工程机械油底壳产品开发技术

文 | 杨宾·MFC 专栏作者

通过对工程机械油底壳冲压件 产品开发的描述介绍，说明了在此 产品开发中涉及到的对冲压工艺分 析，产品冲压工艺性，油底壳模具 制造技术等各方面具有代表性的油 底壳产品技术。油底壳产品冲压难 度高，工装制造维护技术要求高， 因此一直是发动机总成中冲压产品 的一个难点。本文从工程机械油底 壳的产品工艺性分析，产品修改， 到工装模具的开发，制造进行了阐 述。关键词 ：油底壳，冲压，工程 机械。

产品介绍

工程机械油底壳主要使用在工程机 械发动机上，它的特点是储油量较大， 通用性强。是前途比较看好的一款产品。 该产品与我之前的 A 油底壳有一定的区 别：外形基本对称。有别于以往的油底 壳，没深浅端，只有中间一个蓄油槽。

图1 工程机械油地壳数模

由于该产品两肩端各有三处深筋。 使得拉延的难度加大，拉延出现极限的 可能性加大。

为提高工程机械油底壳的产品质 量，延长模具的使用寿命，结合现生产 A 油底壳拉延出现的质量缺陷（拉痕）， 整形面难加工易磨损及冲孔一直采用两 套模具联合安装的成本浪费，最终确定 采用新工艺，新结构的工艺方案。

图2 A油地壳数模

工艺技术分析

产品描述

工程机械油底壳上有一个油槽， 两 肩端各有三处深筋。

工程机械油底壳法兰面上有密封压花。

油底壳法兰面以前的设计是平面， 油底壳安装在发动机缸体上，主要是以 螺钉固定油底壳法兰面压死密封圈，起 到防止漏油的目的。但是在实际使用过 程中，经常是在两螺钉孔间漏油。经过 对拆卸的漏油的油底壳进行分析研究发 现：两螺钉孔间的法兰面是隆起的。原因是上紧螺钉后，油底壳法兰面起伏变形，受力的部位凹陷，不受力的部位隆 起。油就从隆起的部位渗出。

为了防止类似的漏油事件再次发 生。康明斯采用了新的设计方案： 在油底壳法兰面的螺钉孔间加一个 3.2mm×18.5mm 的平面，并且高于 螺钉孔面 0.38mm。当上螺钉时，由于 板料的弹性变形，两螺钉孔间法兰面的 压力会随着螺钉上紧而不断整大，最后 实现整个法兰面全部压死，理论上解决 了油底壳法兰面漏油的问题。

工程机械油底壳采用了以上的结构。

图3

图4

图5

工程机械油底壳上有 2 个油孔。 “

图6

壳采用超深冲级钢板特殊材料，板厚 1.8mm。

生产要求

生产纲领及节拍

生产品种及方式：多品种混流生产。 冲压质量要求：零件表面无坑包、划伤、起皱、极限及开裂。压字清晰， 压花明显。翻边到尺寸，冲孔修边无明 显毛刺。

产品工艺性分析

油底壳产品的拉延特点如图 7 表示：

图7

如图 7 所示，由于拉延高度最高只有 218mm，因此在拉延过程中，角部不易开裂，而是两侧的斜面过陡极易开裂。而在四角的过渡位置由于材料流动不均匀容易发生起皱现象。目前在油底壳制造工艺中，多采取了涂抹拉延油，垫塑料布等方法，均衡材料流动速度，并且采用多次拉延方法，以解决以上现象。

分析工程机械油底壳产品，从冲压工艺角度来看，由于油底壳上下与左右 材料流动量不同，同时压料面积大，都 妨碍了材料的均衡流动。而有利于工艺 性的是产品四个角部设计的鼓包，鼓包 的设计有效的吸收了角部多余的材料，防止了材料的堆积，减少了拉延起皱的可能。

工艺实验及对比分析

以下是对原始产品进行的 CAE 分析：

图8 一拉

拉延高度 105（采用了 2 次拉延， 图 8 为一拉）

图9 拉延结束

从图 9 可以看出，原始产品采用 2 次拉延，第二次拉延结束时，发生开裂。 经过分析后，认为从产品冲压工艺

性角度应对产品进行以下修改：

图10

与工程机械油底壳项目技术人员进行讨论后，提出了以上修改意见，并 且收到了反馈意见。我们认为产品侧 壁的拔模角只有 1.5mm，对零件的冲 压工艺已有一定的影响，再加上筋深 12.8mm， 材料过于急促的从平面过 渡到深筋势必会造成流动速度加快，变 形剧烈，无法满足冲压工艺要求 . 客户 认为对筋的高度抬高 6mm，不会影响 发动机总成在此位置处的其他机构的装 配，因此同意了修改意见。

我们对更改后的产品进行了 CAE 分析结果如图 11：

图11 二拉结束后材料变薄状态

从图 11 可以看出，局部材料变薄率最大的区域为 7%。处于安全区域。 从以上结果可以看出，更改后的产 品已经基本消除了开裂的风险，同时在 2 道拉延工序结束后，零件 CAE 分析 显示零件依然处于安全状态。从以往经 验来看，已经可以保证调试出合格的拉 延产品了。

冲压工艺分析

冲压工艺顺序由于产品结构规则，深度不深，除了法兰面上的孔，还有两处油孔，所以 采用两次拉深，三次冲孔来完成整个零件。

图12

图13

图14

图15

图16

图17

图18

图19

图20

我们提出并验证：80，90 序可以利用一个吊楔一个斜楔一个驱动，实现一套 模具冲两出带角度的两个孔，省了一套模具的设计费用，加工费用，材料费用，人 工费用。如下图：

设备布置及连线生产 生产车间设备平面布置图，如图 21。 生产流程

图21

模具设计情况

冲压工艺验证结束后，在模具设计阶段 的问题就少了许多，在以往的油底壳模具 设计中积累了丰富经验，因此在模具设计 过程中的问题就是总结以往经验，在新的 开发项目进行应用。

图22 一拉模具实际设计三维实体

在模具设计中采用了镶块式结构，保证了工作部分的耐磨性能。在 CAE 基础上有效的减少了不必要的工作表面， 节约了材料费用。

图23 二拉模具实际三维实体

图24 冲孔模实际三维实体

在设计冲法兰面孔的模具中，打破了以往的经验，把凹模放置在下模上， 这样凹模可以采用镶套，易更换。而且 油底壳扣放在模具上，易取件，节约了 冲压中取件的时间。

斜楔冲一孔

吊楔冲一孔

图 25 冲角度孔模具实际三维实体

我们首次大胆利用一个吊楔一个斜楔一个驱动，实现一套模具冲两出带角 度的两个孔，省了一套模具的设计费用、 加工费用、材料费用和人工费用。

模具制造情况

由于第一次拉深，拉深圆角硬化， 第二次拉深，很难让硬化的圆角材料再 次变形，形成了起皱鼓包。通过增大一 拉的拉深圆角，以及在侧面槽的根部加 过度斜面，消除了起皱鼓包，如图 26。

图26

采用热处理的新工艺，对用在拉延 模上的合金镶块进行 PVD 处理， 增强 合金镶块的耐磨性，以达到拉延前不加 润滑油，不垫塑料薄膜，镶块不磨损，  油底壳侧面的拉痕不出现。

PVD 技术要求：

1、基材原硬度 HRC58-62，PVD 后硬度不小于 HRC53；

2、在做 PVD 前基材表面要渗入大 于 0.8mm 的氮化层；

3、PVD 采用 CrN 涂层；

4、PVD 后镶块的变形不大于0.1mm；

5、PVD 后镶块没有裂纹。

结论

一、工程机械油底壳采用 PVD 表 面硬化工艺，消除了油底壳侧面拉痕， 及压花磨损的老大难的质量问题。

二、工程机械油底壳通过吊楔，斜 楔的充分利用，在油底壳上首次实现了 一套模具一个驱动冲两个不同角度的 孔，节省了模具成本。 三、设计工程机械油底壳落料模， 采用自动滑料，自动集料，节省人工成 本，是我们下一步的研究课题。