摘 要：文章針對某型燃機的氣動軸承用傳統(tǒng)的鋼制模具不易加工的問題，在沖壓原理上進行分析，采用聚氨酯橡膠成形模進行零件加工，解決薄壁高精度零件不易成型的技術(shù)關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：斷裂；聚氨酯成型；硬度；通用

1 緒論

聚氨酯橡膠是一種以亞氨基甲酸酯鏈為重復單元組成的一類高分子彈性體，它具有強度高（為丁晴橡膠的1-4倍）、彈性好、耐磨、耐油、耐老化、以及抗撕裂性能好等優(yōu)點。耐磨性為天然橡膠的5-10倍，耐油為天然橡膠的5-6倍，故其使用壽命遠遠超過天然橡膠。聚氨酯彎曲是用聚氨酯橡膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼制的凸模、凹模進行的彎曲，彎曲時用聚氨酯橡膠作凹模，凸模使用鋼制金屬材料，在壓力機的作用下，通過聚氨酯橡膠的變形擠壓來完成產(chǎn)品零件材料的塑性流動進而成型的塑性變形過程。不同的零件產(chǎn)品所用的聚氨酯橡膠的性能也不一樣：彎曲零件要求聚氨酯橡膠有較高的硬度，硬度大于邵氏60A以上，聚氨酯才能產(chǎn)生足夠大的擠壓應力。

氣動軸承為厚度為0.08mm的高溫合金薄壁高精度成形零件，傳統(tǒng)工藝為采用鋼質(zhì)彎曲模進行彎曲，薄壁零件對模具精度要求較高，需要沖模的凸模、凹模有很好的配合條件，并且只能在零件精度要求不高（IT14）的情況下加工，而此零件要求的精度非常高（IT5）所以無論從模具制造還是裝配都十分困難，很難保證模具的精度和使用壽命，并且主要的是難以保證所加工產(chǎn)品的型面要求及質(zhì)量，經(jīng)常造成產(chǎn)品的型面超差，又由于受零件結(jié)構(gòu)限制，加工時材料無法正常流入模具內(nèi)，造成零件的報廢，不僅降低了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且增加了成本。如果采用聚氨酯沖模來加工產(chǎn)品，則可以避免上述情況的出現(xiàn)，由于聚氨酯彎曲特別適宜彎曲薄件，并且彎曲時材料容易塑性流動，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時又降低了產(chǎn)品的成本。

2 分析零件的結(jié)構(gòu)，確定成型方案及模具結(jié)構(gòu)圖

圖1所示零件為某型燃機的氣動軸承，材料是高溫合金鋼板，厚0.08mm，該零件要求精度高，精度等級為IT5，采用全鋼制模具加工該零件，無法滿足零件精度要求，決定采用聚氨酯彎曲模加工該零件。

該產(chǎn)品的技術(shù)要求為平滑、無毛刺，表面不允許有劃傷、壓痕，壓坑， 材料的表面金屬光澤不得破壞，由于零件厚度僅為0.08mm，并且結(jié)構(gòu)所限制，無法一次加工出產(chǎn)品，多工序加工由于重復定位造成零件的表面壓坑、毛刺以及局部出現(xiàn)拉深變形造成尺寸超差現(xiàn)象，導致零件精度降低和產(chǎn)品報廢，因此決定采用聚氨酯沖模加工該零件。

聚氨酯橡膠彎曲的原理是：聚氨酯橡膠在封閉的狀態(tài)下處于三向等壓力，且受均勻壓縮，如同在封閉容器的靜止液體一樣，受到三向靜水壓力。據(jù)此聚氨酯復合沖模工作時隨著壓力機滑塊的下行，上模開始壓緊零件的薄板，緊接著聚氨酯橡膠受到壓力，迫使被沖材料在凸模產(chǎn)生變形，當被沖材料所受橡膠壓力超過零件材料本身屈服強度時，材料便在凸模上沿型面產(chǎn)生塑性變形。這便完成了一次彎曲和成型。根據(jù)分析，在彎曲時必須遵守這樣一個原則，即設(shè)法使聚氨酯橡膠的變形應變所產(chǎn)生足夠的擠壓力。氣動軸承模具采用聚氨酯橡膠的硬度為邵氏75，厚度取15mm，容框材料為45鋼，HRC33-38，凸模用Cr12MoV，硬度HRC53-58，上端面的粗糙度為0.8。圖2是加工氣動軸承的模具原理圖：

3 零件加工問題及解決方案

由于聚氨酯橡膠的硬度要靠經(jīng)驗來確定，首先選用了邵氏硬度為75A聚氨酯橡膠，由于對凸模壓邊部分的形狀和尺寸重要參數(shù)作用的估計不足，開始試加工過程出現(xiàn)了不少問題，氣動軸承彎邊部位出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，并且聚氨酯橡膠模具由于受到壓力導致本身出現(xiàn)斷裂和掉渣現(xiàn)象，并且所掉的渣子是模具在閉合后產(chǎn)生的，造成了壓傷零件的故障。改換了邵氏65A的聚氨酯橡膠，聚氨酯橡膠的厚度增加20mm后，聚氨酯橡膠本身的斷裂和零件的壓傷得到避免，但零件斷裂現(xiàn)象依然存在，并且由于聚氨酯橡膠的硬度降低導致零件的型面不好，達不到設(shè)計圖紙要求。這時我們又更換了硬度為邵氏70的聚氨酯橡膠，這樣一來零件的形面質(zhì)量就獲得了較好的效果?，F(xiàn)在剩下零件彎曲部位斷裂的問題，由于產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象是由于材料在流動時受到的摩擦阻力太大的緣故，我們在模具的凸模上涂上一層潤滑油來增加零件材料的流動性，這樣一來零件的斷裂問題改善不少，但仍然存在少許裂紋，這仍然是摩擦阻力大造成，這時我們將凸模的壓邊部位倒角，結(jié)構(gòu)如圖3。這樣，由于倒角部位的材料不受壓力，其流動性增強，從根本上避免了斷裂現(xiàn)象。

4 設(shè)計制造模具技術(shù)關(guān)鍵

聚氨酯彎曲模主要的工作部件是聚氨酯橡膠，正確選擇聚氨酯橡膠的硬度十分重要。對于0.08mm厚度的薄鋼板，取邵氏硬度為70A的聚氨酯橡膠最為適宜。聚氨酯橡膠的表面質(zhì)量要求也很嚴格，如果聚氨酯橡膠有缺陷，比如有裂紋，那么一定要磨去，否則會在沖壓中，隨著壓力的增加，聚氨酯橡膠本身壓縮則會造成裂紋的擴大，直接影響零件的質(zhì)量。聚氨酯橡膠的厚度取18～21mm為宜，本氣動軸承的聚氨酯橡膠取20mm，并且在使用次數(shù)比較多之后，要經(jīng)常修復聚氨酯橡膠的表面，即相當于剛性模具的磨刃口，其修磨后的表面粗糙度要達到0.6-0.7。聚氨酯橡膠的墊板形面為弧形，這樣結(jié)構(gòu)的墊板有助于保護聚氨酯橡膠，另外凸模幾何參數(shù)的確定非常重要，本氣動軸承的凸模端頭倒角為2×0.8，有利于零件材料的流動。

通過對氣動軸承的聚氨酯沖模的分析和設(shè)計、制造，并在氣動軸承到上面成功的運用，解決了薄壁高精度復雜形面零件加工質(zhì)量問題，為運用聚氨酯沖模在其他的薄板零件成形方面運用奠定了基礎(chǔ)。通用聚氨酯沖模設(shè)計和制造都很簡單，生產(chǎn)效率高，聚氨酯通用沖模除鋼制的凸模外，其他部件都是可以通用的因此具有成本低，生產(chǎn)周期短的優(yōu)勢。

由于聚氨酯橡膠的工作性質(zhì)決定了其在工作時不斷的被擠壓和恢復，彈性壓縮和恢復是有一定次數(shù)的，在這種情況下通過采取一定的方式，進一步改進模具的結(jié)構(gòu)和工藝形式，來達到提高模具即聚氨酯橡膠的使用壽命，進一步提高生產(chǎn)效率和降低成本。

5 結(jié)論

聚氨酯沖模能夠彎曲薄板料，并且能夠保證很好的表面質(zhì)量要求，同時聚氨酯橡膠沖模模具結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，生產(chǎn)效率高，在薄壁高精度零件成形工藝上面有一定推廣價值。