陳景寶，徐雪峰，鄒劍秋

（中國華錄·松下電子信息有限公司，遼寧 大連116023）

0 引 言

鈑金零件在機(jī)電行業(yè)中被廣泛使用，較多零件都具有彎曲特征，該特征可分為直角彎曲、鈍角彎曲及銳角彎曲。其中，銳角彎曲因讓位等原因，其成形模結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，通常上、下模都設(shè)計(jì)了楔形滑塊結(jié)構(gòu)。但是因該結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性對零件尺寸影響較大，生產(chǎn)調(diào)整相對困難。尤其Z形彎曲是2個(gè)銳角彎曲的組合，常規(guī)模具成形困難，現(xiàn)突破常規(guī)設(shè)計(jì)，采用了鐘擺結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)Z形彎曲，該結(jié)構(gòu)能保證彎曲角度穩(wěn)定，并且生產(chǎn)過程中更容易調(diào)整角度值。

1 零件工藝性分析

接地片作為安全部件之一，要具有良好的彈性，因此其材質(zhì)多為彈性不銹鋼?，F(xiàn)研究的零件為具有Z形結(jié)構(gòu)的不銹鋼接地片，因彈性材料彎曲后具有較大的回彈，其尺寸較難保證。該零件材質(zhì)為SUS301不銹鋼，厚度為0.2 mm，具有2個(gè)直角彎曲和1個(gè)Z形彎曲，如圖1所示。考慮零件成形要求，Z形彎曲分兩步完成，彎曲面上的沖孔為滿足其位置尺寸，采用彎曲后再沖裁的方案?？紤]零件毛刺要求，Z形彎曲采用向下彎曲的方式。

圖1 接地片外形及尺寸

2 排樣設(shè)計(jì)

2.1 零件排樣

排樣設(shè)計(jì)至關(guān)重要，關(guān)系到模具能否生產(chǎn)出滿足圖紙要求的零件。同時(shí)，理想的排樣能節(jié)約模具與零件的生產(chǎn)成本，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。排樣設(shè)計(jì)前先要對零件進(jìn)行展開，零件彎曲補(bǔ)償量通過式（1）計(jì)算得到。

式中：Lα——彎曲角度為α?xí)r的補(bǔ)償量，mm；r——彎曲內(nèi)角半徑，mm；t——料厚，mm；k——彎曲系數(shù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與參考資料，該接地片彎曲系數(shù)k取0.3。通過計(jì)算得到：L90°=0.57 mm、L80°=0.51 mm。接地片展開前后的平面分別如圖2和圖3所示。

圖2 接地片展開前平面

圖3 接地片展開后平面

2.2 工序分布

通過分析，零件的Z形彎通過3道工序完成：①成形銳角及鈍角；②成形直角；③通過擺動(dòng)機(jī)構(gòu)使直角在推力的作用下變成銳角，如圖4所示。排樣設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖4 Z形彎曲成形工序

圖5 接地片排樣設(shè)計(jì)

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 補(bǔ)償角度選擇

影響零件彎曲回彈的變形因素主要有3個(gè)：鋼板厚度、材質(zhì)和彎曲半徑。鋼板越厚、材料越軟（屈服強(qiáng)度低）、半徑越?。ㄇ蚀螅?，則回彈越?。环粗畡t越大。變形回彈如圖6所示，變形量大小可以用式（2）表示。為了便于計(jì)算，取彎曲無限小單元為目標(biāo)，如圖7所示，假設(shè)彎曲后其應(yīng)力全部釋放，通過式（3）～式（6）可以計(jì)算彎曲角度的補(bǔ)償值。

圖6 彈性半徑與變形的關(guān)系

圖7 最大彈性變形

式中：ε——彈性變形量；σs——屈服強(qiáng)度，MPa；E——彈性模量，MPa。

式中：t——料厚，mm；ρ——中性層半徑，mm；s——彎曲弧度；k——中性層系數(shù)。

當(dāng)s=1時(shí)，Δs定義為變形率，則：

式中：R——回彈后的半徑，mm。

引入彎曲角補(bǔ)角θ，彎曲角補(bǔ)角的變化即為回彈角，用Δθ表示。經(jīng)過推導(dǎo)，結(jié)果如下：

式中：r——彎曲內(nèi)側(cè)圓弧半徑，mm。

通過式（6）計(jì)算，回彈角度變化值為0.9°。設(shè)計(jì)時(shí)參考零件角度公差允許值，如表1所示，公差等級為B，對應(yīng)的彎曲角度公差為1.5°。綜合考慮后，彎曲補(bǔ)償角選擇了2.5°。

表1 零件公差要求

3.2 彎曲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)Z形彎曲結(jié)構(gòu)一般采用通用模具成形，如圖8所示，主要成形零件為燕尾形帶有傾斜角度的滑塊1和水平移動(dòng)的滑塊3?；瑝K3要依靠上模導(dǎo)向塊4與水平方向的彈簧2來驅(qū)使其反復(fù)運(yùn)動(dòng)，該結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，動(dòng)作穩(wěn)定性差，生產(chǎn)時(shí)調(diào)整困難。

圖8 Z形彎曲通用模具結(jié)構(gòu)

為克服通用模具結(jié)構(gòu)的缺陷，該模具設(shè)計(jì)時(shí)采用了鐘擺結(jié)構(gòu)，通過擺動(dòng)塊的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)Z形彎曲成形，模具結(jié)構(gòu)如圖9所示，鐘擺結(jié)構(gòu)如圖10所示。第一步主要是成形V形結(jié)構(gòu)，為后續(xù)彎曲做準(zhǔn)備；第二步成形直角，為后續(xù)銳角的成形做準(zhǔn)備；第三步成形完整的Z形彎曲。

圖9 Z形彎曲模

4 零件尺寸

模具生產(chǎn)的零件實(shí)物如圖11所示，其尺寸要求如圖12所示。對生產(chǎn)的零件每間隔1 000件抽取1件，共抽查10件進(jìn)行測量，尺寸變化趨勢如圖14～圖16所示，角度和距離的變化均在公差范圍。通過現(xiàn)場生產(chǎn)驗(yàn)證，采用擺塊結(jié)構(gòu)的模具所生產(chǎn)的Z形接地片零件尺寸穩(wěn)定。

圖11 實(shí)物零件

圖11 鐘擺結(jié)構(gòu)

圖12 零件實(shí)測尺寸

圖14 Z形彎曲先端尺寸變化

圖13 彎曲角度變化

圖15 Z形彎曲根部尺寸變化

5 結(jié)束語

采用的擺塊彎曲結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)彎曲結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用為成形類似Z形彎曲零件的模具設(shè)計(jì)提供了參考。