高速鋼桶焊縫機電機座支撐腳復合模設計

王東鋼， 肖國華， 左桂蘭， 劉紅燕， 賀玉強， 楊少增

（1.浙江工商職業技術學院， 浙江 寧波 315000；2.湖南財經工業職業技術學院 機電工程系， 湖南 衡陽 421002；3.衡陽華菱連軋管有限公司， 湖南 衡陽 421001）

0 引 言

在沖模設計中需結合設計人員所在企業的實際加工制造能力、沖壓設備的壓力以及機臺能力進行模具結構設計。從制造成本角度考慮，有時選用能連續生產的級進模結構比單工序模成本更高，有時復合模比級進模更為實用[1-5]，特別是對于一些板材較厚的制件，級進模難以成形[6-10]。

回彈變形是翻邊類制件成形中的技術難題，也是工藝中難以克服的成形缺陷，回彈量影響成形制件的幾何精度，要克服回彈變形需采取多種綜合措施。在模具設計中，解決沖壓回彈的措施一般有以下方式[11-18]：①選用屈服強度小的材料成形制件；②工藝中設置預變形成形，將最終的變形總量控制分散到多個工步；③增加制件成形時的壓邊力；④設置拉深筋。具體的工藝包括校正彎曲、彎曲后熱處理、過度彎曲、熱彎、拉彎、局部壓縮、內側圓角鈍化、變整體拉深為部分彎曲成形、控制殘余應力、負回彈電磁法等。現結合某高速鋼桶焊縫機電機座支撐腳的沖壓成形要求，依據企業現有設備，設計了3副模具，其中針對制件成形的毛刺、回彈變形等問題，采用合理的解決措施，保證制件的成形質量。

1 電機座支撐腳分析

1.1 制件結構

高速鋼桶焊縫機電機座支撐腳為成對組件，分為左、右支撐腳，如圖1所示，2個制件結構呈幾何鏡像對稱關系。以左支撐腳為例，其主體為2 個相互垂直的直壁構成，直壁夾角為90°，拐角內壁設置了2 處凸型加強筋，以增強兩者間的結構強度，同時也有利于成形過程中減小直壁彎曲成形時的回彈變形量。制件的一直壁上設置了3 個圓形通孔，直徑為φ4.3 mm，另一直壁上設置了1 個4 mm×2 mm 的矩形通孔和1 個6.1 mm×4.2 mm 的腰型通孔。制件壁厚為2 mm，總產量15 萬件，成形精度為IT10～IT11級，材料選用2 mm厚的SECC板料。

圖1 支撐腳制件

1.2 制件展開

制件采用沖壓成形方式進行生產，其展開坯料如圖2 所示。以左支撐腳的展開件為例，其所需坯料尺寸為24.3 mm×58.8 mm。

圖2 制件展開坯料

2 成形工藝方案

依據企業條件限制和制件的生產數量要求，支撐腳制件采用常用的沖裁模成形，需要設計多副復合成形模。

2.1 工藝難點

制件采用復合成形模進行沖裁的工藝難點如下：①制件壁厚較厚，容易產生毛刺；②制件中間部位的2個加強筋需要合理安排工序，否則難以成形；③制件如果采用彎曲成形，直壁成形后容易產生回彈，制件尺寸難以達到要求[10-12]。

2.2 成形工藝設計

基于上述成形難點分析及制件的量產要求，使用3 副復合模分4 道工序完成制件的成形。4 道工序為：①坯料沖孔落料；②中間精沖孔、加強筋壓印、文字打碼；③彎曲；④左、右兩件分切，如圖3所示。

圖3 工序設計

3 模具結構設計

3.1 沖孔落料模結構

第1 工序的沖孔落料模結構如圖4 所示，屬于倒裝式復合模。沖壓成形時上模下行，推件塊5 壓住料帶，隨著落料凹模7的下行，其壓住料帶和卸料板11，彈簧10 被壓縮，落料凸模8 將坯料從料帶上沖出，并留于落料凹模7內，沖裁結束。模具打開時上模上行，打桿1和彈簧3推動連接推桿4將推件塊5 向下推出，工序件從落料凹模7 內脫出，實現工序件的脫模。工序件上的6×φ4.3 mm 圓形通孔、2 個矩形孔及2 個腰型孔使用沖孔凸模12 將各孔同步沖出，其中，6×φ4.3 mm 圓形通孔可以作為第2 工序的定位孔。

圖4 落料模結構

3.2 修邊壓印模結構

第2 工序的修邊壓印模結構如圖5 所示，屬于倒裝式復合模。模具打開時，彈簧16 通過推桿15將托料塊14 頂起，沖壓成形時上模下行，上凹模13壓住工序件，使工序件在精沖凸模18的導向下壓住托料塊14 下行，下行過程中編碼凸模19 完成壓印成形，修邊凹模17完成工序件邊緣毛刺的修剪。

圖5 修邊壓印模結構

3.3 彎曲與切分模結構

將第3 工序的左、右支撐腳的彎曲成形與第4工序的切分分離合并在1副模具內，構成彎曲+切分雙工序模，如圖6 所示。第3 工序彎曲原理：模具打開時，橡膠26 推動推桿25 向上運動，使承件活動塊24 向上浮出一定高度，待模具上模下行沖壓時，楔緊塊20 帶動內收滑塊21 下壓工序件，同時楔緊塊22 驅動滑塊23 做內收移動，工序件的彎曲邊在2 個內收滑塊21 和滑塊23 的共同作用下，將進行小于90°的彎曲成形，待模具打開后，彎曲邊將產生一定的回彈變形而達到最終制件所需的尺寸。

圖6 彎曲切分雙工序模結構

第4 工序切分原理：模具上模下行時，彈簧30推動壓料板28 壓住工序件，直到切分凸模27 將工序件一分為二，限位拉桿29 用于防止壓料板28 脫離模具上模。

3.4 毛刺修邊工裝結構

為去除成形制件的毛刺，設計圖7 所示的去毛刺沖壓工裝。該工裝使用小型氣動沖床驅動，制件通過定位銷定位在下模板上后，隨著上壓料塊下行將制件壓緊，在下模板上進行去毛刺工序。

圖7 去毛刺工裝設計

4 結束語

針對高速鋼桶焊縫機電機座支撐腳的沖壓成形，采用沖孔落料、修邊壓印、彎曲和切分4道工序，相應的模具分別為沖孔落料模、修邊壓印模、彎曲與切分模，最后還設置了去毛刺工裝。為防止制件彎曲回彈，模具設計了一種凸模驅動的雙滑塊內收彎曲成形機構，該機構在制件彎曲壁的兩側都使用滑塊夾緊驅動彎曲，保證了制件的成形尺寸。模具整體工藝路徑設計合理，結構中機構的設計簡單實用，動作可靠，對類似制件的沖模結構設計有較好的參考意義。