AFA—3G定位格架彈簧制造技術研究

葉遠東 鐘鳴 秦傳玲

摘要：簡要介紹了AFA-3G定位格架彈簧的種類和結構形式，分析了彈簧的結構及特點，針對彈簧的結構特點制定了彈簧級進模沖制工藝方案，詳細介紹了彈簧的沖壓工藝，并對彈簧沖制工藝的難點技術進行了闡述。重點介紹了模具的總體結構特點，最后作出了結論。

關鍵詞：彈簧、沖壓工藝、模具

中圖分類號：TL352 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

AFA-3G燃料組件定位格架是組件中的關鍵部件之一，它是由條帶、圍板和彈簧三種零件構成，國內雖然引進了法國的AFA-3G燃料組件制造技術，但由于受條件的限制并未引進彈簧的沖制技術。由于零件的結構復雜，制造工藝難度大，長期以來一直依賴于進口法國成品零件，再由國內組裝焊接成成品格架。這樣在格架成本和知識產權上就受到了國外的制約，AFA-3G燃料組件定位格架的國產化，不僅能填補國內在該項目領域的空白，而且可節約大量外匯，同時為今后具有自主知識產權的高性能燃料組件研制奠定基礎。本文是針對其中的彈簧制造工藝進行論述。

1 彈簧制造難點分析

圖1 雙彈簧示意圖 圖2 單彈簧示意圖

彈簧分為兩種，一種稱為雙彈簧，另一種稱為單彈簧，雙彈簧（圖1）為兩側對稱結構，每一側有一個三彎成形區，單彈簧（圖2）為兩側不對稱結構。無論單、雙彈簧，其成形區的圓弧半徑、圓弧高度以及各圓弧間的中心距都有嚴格要求，是主要的有效工作區域，因此彈簧的制造難點是如何保證三彎成形區的精確成形，符合圖紙的要求。

2 單、雙彈簧制造方案的確定

單、雙彈簧的長寬尺寸較小，屬于小型零件，形狀復雜，并且數量多，產量大，如采用單工序模制造方案，則零件定位困難且定位誤差較大，生產時零件廢品率較高，彈簧成形質量難以保證，而且效率低下，不適合大批量生產的要求，所以不能采用單工序模具進行沖制，只能采用級進模方案進行沖制。因此制定了如圖3所示的單、雙彈簧排級進模沖制方案。

圖3 單、雙彈簧排示意圖

3 彈簧成形工藝

單、雙彈簧其結構形狀復雜，基本是由多段圓弧連接形成，其中最大圓弧的半徑與料厚之比為45.8，因此材料成形后回彈量很大。由于彈簧是由多段圓弧連接形成，每一個圓弧在成形時都有其回彈量，多個圓弧的回彈互相影響，就給回彈量的計算和模具的調試造成很大的困難。因此圓弧特別是大圓弧不能用一個工步來完成，需采用預成形工步和校正成形工步完成，為方便模具調整，模具卸料板和凹模板中所有工作工步均應設計為拼塊結構。

3.1 單、雙彈簧展開尺寸的計算

彈簧展開尺寸的計算

在模具設計前，首先進行的工作就是計算出精確的單彈簧中性層展開尺寸，精確的展開尺寸可節省大量的模具后期調試工作。但生產中的實踐經驗得出，中性層的位置還與彎曲方法、模具結構、彎曲件形狀以及彎曲件材料等多種因素有關。彈簧形狀復雜，理論計算與實際操作中材料的延展不一定完全相符，微量的誤差需要試模后進行調整。

以單彈簧為例：材料中性層展開尺寸計算如下：（單個圓弧展開尺寸計算公式）

L=l1+l2+1.57（r+x0t）

L---彎曲件的展開長度 r---彎曲件內彎曲半徑

l1，l2---彎曲件直邊部分長度 t---彎曲件原始厚度

x0---中性層內移系數

雙彈簧中性層展開尺寸與單彈簧類似，理論計算與實際操作中材料的延展不一定完全相符，微量的誤差需要試模后進行調整。

3.2 單、雙彈簧排樣圖設計

排樣設計是級進模設計的關鍵，模具合理的結構、材料利用率都取決于正確的排樣，因此優化排樣對級進模設計至關重要。首先根據已計算好的彈簧展開尺寸確定條料的寬度和步距，保證合理的材料利用率，然后根據零件形狀、尺寸及技術要求對彈簧進行分析，確定單、雙彈簧的排樣圖。

由于單、雙彈簧的結構形狀基本一致，并且寬度尺寸相同，成形原理和工藝基本相同，因此單、雙彈簧的排樣圖基本一致，所不同的是在彈簧長度和打彎成形工步中模具零件的尺寸有所變化。

為盡可能保證條料的強度和送料的穩定性，排樣圖中前9個工步采用雙載體雙連接橋方案，第9工步后由于要沖出彈簧長度只能采用單邊載體加連接橋方案。根據彈簧展開長度、雙邊導正孔位置的分布、側刃沖裁量等多方因素的分析，確定條料的寬度為67（mm），步距為6（mm）。為確定合理的凹模分布及凹模強度，需設計足夠的空工步為凹模留出足夠的空間，因此總共設計為37個工步，其中工作工步有13個。

3.3 彈簧三彎成形工藝和1800折疊成形工藝

彈簧三彎成形工藝是個難點，打彎成形工步最重要也是較難以控制的，各打彎工步的次序安排是非常重要的，錯誤的打彎步驟將造成模具難以調整，從而不能達到產品技術要求。

通過對彈簧形結構形狀的分析，首先確定在1200折疊打彎前要完成彈簧中所有圓弧的打彎成形。彈簧中圓弧成形的次序有兩種方案（如圖4所示），第一種方案如圖4a所示，先完成上下兩段圓弧的成形，再完成中部1800折疊處成形。這種方式成形較簡單，又可減少工步使模具結構緊湊，但由于中部成形時材料延展和流動將會對上下兩段已成形的三彎圓弧造成較大影響，并且由于材料流動將造成彈簧表面拉傷。第二種方案如圖4b所示，采用由下至上逐段成形的方式，先成形下段三彎，材料由上部向下流動補充成形部位，完成中部成形，同時對已成形的下部三彎壓緊保護，使材料只能由上部向下流動補充中部成形部位，最后完成上段三彎成形，同時對已成形的下部三彎和中部成形部位壓緊保護，同樣使材料只能由上部向下流動補充上段成形部位。這種成形方案避免了彈簧表面拉傷，材料變薄量增大的現象，逐段成形時，成形區內的材料補充始終是靠未成形區的材料進行補償，避免了三段圓弧相互影響的現象，使導向定位更準確，成形質量易保證。

圖4a 圖4b

圖4 圓弧成形次序示意圖 圖5 彈簧折疊成形示意圖

根據彈簧形狀分析，1800折疊不可能一次成形，另外折疊處并非死角，而是形成一個內徑R0.25（mm）的半圓，為了在折疊處成形較好的半圓形狀，折疊工藝需要多個步驟進行（如圖5所示）。第1步如上述22工步先1200打彎，第2步如上述24工步將彈簧打彎為600，第3步如上述28工位將彈簧打彎為300，第4部如上述32工位對折疊部位整形，調整合適的折疊角度，使彈簧的開口部位保持在6～7（mm）的距離。

4 彈簧級進模設計

單、雙彈簧模具采用精密四導柱滾動鋼模架，在固定板、卸料板、凹模板三個重要板件間設計有四個精密小導柱，對凸、凹模精密導向。

彈簧形狀復雜，成形部位既有上凸也有下凹，為保證條料平穩連續送進，并防止條料因有油污而粘在下模板上，設置了雙排浮動導料、抬料釘，將條料整個托出凹模工作型面3（mm），從而保證了條料的連續平穩送進。模具工位較多，為保證條料送進的步距精度，采用側刃粗定位和導正釘精定位相結合的定位方式，導正釘分布于13個工作工位中，更能有效的保證步距精度。該模具是自動送料連續沖壓，一旦出現誤送料時將損壞模具，造成巨大損失。為防止連續沖壓過程中的誤進給動作，設置了誤送進給檢測裝置，當檢測到有誤進給動作時，能使沖床立即停止，避免損壞模具。

模具沖制出的產品并非單個彈簧，而是由42個單彈簧或雙彈簧為一組的彈簧排，要實現這一要求，模具必需在沖床完成42次沖壓行程時，模具的切刀完成1次切斷動作。因此，模具設計必須考慮記數切斷裝置。模具采用了由氣缸、電磁閥、計數器、抽插塊、切斷凸模等組成的自動切斷機構。

紅外線發射器和接收器安裝在模具兩側，模具每閉合工作一次將阻擋發射器發射的紅外線，接收器以此來收集信號，利用接收器收集信號并產生信號后傳輸給計數器，計數器接收42次信號后控制電磁閥工作1次，電磁閥改變壓縮空氣流向，氣缸主軸正向運動并推動抽插塊前進，在抽插塊斜面的作用下推動切斷凸模至工作位置，模具完成一次剪切。隨后電磁閥在計數器的作用下又改變壓縮空氣流向，使氣缸主軸反向運動并拉回抽插塊，切斷凸模在回位彈簧的作用下復位，處于不工作狀態并等待下一次工作。

5 彈簧的檢測

經模具沖壓出的彈簧首先要經過外觀及數據檢測，以確定彈簧是否符合圖紙及技術條件要求，經檢測結果如下：

1）彈簧排外觀檢測平整，沒有較大的彎曲，彈簧表面光潔，無傷痕、撞痕、壓痕。

2）采用輪廓儀檢測毛刺最大允許高度完全符合要求，該項目檢測合格。

3）隨機抽取10條彈簧排放大10倍進行外觀檢查，該項目檢測合格。

4）彈簧成形尺寸檢測。用座標紙繪制出單、雙彈簧放大20倍的標準形狀，再用投影儀將零件放大20倍進行比對，完全符合技術條件。

6 結論

本文針對形狀復雜，沖壓工藝難度系數高的AFA-3G定位格架單、雙彈簧，進行了一系列的沖壓工藝試驗及相關試驗，發現并攻克了多項復雜技術，研制了沖制單、雙彈簧的2副級進模。沖出了完全合格的彈簧成品零件，設計的模具及夾具、選擇的工藝參數、建立的檢驗方法是可行的，適用的。

參考文獻：

[1] 肖景容、姜奎華主編：“沖壓工藝學”，機械工業出版社，1992年

[2] 《沖模設計手冊》編寫組：“沖模設計手冊”，機械工業出版社，1993年

[3] 孟少農主編：“機械加工工藝手冊”，機械工業出版社，1992年

[4] 全國熱處理標準化技術委員會編：“金屬熱處理標準應用手冊”，機械工業出版社，1994年