热的网眼板更是研究之重点。

拖拉机网眼板不同于一般冲孔零件，是指在原材料上通过特殊的冲孔工艺，生产出有一定规律且密集排布的网孔。正式由于网眼板的孔径小、排布密集，在实际生产中，很容易会造成凸模集中，基板形变，凸模磨损快，网孔产生毛刺等问题。鉴于此，本文从网眼板的冲孔工艺理论和生产实验两个方面进行了研究。

2 网眼板冲孔工艺理论研究

网眼板冲孔是指凸模从接触材料到材料被一分为二的过程，它分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂分离阶段，如图1所示：

冲孔过程中基板的受力分析如图2所示：

凸模下行与板面接触时，材料受到凸、凹模端面的压力 和 的作用，使作用力点间的材料产生剪切变形。由于凸模、凹模间有间隙存在， p F 和d F 不在同一直线上，所以材料受有弯矩M ，进而使材料翘曲（穹弯）。材料向凸模侧面靠近，凸模端面下的材料被迫压进凹模，材料受到模具横向侧压力1F 和2 F的作用，再加上受到模具端面和侧面摩擦力1μF 和2 μF 作用，产生横向挤压变形[1]。

由此可知，基板在冲压过程中受到垂直方向压力、切力、横向挤压力、弯矩和拉力的作用下，不但产生剪切变形，而且还产生弯曲、拉伸、挤压等附加变形。因此，在排布过程中要避免凸模集中，尽量局部增大凸模间距，降低冲孔过程中基板变形。

3 网眼板生产实验研究

本文在生产实验中从基板材质选择、凸模结构、网孔的排布方式、凸模排布方式和冲孔方向几个方面对网眼板的冲孔工艺进行了研究。

3.1 基板材质选择

基板材质选择的优劣对网眼板的影响很大，本文从材料的用途、化学成分、力学性能三个方面对宝钢生产的DC01、DC03、DC04、DC05、DC06材料和鞍钢生产的ST12、ST13、ST14、ST15、ST16材料进行了对比研究。

3.1.1用途

依据材料的含碳量和拉延性能，以上材料可分为以下几类，如表1所示：

依据钢材的用途和网眼板冲孔、成型的特殊要求，选取冲压用等级的钢材即DC03、ST13级别的钢材。

3.1.2化学成分

冲孔对基板的刚性有一定的要求，刚性越好越有利用冲孔，由此应选取含碳量高的钢材。鞍钢ST12-ST16和宝钢DC01-DC06的化学成品对比图如图3～图4所示。

根据图3、图4所示，应选取DC01、ST12级别的钢材。

3.1.3力学性能

鞍钢材料和宝钢材料的抗拉强度和屈服强度如表2～表3所示，断面伸长率如图5～图6所示。

依据抗拉强度、屈服强度和断面伸长率，结合冲压成型工序，应当选取抗拉强度、屈服强度较低、断后伸长率较高的钢材，故选取DC04、ST14级别的钢材。综上所述，从ST12到ST14、DC01到DC04，板材的含碳量逐渐降低、屈服强度和抗拉强度逐渐降低，但是断后伸长率是逐渐增加，这说明随着牌号等级的提高，板材的拉延性能逐渐提高，但是强度降低。虽然DC04、ST14适用于后期的冲压成型，但是在前期冲孔过程中由于凸模磨损速度过快，极容易产生毛刺，不利于最终成品外观质量的提升，同时结合经济因素，最终选用鞍钢ST12为最终的基板材质。这样既便于前期冲孔，又便于后期成型通过改进成型方式，降低废品率。

3.2 凸模结构

不论冲床加工技术如何提升、冲床机械及模具如何高精度化，在冲孔过程中，屑料上移和网孔“冲不透”问题永远存在，本文针对这些问题对凸模的结构进行了研究。

3.2.1屑料上移

在冲孔过程中，屑料因油的粘附力、瞬时真空等原因极易吸附于凸模的底部，根据实际生产经验，对凸模的结构进行以下改进，可减少凸模对废料的吸附。1>斜刃口凸模：将凸模刃口加工成斜面，冲裁时，刃口一端先接触材料，随着凸模的深入将材料切断，废料与凸模不易形成真空，可防止废料上移，同时由于切口为斜面，在冲孔过程中切口的冲裁力能够得到最大的利用，便于冲孔，如图7所示。

2>带气孔凸模：在凸模中心加工一个气孔，气孔与高压空气相连接，冲裁结束后，高压空气将废料吹落，如图8所示。

3> 设置打料杆：在凸模内加工阶孔，装上弹簧和打料销。冲孔时，板料的挤压将销压入凸模内；卸料时，弹簧顶出打料销，将吸附在凸模上的废料顶落在凹模内部，避免产生废料上移，如图9所示。

由于网眼板上的网孔孔径都比较小，凸模外径只有￠1.9mm，采用带气孔凸模和带打料杆凸模不便于加工，为了便于维护，普遍采用斜刃口凸模结构。

3.2.2网孔“冲不透”

由于刃口与凸模长时间摩擦，凸模容易磨损、刃口加大，并且凸模容易产生一定的磁性，进而导致产生的微小毛刺在凸模回程中由于吸力的作用吸附在孔径中，应采取以下几种方式解决：

1>定期研磨凸模刃口：网眼板冲孔为高频冲孔，刃口相对于一般冲孔磨损速度明显加快，对于T13等材料制作的凸模，冲孔次数超过10W次就需要重新研磨凸模，避免产生毛刺，同时在研磨凸模后要对凸模进行退磁处理，消除磁性。

2>选取具有高耐磨性、不会产生磁化的材料：目前常用的材料为含钨的钢材，比如高速钢和某些热作模具钢，钢材中含钨对钢材硬度和耐热性能有很显著的提高。

综上所述，凸模结构选取斜刃口形式凸模，并且凸模材质选取诸如钨钢等具有高耐磨性且不会产生磁化的材料。

3.3 网眼孔的排布方式、凸模排布方式和冲孔方向

拖拉机上发动机散热的好坏与网眼孔的质量有着密切的关系，而网眼孔的排布方式、凸模排布方式和冲孔方向决定着网眼孔的质量。

目前，基板冲孔一般采用开式冲床和龙门冲床，其基板上孔排布方向与送料方向一致。经过实际生产实践，基板孔排列方式和凸模排布方式如图10、图11所示：

网眼板的网孔为Φ1.9mm、孔距2.6mm，孔排列方式为等边三角形排列，如图12所示。

采用等边三角形排列冲出来的网眼板散热性好，美观、具有较好的透光率。

4 结语

本文对拖拉机网眼板在生产过程中容易造成凸模集中，基板形变，凸模磨损快，网孔产生毛刺等问题，从冲孔工艺理论和生产实验两个方面进行了研究。研究结果表明：

1>在凸模排布过程中要避免凸模集中，尽量局部增大凸模间距，降低冲孔过程中基板变形。

2>选择网眼板基板材质时，根据网眼板冲孔特性和经济因素，优先选用鞍钢ST12为基板材质。

3>凸模材质应选用具有高耐磨性且不会产生磁化的材料，凸模的结构应选斜刃口形式。

4>基板上孔排布方向与送料方向应一致，采用等边三角形排列冲出来的网眼板散热性好、美观、具有较好的透光率。

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参考文献

[1] 高锦张.塑性成形工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2008:22-27.

[2] Q/ASB 312-2006，低碳冷轧钢板和钢带［S］

[3] Q/BQB 403-2009，冷连轧低碳钢板及钢带［S］