張偉豪

（廣東永強奧林寶國際消防汽車有限公司，廣東東莞 523407）

0 引言

封頭在罐類車上的需求量很大，隨著社會生產(chǎn)力水平的提高，不同外觀的罐體結(jié)構(gòu)造型要求使得封頭的外觀也呈現(xiàn)多樣化；相對于常規(guī)的罐體圓形封頭，異形封頭的制作相對復雜，目前生產(chǎn)中較多采用模具和壓力水沖壓的方式實現(xiàn)其凸起部位的造型[1]。

原有的封頭沖壓模具在初期的技術環(huán)境下是比較先進的，但隨著生產(chǎn)技術水平的不斷提高，原有技術逐漸暴露出問題：（1）壓力需求大；（2）對耐高壓夾布橡膠密封墊的性能要求高、損耗快；（3）模具壓緊封頭毛坯工件邊緣的面積較大、原材料浪費較大；（4）為了避免在高壓力作用下模具發(fā)生變形后出現(xiàn)工件非預期位移，只能將模具做得厚實笨重，導致裝卸、搬運、儲存、維護等各項操作都比較困難[2]。本文針對原有的封頭沖壓模具壓力需求大及其各種負面影響，研究罐體封頭沖壓模具的技術改造過程，并實質(zhì)性解決上述問題。

1 原有封頭沖壓模具技術

原有的封頭沖壓模具有2 種：分體式（上模加強圈與上模釘狀板分離，如圖1所示）和整體式（上模加強圈與釘狀板合為一體），均由上模加強圈、釘狀板、耐高壓夾布橡膠密封墊組成，借助液壓平臺和壓力注水完成封頭的沖壓成型。

不管是分體式還是整體式，沖壓模具結(jié)構(gòu)本身并沒有實質(zhì)性不同，這就決定了它們在沖壓壓力需求方面是一樣的；而高壓力帶來的弊端則非常突出：（1）高壓力必將要求配套高性能的密封件，也會導致價格昂貴的耐高壓夾布橡膠密封墊損耗過快，生產(chǎn)成本飆升；（2）在高壓力作用下，為了確保能夠壓緊工件，不得已增大模具與工件邊緣的接觸面積，因此間接導致工件原材料成本的上升（模具壓緊工件外圍邊緣部分在成品中將被作為廢料切除）；（3）為了應對高壓力，避免模具變形而壓不緊工件或壓力泄漏，因此對沖壓模具的剛度要求是極高的，這間接導致了模具本身的自重增加，作業(yè)人員頻繁吊裝、定位等勞動強度增大；（4）由于原有模具結(jié)構(gòu)上的局限性，也導致安全隱患的出現(xiàn)（原有封頭沖壓模具沒有設置下模，單純依賴釘狀板上的防滑凸釘來壓緊工件），工件在沖壓過程中容易發(fā)生滑移走位，這在高壓環(huán)境下是相當危險的，曾經(jīng)發(fā)生過由于工件走位，液壓平臺注入的高壓水在密封件邊緣爆出，發(fā)出巨大的爆破聲響的安全生產(chǎn)事故，所幸未造成其他損失。這也是必須對原有模具作改進設計的重要原因之一[3]。

圖1 原有的封頭沖壓模具示意圖（分體式）

2 改造過程

2.1 對原有封頭沖壓模具的技術改造

鑒于原有封頭沖壓模具的各個弊端，對其進行技術上的升級改造勢在必行，目的是提供一個壓力需求更低、運作更經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)更合理、操作更安全的封頭沖壓模具，從而降低封頭沖壓模具的壓力需求，降低高壓密封墊片性能要求，縮減工件毛坯原材料用量，減輕模具自重以降低作業(yè)人員勞動強度，以及提升操作者作業(yè)安全等。

2.2 技術改造關鍵點

圖2 所示為技術改造前后的封頭沖壓模具關鍵結(jié)構(gòu)比對，主要內(nèi)容如下。

圖2 技術改造前后的封頭沖壓模具關鍵結(jié)構(gòu)比對示意圖

（1）增加下模，使工件在沖壓時產(chǎn)生曲面結(jié)構(gòu)，也使模具和工件的吊裝、對位更加準確、方便；

（2）帶防滑凸釘?shù)尼敔畎甯牧紴樯夏涵h(huán)。從單一的靠釘狀板防滑凸釘壓緊工件邊緣的結(jié)構(gòu)，改為利用工件在沖壓過程中產(chǎn)生的曲面結(jié)構(gòu)來抵消絕大部分工件滑移趨勢產(chǎn)生的力，也更利于工件穩(wěn)定定位（工件經(jīng)過圖中1處的變形之后，形成一個“盆狀”的下陷結(jié)構(gòu)，工件凹陷并坐落在下模中，此時，工件在各個方向上都是穩(wěn)定的，保證了工件在沖壓過程中的持續(xù)準確定位）；同時，改善上模壓環(huán)的受力狀況（原模具釘狀板上的凸釘是為了增大工件壓緊時的摩擦力，避免工件滑向水壓方向；在新模具中，此時的盆狀工件周邊與下模內(nèi)圈接觸，已經(jīng)抵消了絕大部分工件滑移趨勢產(chǎn)生的力；當液壓平臺注水加壓使工件產(chǎn)生2處的凸起變形時，上模壓環(huán)承受的剪切力實際上已經(jīng)大大減少）。以量產(chǎn)的某型號罐類運輸車的罐體封頭沖壓為例，使用原模具沖壓封頭時，液壓平臺主油缸壓力需要至少提供25 MPa的壓力才能確保安全作業(yè)，而新模具僅需要提供16 MPa的壓力，即可完成同樣的動作，壓力需求下降約1/3。另一方面，由于新模具結(jié)構(gòu)上的不同，工件壓緊效果顯著提升；而壓緊工件時所需的原材料外邊緣則向里縮減，工件毛坯在激光切割排版下料時，可以更加靈活地布置。同樣以上述型號罐類運輸車的罐體封頭沖壓為例，下料面積較舊模具減少13%；單位面積鈑金原材料的利用率也明顯上升。

2.3 具體實施方法

技術改造后的封頭沖壓模具由上模與下模兩個關鍵總成組成，沖壓過程：準備液壓平臺，并清理雜質(zhì)、油污；清理下模雜質(zhì)、油污，吊裝下模到液壓平臺并定位；平整鋪設3 mm橡膠板密封墊片，并保證平整無皺褶；吊放工件毛坯并調(diào)整對位；吊放上模，并調(diào)整對位定位孔定位銷；調(diào)整液壓缸伸縮缸頭，預壓緊工件毛坯上表面，再次確認對位準確；持續(xù)壓緊工件上表面確定工件無走位，直至工件下表面與3 mm橡膠板密封墊片壓緊（工件形成“盆狀”下陷結(jié)構(gòu)），并保持液壓缸壓力；液壓平臺注水加壓，并將工件沖壓至指定高度后保壓；工件成型后，壓力水卸壓、液壓缸卸壓，即可卸模取件[4]。

3 技術改造

3.1 新老技術的工藝流程比對

原模具沖壓工藝流程：（1）鋪設12 mm 厚的耐高壓夾布橡膠密封墊；（2）吊放工件毛坯并調(diào)整對位；（3）吊放上模（或釘狀板+上模加強圈）并調(diào)整對位；（4）調(diào)整液壓缸伸縮缸頭，預壓緊工件毛坯，再次確認對位；（5）液壓缸加壓至指定壓力；（6）液壓平臺注水加壓，并沖壓至指定高度；（7）工件成型，壓力水卸壓、液壓缸卸壓；（8）卸模取件[6]。

新模具沖壓工藝流程：（1）鋪設下模并調(diào)整對位；（2）鋪設普通的3 mm橡膠板密封墊片；（3）吊放工件毛坯并調(diào)整對位；（4）吊放上模并調(diào)整對位定位孔定位銷；（5）調(diào)整液壓缸伸縮缸頭，預壓緊工件毛坯上表面，再次確認對位準確；（6）持續(xù)壓緊工件上表面確定工件無走位，直至工件下表面與3 mm 橡膠板密封墊片壓緊，并保持液壓缸壓力；（7）液壓平臺注水加壓，并沖壓至指定高度；（8）工件成型，壓力水卸壓、液壓缸卸壓；（9）卸模取件。

3.2 改造效果

該封頭沖壓模具主要從模具的關鍵結(jié)構(gòu)上著手作改進設計，使封頭沖壓時所需的工作壓力大幅降低；降低了對密封墊片性能的要求（采用低成本普通橡膠板替代耐高壓夾布橡膠密封墊，后者成本是前者十幾倍）；減少了模具壓緊工件時所需的邊緣面積，降低了工件原材料成本；實現(xiàn)模具本身的輕量化；吊裝、更換模具時的勞動強度減小，同時也減少了工人在高壓環(huán)境下的操作安全隱患。

采用新模具沖壓的封頭，成型后完全可以達到舊模具的加工效果，外觀協(xié)調(diào)勻稱，凸起部位塑性變形均勻一致，封頭周邊圓滑過渡、無拉傷裂紋、凹坑等不良，而且質(zhì)量較舊模具更為穩(wěn)定[5]。

4 結(jié)束語

社會的綜合生產(chǎn)能力水平總是在不斷提高，各項生產(chǎn)技術水平也總是跟隨人們生產(chǎn)生活水平的提高而在不斷提升，任何事物經(jīng)過一定階段的實踐和發(fā)展之后，總會有可以提升的空間，罐體封頭沖壓模具技術的發(fā)展也遵循這一規(guī)律。本研究結(jié)果表明，在改進罐體封頭沖壓模具的關鍵結(jié)構(gòu)后，使封頭沖壓時所需的壓力大幅下降，進而降低密封件成本、原材料成本，產(chǎn)生了可觀的綜合經(jīng)濟效益；在降低操作者勞動強度及高壓環(huán)境下的操作安全隱患等方面具有積極的社會效益。該技術改造目前已獲實用新型專利（專利號ZL201822245300.2）， 同案申報的發(fā)明專利（申請?zhí)?01811613218.9）正在審核中。當然，罐體封頭沖壓模具技術的研究并未因此而止步，在不斷的生產(chǎn)實踐和數(shù)據(jù)累積中，該項研究工作必將發(fā)展得更加成熟和完善，為行業(yè)進步奠定基礎。