套管成形模具設(shè)計(jì)

鐘小剛

摘 要：本文主要分析了一種方形套管類零件的成形加工工藝，以此為例著重介紹了此類套管最后成形閉口工序模具的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：套管；成形模；彎曲；模具；模具結(jié)構(gòu)；芯棒

引言

現(xiàn)代社會(huì)，沖壓技術(shù)突飛猛進(jìn)，套管類沖壓件普遍運(yùn)用于各行各業(yè)，其中又以圓形套管最為常見(jiàn)，其成形加工工藝可用卷管模設(shè)計(jì)來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。 但隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)不斷發(fā)展，套管件的截面也在不斷變化，其加工工藝需要不斷改變，現(xiàn)在我們就以下面的方形套管為例，介紹此類套管的成形加工工藝過(guò)程及相關(guān)的模具的設(shè)計(jì)。

1.套管的成形加工工藝及模具的設(shè)計(jì)

1.1 零件圖紙

該零件是某機(jī)床插銷的套管，產(chǎn)品圖紙如下，材料是Q345-2.0。通過(guò)分析圖紙，我們可以知道，該零件的內(nèi)部形狀及表面質(zhì)量要求很高，如果制造出現(xiàn)問(wèn)題，可能導(dǎo)致裝配困難，甚至無(wú)法裝配。

1.2 零件的工藝分析

此類套管的加工是不可能一步到位的，必須進(jìn)行分步加工，經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析工藝，可以把加工工序分為四步：落料—彎曲—二次彎曲—三次彎曲（如下圖）。

前三步是典型的落料、彎曲工序，模具的設(shè)計(jì)也是典型的模具設(shè)計(jì)，彎曲模具設(shè)計(jì)時(shí)，主要注意以下事項(xiàng)即可：

（1）毛坯放置在模具上必須保證有正確可靠的定位。

（2）當(dāng)采用多道工序彎曲時(shí)，各工序盡可能采用同一定位基準(zhǔn)。

（3）設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)應(yīng)注意放入和取出工件的操作要安全、迅速和方便。

（4）彎曲凸 、凹模的定位要準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)要牢靠，不允許有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)、位移。

（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮當(dāng)壓力機(jī)滑塊到達(dá)下極點(diǎn)時(shí)，使工件彎曲部分在與模具相接觸的工作部分間得到校正。

（6）設(shè)計(jì)制造彎曲模具時(shí)，可以先將凸模圓角半徑做成最小允許尺寸，以便試模后根據(jù)需要修整放大。

（7）為了盡量減少工件在彎曲過(guò)程中的拉長(zhǎng)、變薄和劃傷等現(xiàn)象，彎曲模具的凹模圓角半徑應(yīng)光滑，凸 、凹模間隙要適當(dāng)，不宜過(guò)小。

相比之下，第四步的三次彎曲就不是一個(gè)普通的彎曲工序，具有一定的難度，下面我們也著重講述這種結(jié)構(gòu)的成形閉口模具的設(shè)計(jì)。

1.3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因?yàn)檫@個(gè)零件的內(nèi)部尺寸及形狀精度要求很高，如果按照普通的彎曲設(shè)計(jì)，直接采用凸、凹模的擠壓成形加工，極易造成頂部閉合面的下陷或兩側(cè)壁的內(nèi)凹或歪斜的變形，從而無(wú)法滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。而從工藝角度，解決變形的最簡(jiǎn)單有效的辦法是在零件變形前，在零件內(nèi)部型腔內(nèi)放置芯棒，使其在零件變形的過(guò)程中，對(duì)零件內(nèi)部型腔起到支撐作用。通過(guò)此方法能非常好的控制零件的內(nèi)部型腔的尺寸，從而滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。但是，在實(shí)際操作的過(guò)程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在零件成形后，插在零件內(nèi)部的芯棒因成形過(guò)程中的擠壓，與零件的內(nèi)表面接觸非常的緊密，要抽出來(lái)不是件容易的事情。對(duì)此，為了能得到合格的產(chǎn)品，我們必須找到能同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)題的辦法。

對(duì)這個(gè)零件，我們知道芯棒的插入與抽出的方向相對(duì)零件來(lái)說(shuō)是同一水平面的，因此在模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以采用斜楔的結(jié)構(gòu)來(lái)控制芯棒的插入與抽出，使其在成形的過(guò)程中，通過(guò)機(jī)床的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)斜楔運(yùn)動(dòng)，從而使斜楔關(guān)聯(lián)的部件做水平方向的左右移動(dòng)，而達(dá)到控制插芯的目的。但是使用單斜楔結(jié)構(gòu)在這種模具中也不方便，因?yàn)槲覀冎乐挥挟?dāng)芯棒插入零件部分尺寸不小于零件長(zhǎng)度時(shí)，才能完全起到成形支撐作用，而采用單斜楔結(jié)構(gòu)時(shí)，芯棒只能從一邊插入或抽出，這樣不僅增加了工作行程，而且在成形結(jié)束抽芯時(shí)，因芯棒與零件內(nèi)表面接觸面積比較大，所需的操作力也比較大，容易造成零件與脫料擋板的過(guò)渡擠壓，從而造成零件端部的變形，因此我們使用雙向斜楔結(jié)構(gòu)，控制芯棒從零件的兩端分別插入，這樣，不僅行程可以縮短一半，而且抽芯時(shí)候，因?yàn)樾景粝騼蛇呁瑫r(shí)作用，不需要增加額外的脫料輔助裝置。

另外，我們?cè)O(shè)計(jì)芯棒時(shí)，也需要充分考慮芯棒與零件內(nèi)表面的接觸面積問(wèn)題，面積過(guò)大，芯棒在壓力作用下容易與零件產(chǎn)生粘結(jié)，在抽芯時(shí)破壞零件內(nèi)表面，從而造成零件內(nèi)腔的質(zhì)量缺陷。因此設(shè)計(jì)的芯棒時(shí)，除了需要保證強(qiáng)度及內(nèi)腔尺寸，還應(yīng)盡可能的減少與零件的接觸面積。

可參考下面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在解決了零件內(nèi)部成形支撐的問(wèn)題之后，我們開(kāi)始探討零件最后閉口成形部分的設(shè)計(jì)問(wèn)題。按照傳統(tǒng)的成形加工工藝：把需要加工的零件放在凹模型腔上，不斷下壓凸模，使零件不斷地?cái)D入凹模中，直至完成整個(gè)形程，我們發(fā)現(xiàn)在這個(gè)成形過(guò)程中，待加工零件的垂直高度不是一成不變的，它會(huì)隨著凸模的下壓，不斷下降，一直到與凹模下表面接觸為止，但我們前面說(shuō)了需要用斜楔控制芯棒的高度，其在成形加工過(guò)程中是保持不變的，因此如果采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該零件的成形加工，零件將無(wú)法達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。那么我們應(yīng)該采用什么樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來(lái)使得待加工零件在成形過(guò)程中高度方向保持不變，而又能達(dá)到閉口成形的目的？

讓我們看一下這個(gè)圖的結(jié)構(gòu)：

其工作原理為：不工作時(shí)由于彈頂板受力上升，通過(guò)頂桿帶動(dòng)活動(dòng)凹模塊繞軸向上旋轉(zhuǎn)并在限位處停止，此時(shí)把零件放入其中，其張開(kāi)表面兩邊正好與活動(dòng)凹模塊相接觸。在凸模下壓過(guò)程中，凸模接觸活動(dòng)凹模塊并帶動(dòng)其繞軸向下運(yùn)動(dòng)，使其不斷擠壓零件側(cè)壁向中間豎起，同時(shí)凸模不斷下壓零件頂面，使其向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)行程結(jié)束時(shí)正好完成成形閉口過(guò)程。我們可以發(fā)現(xiàn)在整個(gè)成形過(guò)程中，零件下底面始終與凹模接觸，在高度方向上保持不變，正好能有斜楔結(jié)構(gòu)同時(shí)作用而不產(chǎn)生影響。

這種設(shè)計(jì)能解決我們所有的難題，現(xiàn)在，我們按照這些思路來(lái)設(shè)計(jì)模具。

1.4 模具結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)以上的模具結(jié)構(gòu)分析，完成的模具結(jié)構(gòu)示意圖如下：

該模具工作過(guò)程簡(jiǎn)述為：

（1）起模后，將待加工零件放入，此時(shí)斜楔處于最上點(diǎn)，使滑塊帶動(dòng)中間的芯棒處于最遠(yuǎn)端，讓開(kāi)中間的位置；同時(shí)活動(dòng)凹模塊在下方頂桿的作用下處于張開(kāi)狀態(tài)，其張開(kāi)角度與零件張開(kāi)角度匹配。

（2）在上模下壓過(guò)程中，斜楔不斷下降，使滑塊帶動(dòng)中間芯棒不斷想中間運(yùn)動(dòng)，慢慢插入零件內(nèi)腔；同時(shí)活動(dòng)凹模塊在凸模作用下，繞軸向下運(yùn)動(dòng)，不斷擠壓零件側(cè)壁使其向中間豎起，凸模則不斷下壓零件頂面，使其向下翻折。

（3）行程到位后，此時(shí)斜楔處于最下點(diǎn)，使滑塊帶動(dòng)芯棒處于最近端，幾乎完全插入零件內(nèi)腔（設(shè)計(jì)時(shí)芯棒間留有1mm間距不接觸），可以完全起到支撐作用；此時(shí)的活動(dòng)凹模塊及凸模則正好處于下死點(diǎn)，其相互尖的接觸均處于剛性接觸狀態(tài)，活動(dòng)凹模塊及凸模的內(nèi)側(cè)面與下方的凹模上平面則正好形成 一滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的封閉正方形，而零件此時(shí)亦成形到位。

（4）上模上移時(shí)，斜楔帶動(dòng)滑塊使其上的芯棒想兩邊運(yùn)動(dòng)，使芯棒抽出零件，而活動(dòng)凹模塊亦繞軸向上運(yùn)動(dòng)，使中間零件處于松開(kāi)狀態(tài)，便于取出。至此一個(gè)工作行程結(jié)束。

2.結(jié)論

該模具的設(shè)計(jì)很好地解決了方形套管的閉口成形的工藝性問(wèn)題，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工作平穩(wěn)可靠，生產(chǎn)出的產(chǎn)品完全符合質(zhì)量要求，取得了很好的效果。

同時(shí)，也希望通過(guò)本文的介紹，在彎曲工藝設(shè)計(jì)，及非圓型套管類零件的成形設(shè)計(jì)方面給大家一些幫助。

參考文獻(xiàn)：

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