一種管狀零件鼓肚自動成形機設計

婁高峰 ,張明亮

(西北工業集團有限公司，陜西 西安 710043)

1 零件工藝分析

某產品所用的幾種接線柱為中間鼓肚型小微細管狀零件，如圖1所示。接線柱材料為H62黃銅管材，M態(軟狀態)；管材外徑為Ф1.6 mm，壁厚為0.15 mm；鼓肚外徑為Ф2.3 mm，高度分別為3.9+0.15 mm、4.8+0.2 mm、2.8+0.15 mm三種。由于零件鼓肚變形區在管的中間位置，模具設計難度大，原來采用手工簡單模具成形，成形后手工開模，取出零件，生產效率低(每班產量為50件)，零件良品率只有50%～60%，隨著產品任務量的不斷增加，這幾種零件的生產成為了瓶頸，急需改進工藝，采用自動化生產。

圖1 接線柱零件圖

考慮到這幾種零件微小，形狀及其相似(只是鼓肚高度不同)，手工上料既困難又不安全，新工藝方案擬采用在一臺自動成形機上加工，上、下料自動化，實現柔性、高效兼容。

2 自動成形機設計方案

由于自動成形機需滿足三種零件的加工要求，考慮到它們的生產批量不是很大(三種零件年產各50萬件)，擬設計三個模塊(三個模塊結構相同，只是模具不同)，每個模塊加工一種零件，其軟硬件相互獨立，分別加工，這樣控制系統和機械結構都比較簡單，操作方便，故障率小，易于維修。

自動成形機設計方案如圖2所示，加工過程如下：上料(上料振動盤)→送料(坯料通過輸料管掉入接料器，接料器由上料缸推送至推料缸下方模口位置)→坯料進入下模腔(推料缸動作將坯料壓入等候在其下方的模腔)→上、下模對正(含料坯下模腔在模具移動缸的作用下移至壓料缸下方，對正上模，此時，上料機構回退至原始位置)→零件成形(壓料缸動作，上模下行、合模，零件成形)→工件出模(頂出缸動作，將工件頂出下模腔)→出件(下料移動電機動作，下料夾爪移至下模腔上方，下料夾爪缸動作，張縮夾爪，夾緊工件，下料升降缸動作，抬起夾爪，下料移動電機反轉，下料爪退出，同時，模具移動缸動作，返回至推料缸下方，待接料；下料升降缸動作，夾爪降下一段距離，下料夾爪缸動作，松開夾爪，工件掉入料盒)。一個工作循環結束，動作時間約8 s。

圖2 自動成形機方案

3 自動成形機工作原理

坯料成形時，內孔由凸模、頂桿幾乎填滿(鼓肚成形坯料只需壓縮1 mm),上、下端面由凸模、頂桿臺階面封閉，外圓除上、下模口部留出鼓肚變形空間外，其余部分全被上、下模腔包住，變形開始時，零件失穩變形有兩種可能，向外鼓出或向內凹入，但由于變形壓縮行程很短(約2 mm)，而且凸模和頂桿不斷靠近，封閉坯料內壁，即使開始時有凹入，很快就被凸模、頂桿擠平，材料只能向壁外空腔處流動。凸模、頂桿頭部設計是關鍵，既要保證管料順利穿入管孔，又不使管內壁空間太多產生凹入，經過多次試驗確定了凸模、頂桿頭部形狀和尺寸。零件成形原理示意圖如圖3所示。

圖3 零件成形原理示意圖

4 模具設計及工件成形過程

成形模具主要由兩瓣式上模(防止工件粘上模)、下模、凸模、頂桿、推塊及動作所需動力原件(氣缸、彈簧等)、斜楔、導向座、固定板、限位桿、上下模座等組成，如圖4所示。

1-底座；2-導柱；3-下模座；4-彈簧1；5-墊板；6-頂桿；7-下模；8-限位桿；9-氣缸；10-推塊；11-頂桿固定板；12，15-上模座；13-導向座；14-凸模固定板；16，21-螺釘；17-凸模；18-擋塊；19-斜楔；20-上模(兩瓣)；22-彈簧2；23-彈簧3

零件成形過程如下：坯料由推料桿(固定在推料缸上)壓入下模7后，含坯料的下模7移動至上模20(兩瓣)下方對正(傳感器感知，機械限位)，上模下行，合模，凸模17壓縮彈簧2繼續下行，凸模頭部插入管中，此時坯料在下模腔中，外圓由下模腔包著，內孔插在頂桿頭部，坯料下端面由頂桿臺階限位，凸模臺階面壓著坯料端面隨著凸模下行逐漸成形，零件成形后，凸模上行，此時上模在彈簧2的作用下與下模還處于閉合狀態，使得凸模順利拔出工件；隨后上、下模分開，兩瓣上模在彈簧3的作用下分開；氣缸9動作，推塊10移動，其上斜面推動頂桿6上行，頂出零件(零件下部分尚含在凹模內)；夾爪夾緊零件上部，上移拔出零件，回退，下降，松爪，零件掉入料盒(此時，推塊回移，頂桿在彈簧1的作用下復位)。

5 自動成形機總體設計及問題解決措施

5.1 自動成形機總體結構設計

結合自動化生產的特點，對設備結構方案進行研究后設計了自動成形機總體結構，如圖5所示，并確定了技術參數，見表1。零件加工工藝為：線切割下料→清洗→分揀管料毛坯→滾動去毛刺→清洗→自動擠壓成形→滾動→檢驗→轉裝配。

圖5 自動成形機總體結構

表1 自動成形機技術參數

5.2 問題及解決措施

(1)擠壓成形生產中，影響零件質量的一個主要因素是部分零件外觀不合格，主要現象是管料外表面由于機械手夾持產生變形，為消除變形，將機械手夾持部位鑲樹脂材料，使之與零件接觸部位改為軟接觸。

(2)零件毛坯尺寸不一致，會導致設備停機報警，生產工藝中應增加分揀管料毛坯工序，保證毛坯尺寸一致。

(3)零件成形后外表面有拉傷現象，是由于料屑粘到模具表面所導致。生產中，操作者應定時往模具工作表面噴灑揮發性剪切油，并采用高壓風助吹，可清理干凈模具上的料屑。

6 結束語

所研制的自動成型機已應用于生產中，取得了良好的效果，淘汰了落后的手工作業，班產量達1 000件，零件良品率達到95%以上，解決了生產中的技術難題。