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化的發(fā)展，零件結構越來越復雜，相應的，零件加工工藝性越來越難，這對U形件加工帶來了一定的挑戰(zhàn)。本文就公司JXB18-2型號上U形件的彎曲整形模設計，探討了小尺寸U形件彎曲難題，并結合經驗，提出采用彎曲整形模結構，一次完成該U形件的加工，并引入轉動輪機構及浮動推塊彈簧結構保證了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，彎曲部分及底部臺階段注射在塑料內，底部彎曲段劃痕等質量要求不高，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形件彎曲難點分析

該U形件為軸類制件，彎曲部分為全R，且彎曲緊接臺階，無直線段過渡，該結構使得U形件彎曲難度大，主要有以下幾個方面：

（1）彎曲凸模必須讓開臺階，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，且臺階存在影響制件彎曲成形后脫模取出，凸模結構需要兼顧到取件，增大了凸模的設計難度。

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

（3）彎曲過程中材料擠壓流動空間受臺階限制，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形件兩側面為對接接觸面，關鍵尺寸6.2mm難保證，U形彎曲寬度尺寸受彎曲角度影響極大，而彎曲角度除受結構外，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形件成形質量的關鍵。

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量。但該U形件彎曲及臺階部分注塑在塑料內，根據結構及使用要求，對彎曲段彎曲壓痕等外觀要求不高，有利于模具設計。

3 模具結構確定

3.1 彎曲方案

根據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。

對比3個方案，方案一和方案二通過兩次彎曲，需要兩次定位，U形件小而復雜，影響制件彎曲成形質量，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。方案三一次裝夾，同時實現(xiàn)制件彎曲和整形，制件彎曲質量高，彎曲一致性和穩(wěn)定性好，且加工效率高，但該模具受制件結構影響，設計難度大，模具成本較高。但綜合對比，方案三在保證質量的同時，加工效率可以有效保證，故而優(yōu)選該方案。

3.2 彎曲模結構

根據制件工藝分析的4個難點并結合制件結構，創(chuàng)新模具結構，將制件彎曲外受力設計為滾輪結構，將常規(guī)彎曲滑動摩擦轉變?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，兩側增加斜楔，在制件彎曲完成后作用于制件側面，進行整形，從而實現(xiàn)一副模具集成彎曲和整形工序，保證制件質量和加工效率。根據該方案結構特點，將該結構模具稱之為帶轉動輪機構的彎曲整形模結構。模具結構如圖2所示。

圖2 模具結構

3.3 模架的選擇

由于該制件彎曲長度只有17.5mm，尺寸小，其沖裁力不大，適用于所有沖壓機床，該制件更適用于小臺式沖床，故而其模架的選擇根據其制件長度，根據尺寸大小及車間實際情況選擇JB04-2臺式沖床，模板大小為60×50mm。

4 模具創(chuàng)新點結構設計

4.1 活動凸模結構設計

常規(guī)的彎曲模，彎曲上模是固定不動，而該模具設計為彈簧預頂活動結構。這樣的結構優(yōu)點是，上模向下運動時，先預壓緊制件，防止制件彎曲初始階段左右移動導致彎曲尺寸波動，影響彎曲一致性；上模繼續(xù)向下運動，彈簧進一步被壓縮，凸模向下運動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)向下運動合模，凸模彈簧被壓縮，保持穩(wěn)定，下模兩側滑塊通過斜楔移動壓緊制件兩豎直側面，實現(xiàn)制件整形；當沖床行程到達下止點后，上模向上運動，制件隨上模在推塊的作用下分開，繼續(xù)向上運動，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 彎曲凸模設計

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量、并兼顧到制件彎曲后取出等要求，將凸模設計成“T”字形。凸模下底部與制件相匹配的R角，過臺階后收窄尺寸，寬度比制件寬度更小，以預留整形壓彎制件空間，補償制件回彈，將凸模上部加寬，加強凸模剛性。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。凸模結構如圖3所示。

圖3 凸模設計圖

4.3 推塊設計

一般推塊的主要作用有兩點：一是與上模共同作用壓緊制件，防止制件晃動，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，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，保護制件圓度，防止被壓扁變形，提高彎曲質量。推塊結構如圖4所示。

圖4 推塊設計圖

4.4 彎曲鑲件設計

對彎曲件而言，一般為3點受力，對受力點，或多或少都會存在壓痕，而該制件外側面為對接接觸面，且注射成形后，完全露出，設計要求嚴格控制彎曲壓痕。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。分析得出了改進方法，模具改進措施為將彎曲鑲件制件彎曲滑動軌跡改進為半圓槽，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度，極大的降低了制件的彎曲壓痕。

圖5 彎曲鑲件設計圖

同時，為了減緩制件彎曲變形速度，避免制件快速彎曲導致的材料流動加劇和制件表面受力增大對彎曲壓痕和彎曲質量的影響，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階段進行，相當于兩次彎曲成形，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間流動，降低內應力的堆積，減少了回彈。根據多次試驗，角度取51°時效果最佳。

4.5 轉動輪機構設計

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。但對初始彎曲時，制件由平直開始彎曲狀態(tài)時，制件為點受力，且受力點與制件為滑動摩擦，也會導致這一小段的壓痕。故而考慮在彎曲初始階段受力位置增加轉動輪，將滑動摩擦改為轉動輪與制件相對靜止的靜摩擦，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計轉動輪，制件開始彎曲時由轉動輪轉動進入彎曲半圓槽內，這樣降低了制件瞬時彎曲滑動摩擦力，避免了彎曲壓痕。轉動輪中間增加圓槽，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，能保證制件受力變形彎曲，從而進一步的降低壓痕，達到無壓痕的效果。

圖6 轉動輪設計圖

4.6 整形滑塊設計

整形滑塊的作用是在制件彎曲完成后，擠壓制件兩側面，進一步彎曲形成負角度，補償彎曲回彈，實現(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運動，擠壓制件兩側實現(xiàn)整形?；瑝K加工半圓槽，增加接觸面積，避免整形時制件受力過大產生壓痕。整形滑塊結構如圖7所示。

圖7 整形滑塊設計圖

4.7 效果驗證

經過模具加工后鉗工對制件彎曲成形部件進行拋光處理，組裝試模加工，制件一次驗證彎曲壓痕小，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，導致制件彎曲角度超差。經過進一步調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，特別是兩側立面，幾乎無彎曲壓痕，保證了制件外觀質量要求。另外，制件一次裝夾完成彎曲，裝取方便，彎曲效率高。

圖8 彎曲零件實物

5 結束語

制件彎曲壓痕是個無法避免的難點問題，特別是對于較軟的銅材。而針對本文U形結構件，彎曲壓痕和彎曲尺寸同時影響制件成形質量。在模具設計時，通過工藝性分析和制件結構分析，找出難點問題原因，通過原因進行相應的結構設計，引入轉動輪機構及浮動推塊彈簧結構保證了彎曲壓痕和彎曲尺寸，同時，通過增加斜楔和整形滑塊，一副模具實現(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，保證了制件成形質量，提高了制件彎曲成形效率。該模具結構和設計，對彎曲成形質量要求高的小型制件提供了一種可行的解決思路，具有一定的參考價值和借鑒意義。