套管成形模具設計

鐘小剛

摘 要：本文主要分析了一種方形套管類零件的成形加工工藝，以此為例著重介紹了此類套管最后成形閉口工序模具的設計。

關鍵詞：套管；成形模；彎曲；模具；模具結構；芯棒

引言

現代社會，沖壓技術突飛猛進，套管類沖壓件普遍運用于各行各業，其中又以圓形套管最為常見，其成形加工工藝可用卷管模設計來加以實現。 但隨著產品設計不斷發展，套管件的截面也在不斷變化，其加工工藝需要不斷改變，現在我們就以下面的方形套管為例，介紹此類套管的成形加工工藝過程及相關的模具的設計。

1.套管的成形加工工藝及模具的設計

1.1 零件圖紙

該零件是某機床插銷的套管，產品圖紙如下，材料是Q345-2.0。通過分析圖紙，我們可以知道，該零件的內部形狀及表面質量要求很高，如果制造出現問題，可能導致裝配困難，甚至無法裝配。

1.2 零件的工藝分析

此類套管的加工是不可能一步到位的，必須進行分步加工，經過仔細分析工藝，可以把加工工序分為四步：落料—彎曲—二次彎曲—三次彎曲（如下圖）。

前三步是典型的落料、彎曲工序，模具的設計也是典型的模具設計，彎曲模具設計時，主要注意以下事項即可：

（1）毛坯放置在模具上必須保證有正確可靠的定位。

（2）當采用多道工序彎曲時，各工序盡可能采用同一定位基準。

（3）設計模具結構應注意放入和取出工件的操作要安全、迅速和方便。

（4）彎曲凸 、凹模的定位要準確，結構要牢靠，不允許有相對轉動、位移。

（5）結構設計應考慮當壓力機滑塊到達下極點時，使工件彎曲部分在與模具相接觸的工作部分間得到校正。

（6）設計制造彎曲模具時，可以先將凸模圓角半徑做成最小允許尺寸，以便試模后根據需要修整放大。

（7）為了盡量減少工件在彎曲過程中的拉長、變薄和劃傷等現象，彎曲模具的凹模圓角半徑應光滑，凸 、凹模間隙要適當，不宜過小。

相比之下，第四步的三次彎曲就不是一個普通的彎曲工序，具有一定的難度，下面我們也著重講述這種結構的成形閉口模具的設計。

1.3 模具結構設計

因為這個零件的內部尺寸及形狀精度要求很高，如果按照普通的彎曲設計，直接采用凸、凹模的擠壓成形加工，極易造成頂部閉合面的下陷或兩側壁的內凹或歪斜的變形，從而無法滿足產品的設計要求。而從工藝角度，解決變形的最簡單有效的辦法是在零件變形前，在零件內部型腔內放置芯棒，使其在零件變形的過程中，對零件內部型腔起到支撐作用。通過此方法能非常好的控制零件的內部型腔的尺寸，從而滿足產品設計的要求。但是，在實際操作的過程中，我們會發現，在零件成形后，插在零件內部的芯棒因成形過程中的擠壓，與零件的內表面接觸非常的緊密，要抽出來不是件容易的事情。對此，為了能得到合格的產品，我們必須找到能同時解決這兩個問題的辦法。

對這個零件，我們知道芯棒的插入與抽出的方向相對零件來說是同一水平面的，因此在模具的設計過程中，我們可以采用斜楔的結構來控制芯棒的插入與抽出，使其在成形的過程中，通過機床的上下運動帶動斜楔運動，從而使斜楔關聯的部件做水平方向的左右移動，而達到控制插芯的目的。但是使用單斜楔結構在這種模具中也不方便，因為我們知道只有當芯棒插入零件部分尺寸不小于零件長度時，才能完全起到成形支撐作用，而采用單斜楔結構時，芯棒只能從一邊插入或抽出，這樣不僅增加了工作行程，而且在成形結束抽芯時，因芯棒與零件內表面接觸面積比較大，所需的操作力也比較大，容易造成零件與脫料擋板的過渡擠壓，從而造成零件端部的變形，因此我們使用雙向斜楔結構，控制芯棒從零件的兩端分別插入，這樣，不僅行程可以縮短一半，而且抽芯時候，因為芯棒向兩邊同時作用，不需要增加額外的脫料輔助裝置。

另外，我們設計芯棒時，也需要充分考慮芯棒與零件內表面的接觸面積問題，面積過大，芯棒在壓力作用下容易與零件產生粘結，在抽芯時破壞零件內表面，從而造成零件內腔的質量缺陷。因此設計的芯棒時，除了需要保證強度及內腔尺寸，還應盡可能的減少與零件的接觸面積。

可參考下面的結構進行設計。

在解決了零件內部成形支撐的問題之后，我們開始探討零件最后閉口成形部分的設計問題。按照傳統的成形加工工藝：把需要加工的零件放在凹模型腔上，不斷下壓凸模，使零件不斷地擠入凹模中，直至完成整個形程，我們發現在這個成形過程中，待加工零件的垂直高度不是一成不變的，它會隨著凸模的下壓，不斷下降，一直到與凹模下表面接觸為止，但我們前面說了需要用斜楔控制芯棒的高度，其在成形加工過程中是保持不變的，因此如果采用傳統結構設計該零件的成形加工，零件將無法達到產品設計的要求。那么我們應該采用什么樣的結構設計，來使得待加工零件在成形過程中高度方向保持不變，而又能達到閉口成形的目的？

讓我們看一下這個圖的結構：

其工作原理為：不工作時由于彈頂板受力上升，通過頂桿帶動活動凹模塊繞軸向上旋轉并在限位處停止，此時把零件放入其中，其張開表面兩邊正好與活動凹模塊相接觸。在凸模下壓過程中，凸模接觸活動凹模塊并帶動其繞軸向下運動，使其不斷擠壓零件側壁向中間豎起，同時凸模不斷下壓零件頂面，使其向下運動，當行程結束時正好完成成形閉口過程。我們可以發現在整個成形過程中，零件下底面始終與凹模接觸，在高度方向上保持不變，正好能有斜楔結構同時作用而不產生影響。

這種設計能解決我們所有的難題，現在，我們按照這些思路來設計模具。

1.4 模具結構示意圖

根據以上的模具結構分析，完成的模具結構示意圖如下：

該模具工作過程簡述為：

（1）起模后，將待加工零件放入，此時斜楔處于最上點，使滑塊帶動中間的芯棒處于最遠端，讓開中間的位置；同時活動凹模塊在下方頂桿的作用下處于張開狀態，其張開角度與零件張開角度匹配。

（2）在上模下壓過程中，斜楔不斷下降，使滑塊帶動中間芯棒不斷想中間運動，慢慢插入零件內腔；同時活動凹模塊在凸模作用下，繞軸向下運動，不斷擠壓零件側壁使其向中間豎起，凸模則不斷下壓零件頂面，使其向下翻折。

（3）行程到位后，此時斜楔處于最下點，使滑塊帶動芯棒處于最近端，幾乎完全插入零件內腔（設計時芯棒間留有1mm間距不接觸），可以完全起到支撐作用；此時的活動凹模塊及凸模則正好處于下死點，其相互尖的接觸均處于剛性接觸狀態，活動凹模塊及凸模的內側面與下方的凹模上平面則正好形成 一滿足產品設計要求的封閉正方形，而零件此時亦成形到位。

（4）上模上移時，斜楔帶動滑塊使其上的芯棒想兩邊運動，使芯棒抽出零件，而活動凹模塊亦繞軸向上運動，使中間零件處于松開狀態，便于取出。至此一個工作行程結束。

2.結論

該模具的設計很好地解決了方形套管的閉口成形的工藝性問題，經過生產實踐驗證，該模具結構設計合理，工作平穩可靠，生產出的產品完全符合質量要求，取得了很好的效果。

同時，也希望通過本文的介紹，在彎曲工藝設計，及非圓型套管類零件的成形設計方面給大家一些幫助。

參考文獻：

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[2]張鼎承.沖模設計手冊.機械工業出版社，1988

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