冷彎型材沖壓成形及模具設(shè)計分析

梁吉河

（柳州凌云汽車零部件有限公司廣西 柳州 545006）

冷彎型材沖壓成形及模具設(shè)計分析

梁吉河

（柳州凌云汽車零部件有限公司廣西 柳州 545006）

本文主要闡述了冷彎型材沖壓成形及模具設(shè)計分析，首先文章介紹了從三個主要的方面介紹了冷彎成型的相關(guān)知識，然后文章著重介紹了凹字形冷彎型材沖壓成型工藝，然后闡述了模具的結(jié)構(gòu)以及工作過程。冷彎成型加工工藝由于其具有良好的工藝性，也越來越多的被應(yīng)用到各種行業(yè)中去。

冷彎型材；沖壓成形；模具；上模下行

1 引言

最近幾年以來，由于國家大力提倡節(jié)能減排，使得輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越多的受到人們的重視。金屬板帶材在常溫下經(jīng)過塑性彎曲變形制作而成的冷彎型材具有強(qiáng)度高、重量輕等特點。這些優(yōu)良的特性使得這種型材被廣泛的應(yīng)用到機(jī)械制造、建筑、輕工以及交通運輸?shù)炔块T中。

2 冷彎成型的相關(guān)知識

2.1 名稱的由來

我國目前對coldrollforming工藝的叫法有很多種，其中最為普通的一種是從俄文翻譯過來的叫冷彎成型或者冷彎型鋼；還有一種比較常見的是從英文翻譯過來叫滾軋成型，滾壓成型，輥彎成型，輥軋成型：在我國的臺灣地區(qū)有一種說法叫滾法，有滾輪成型，冷軋成型等等，在英文中冷彎成型的名稱比較確定Rollforming，Roll-forming，Roll Forming等。

2.2 冷彎型材的優(yōu)點

（1）斷面經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)省材料。相比較與熱軋型材而言，在同等重量以及斷面面積的情況下下，冷彎型材的斷面系數(shù)比熱軋型材要高。在相同的負(fù)荷的作用下，冷彎型材可以節(jié)約材料，減輕構(gòu)件的重量。在建筑行業(yè)中使用冷彎型材比使用熱軋型材可節(jié)約金屬38～50%，在農(nóng)用機(jī)械和車輛中可節(jié)15～60%。

（2）冷彎型材的品種多樣，形狀復(fù)雜。對于在熱軋型材中不能生產(chǎn)的斷面復(fù)雜和壁厚均勻的型材，冷彎成型都可做到。

（3）冷彎型材加工出來的斷面尺寸精確，平面度好，表面粗糙度小，外觀漂亮整潔。

（4）在實際的生產(chǎn)過程中可以和沖孔等工序進(jìn)行相配合，滿足不同的需要。隨著技術(shù)的不斷成熟以及成本的下降，冷軋和熱軋帶鋼價格也會不斷的降低，冷彎型鋼的生產(chǎn)得到了很大發(fā)展空間，現(xiàn)在冷彎型鋼品種多樣，連續(xù)化以及自動化程度提高，其中輥式冷彎機(jī)成型速度最高已達(dá)250m/min。

2.3 發(fā)展冷彎成型工藝的意義

冷彎成型是一種新型的金屬板料成型技術(shù)和工藝，節(jié)約能源、節(jié)約材料以及高效的的優(yōu)點。應(yīng)用這一新型工藝，一方面我們可以加工出高質(zhì)量的型鋼產(chǎn)品，另一方面還能夠縮短產(chǎn)品的加工周期，提高生產(chǎn)的效率，提高企業(yè)在市場中的競爭力。

在過去的50多年里冷彎成型工藝有了很大的發(fā)展，已經(jīng)成為了最有效的板料金屬成型工藝。在北美軋制出的帶鋼中冷彎成型加工產(chǎn)品占據(jù)了35～45%，這已經(jīng)超過了汽車工業(yè)用鋼。

近幾年來，冷彎型鋼在汽車、船舶、建筑以及電子和機(jī)械制造業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)品也從一些普通的用途而逐漸過渡到一些特殊的用途，可以說發(fā)展類型極其的廣泛。冷彎型鋼由于比熱軋型剛具有良好的性能，所以人們對其發(fā)展給與了高度的關(guān)注。也正是人們對冷彎型鋼的用途、質(zhì)量等方面不斷提高要求，才使得冷彎成型工藝發(fā)展迅猛。

2.4 常見的冷彎型材及斷面

日常經(jīng)常使用的截面形式有U形、C形以及L形等，如圖1所示。

圖1 冷彎型材截面圖

有時根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的需要，對于有些型材必須進(jìn)行一定的沖壓加工才滿足使用要求。比如沖槽、沖缺口、沖孔和二次成形等。板料的沖壓與型材的沖壓有很大的區(qū)別，因為它對沖壓的順序以及方向都有著限制，而且模具結(jié)構(gòu)相對來說也比較復(fù)雜。

3 凹字型冷彎型材的沖壓成形加工工藝

如圖2所示為某產(chǎn)品的凹字型冷彎型材結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)產(chǎn)品的加工要求，首先進(jìn)行加工的是型材的一端部，其變形長度在100～120mm之間，對于截面的尺寸的具體要求如圖3所示。在沖壓過程中型材槽寬的尺寸需要保持原樣，截面高度的尺寸也要保持不減小。型材截面的寬度尺寸主要是由塑性變形這一特性決定的，具體參考尺寸為85.2mm。使用圖4所示的單動下沖壓方式，這種模具操作方便、結(jié)構(gòu)簡單，但是沖壓完成后型材截面的高度有明顯的下降，尺寸不符合要求。該類冷彎型材采用，此類的冷彎型材使用的是單動下沖壓方式，板料的滑移方向如圖4所示。

圖2 凹字型冷彎型材結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 凹字型冷彎型材的沖壓件

圖4 單動下沖壓模具結(jié)構(gòu)示意圖

為了能夠?qū)Π辶系幕品较蜻M(jìn)行控制，從而保證產(chǎn)品的尺寸，這種類型的冷彎型材我們可以使用單動斜沖壓的方式，如圖5所示。要進(jìn)行單動斜沖壓的方式壓力機(jī)可使用普通的機(jī)械壓力機(jī)，但對模具來說就會相對較復(fù)雜，要采用斜滑塊機(jī)構(gòu)。其實對于這種冷彎型材的沖壓成形，最合適的沖壓方式是使用單動推擠復(fù)合沖壓方式。這種沖壓方式對壓力機(jī)沒有什么特別的要求，只要通過使用擺動凹模就能夠?qū)崿F(xiàn)冷彎型材的連續(xù)沖壓，這種方式所需要的模具結(jié)構(gòu)比較簡單，而且板料的相對移動方向能夠保證型材高度。

圖5 單動斜沖壓加工示意圖

4 模具設(shè)計分析

對于冷彎型材推擠式?jīng)_壓模具可以對型材進(jìn)行精確定位，型材的鐓壓校形和推擠成形，體現(xiàn)了效率高、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點。

推擠式模具的工作過程大致如下：

首先上模打開后，在彈簧4的作用下定位17的作用下復(fù)位，通過限位導(dǎo)柱16來控制定位板的復(fù)位行程了；在彈簧2的作用下擺動凹模3也同時回轉(zhuǎn)復(fù)位，通過墊板5來控制擺動凹模3的回轉(zhuǎn)角度。然后把型材扣在定位板17上，型材的前后方向由擋板13進(jìn)行定位。上模下行，用上模壓板14以及定位板17把型材進(jìn)行緊固，這樣做是為了防止在加工過程中表面出現(xiàn)隆起；隨著上模下行行程的進(jìn)一步增加，型材和擺動凹模3開始接觸，這樣就迫使擺動凹模3往內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對型材側(cè)面的加壓推擠；在上模下行行程最后階段，擺動凹模3正好和墊板5接觸，如圖6所示；通過上模壓板14以及擺動凹模3來實現(xiàn)對型材的鐓壓，從而確保成形后零件能夠獲得穩(wěn)定的形狀。

圖6 推擠式模具結(jié)構(gòu)示意圖

5 注意事項

這種模具的設(shè)計過程中主要有兩方面不同于普通的的沖壓模，其一是通過設(shè)置擺動凹模來實現(xiàn)推擠的效果，回轉(zhuǎn)的角度設(shè)置為25°，開模之后不能對模具上型材的安裝和定位產(chǎn)生影響，上模下行到下結(jié)束點時就開始對型材進(jìn)行校形。第二方面是對擺動凹模軸的設(shè)計，由于擺動凹模和軸之間會產(chǎn)生運動，所以兩者間采用H7/f6的配合的方式；擺動支架和軸之間進(jìn)行固定避免相對移動，但是為了加工和安裝的方便，所以軸與左端的擺動支架使用H7/p6的過盈配合的方式，和右端的擺動支架采用P7/f6的過渡配合的方式；為了便于緊固螺母，軸頭要加工出M12的螺紋；軸的材料使用45鋼，需要對其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理來增強(qiáng)其壽命和強(qiáng)度，軸的結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

圖7 軸示意圖

6 結(jié)語

這種模具的結(jié)構(gòu)對型材沖壓時的材料流動方向?qū)崿F(xiàn)了有效的控制，而且對型材的校形、定位以及質(zhì)量得到了保障。模具的結(jié)構(gòu)緊湊，操作安全性較高，而且還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，這對以后在同類型的零件中的沖壓模具的設(shè)計有很好的參考價值。冷彎成型技術(shù)經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，冷彎型材在斷面質(zhì)量、精確度方面的優(yōu)勢，應(yīng)用也是越來越廣泛，由于現(xiàn)在工業(yè)的發(fā)展要求，冷彎型材的品種也正逐漸向著精小型、大型方面發(fā)展，這一發(fā)展趨勢也必會對冷彎型材產(chǎn)品的加工提出更高的要求。

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文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1004-7344（2016）16-0238-02

2016-5-25

梁吉河（1985-），男，助理工程師，大專，主要從事產(chǎn)品模具設(shè)計和產(chǎn)品工藝分析工作。