長線架成形工藝分析與模具設計

郭喜祿

（陜西烽火通信集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

1 零件結(jié)構分析

圖1所示為某電動縫紉機配件，零件長為392 mm，料厚為1.5 mm，材料為10F，中等批量生產(chǎn)，三維結(jié)構如圖2所示。零件結(jié)構復雜，U形彎曲后再彎曲成半圓弧，彎曲力大，彎曲后尺寸較難保證，且外表面會拉傷。彎曲成半圓弧后必須保證95、R12 mm尺寸及φ15.2 mm的圓度，這是零件成形的難點。

圖2 零件三維結(jié)構

2 成形工藝方案確定

由圖1可知，零件為1.5 mm厚的鈑金件，整體為細長狀，零件左端R12 mm圓弧上有高1 mm長圓凸包，長圓凸包上又有2處半球狀凸起，形狀較復雜。

圖1 長線架

根據(jù)以上分析，零件成形工序為：①沖孔落料；②沖凸包和半球狀凸起；③U形彎曲；④R12/4（半徑為R12 mm的圓的1/4）圓弧彎曲；⑤R12/2圓弧彎曲。雖然零件長度達392 mm，但成形時彎曲力不大，選用大型設備不合理，結(jié)合企業(yè)設備情況，選用600 kN沖床。

3 模具設計

圖3所示為零件的展開圖，即工序①成形的形狀，采用通用級進模即可完成展開圖的沖孔落料。

圖3 展開圖

3.1 成形模設計

零件料厚為1.5 mm，材料10F屬于優(yōu)質(zhì)低碳鋼，材料延伸率大，成形長59.3 mm、高1 mm的長圓凸包和兩處半球狀凸起可以一次完成，工序②成形的工序件如圖4所示。零件起伏成形的過程實際就是拉伸變形過程，另外凸包高只有1 mm變形量，毛坯相對厚度所以不需要壓邊，凸包周邊不會起皺，模具結(jié)構簡單，如圖5所示。

圖4 工序②工序件

圖5 成形模

兩處半球狀凸起的成形方法類似于百頁窗零件的成形，其凸模部位和對應凹模部位的間隙取0.85～0.9倍材料厚度即可。成形方法是凸模的一邊設計成直邊與外形凸起形狀對應，對應的凹模部位也設計成直邊。凸模和凹模直邊部分取大間隙沖裁，間隙為0.2～0.3 mm，但留有一定的壁厚不沖切。凸模的其余部分將材料拉伸變形，形成有一邊直邊的起伏，起限位或防轉(zhuǎn)作用。

3.2 R12/4圓弧彎曲模設計

圖6所示為工序③成形的工序件，該工序選用常規(guī)彎曲模即可完成。圖7所示為工序④成形的工序件，主要是R12/4圓弧彎曲成形。

圖6 工序③工序件

圖7 工序④工序件

R12/4圓弧彎曲模如圖8所示，因為工序③已經(jīng)彎曲成U形，再進行R12/4圓弧彎曲時，零件U形的兩側(cè)邊會有向外凸、起皺的趨勢。為了提高彎曲件成形質(zhì)量，可采用折板式凹模，如圖9所示，凹模形狀為U形，其與零件斷面形狀一樣，但是這種模具結(jié)構復雜、活動配合面多，易磨損，模具使用壽命短，適用于小批量生產(chǎn)。

圖8 R12/4圓弧彎曲模

圖9 折板式凹模

模具定位板的定位工作面與零件的U形外形尺寸小間隙配合，定位板厚度為10 mm，凹模成形部位尺寸是零件外形尺寸，也就是U形外形尺寸。這樣的設計使零件彎曲變形時有向外凸的變形區(qū)域，變形區(qū)域包裹在零件外形尺寸（U形外形尺寸）內(nèi)，使其不得向外凸。

因為工序③零件已經(jīng)彎曲成U形，再進行R12/4圓弧彎曲時彎曲力會成倍增加，零件進入凹模的阻力較大，摩擦力也大，成形零件外表面會拉傷。凹?？诓吭O置滾輪，如圖10所示，代替整體式凹模，滑動摩擦改為滾動摩擦成形效果良好，零件表面成形質(zhì)量得到提高。進行R12/4圓弧彎曲時回彈較大，經(jīng)試驗確定凸模圓角為R8.1 mm，回彈后成形零件達到圖紙要求。

圖10 滾 輪

3.3 R12/2圓弧彎曲模設計

R12/2圓弧彎曲模采用倒裝結(jié)構，便于放置工序件，工序⑤成形的工序件形狀如圖11所示。因為成形零件較長，使用大型設備浪費資源，所以在凸模固定板和下模座上設置斜裝零件槽，避開沖床滑塊，將上工序成形的工序件放置在彎曲凸模上，能減小彎曲零件所需沖床的最大閉合高度，減小沖床的壓力，降低制造成本，R12/2圓弧彎曲模結(jié)構如圖12所示。

圖11 工序⑤工序件

圖12 R12/2圓弧彎曲模

凹模設計成臺階狀，如圖13所示，在圖14所示的合模過程中，首先臺階面與凸模配合將工序件左右定位，以保證成形零件尺寸的穩(wěn)定；另外凹模與滾輪裝配后凸輪成形面低于凹模面6 mm，在彎曲變形前零件彎曲變形區(qū)被包裹在凹模內(nèi)（凹模尺寸與零件外形尺寸一致），使成形零件不會產(chǎn)生外凸等缺陷。

圖13 R12/2圓弧彎曲模凹模

圖14 工序件彎曲前在模具中狀態(tài)

同上道彎曲工序相同，該道彎曲工序彎曲力也較大，彎曲時零件進入凹模的阻力較大，摩擦力也較大，成形零件外表面拉傷嚴重，凹?？诓恳苍O置滾輪，代替整體式凹模，成形效果良好，零件表面成形質(zhì)量大幅提高。

采用分2步彎曲成半圓弧的成形方案，可以調(diào)整每道工序的回彈，使零件的回彈可控，成形后的零件達到圖紙尺寸要求。

4 結(jié)束語

經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，模具結(jié)構設計合理，經(jīng)裝配、調(diào)試，現(xiàn)已投入生產(chǎn)，沖孔落料、沖凸包和半球狀凸起、U形彎曲、R12/4圓弧彎曲和R12/2圓弧彎曲等成形可靠，生產(chǎn)的長線架滿足用戶要求，生產(chǎn)效率高，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。