談?wù)?，鄒政耀，張雨

(1.無錫鵬德汽車配件有限公司，江蘇宜興 214211; 2.南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院，南京 211167)

汽車排氣系統(tǒng)精沖不銹鋼厚法蘭的關(guān)鍵技術(shù)分析

談?wù)?，鄒政耀2，張雨2

(1.無錫鵬德汽車配件有限公司，江蘇宜興 214211; 2.南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院，南京 211167)

介紹了汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼厚法蘭的用途和品質(zhì)特點(diǎn)，分析了精沖不銹鋼厚法蘭的關(guān)鍵技術(shù)涉及到的精沖工藝、精沖壓機(jī)、精沖模具及其齒圈壓板、精沖沖頭、精沖潤滑劑等多個(gè)內(nèi)容，總結(jié)了汽車排氣系統(tǒng)精沖不銹鋼厚法蘭的特點(diǎn)。

精沖;不銹鋼;厚法蘭;汽車排氣系統(tǒng)

自1923年3月9日德國人F.Schiess首先取得精沖技術(shù)專利權(quán)，繼而于1924年在瑞士Lichtensteig建立了世界上第一個(gè)精沖工廠之后，精沖技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有90年了［1］。精沖技術(shù)是在普沖基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它從根本上改變了金屬材料加工工藝鏈。其本質(zhì)是采用強(qiáng)力壓邊工藝，即在三動壓力機(jī)上，借助特殊結(jié)構(gòu)的精沖模具，使材料產(chǎn)生塑性－剪切變形，從而得到優(yōu)質(zhì)的精沖零件。近10年來，以強(qiáng)力壓邊為代表的精沖技術(shù)發(fā)展迅猛，在工程中表現(xiàn)優(yōu)良、應(yīng)用廣泛［2－3］。

汽車排氣系統(tǒng)是汽車中尺度最長、汽車內(nèi)部環(huán)境變化最大、最復(fù)雜的部件，要承受－20℃～850℃大溫差導(dǎo)致的變形、高溫高速燃燒廢氣的高頻振動以及排放廢氣的腐蝕性。近年來，由于汽車尾氣排放水平日趨提高、短距離市區(qū)駕駛幾率增加、冬季除雪劑運(yùn)用等原因，使得汽車排氣系統(tǒng)的使用標(biāo)準(zhǔn)也隨之越來越嚴(yán)格，從歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)上升到歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。目前中、高檔汽車排氣系統(tǒng)要求使用不銹鋼厚法蘭，這為不銹鋼厚板精沖技術(shù)提供了用武之地。

1 汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼厚法蘭簡介

不銹鋼厚法蘭作為汽車排氣系統(tǒng)重要的密封連接件，材料牌號為3系304或4系409。圖1是采用精沖工藝生產(chǎn)的某型汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼厚法蘭［4］。該零件具有連接可靠、強(qiáng)度高、耐腐蝕、沖裁面品相好、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。其品質(zhì)與采用普沖工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，差別如表1所示。采用精沖工藝生產(chǎn)的不銹鋼厚法蘭可獲得高精度、全部或大部光亮帶的沖裁面，可替代多種機(jī)加工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性的生產(chǎn)。不銹鋼厚法蘭質(zhì)量的提高保證了其在汽車排氣系統(tǒng)中的作用，提高了汽車尾氣的排放等級。

圖1 無錫鵬德公司的汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼厚法蘭

表1 精沖不銹鋼厚法蘭與普沖碳鋼法蘭的品質(zhì)比較

2 汽車排氣系統(tǒng)精沖不銹鋼厚法蘭涉及的關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)涉及精沖工藝、精沖壓機(jī)、精沖模具及其齒圈壓板［5］、精沖沖頭、精沖潤滑劑等多個(gè)方面。

2.1 精沖工藝

強(qiáng)力壓邊精沖工藝示意圖見圖2。在圖2中: FR為壓邊力;FG為反壓力;FS為沖裁力。精沖總力F=FS+FR+FG。

壓邊力FR起著固定材料的作用，對板料沿剪切力周圍施加靜壓力，以利于塑剪變形。沖裁完成后，壓邊力轉(zhuǎn)換成退料力，用于退下廢料、卸出帶料。

圖2 精沖工藝示意圖

反壓力FG對精沖零件的彎曲、沖裁面錐度、塌角大小、尺寸精度等都有影響。沖裁完成后，反壓力轉(zhuǎn)換成頂件力，頂出零件。過大的反壓力會使凸模過載，影響其壽命。

傳力桿和頂桿分別傳遞相應(yīng)活塞的壓邊力及反壓力。精沖完畢模具開啟時(shí)，反壓板將零件從凹模內(nèi)頂出，壓邊圈將廢料從凸模上卸下，不需要另外的頂件和卸料裝置。

在壓邊力FR、反壓力FG已經(jīng)作用的前提下，再施加沖裁力FS，三力一起構(gòu)成一個(gè)三向壓應(yīng)力力系，實(shí)現(xiàn)精沖沖裁。

較之普沖工藝，精沖工藝“落料沖孔”1個(gè)工序便可覆蓋后者“落料→沖孔→壓平→車孔→鉆孔”5個(gè)工序的生產(chǎn)內(nèi)容。

2.2 精沖壓機(jī)

精沖壓機(jī)與普沖壓機(jī)的品質(zhì)比較如表2所示。用于不銹鋼厚法蘭的精沖壓機(jī)采用以下先進(jìn)技術(shù)［6］:

1)采用電液伺服控制技術(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制。在精沖過程中，當(dāng)主缸分別處于“主缸停止(送料)－快速下行－慢下壓－合模(壓邊力和反壓力達(dá)到額定值)－保壓壓制－沖裁－快速回程”等不同階段時(shí)，伺服液壓機(jī)電系統(tǒng)自動根據(jù)負(fù)荷大小調(diào)整油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對于精沖壓機(jī)的節(jié)能控制。

2)綜合采用電液比例控制、剛性擋塊限位、臺階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)、四角八面導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料導(dǎo)軌板等，使滑塊下死點(diǎn)重復(fù)精度從±0.5 mm提高到≤±0.02 mm。

3)機(jī)架采用Q235－A整體框架焊接結(jié)構(gòu)、雙立柱、前后兩塊厚度為130 mm主筋板的設(shè)計(jì)方案，在最大工作壓力下，框架變形≤1/5 000，整機(jī)變形≤1/10 000。

4)具有快速換模系統(tǒng)，含2個(gè)升降導(dǎo)軌、2個(gè)導(dǎo)軌支架，方便用戶更換模具、降低勞動強(qiáng)度。升降導(dǎo)軌安裝在下工作臺墊板側(cè)，導(dǎo)軌支架是可拆卸式的。

5)采用PLC控制+觸摸屏，沖裁力、壓邊力、反壓力及滑塊行程均可以通過觸摸屏在參數(shù)范圍內(nèi)根據(jù)工藝要求進(jìn)行設(shè)定?？稍O(shè)置點(diǎn)動模式、單次模式、自動模式3種工作狀態(tài)，可按產(chǎn)品沖壓周期任意安排。

6)主缸采用高頻響比例換向閥控制，可實(shí)現(xiàn)滑塊運(yùn)動過程中的速度無級調(diào)節(jié)、動作平穩(wěn)。壓邊缸、反壓缸壓力采用電液比例溢流閥實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

表2 精沖壓機(jī)與普沖壓機(jī)的品質(zhì)比較

2.3 精沖模具

模具制作時(shí)要將模具上、下模間隙調(diào)整至盡可能小，從而保證法蘭各孔位尺寸精度及沖裁面的光潔度。精沖模具與普沖模具的比較見表3。

表3 精沖模具與普沖模具的比較

精沖模具通常配套的是V型齒圈強(qiáng)力壓板［7－9］。如果使齒圈壓板沿零件輪廓線切線方向設(shè)置呈一定角度的多段斜齒，變原來的封閉線性齒圈為帶狀分段齒圈，成組形成斜向分段齒圈，每段斜齒的兩段具有菱形結(jié)構(gòu)(如圖3)，則可提供更大、更可靠的壓邊力，延長模具壽命。

圖3 配套精沖模具的齒圈壓板示意圖

2.4 精沖沖頭

將精沖沖頭的側(cè)面設(shè)置豎向紋路，與沖頭端面垂直，可使沖頭使用壽命長。

2.5 精沖潤滑劑

要根據(jù)試用結(jié)果，合理調(diào)配精沖潤滑劑的成分，包括極壓添加劑氯化物、抗磨損添加劑硫化物和磷化物等的含量，以及基礎(chǔ)油、油性添加劑、防銹劑、防腐劑的含量。

精沖潤滑劑中，基礎(chǔ)油起著提供黏度的作用;油性添加劑起著潤滑的作用;極壓添加劑起著抗壓的作用;抗磨損添加劑起著減少模具和沖頭磨損的作用。

精沖時(shí)，沖頭與材料、模具與材料之間處于高溫、高壓、高力的“三高”狀態(tài)，精沖潤滑劑的粘度－溫度特性應(yīng)具有延遲效應(yīng)，即精沖潤滑劑粘度要隨沖裁時(shí)溫度升高緩慢降低。需要對精沖工藝涉及的精沖模具及其齒圈壓板、精沖沖頭、精沖潤滑劑三者進(jìn)行綜合分析、優(yōu)化，才能在沖裁厚不銹鋼板時(shí)取得良好效果。

3 結(jié)論

汽車排氣系統(tǒng)精沖不銹鋼厚法蘭的關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在以下方面:

1)精沖不銹鋼厚法蘭的材料具有高強(qiáng)性質(zhì)。精沖材料牌號可至3系304，厚度可達(dá)12.7 mm。

2)精沖不銹鋼厚法蘭的質(zhì)量具有優(yōu)良性質(zhì)。沖裁面粗糙度可達(dá)Ra 1.6～0.4μm、光亮帶寬度可達(dá)100%，尺寸精度可達(dá)ISO 7～10，平面度誤差可小于等于0.20(mm/100 mm)，垂直度誤差單面可小于等于0.002 6 mm/1 mm，塌角可小于10%～25%料厚。

3)精沖不銹鋼厚法蘭的工序具有高效性質(zhì)。精沖工藝較之普沖工藝，前者“落料沖孔”1個(gè)工序可覆蓋后者“落料→沖孔→壓平→車打孔→鉆孔”5個(gè)工序的生產(chǎn)內(nèi)容。

4)精沖不銹鋼厚法蘭的壓機(jī)具有先進(jìn)性質(zhì)。滑塊下死點(diǎn)重復(fù)精度和機(jī)架剛度很高。

［1］周開華.精沖技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.模具制造，2008 (3):1－7.

［2］彭群，李榮洪，鄭鵬飛，等.厚板精沖技術(shù)的工藝研究［J］.材料科學(xué)與工藝，2005，12(4):342－344，348.

［3］張正修，張鎮(zhèn)，趙向珍.精沖技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.模具制造，2004(9):30－35.

［4］無錫鵬德汽車配件有限公司.汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼厚法蘭精密沖壓技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化［R］.南京:南京工程學(xué)院，2013.

［5］黃晶，徐小兵，官強(qiáng).精沖壓邊形式的研究［J］.長江大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，6(1):88－90.

［6］重慶江東機(jī)械有限責(zé)任公司.12500 kN精沖液壓機(jī)(框架式)技術(shù)方案［R］.宜興:無錫鵬德汽車配件有限公司，2013.

［7］毛華杰，尹飛，李翠翠，等.精沖模V型齒圈幾何參數(shù)研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)［C］//第十二屆全國塑性工程學(xué)會年會論文集.南京:南京工程學(xué)院，2012.

［8］溫莉敏，許樹勤.壓邊圈齒距與精沖質(zhì)量的關(guān)系研究［J］.沖壓裝備與制造技術(shù)，2006(1):54－56.

［9］丁日顯，郭成，張緩緩，等.基于田口方法齒圈壓板精沖模具參數(shù)優(yōu)化［J］.材料科學(xué)與工藝，2013，21(1): 93－96.

(責(zé)任編輯 劉舸)

Analysis of the Key Technology of Fine Blanking for Stainless Steel Thick Flange at Automobile Exhaust System

TAN Zheng－guang1，ZOU Zheng－yao2，ZHANG Yu2
(1.Wuxi Pengde Vehicle Parts Co.LTD.，Wuxi214211，China;2.School of Automotive and Rail Transit，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167，China)

The uses and quality characteristics of stainless steel thick flange at automobile exhaust system are introduced.The key technology of fine blanking for stainless steel thick flange is analyzed which are techniques，pressmachine，mould and pressplate，punches，lubricant and so on.The four characteristics of fine blanking for stainless steel thick flange at automobile exhaust system are summarized.

fine blanking;stainless steel;thick flange;automobile exhaust system

U463;TG38

A

1674－8425(2014)09－0031－04

10.3969/j.issn.1674－8425(z).2014.09.007

2014－02－18

宜興市科技成果產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目(20130422065315);無錫鵬德汽車配件有限公司產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目(PD20130202)

談?wù)?1969—)，男，工程師，主要從事鋼板沖壓件及拉伸件精密成型技術(shù)研究。

談?wù)猓u政耀，張雨.汽車排氣系統(tǒng)精沖不銹鋼厚法蘭的關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2014(9):31－34.

format:TAN Zheng－guang，ZOU Zheng－yao，ZHANG Yu.Analysis of the Key Technology of Fine Blanking for Stainless Steel Thick Flange at Automobile Exhaust System［J］.Journalof Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(9):31－34.