管夾自動沖模設計

楊海鵬，陳 庚

（江門職業技術學院 機電技術系，廣東 江門 529090）

0 引言

管夾是將水氣等管道自重及所受的載荷傳遞到建筑承載結構上，并控制管道的位移，抑制管道振動，降低噪聲，確保管道安全運行，配套化適用于水暖、冶金、石油、化工、車輛、船舶、電力等行業，也用在固定機械、液壓系統中的油、水、氣為介質的管道。管夾有單獨使用和成對使用兩大類型，中高端管夾裝有減震降噪橡膠墊，如圖1所示整體式連膠系列和圖2所示分體式連膠系列。低端的管夾不裝橡膠墊而直接使用，如圖3所示。一般管夾為組合式構件、裝配式施工，受力可靠、穩定，安裝速度快，施工工期短，適應性強，使用壽命長，后期維護方便等。

1 管夾材料與沖壓工藝分析

圖1 整體式連膠系列管夾

圖2 分體式連膠系列管夾

圖3 無連膠管夾

管夾常用材質有鋁合金、不銹鋼、黃銅及普通碳素結構鋼（表面鍍鋅）等，現以材料為普通碳素結構鋼、分體式且帶有焊接凸點的典型管夾為例，其具體結構如圖4所示。零件價值不高，屬于消耗品，要求量大、生產效率高、能實現自動化生產，這就需要采用級進模進行成形。

圖4 分體式帶焊接凸點管夾

零件精度一般，可以采用少廢料單排排樣，毛坯采用寬20 mmm、厚1.2 mm的帶鋼，材料利用率可達90%，經過材料矯直、自動步進送料、壓印、彎曲R17.5 mm圓弧、壓制4個焊接凸點、沖2個小孔，翻2個φ4.2 mm孔、沖裁落料、外加的輔助攻螺紋、焊接功能，完成零件的成形。

原采用單工序生產即落料、壓印、彎曲、成形凸點、沖孔、翻孔6道工序成形，需6副模具及6臺設備，模具結構簡單，所需設備壓力小，但是生產效率低，成形質量難以保證，同時也存在安全隱患。

第1次改進的成形工藝是采用級進模生產，即壓印、彎曲、成形、沖孔、翻孔與切斷6道工序，提高了生產效率，消除了安全隱患，但是工序沒有減少，模具外形尺寸大，制造成本高，需要更大壓力的設備，如圖5所示。

經過進一步分析零件結構，對成形工藝進行第2次改進，模具結構采用的既不是單純的級進模也不是單純的復合模，而是與傳統模具不同的級進模和復合模混合體，沖壓工序為壓印、切斷、彎曲-成形-沖孔-翻孔（復合工序），仍為6道工序，但工位只有3個，使模具外形尺寸大幅減小，模具結構簡單緊湊，設備壓力也隨之減小，模具制造難度和生產成本大幅度降低，排樣如圖6所示。與傳統的成形后再切斷不同，因為在彎曲時兩端材料向中間移動，此時自動送料機構必須松開，造成條料移動，影響送料精度，沖壓工序須先切斷后壓緊材料再彎曲。

2 模具結構設計

2.1 沖孔翻孔凸模設計

一般薄板料翻孔工藝是先沖孔，再翻孔。當板料厚度＞0.8 mm時可以采用沖孔翻孔復合工序，這時預沖孔凸模和凹模的結構、間隙不匹配，板料不是剪斷而是拉斷，工作環境較惡劣。沖孔翻孔凸模采用W18Cr4V高速鋼材料較好，淬火回火硬度65 HRC。該類沖孔翻孔凸模已形成標準化系列，對不同零件只需更換對應配件即可。

板料厚度t=1.2 mm，翻孔內徑D=φ4.2 mm，翻邊高度h=3 mm，翻邊圓弧r=1.5 mm，預沖孔直徑d=D-2（h-0.43r-0.72t）≈φ1.3 mm。沖孔翻孔凸模結構如圖7所示。

圖5 第1次改進的排樣

圖6 第2次改進的排樣

圖7 沖孔翻孔凸模

2.2 凸點壓制凸模及凹模結構設計

凸點結構形狀與管夾系列成對應關系，凸點壓制凸、凹模結構已形成標準系列，設計和制造時只需調用標準件即可，材料選用Cr12MoV冷作模具鋼或W18Cr4V高速鋼，結構如圖8和圖9所示。

圖8 凸點壓制凸模結構

2.3 自動推件機構設計

零件成形后切斷，為實現連續生產，必須設計推件機構將零件從模具中推出，該類型模具采用斜楔、滑塊、導軌、彈簧組成的推件機構。沖壓時斜楔推動滑塊和推桿從模具中推出，此時彈簧被拉長；開模時在彈簧作用下，拉動滑塊和推桿將零件從模具中推出，實現沖壓生產自動化。該推件機構已標準化，適用于所有系列的管夾沖模，如圖10所示。

圖9 凸點壓制凹模結構

圖10 自動推件機構

2.4 模具整體結構設計

模具結構如圖11所示，條料通過自動送料機構按照圖6排樣的步距送進，第1工位在壓印凸模33與壓印凹模34作用下完成壓印（壓印管夾型號，不需要壓印時拆除），第2工位在切斷凸模31與凹模固定板6作用下完成切斷，廢料從凹模鑲件15漏料孔中落下；第3工位屬于多重復合工位，在該工位，浮動壓料板鑲件32在彈簧25作用下壓緊板料，上模繼續下行，在彎曲凸模組件27和凹模鑲件15作用下完成R17.5 mm圓弧彎曲；上模繼續下行完成加強筋和凸點壓制，同時完成2個φ4.2 mm螺紋底孔的沖孔和翻孔；上模回程，零件在浮動壓料板鑲件32及推桿16作用下推出落料。為防止零件留在下模，下模設計有頂桿13和頂板組件14，確保零件能從凹模中推出。此時，自動推件裝置在彈簧25作用下將成形零件從模具中推出。

圖11 模具結構

3 結束語

模具結構結合傳統的復合模與級進模，既有復合模的緊湊又有級進模的高效，通過自動推件機構實現沖壓自動化。模具復合成形部位結構復雜，要求模具零件加工精度高，特別是彎曲、壓筋、壓凸點及沖孔翻孔的凸模高度配合須達到一致。根據零件型號，模具已形成系列化和標準化，只要更換部分模具零件即可生產不同尺寸的零件，達到一模多用的效果。