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【摘 要】通过分析某轿车底盘油管的试制成形工艺，改进了原加工工艺方案及加工方法，设计制造了具有快换式凸模结构的扩口模，从而减少了模具数量，降低了加工费用。多年的生产实践证明：该模具结构合理、可靠、工作稳定，能保证制件质量，对相同类型零件的模具设计具有参考作用。
【关键词】底盘油管；成形工艺；模具设计
引言
图1所示某型轿车上的底盘油管结构简图，采用φ5mm×1mm紫铜管T3制成，每种型号车中有该种结构的长度不一管料多根，由于使用功能上的需要，其两端需成形为双重翻边结构，以保证油管间利用自溃螺母锁紧后能不漏液。
1、试制工艺分析
在该管的生产试制过程中，为节省研制费用，降低工装系数，决定设计简单的辅具，采用图2所示工艺方案，即：下料→校直→扩口→旋压→挤压成形。利用普通车床进行加工。
加工时，将下料校直后的管料一端在车床夹头上夹紧，另一端扩口时利用安装在车床尾座上的扩口辅具完成，然后采用安装在车刀架上的旋压轮，通过手工操作完成旋压成形，最后使用安装于尾座上的成形辅具挤压成形，达到制件要求。
根据上述工作过程可知：整个制件加工主要是依赖手工操作完成，生产效率低，并且加工出来的制件大小不等、长短不一，一致性差，同时工人劳动强度大，难以满足汽车大批量生产的需要。更为严重的是：在制件的最后挤压成形工序中，大部分制件在成形时出现断裂。
针对制件出现的断裂，分析认为：由于底盘油管加工发生的是一种利用机械设备进行的挤压变形，整个加工实际上是逐步对局部金属进行的高应力作用下的逐渐塑性成形，制件经过多次冷挤压成形后，外形在发生变形的同时金属晶粒也同步变化，同时其内部存在的亚结构进一步得到细化，导致亚晶界增多、位错密度增加，出现较严重的加工硬化，而紫铜T3为高度硬化金属，材料的高硬化特性使其加工硬化又进一步加剧。
2、工艺方案改进
为满足零件加工要求，决定改变零件成形方式，设计模具在普通压力机上加工完成。根据零件特性，工艺方案的制订必须尽量降低加工过程中零件出现的加工硬化倾向，为此采用加工工艺方案。即：下料—校直—扩口—成形Ⅰ—成形Ⅱ。为完成零件的扩口加工，设计了一套专用模具。通过更换凸模又可完成后续的两道成形工序，从而使整个零件的加工仅需一套模具及两种凸模便可完成。
3、模具设计
3.1、模具结构及工作原理
考虑到各种管料长度及形状的不同，为此，设计如图4所示横向扩口模，即零件采用横向放置及横向扩口的工作方式。整套模具利用两个斜楔工作，一个推动夹紧滑块进行夹紧，另一个推动扩口滑块进行管料扩口。工作时，模具置于普通压力机上，随着压机滑块的上升，模具开启，此时将准备要加工的底盘油管，通过框形挡块28右端开设的管槽安放于右凹模块11适当位置，随着压机的下降，斜楔5首先与衬板4接触，推动夹紧滑块6沿夹紧滑座7导轨移动对管料实施压紧，与此同时，拉杆2也随同前行，弹簧3得到压缩储存能量；在管料开始夹紧过程中，斜楔21开始与衬板20接触，推动扩口滑块22沿扩口滑座24导轨移动，随着快换扩口凸模23的逐渐前移，管料扩口部位得以成形，同样，弹簧18也得到压缩储存了能量。随着压机滑块的上升，上模与下模逐渐脱离接触，夹紧滑块6、扩口滑块22通过各自拉杆2、19，在压缩后的弹簧3、18弹力作用下，沿夹紧滑座7、扩口滑座24中的导轨得到恢复。此时，可将完成扩口的管料从衬板27、框形挡块28中开设的管槽取出。
3.2、设计要点
为承受两处斜楔相互垂直力的作用，整个框形挡块28设计成矩形框结构，以便保持较好的强度及刚性。为可靠夹紧管料，保證扩口的顺利完成。夹紧滑块6的夹紧长度要足够长，保证十倍的管径长。为调整管料的夹紧力，通过增减夹紧滑块6与固定块9之间接缝处的调整垫片8便可实现。左凹模块10与右凹模块11既是管料的夹紧件，合紧后又是扩口成形的凹模，因此其与扩口及夹紧斜楔以及快换扩口凸模23材料均选用Cr12MoV制造，并热处理52～56HRC，为保证表面成形质量，所有与制件接触的夹角处均倒圆角，表面粗糙度至少达到0.8从而不会将制件外表面划伤。考虑到由于磨损及加工中的正常磨损等原因，一些易损件需进行更换，为此，设计中充分考虑了模具的制造工艺性及易损件更换、维护的方便性，设置了多处易换的衬板和调整垫。又考虑到该套模具在后续成形加工中能够借用，扩口滑块22、快换扩口凸模23之间设计成快换结构，从而在成形加工中只需将快换扩口凸模23更换为图2所示的快换成形凸模便可完成后续的成形Ⅰ、成形Ⅱ工序加工，后续加工过程与扩口模的工作过程相同，此处不再详述。
结束语
模具设计制造完成后，经试模顺利生产出了满足图纸要求的零件，经整车试验，满足产品要求。目前，模具使用近三年，生产的零件质量稳定，模具工作良好。由于在模具设计时，根据零件成形的要求，充分考虑了各工序的成形特性，针对性设计了具有快换式凸模结构的模具，使用时只需更换相应的凸模，便可完成其它工序的加工。在零件加工时，可将一批零件加工好一个工序后，然后更换凸模进行下一工序加工，做到一模多用，生产效率得到提高、劳动成本进一步降低，能满足零件批量生产的需求。
参考文献：
[1] 冯鹏.车载排液采气连续油管射流泵系统理论与技术研究[D].西安石油大学，2013.
[2] 钟翔山，吴国栋.底盘油管成形工艺及模具设计[J].模具制造，2012，12（11）：56-58.
[3] 施志辉，王国俊，许立，刘元伟，李波.连续油管机底盘车受力分析[J].工具技术，2011，45（06）：77-80.
（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院）
【关键词】底盘油管；成形工艺；模具设计
引言
图1所示某型轿车上的底盘油管结构简图，采用φ5mm×1mm紫铜管T3制成，每种型号车中有该种结构的长度不一管料多根，由于使用功能上的需要，其两端需成形为双重翻边结构，以保证油管间利用自溃螺母锁紧后能不漏液。
1、试制工艺分析
在该管的生产试制过程中，为节省研制费用，降低工装系数，决定设计简单的辅具，采用图2所示工艺方案，即：下料→校直→扩口→旋压→挤压成形。利用普通车床进行加工。
加工时，将下料校直后的管料一端在车床夹头上夹紧，另一端扩口时利用安装在车床尾座上的扩口辅具完成，然后采用安装在车刀架上的旋压轮，通过手工操作完成旋压成形，最后使用安装于尾座上的成形辅具挤压成形，达到制件要求。
根据上述工作过程可知：整个制件加工主要是依赖手工操作完成，生产效率低，并且加工出来的制件大小不等、长短不一，一致性差，同时工人劳动强度大，难以满足汽车大批量生产的需要。更为严重的是：在制件的最后挤压成形工序中，大部分制件在成形时出现断裂。
针对制件出现的断裂，分析认为：由于底盘油管加工发生的是一种利用机械设备进行的挤压变形，整个加工实际上是逐步对局部金属进行的高应力作用下的逐渐塑性成形，制件经过多次冷挤压成形后，外形在发生变形的同时金属晶粒也同步变化，同时其内部存在的亚结构进一步得到细化，导致亚晶界增多、位错密度增加，出现较严重的加工硬化，而紫铜T3为高度硬化金属，材料的高硬化特性使其加工硬化又进一步加剧。
2、工艺方案改进
为满足零件加工要求，决定改变零件成形方式，设计模具在普通压力机上加工完成。根据零件特性，工艺方案的制订必须尽量降低加工过程中零件出现的加工硬化倾向，为此采用加工工艺方案。即：下料—校直—扩口—成形Ⅰ—成形Ⅱ。为完成零件的扩口加工，设计了一套专用模具。通过更换凸模又可完成后续的两道成形工序，从而使整个零件的加工仅需一套模具及两种凸模便可完成。
3、模具设计
3.1、模具结构及工作原理
考虑到各种管料长度及形状的不同，为此，设计如图4所示横向扩口模，即零件采用横向放置及横向扩口的工作方式。整套模具利用两个斜楔工作，一个推动夹紧滑块进行夹紧，另一个推动扩口滑块进行管料扩口。工作时，模具置于普通压力机上，随着压机滑块的上升，模具开启，此时将准备要加工的底盘油管，通过框形挡块28右端开设的管槽安放于右凹模块11适当位置，随着压机的下降，斜楔5首先与衬板4接触，推动夹紧滑块6沿夹紧滑座7导轨移动对管料实施压紧，与此同时，拉杆2也随同前行，弹簧3得到压缩储存能量；在管料开始夹紧过程中，斜楔21开始与衬板20接触，推动扩口滑块22沿扩口滑座24导轨移动，随着快换扩口凸模23的逐渐前移，管料扩口部位得以成形，同样，弹簧18也得到压缩储存了能量。随着压机滑块的上升，上模与下模逐渐脱离接触，夹紧滑块6、扩口滑块22通过各自拉杆2、19，在压缩后的弹簧3、18弹力作用下，沿夹紧滑座7、扩口滑座24中的导轨得到恢复。此时，可将完成扩口的管料从衬板27、框形挡块28中开设的管槽取出。
3.2、设计要点
为承受两处斜楔相互垂直力的作用，整个框形挡块28设计成矩形框结构，以便保持较好的强度及刚性。为可靠夹紧管料，保證扩口的顺利完成。夹紧滑块6的夹紧长度要足够长，保证十倍的管径长。为调整管料的夹紧力，通过增减夹紧滑块6与固定块9之间接缝处的调整垫片8便可实现。左凹模块10与右凹模块11既是管料的夹紧件，合紧后又是扩口成形的凹模，因此其与扩口及夹紧斜楔以及快换扩口凸模23材料均选用Cr12MoV制造，并热处理52～56HRC，为保证表面成形质量，所有与制件接触的夹角处均倒圆角，表面粗糙度至少达到0.8从而不会将制件外表面划伤。考虑到由于磨损及加工中的正常磨损等原因，一些易损件需进行更换，为此，设计中充分考虑了模具的制造工艺性及易损件更换、维护的方便性，设置了多处易换的衬板和调整垫。又考虑到该套模具在后续成形加工中能够借用，扩口滑块22、快换扩口凸模23之间设计成快换结构，从而在成形加工中只需将快换扩口凸模23更换为图2所示的快换成形凸模便可完成后续的成形Ⅰ、成形Ⅱ工序加工，后续加工过程与扩口模的工作过程相同，此处不再详述。
结束语
模具设计制造完成后，经试模顺利生产出了满足图纸要求的零件，经整车试验，满足产品要求。目前，模具使用近三年，生产的零件质量稳定，模具工作良好。由于在模具设计时，根据零件成形的要求，充分考虑了各工序的成形特性，针对性设计了具有快换式凸模结构的模具，使用时只需更换相应的凸模，便可完成其它工序的加工。在零件加工时，可将一批零件加工好一个工序后，然后更换凸模进行下一工序加工，做到一模多用，生产效率得到提高、劳动成本进一步降低，能满足零件批量生产的需求。
参考文献：
[1] 冯鹏.车载排液采气连续油管射流泵系统理论与技术研究[D].西安石油大学，2013.
[2] 钟翔山，吴国栋.底盘油管成形工艺及模具设计[J].模具制造，2012，12（11）：56-58.
[3] 施志辉，王国俊，许立，刘元伟，李波.连续油管机底盘车受力分析[J].工具技术，2011，45（06）：77-80.
（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院）