U形件彎曲整形模設(shè)計(jì)

況云剛，田仕興

（貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽 550009）

1 引言

隨著制件小型化和精細(xì)化的發(fā)展，零件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，相應(yīng)的，零件加工工藝性越來越難，這對(duì)U形件加工帶來了一定的挑戰(zhàn)。本文就公司JXB18-2型號(hào)上U形件的彎曲整形模設(shè)計(jì)，探討了小尺寸U形件彎曲難題，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，提出采用彎曲整形模結(jié)構(gòu)，一次完成該U形件的加工，并引入轉(zhuǎn)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)及浮動(dòng)推塊彈簧結(jié)構(gòu)保證了U形件的彎曲壓痕和尺寸一致性。

2 U形件成形工藝分析及彎曲難點(diǎn)分析

2.1 U形件成形工藝性分析

圖1所示為該U形件的零件圖，材料錫青銅QSn4-3，Y狀態(tài)。制件為基座合件接觸件，彎曲部分及底部臺(tái)階段注射在塑料內(nèi)，底部彎曲段劃痕等質(zhì)量要求不高，但為了保證接觸性能及注射成型工藝性，要求不能變形，且兩側(cè)平行度及垂直度不大于0.02mm。

圖1 U形件

2.2 U形件彎曲難點(diǎn)分析

該U形件為軸類制件，彎曲部分為全R，且彎曲緊接臺(tái)階，無直線段過渡，該結(jié)構(gòu)使得U形件彎曲難度大，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）彎曲凸模必須讓開臺(tái)階，使得彎曲受力面積小，彎曲壓痕大，極大地提高了彎曲成形難度，且臺(tái)階存在影響制件彎曲成形后脫模取出，凸模結(jié)構(gòu)需要兼顧到取件，增大了凸模的設(shè)計(jì)難度。

（2）制件彎曲受力部分在直徑?1.8mm端面，該面為對(duì)接面接觸面，必須嚴(yán)格控制彎曲壓痕，以保證制件外觀，避免壓痕對(duì)對(duì)接接觸性能的影響。

（3）彎曲過程中材料擠壓流動(dòng)空間受臺(tái)階限制，影響制件塑性變形，增大制件彎曲回彈，影響彎曲一致性和穩(wěn)定性。

（4）U形件兩側(cè)面為對(duì)接接觸面，關(guān)鍵尺寸6.2mm難保證，U形彎曲寬度尺寸受彎曲角度影響極大，而彎曲角度除受結(jié)構(gòu)外，還受U形件回彈及彎曲外徑尺寸差異的影響，該尺寸能否保證是影響該U形件成形質(zhì)量的關(guān)鍵。

綜上分析，該U形件彎曲工藝性較差，彎曲難度大，必須采用非常規(guī)彎曲思路及彎曲模具才能保證彎曲質(zhì)量。但該U形件彎曲及臺(tái)階部分注塑在塑料內(nèi)，根據(jù)結(jié)構(gòu)及使用要求，對(duì)彎曲段彎曲壓痕等外觀要求不高，有利于模具設(shè)計(jì)。

3 模具結(jié)構(gòu)確定

3.1 彎曲方案

根據(jù)U形件工藝性分析可知，該U形件彎曲工藝性差，一次彎曲難度大，分析可初步擬定以下幾種彎曲方案：

（1）方案一。預(yù)彎曲-彎曲兩副模具兩道工序。

（2）方案二。彎曲-整形兩副模具兩道工序。

（3）方案三。彎曲整形模，一副模具集成工序。

對(duì)比3個(gè)方案，方案一和方案二通過兩次彎曲，需要兩次定位，U形件小而復(fù)雜，影響制件彎曲成形質(zhì)量，彎曲一致性和穩(wěn)定性差，兩次彎曲效率低，不利于批量生產(chǎn)。方案三一次裝夾，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制件彎曲和整形，制件彎曲質(zhì)量高，彎曲一致性和穩(wěn)定性好，且加工效率高，但該模具受制件結(jié)構(gòu)影響，設(shè)計(jì)難度大，模具成本較高。但綜合對(duì)比，方案三在保證質(zhì)量的同時(shí)，加工效率可以有效保證，故而優(yōu)選該方案。

3.2 彎曲模結(jié)構(gòu)

根據(jù)制件工藝分析的4個(gè)難點(diǎn)并結(jié)合制件結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新模具結(jié)構(gòu)，將制件彎曲外受力設(shè)計(jì)為滾輪結(jié)構(gòu)，將常規(guī)彎曲滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)殪o摩擦，從而降低U形件受力部分壓痕和變形；模具凸模彎曲制件，兩側(cè)增加斜楔，在制件彎曲完成后作用于制件側(cè)面，進(jìn)行整形，從而實(shí)現(xiàn)一副模具集成彎曲和整形工序，保證制件質(zhì)量和加工效率。根據(jù)該方案結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將該結(jié)構(gòu)模具稱之為帶轉(zhuǎn)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)的彎曲整形模結(jié)構(gòu)。模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 模具結(jié)構(gòu)

3.3 模架的選擇

由于該制件彎曲長(zhǎng)度只有17.5mm，尺寸小，其沖裁力不大，適用于所有沖壓機(jī)床，該制件更適用于小臺(tái)式?jīng)_床，故而其模架的選擇根據(jù)其制件長(zhǎng)度，根據(jù)尺寸大小及車間實(shí)際情況選擇JB04-2臺(tái)式?jīng)_床，模板大小為60×50mm。

4 模具創(chuàng)新點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 活動(dòng)凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常規(guī)的彎曲模，彎曲上模是固定不動(dòng)，而該模具設(shè)計(jì)為彈簧預(yù)頂活動(dòng)結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是，上模向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，先預(yù)壓緊制件，防止制件彎曲初始階段左右移動(dòng)導(dǎo)致彎曲尺寸波動(dòng)，影響彎曲一致性；上模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，彈簧進(jìn)一步被壓縮，凸模向下運(yùn)動(dòng)逐漸使制件受壓彎曲，直至與推塊硬碰，完成彎曲工序；上模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)合模，凸模彈簧被壓縮，保持穩(wěn)定，下模兩側(cè)滑塊通過斜楔移動(dòng)壓緊制件兩豎直側(cè)面，實(shí)現(xiàn)制件整形；當(dāng)沖床行程到達(dá)下止點(diǎn)后，上模向上運(yùn)動(dòng)，制件隨上模在推塊的作用下分開，繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，完成一次彎曲成形過程。

在彎曲過程中，上模在彈簧力的作用下為制件彎曲提供預(yù)壓力，在彎曲成形后，保證凸模和制件與凹模組合的分離。

4.2 彎曲凸模設(shè)計(jì)

上模由于受到制件異形的限制，彎曲寬度小，為了滿足成形形狀平行度及垂直度、尺寸要求及表面外觀質(zhì)量、并兼顧到制件彎曲后取出等要求，將凸模設(shè)計(jì)成“T”字形。凸模下底部與制件相匹配的R角，過臺(tái)階后收窄尺寸，寬度比制件寬度更小，以預(yù)留整形壓彎制件空間，補(bǔ)償制件回彈，將凸模上部加寬，加強(qiáng)凸模剛性。在制件彎曲完成后，制件掛在凸模頭部“T”形上，只需用鑷子鉗往后推，制件可掉出，從而完成制件的脫模。凸模結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 凸模設(shè)計(jì)圖

4.3 推塊設(shè)計(jì)

一般推塊的主要作用有兩點(diǎn)：一是與上模共同作用壓緊制件，防止制件晃動(dòng)，影響彎曲一致性和彎曲尺寸；二是制件彎曲完成后推出制件，完成制件的脫模。但該制件彎曲底部為全圓弧，彎曲后尺寸和回彈大，故而為了降低底部弧段變形壓扁，增加彎曲受力降低回彈，將推塊頭部做成全圓弧段，與制件和彎曲凸模頭部圓弧相匹配，同時(shí)，在中間做線槽，一般做2/3R深，這樣，可以將線接觸受力改為面接觸受力，降低制件單位面積壓力，保護(hù)制件圓度，防止被壓扁變形，提高彎曲質(zhì)量。推塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 推塊設(shè)計(jì)圖

4.4 彎曲鑲件設(shè)計(jì)

對(duì)彎曲件而言，一般為3點(diǎn)受力，對(duì)受力點(diǎn)，或多或少都會(huì)存在壓痕，而該制件外側(cè)面為對(duì)接接觸面，且注射成形后，完全露出，設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制彎曲壓痕。故而為了減輕壓痕，需降低制件表面受力，而制件彎曲受力為恒定值，就只能通過增加接觸面積來降低制件單位面積上的壓力。分析得出了改進(jìn)方法，模具改進(jìn)措施為將彎曲鑲件制件彎曲滑動(dòng)軌跡改進(jìn)為半圓槽，如圖5所示，這樣把常規(guī)的線接觸改為面接觸，降低了制件表面受力強(qiáng)度，極大的降低了制件的彎曲壓痕。

圖5 彎曲鑲件設(shè)計(jì)圖

同時(shí)，為了減緩制件彎曲變形速度，避免制件快速?gòu)澢鷮?dǎo)致的材料流動(dòng)加劇和制件表面受力增大對(duì)彎曲壓痕和彎曲質(zhì)量的影響，在彎曲鑲件的彎曲路徑上增加一段直線段，即可把彎曲分為兩個(gè)階段進(jìn)行，相當(dāng)于兩次彎曲成形，這樣，降低了制件劇烈彎曲程度和彎曲力，讓彎曲處材料有足夠時(shí)間流動(dòng)，降低內(nèi)應(yīng)力的堆積，減少了回彈。根據(jù)多次試驗(yàn)，角度取51°時(shí)效果最佳。

4.5 轉(zhuǎn)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

將彎曲鑲件增加槽，從而增大接觸面積，降低了彎曲過程中的制件壓痕。但對(duì)初始彎曲時(shí)，制件由平直開始彎曲狀態(tài)時(shí)，制件為點(diǎn)受力，且受力點(diǎn)與制件為滑動(dòng)摩擦，也會(huì)導(dǎo)致這一小段的壓痕。故而考慮在彎曲初始階段受力位置增加轉(zhuǎn)動(dòng)輪，將滑動(dòng)摩擦改為轉(zhuǎn)動(dòng)輪與制件相對(duì)靜止的靜摩擦，從而降低初始階段的彎曲壓痕。如圖5所示，在彎曲鑲件彎曲初始位置設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)輪，制件開始彎曲時(shí)由轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入彎曲半圓槽內(nèi)，這樣降低了制件瞬時(shí)彎曲滑動(dòng)摩擦力，避免了彎曲壓痕。轉(zhuǎn)動(dòng)輪中間增加圓槽，一般做2/3R深（見圖6），增大接觸面積降低單位面積上的受力同時(shí)，能保證制件受力變形彎曲，從而進(jìn)一步的降低壓痕，達(dá)到無壓痕的效果。

圖6 轉(zhuǎn)動(dòng)輪設(shè)計(jì)圖

4.6 整形滑塊設(shè)計(jì)

整形滑塊的作用是在制件彎曲完成后，擠壓制件兩側(cè)面，進(jìn)一步彎曲形成負(fù)角度，補(bǔ)償彎曲回彈，實(shí)現(xiàn)制件的整形，從而保證平行度和垂直度。如圖5所示整形滑塊位置，整形滑塊頭部參與制件彎曲，在制件彎曲完成后，滑塊在斜楔的作用下向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，擠壓制件兩側(cè)實(shí)現(xiàn)整形?；瑝K加工半圓槽，增加接觸面積，避免整形時(shí)制件受力過大產(chǎn)生壓痕。整形滑塊結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 整形滑塊設(shè)計(jì)圖

4.7 效果驗(yàn)證

經(jīng)過模具加工后鉗工對(duì)制件彎曲成形部件進(jìn)行拋光處理，組裝試模加工，制件一次驗(yàn)證彎曲壓痕小，制件未被碰傷壓傷，但兩端彎曲角度成喇叭口狀，彎曲回彈過大，導(dǎo)致制件彎曲角度超差。經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)整整形滑塊整形尺寸后，解決了該問題。如圖8所示，制件彎曲成形尺寸穩(wěn)定一致，彎曲壓痕小，特別是兩側(cè)立面，幾乎無彎曲壓痕，保證了制件外觀質(zhì)量要求。另外，制件一次裝夾完成彎曲，裝取方便，彎曲效率高。

圖8 彎曲零件實(shí)物

5 結(jié)束語

制件彎曲壓痕是個(gè)無法避免的難點(diǎn)問題，特別是對(duì)于較軟的銅材。而針對(duì)本文U形結(jié)構(gòu)件，彎曲壓痕和彎曲尺寸同時(shí)影響制件成形質(zhì)量。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，通過工藝性分析和制件結(jié)構(gòu)分析，找出難點(diǎn)問題原因，通過原因進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，引入轉(zhuǎn)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)及浮動(dòng)推塊彈簧結(jié)構(gòu)保證了彎曲壓痕和彎曲尺寸，同時(shí)，通過增加斜楔和整形滑塊，一副模具實(shí)現(xiàn)了制件彎曲和整形，確保了制件彎曲尺寸一致性和穩(wěn)定性，保證了制件成形質(zhì)量，提高了制件彎曲成形效率。該模具結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，對(duì)彎曲成形質(zhì)量要求高的小型制件提供了一種可行的解決思路，具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。