冷彎型材沖壓成形及模具設計分析

梁吉河

（柳州凌云汽車零部件有限公司廣西 柳州 545006）

冷彎型材沖壓成形及模具設計分析

梁吉河

（柳州凌云汽車零部件有限公司廣西 柳州 545006）

本文主要闡述了冷彎型材沖壓成形及模具設計分析，首先文章介紹了從三個主要的方面介紹了冷彎成型的相關知識，然后文章著重介紹了凹字形冷彎型材沖壓成型工藝，然后闡述了模具的結構以及工作過程。冷彎成型加工工藝由于其具有良好的工藝性，也越來越多的被應用到各種行業中去。

冷彎型材；沖壓成形；模具；上模下行

1 引言

最近幾年以來，由于國家大力提倡節能減排，使得輕量化的結構設計越來越多的受到人們的重視。金屬板帶材在常溫下經過塑性彎曲變形制作而成的冷彎型材具有強度高、重量輕等特點。這些優良的特性使得這種型材被廣泛的應用到機械制造、建筑、輕工以及交通運輸等部門中。

2 冷彎成型的相關知識

2.1 名稱的由來

我國目前對coldrollforming工藝的叫法有很多種，其中最為普通的一種是從俄文翻譯過來的叫冷彎成型或者冷彎型鋼；還有一種比較常見的是從英文翻譯過來叫滾軋成型，滾壓成型，輥彎成型，輥軋成型：在我國的臺灣地區有一種說法叫滾法，有滾輪成型，冷軋成型等等，在英文中冷彎成型的名稱比較確定Rollforming，Roll-forming，Roll Forming等。

2.2 冷彎型材的優點

（1）斷面經濟合理，節省材料。相比較與熱軋型材而言，在同等重量以及斷面面積的情況下下，冷彎型材的斷面系數比熱軋型材要高。在相同的負荷的作用下，冷彎型材可以節約材料，減輕構件的重量。在建筑行業中使用冷彎型材比使用熱軋型材可節約金屬38～50%，在農用機械和車輛中可節15～60%。

（2）冷彎型材的品種多樣，形狀復雜。對于在熱軋型材中不能生產的斷面復雜和壁厚均勻的型材，冷彎成型都可做到。

（3）冷彎型材加工出來的斷面尺寸精確，平面度好，表面粗糙度小，外觀漂亮整潔。

（4）在實際的生產過程中可以和沖孔等工序進行相配合，滿足不同的需要。隨著技術的不斷成熟以及成本的下降，冷軋和熱軋帶鋼價格也會不斷的降低，冷彎型鋼的生產得到了很大發展空間，現在冷彎型鋼品種多樣，連續化以及自動化程度提高，其中輥式冷彎機成型速度最高已達250m/min。

2.3 發展冷彎成型工藝的意義

冷彎成型是一種新型的金屬板料成型技術和工藝，節約能源、節約材料以及高效的的優點。應用這一新型工藝，一方面我們可以加工出高質量的型鋼產品，另一方面還能夠縮短產品的加工周期，提高生產的效率，提高企業在市場中的競爭力。

在過去的50多年里冷彎成型工藝有了很大的發展，已經成為了最有效的板料金屬成型工藝。在北美軋制出的帶鋼中冷彎成型加工產品占據了35～45%，這已經超過了汽車工業用鋼。

近幾年來，冷彎型鋼在汽車、船舶、建筑以及電子和機械制造業中都得到了廣泛的應用。產品也從一些普通的用途而逐漸過渡到一些特殊的用途，可以說發展類型極其的廣泛。冷彎型鋼由于比熱軋型剛具有良好的性能，所以人們對其發展給與了高度的關注。也正是人們對冷彎型鋼的用途、質量等方面不斷提高要求，才使得冷彎成型工藝發展迅猛。

2.4 常見的冷彎型材及斷面

日常經常使用的截面形式有U形、C形以及L形等，如圖1所示。

圖1 冷彎型材截面圖

有時根據產品結構的需要，對于有些型材必須進行一定的沖壓加工才滿足使用要求。比如沖槽、沖缺口、沖孔和二次成形等。板料的沖壓與型材的沖壓有很大的區別，因為它對沖壓的順序以及方向都有著限制，而且模具結構相對來說也比較復雜。

3 凹字型冷彎型材的沖壓成形加工工藝

如圖2所示為某產品的凹字型冷彎型材結構示意圖。根據產品的加工要求，首先進行加工的是型材的一端部，其變形長度在100～120mm之間，對于截面的尺寸的具體要求如圖3所示。在沖壓過程中型材槽寬的尺寸需要保持原樣，截面高度的尺寸也要保持不減小。型材截面的寬度尺寸主要是由塑性變形這一特性決定的，具體參考尺寸為85.2mm。使用圖4所示的單動下沖壓方式，這種模具操作方便、結構簡單，但是沖壓完成后型材截面的高度有明顯的下降，尺寸不符合要求。該類冷彎型材采用，此類的冷彎型材使用的是單動下沖壓方式，板料的滑移方向如圖4所示。

圖2 凹字型冷彎型材結構示意圖

圖3 凹字型冷彎型材的沖壓件

圖4 單動下沖壓模具結構示意圖

為了能夠對板料的滑移方向進行控制，從而保證產品的尺寸，這種類型的冷彎型材我們可以使用單動斜沖壓的方式，如圖5所示。要進行單動斜沖壓的方式壓力機可使用普通的機械壓力機，但對模具來說就會相對較復雜，要采用斜滑塊機構。其實對于這種冷彎型材的沖壓成形，最合適的沖壓方式是使用單動推擠復合沖壓方式。這種沖壓方式對壓力機沒有什么特別的要求，只要通過使用擺動凹模就能夠實現冷彎型材的連續沖壓，這種方式所需要的模具結構比較簡單，而且板料的相對移動方向能夠保證型材高度。

圖5 單動斜沖壓加工示意圖

4 模具設計分析

對于冷彎型材推擠式沖壓模具可以對型材進行精確定位，型材的鐓壓校形和推擠成形，體現了效率高、可靠性強的優點。

推擠式模具的工作過程大致如下：

首先上模打開后，在彈簧4的作用下定位17的作用下復位，通過限位導柱16來控制定位板的復位行程了；在彈簧2的作用下擺動凹模3也同時回轉復位，通過墊板5來控制擺動凹模3的回轉角度。然后把型材扣在定位板17上，型材的前后方向由擋板13進行定位。上模下行，用上模壓板14以及定位板17把型材進行緊固，這樣做是為了防止在加工過程中表面出現隆起；隨著上模下行行程的進一步增加，型材和擺動凹模3開始接觸，這樣就迫使擺動凹模3往內側轉動，從而實現對型材側面的加壓推擠；在上模下行行程最后階段，擺動凹模3正好和墊板5接觸，如圖6所示；通過上模壓板14以及擺動凹模3來實現對型材的鐓壓，從而確保成形后零件能夠獲得穩定的形狀。

圖6 推擠式模具結構示意圖

5 注意事項

這種模具的設計過程中主要有兩方面不同于普通的的沖壓模，其一是通過設置擺動凹模來實現推擠的效果，回轉的角度設置為25°，開模之后不能對模具上型材的安裝和定位產生影響，上模下行到下結束點時就開始對型材進行校形。第二方面是對擺動凹模軸的設計，由于擺動凹模和軸之間會產生運動，所以兩者間采用H7/f6的配合的方式；擺動支架和軸之間進行固定避免相對移動，但是為了加工和安裝的方便，所以軸與左端的擺動支架使用H7/p6的過盈配合的方式，和右端的擺動支架采用P7/f6的過渡配合的方式；為了便于緊固螺母，軸頭要加工出M12的螺紋；軸的材料使用45鋼，需要對其進行調質處理來增強其壽命和強度，軸的結構圖如圖7所示。

圖7 軸示意圖

6 結語

這種模具的結構對型材沖壓時的材料流動方向實現了有效的控制，而且對型材的校形、定位以及質量得到了保障。模具的結構緊湊，操作安全性較高，而且還具有良好的經濟效益，這對以后在同類型的零件中的沖壓模具的設計有很好的參考價值。冷彎成型技術經過半個多世紀的發展已經有了很大的進步，冷彎型材在斷面質量、精確度方面的優勢，應用也是越來越廣泛，由于現在工業的發展要求，冷彎型材的品種也正逐漸向著精小型、大型方面發展，這一發展趨勢也必會對冷彎型材產品的加工提出更高的要求。

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文獻標識碼：A

1004-7344（2016）16-0238-02

2016-5-25

梁吉河（1985-），男，助理工程師，大專，主要從事產品模具設計和產品工藝分析工作。