耳環(huán)彎曲成形模設(shè)計(jì)

文/王益民·廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院

文章介紹了一種耳環(huán)彎曲連續(xù)模設(shè)計(jì)，通過(guò)分析不同的要求，設(shè)計(jì)不同的排樣布局，比較了不同排樣的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)彎曲部分的模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做了闡明，合理的模具設(shè)計(jì)保證了零件生產(chǎn)的穩(wěn)定性及模具的壽命。

耳環(huán)是家電產(chǎn)品裝配中需要用到的一種安裝零件，起到連接固定作用，通常由模具沖壓成形得到。如圖1 所示為耳環(huán)零件形狀及尺寸，其圓弧面上設(shè)計(jì)了三個(gè)圓形凸包，凸包高度一致，與相接觸零件的弧面通過(guò)焊接相連接，平面上帶有安裝孔及穿線孔。零件的平面度需要滿足設(shè)計(jì)要求且與圓弧面垂直，大孔尺寸在規(guī)定的公差范圍內(nèi)。耳環(huán)的材料是拉伸性較好的低碳鋼，厚度為2mm。由于零件的產(chǎn)量很大，通常采用連續(xù)模進(jìn)行生產(chǎn)。

圖1 耳環(huán)零件圖

材料的排樣

由于耳環(huán)零件是非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，一般情況下采用對(duì)稱布局的排樣方式。能夠滿足零件尺寸形狀精度要求的排樣方法有多種，需要根據(jù)圖紙要求的零件平面度或者圓弧面的圓度來(lái)決定。如果要求保證圓弧面的尺寸，則可以采用圖2 的排樣方式。在此方式下的實(shí)際成形中，由于圓弧面采用凸、凹模上下壓形，尺寸得到較好的保證，平面向上彎曲，大孔軸線方向材料變形較大，平面大孔需要做成橢圓形，保證變形后孔的圓度滿足零件的要求。

如果為保證零件的平面度，排樣時(shí)會(huì)采用圖3、圖4 所示的布局。圖3 圓弧面向下彎曲，圖4 圓弧面向上彎曲。平面由彎曲上下模壓緊，零件變形主要集中在圓弧面，平面部分幾乎不參與變形，相對(duì)于方式1 的排樣，平面度要好，圓弧面與平面角度也較有保證。

三種排樣的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

⑴導(dǎo)正的效果。圖2 中的導(dǎo)正銷(xiāo)安排在中間位置，由于耳環(huán)周邊切除后，彎曲中的導(dǎo)正孔變形較小，導(dǎo)正釘可以在多個(gè)工位上保持導(dǎo)正，對(duì)材料的導(dǎo)正效果較好。圖3 及圖4 的排樣導(dǎo)正孔安排在大孔的位置，是雙排導(dǎo)正，但中間沖孔后導(dǎo)正釘無(wú)法繼續(xù)導(dǎo)正，導(dǎo)正效果受到影響。

圖2 耳環(huán)排樣方式1

圖3 耳環(huán)排樣方式2

圖4 耳環(huán)排樣方式3

⑵對(duì)零件精度的影響。零件檢驗(yàn)時(shí)除了要求滿足尺寸要求外，還要求如圖1 放置或側(cè)面放置時(shí)不能傾倒，也就是要求耳環(huán)的平面不能扭曲，平面度在公差內(nèi)。排樣方式1 由于圓弧面采用凸、凹模剛性壓形，沖壓出來(lái)的零件圓弧面及凸包尺寸較好，但平面有扭曲情況，平面度不易保證，且校正比較困難。排樣方式2 及排樣方式3 生產(chǎn)的零件，平面度得到了較好的保證，但圓弧面的尺寸有波動(dòng)。生產(chǎn)出的產(chǎn)品也能滿足使用的要求。

⑶模具維修的方便性。方式1 的排樣，耳環(huán)向上彎曲，送料時(shí)卸料板中需要開(kāi)槽以讓位，對(duì)卸料板的強(qiáng)度有一定影響，切斷時(shí)的凸凹模刃口需要做成圓弧形的，且凹模表面上有凸包讓位坑，維修中刃磨工藝復(fù)雜，刃磨難度較大。由于下模有為避讓彎曲后的圓弧凸包的沉坑，維修中需要做出相應(yīng)的加深。

方式2 與方式3 布局大體相同，除圓弧彎曲方向不同外，其他地方相同。方式2 圓弧向下彎曲，需要在凹模板上開(kāi)槽避讓，相應(yīng)對(duì)凹模板上的凹模鑲件強(qiáng)度有影響。同時(shí)凸包的方向向上，凸包凸模需要安裝在下模，向上沖出凸包，因此卸料板需要壓死才行。方式3 圓弧向上彎曲，卸料板上需要開(kāi)槽避讓，強(qiáng)度受到影響，但方式2 及方式3的排樣刃磨較為方便，沖壓中維修比較方便。

⑷材料的利用率。按方式2與方式3 排樣時(shí)材料的利用率為29.9%，按方式1 排樣時(shí)材料的利用率為28%，利用率稍低一些。

從上述幾種排樣方式比較看，方式3 的排樣對(duì)模具生產(chǎn)及維修比較有利，因此在設(shè)計(jì)時(shí)多采用這種方式的排樣。

產(chǎn)品展開(kāi)材料的計(jì)算

幾種排樣方式的模具都在生產(chǎn)中使用過(guò)，以方式3 排樣來(lái)進(jìn)行分析，耳環(huán)在彎曲成形中分為兩個(gè)部分，平面部分幾乎不參與變形，因此其切邊時(shí)的尺寸就是最終的尺寸。圓弧面的變形受到兩個(gè)方向的變形影響，一個(gè)是沿圓弧面的變形，同時(shí)需要垂直平面方向的變形。變形的理論計(jì)算的估值都是單方向的變形，只能做一個(gè)大概的估算，精確的展開(kāi)尺寸需要通過(guò)實(shí)際試做來(lái)修正。零件圖展開(kāi)實(shí)際坯料形狀由多段圓弧構(gòu)成。這樣才能在變形后保持弧面的兩側(cè)邊及底邊的直線形狀。而且寬度方向展開(kāi)尺寸與實(shí)際相差較大，原因是兩方向彎曲中，長(zhǎng)度方向的材料向?qū)挾确较蛄鲃?dòng)。

模具的設(shè)計(jì)

連續(xù)模設(shè)計(jì)遵循一般的設(shè)計(jì)規(guī)則，要考慮到材料導(dǎo)正、送料、分離等要求及模具的壽命，維修的方便等。耳環(huán)如果一次彎曲成形材料變形量大，材料在模具成形件表面流動(dòng)激烈，對(duì)零件表面摩擦及壓力很大，容易拉傷零件表面，因此有時(shí)將彎曲成形分成兩步進(jìn)行。先預(yù)彎，再終彎到尺寸。圖5 為零件預(yù)彎時(shí)模具結(jié)構(gòu)，預(yù)彎角度為30°左右，凹模表面開(kāi)有凸包讓位槽，避讓凸包。圖6 為零件終彎時(shí)模具結(jié)構(gòu)。彎曲凸模與下頂塊后面均有強(qiáng)力彈簧，對(duì)材料壓緊定位，成形中當(dāng)模具向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸模將材料拉入凹模中，形成彎曲圓弧面，當(dāng)凸模運(yùn)行到下死點(diǎn)時(shí)，彎曲凸模、下頂塊與上下墊板接觸，形成剛性壓緊，有利于成形后產(chǎn)品尺寸及減小回彈。凹模表面也有凸包讓位槽，防止擠傷凸包表面。卸料是采用剛性卸料的方法將零件從凸模上脫出，確保卸料的可靠性。

圖5 零件預(yù)彎時(shí)模具結(jié)構(gòu)

圖6 零件終彎時(shí)模具結(jié)構(gòu)

圖7 為零件校正時(shí)模具結(jié)構(gòu)，工作時(shí)彎曲凸模與斜楔同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)上模運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)附近時(shí)，斜楔推動(dòng)校正凹模向前滑動(dòng)，壓住零件。當(dāng)上模運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)，凸模，凹模及下固定板剛性接觸，起到校正零件形狀的作用。校正主要是解決彎曲角度偏差的問(wèn)題，校正凹模做成斜弧面，弧面上有讓位坑避讓凸包。為防止斜楔向外變形退讓，在成形凹模的后面有一個(gè)調(diào)整墊塊，厚度可調(diào)，校正時(shí)與斜楔接觸，防止斜楔退讓。校正凹模的下面有一復(fù)位彈簧，當(dāng)上模向上運(yùn)動(dòng)后起到復(fù)位作用，使得校正凹模復(fù)位。

圖7 零件校正時(shí)模具結(jié)構(gòu)

在彎曲模具中，為解決回彈問(wèn)題，也將彎曲零件改變成如圖8所示。將零件的回彈預(yù)先多彎曲出α角，因回彈的作用，成形后的角度落在要求的公差范圍內(nèi)，為使脫模順利，在產(chǎn)品底面與水平面成一個(gè)α 夾角，保證側(cè)面垂直方向。在后面的校正中將底面壓平，此方法在耳環(huán)的模具設(shè)計(jì)中也有應(yīng)用。

圖8 防回彈預(yù)彎曲α 角零件

終彎彎曲凹模零件由于材料彎曲時(shí)從其表面滑動(dòng)，表面受到很大的壓力及摩擦力，極易造成表面拉傷。為解決此問(wèn)題，通常零件表面進(jìn)行TD 處理。經(jīng)過(guò)TD 處理后能大大提高表面的耐磨性及零件壽命，保證模具的正常使用。圖9 所示的彎曲凹模表面開(kāi)有讓位槽。

圖9 彎曲凹模

結(jié)束語(yǔ)

耳環(huán)模具的設(shè)計(jì)需要根據(jù)使用的要求來(lái)進(jìn)行零件的排樣，不同的排樣對(duì)材料的利用率，零件的質(zhì)量都有較大的影響。從多種排樣的使用經(jīng)驗(yàn)分析，采用圓弧向上彎曲的排樣方式有利于模具的生產(chǎn)及維修，也能較好保證產(chǎn)品的質(zhì)量，因此在使用中多采用這一排樣方式。

同時(shí)在模具的導(dǎo)正及彎曲成形中，需要充分考慮到彎曲變形后導(dǎo)正的可能性，盡量保證多個(gè)工位的導(dǎo)正，提高生產(chǎn)零件的精度。還需要考慮到零件彎曲的校正及模具使用的耐久性、穩(wěn)定性，滿足長(zhǎng)期高強(qiáng)度生產(chǎn)的需要。