AFA—3G定位格架彈簧制造技術(shù)研究

葉遠(yuǎn)東 鐘鳴 秦傳玲

摘要：簡(jiǎn)要介紹了AFA-3G定位格架彈簧的種類和結(jié)構(gòu)形式，分析了彈簧的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，針對(duì)彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定了彈簧級(jí)進(jìn)模沖制工藝方案，詳細(xì)介紹了彈簧的沖壓工藝，并對(duì)彈簧沖制工藝的難點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行了闡述。重點(diǎn)介紹了模具的總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最后作出了結(jié)論。

關(guān)鍵詞：彈簧、沖壓工藝、模具

中圖分類號(hào)：TL352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

AFA-3G燃料組件定位格架是組件中的關(guān)鍵部件之一，它是由條帶、圍板和彈簧三種零件構(gòu)成，國(guó)內(nèi)雖然引進(jìn)了法國(guó)的AFA-3G燃料組件制造技術(shù)，但由于受條件的限制并未引進(jìn)彈簧的沖制技術(shù)。由于零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝難度大，長(zhǎng)期以來一直依賴于進(jìn)口法國(guó)成品零件，再由國(guó)內(nèi)組裝焊接成成品格架。這樣在格架成本和知識(shí)產(chǎn)權(quán)上就受到了國(guó)外的制約，AFA-3G燃料組件定位格架的國(guó)產(chǎn)化，不僅能填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在該項(xiàng)目領(lǐng)域的空白，而且可節(jié)約大量外匯，同時(shí)為今后具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能燃料組件研制奠定基礎(chǔ)。本文是針對(duì)其中的彈簧制造工藝進(jìn)行論述。

1 彈簧制造難點(diǎn)分析

圖1 雙彈簧示意圖 圖2 單彈簧示意圖

彈簧分為兩種，一種稱為雙彈簧，另一種稱為單彈簧，雙彈簧（圖1）為兩側(cè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每一側(cè)有一個(gè)三彎成形區(qū)，單彈簧（圖2）為兩側(cè)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。無論單、雙彈簧，其成形區(qū)的圓弧半徑、圓弧高度以及各圓弧間的中心距都有嚴(yán)格要求，是主要的有效工作區(qū)域，因此彈簧的制造難點(diǎn)是如何保證三彎成形區(qū)的精確成形，符合圖紙的要求。

2 單、雙彈簧制造方案的確定

單、雙彈簧的長(zhǎng)寬尺寸較小，屬于小型零件，形狀復(fù)雜，并且數(shù)量多，產(chǎn)量大，如采用單工序模制造方案，則零件定位困難且定位誤差較大，生產(chǎn)時(shí)零件廢品率較高，彈簧成形質(zhì)量難以保證，而且效率低下，不適合大批量生產(chǎn)的要求，所以不能采用單工序模具進(jìn)行沖制，只能采用級(jí)進(jìn)模方案進(jìn)行沖制。因此制定了如圖3所示的單、雙彈簧排級(jí)進(jìn)模沖制方案。

圖3 單、雙彈簧排示意圖

3 彈簧成形工藝

單、雙彈簧其結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，基本是由多段圓弧連接形成，其中最大圓弧的半徑與料厚之比為45.8，因此材料成形后回彈量很大。由于彈簧是由多段圓弧連接形成，每一個(gè)圓弧在成形時(shí)都有其回彈量，多個(gè)圓弧的回彈互相影響，就給回彈量的計(jì)算和模具的調(diào)試造成很大的困難。因此圓弧特別是大圓弧不能用一個(gè)工步來完成，需采用預(yù)成形工步和校正成形工步完成，為方便模具調(diào)整，模具卸料板和凹模板中所有工作工步均應(yīng)設(shè)計(jì)為拼塊結(jié)構(gòu)。

3.1 單、雙彈簧展開尺寸的計(jì)算

彈簧展開尺寸的計(jì)算

在模具設(shè)計(jì)前，首先進(jìn)行的工作就是計(jì)算出精確的單彈簧中性層展開尺寸，精確的展開尺寸可節(jié)省大量的模具后期調(diào)試工作。但生產(chǎn)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出，中性層的位置還與彎曲方法、模具結(jié)構(gòu)、彎曲件形狀以及彎曲件材料等多種因素有關(guān)。彈簧形狀復(fù)雜，理論計(jì)算與實(shí)際操作中材料的延展不一定完全相符，微量的誤差需要試模后進(jìn)行調(diào)整。

以單彈簧為例：材料中性層展開尺寸計(jì)算如下：（單個(gè)圓弧展開尺寸計(jì)算公式）

L=l1+l2+1.57（r+x0t）

L---彎曲件的展開長(zhǎng)度 r---彎曲件內(nèi)彎曲半徑

l1，l2---彎曲件直邊部分長(zhǎng)度 t---彎曲件原始厚度

x0---中性層內(nèi)移系數(shù)

雙彈簧中性層展開尺寸與單彈簧類似，理論計(jì)算與實(shí)際操作中材料的延展不一定完全相符，微量的誤差需要試模后進(jìn)行調(diào)整。

3.2 單、雙彈簧排樣圖設(shè)計(jì)

排樣設(shè)計(jì)是級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，模具合理的結(jié)構(gòu)、材料利用率都取決于正確的排樣，因此優(yōu)化排樣對(duì)級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)至關(guān)重要。首先根據(jù)已計(jì)算好的彈簧展開尺寸確定條料的寬度和步距，保證合理的材料利用率，然后根據(jù)零件形狀、尺寸及技術(shù)要求對(duì)彈簧進(jìn)行分析，確定單、雙彈簧的排樣圖。

由于單、雙彈簧的結(jié)構(gòu)形狀基本一致，并且寬度尺寸相同，成形原理和工藝基本相同，因此單、雙彈簧的排樣圖基本一致，所不同的是在彈簧長(zhǎng)度和打彎成形工步中模具零件的尺寸有所變化。

為盡可能保證條料的強(qiáng)度和送料的穩(wěn)定性，排樣圖中前9個(gè)工步采用雙載體雙連接橋方案，第9工步后由于要沖出彈簧長(zhǎng)度只能采用單邊載體加連接橋方案。根據(jù)彈簧展開長(zhǎng)度、雙邊導(dǎo)正孔位置的分布、側(cè)刃沖裁量等多方因素的分析，確定條料的寬度為67（mm），步距為6（mm）。為確定合理的凹模分布及凹模強(qiáng)度，需設(shè)計(jì)足夠的空工步為凹模留出足夠的空間，因此總共設(shè)計(jì)為37個(gè)工步，其中工作工步有13個(gè)。

3.3 彈簧三彎成形工藝和1800折疊成形工藝

彈簧三彎成形工藝是個(gè)難點(diǎn)，打彎成形工步最重要也是較難以控制的，各打彎工步的次序安排是非常重要的，錯(cuò)誤的打彎步驟將造成模具難以調(diào)整，從而不能達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求。

通過對(duì)彈簧形結(jié)構(gòu)形狀的分析，首先確定在1200折疊打彎前要完成彈簧中所有圓弧的打彎成形。彈簧中圓弧成形的次序有兩種方案（如圖4所示），第一種方案如圖4a所示，先完成上下兩段圓弧的成形，再完成中部1800折疊處成形。這種方式成形較簡(jiǎn)單，又可減少工步使模具結(jié)構(gòu)緊湊，但由于中部成形時(shí)材料延展和流動(dòng)將會(huì)對(duì)上下兩段已成形的三彎圓弧造成較大影響，并且由于材料流動(dòng)將造成彈簧表面拉傷。第二種方案如圖4b所示，采用由下至上逐段成形的方式，先成形下段三彎，材料由上部向下流動(dòng)補(bǔ)充成形部位，完成中部成形，同時(shí)對(duì)已成形的下部三彎壓緊保護(hù)，使材料只能由上部向下流動(dòng)補(bǔ)充中部成形部位，最后完成上段三彎成形，同時(shí)對(duì)已成形的下部三彎和中部成形部位壓緊保護(hù)，同樣使材料只能由上部向下流動(dòng)補(bǔ)充上段成形部位。這種成形方案避免了彈簧表面拉傷，材料變薄量增大的現(xiàn)象，逐段成形時(shí)，成形區(qū)內(nèi)的材料補(bǔ)充始終是靠未成形區(qū)的材料進(jìn)行補(bǔ)償，避免了三段圓弧相互影響的現(xiàn)象，使導(dǎo)向定位更準(zhǔn)確，成形質(zhì)量易保證。

圖4a 圖4b

圖4 圓弧成形次序示意圖 圖5 彈簧折疊成形示意圖

根據(jù)彈簧形狀分析，1800折疊不可能一次成形，另外折疊處并非死角，而是形成一個(gè)內(nèi)徑R0.25（mm）的半圓，為了在折疊處成形較好的半圓形狀，折疊工藝需要多個(gè)步驟進(jìn)行（如圖5所示）。第1步如上述22工步先1200打彎，第2步如上述24工步將彈簧打彎為600，第3步如上述28工位將彈簧打彎為300，第4部如上述32工位對(duì)折疊部位整形，調(diào)整合適的折疊角度，使彈簧的開口部位保持在6～7（mm）的距離。

4 彈簧級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)

單、雙彈簧模具采用精密四導(dǎo)柱滾動(dòng)鋼模架，在固定板、卸料板、凹模板三個(gè)重要板件間設(shè)計(jì)有四個(gè)精密小導(dǎo)柱，對(duì)凸、凹模精密導(dǎo)向。

彈簧形狀復(fù)雜，成形部位既有上凸也有下凹，為保證條料平穩(wěn)連續(xù)送進(jìn)，并防止條料因有油污而粘在下模板上，設(shè)置了雙排浮動(dòng)導(dǎo)料、抬料釘，將條料整個(gè)托出凹模工作型面3（mm），從而保證了條料的連續(xù)平穩(wěn)送進(jìn)。模具工位較多，為保證條料送進(jìn)的步距精度，采用側(cè)刃粗定位和導(dǎo)正釘精定位相結(jié)合的定位方式，導(dǎo)正釘分布于13個(gè)工作工位中，更能有效的保證步距精度。該模具是自動(dòng)送料連續(xù)沖壓，一旦出現(xiàn)誤送料時(shí)將損壞模具，造成巨大損失。為防止連續(xù)沖壓過程中的誤進(jìn)給動(dòng)作，設(shè)置了誤送進(jìn)給檢測(cè)裝置，當(dāng)檢測(cè)到有誤進(jìn)給動(dòng)作時(shí)，能使沖床立即停止，避免損壞模具。

模具沖制出的產(chǎn)品并非單個(gè)彈簧，而是由42個(gè)單彈簧或雙彈簧為一組的彈簧排，要實(shí)現(xiàn)這一要求，模具必需在沖床完成42次沖壓行程時(shí)，模具的切刀完成1次切斷動(dòng)作。因此，模具設(shè)計(jì)必須考慮記數(shù)切斷裝置。模具采用了由氣缸、電磁閥、計(jì)數(shù)器、抽插塊、切斷凸模等組成的自動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)。

紅外線發(fā)射器和接收器安裝在模具兩側(cè)，模具每閉合工作一次將阻擋發(fā)射器發(fā)射的紅外線，接收器以此來收集信號(hào)，利用接收器收集信號(hào)并產(chǎn)生信號(hào)后傳輸給計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器接收42次信號(hào)后控制電磁閥工作1次，電磁閥改變壓縮空氣流向，氣缸主軸正向運(yùn)動(dòng)并推動(dòng)抽插塊前進(jìn)，在抽插塊斜面的作用下推動(dòng)切斷凸模至工作位置，模具完成一次剪切。隨后電磁閥在計(jì)數(shù)器的作用下又改變壓縮空氣流向，使氣缸主軸反向運(yùn)動(dòng)并拉回抽插塊，切斷凸模在回位彈簧的作用下復(fù)位，處于不工作狀態(tài)并等待下一次工作。

5 彈簧的檢測(cè)

經(jīng)模具沖壓出的彈簧首先要經(jīng)過外觀及數(shù)據(jù)檢測(cè)，以確定彈簧是否符合圖紙及技術(shù)條件要求，經(jīng)檢測(cè)結(jié)果如下：

1）彈簧排外觀檢測(cè)平整，沒有較大的彎曲，彈簧表面光潔，無傷痕、撞痕、壓痕。

2）采用輪廓儀檢測(cè)毛刺最大允許高度完全符合要求，該項(xiàng)目檢測(cè)合格。

3）隨機(jī)抽取10條彈簧排放大10倍進(jìn)行外觀檢查，該項(xiàng)目檢測(cè)合格。

4）彈簧成形尺寸檢測(cè)。用座標(biāo)紙繪制出單、雙彈簧放大20倍的標(biāo)準(zhǔn)形狀，再用投影儀將零件放大20倍進(jìn)行比對(duì)，完全符合技術(shù)條件。

6 結(jié)論

本文針對(duì)形狀復(fù)雜，沖壓工藝難度系數(shù)高的AFA-3G定位格架單、雙彈簧，進(jìn)行了一系列的沖壓工藝試驗(yàn)及相關(guān)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并攻克了多項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)，研制了沖制單、雙彈簧的2副級(jí)進(jìn)模。沖出了完全合格的彈簧成品零件，設(shè)計(jì)的模具及夾具、選擇的工藝參數(shù)、建立的檢驗(yàn)方法是可行的，適用的。

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