具有延時功能的成形類模具結構設計

文/潘園·東風（武漢）實業有限公司

具有延時功能的成形類模具結構設計

文/潘園·東風（武漢）實業有限公司

潘園，工程師，主要從事沖壓工藝、沖壓模具及技術管理工作。

在成形類模具中，如果制件成形呈“Z”字形，一般模具設計采取上下模雙活的結構。即下模一個翻邊凹模，一個頂出器，上模一個翻邊凸模，一個壓料芯。下模的頂出器和上模的壓料芯均有一個活動行程。行程的高度取決于制件的成形高度。采取這種成形結構可以讓制件完全壓料，充分成形。制件成形之后可以獲得良好的成形效果。但是采取這種成形結構有一個弊端就是：當成形結束后，上模的翻邊凸模離開制件而壓料板還在壓料的時候，下模的頂出器已經開始運動，成形過程如圖1所示。

當成形結束后翻邊凸模退回時，上模的壓料板還在壓緊制件，所以下模的頂出器會將制件頂變形，導致制件尺寸不良，影響生產。如何解決翻邊制件變形的問題成為當務之急。本文介紹一套具有延時功能的成形類模具結構，該結構獨特、簡單，操作方便，在生產中取得了很好的效果。

圖1 零件成形過程

制件介紹

該零件(圖2)是汽車底盤上安裝的下底板橫梁支架，材料為DC04，厚度為1.0mm,同時該零件為多個車型共用件，生產規模為年產15萬件。

圖2 下底板橫梁支架制件圖

工藝分析

此零件是彎曲成形件，沖壓工藝有兩種方案：

⑴沖壓工序按照拉延→修邊沖孔→翻邊整形→沖孔側沖孔，工序圖如圖3所示。

圖3 沖壓工藝方案一

⑵沖壓工序按照成形→修邊沖孔→翻邊整形→沖孔側沖孔，工序圖如圖4所示。

方案一和方案二的區別在于，方案一采用拉延成形，方案二采用的是翻邊成形。拉延成形可以讓板料充分成形，成形效果較好，但是拉伸完后廢料較多，零件材料利用率不高。以下底板橫梁支架為例，方案一的毛坯板料大小為965mm×500mm，材料利用率為69.3%。方案二的毛坯板料大小為854mm×463mm，材料利用率為89.5%。兩者的材料利用率相差20.2%。按照方案二采取翻邊成形可以有效控制零件拐角處的起皺問題，同時產生的廢料較少，材料利用率高。綜合考量我們選擇方案二做為最終沖壓工藝。

圖4 沖壓工藝方案二

模具結構

當零件成形采取翻邊成形時，如圖5所示，零件成形呈典型的“Z”字形。如何解決零件成形被頂變形的問題呢，下面我們介紹一種模內放置的延遲機構，可有效解決此類問題。

根據模具裝配圖（圖6），模具上下模分別由上模座、翻邊凸模、壓料芯、翻邊凹模、頂出器、延遲機構、下模座等組成。翻邊凸模固定在上模座上面，翻邊凸模的另一側是壓料芯，壓料芯的行程由第一氣缸控制。氮氣缸1通過缸體安裝板固定在上模座上面。上模滑塊的行程由氮氣缸來控制，它的運動行程跟壓料芯的運動行程保持一致。下模由翻邊凹模和頂出器組成。頂出器延遲機構就安裝在頂出器本體上面，頂出器的活動行程由氮氣缸2來控制，行程大小根據制件翻邊成形高度來確定。延遲塊、旋轉軸、彈簧2和復位頂桿均安裝在下模頂出器上面。頂桿跟彈簧1安裝在下模座上面，同時頂桿通過頂出器上面的過孔與延遲塊接觸。

圖5 零件成形圖

圖6 模具裝配圖

當模具處于開模狀態時，如圖7a所示：上模的壓料芯跟上模滑塊處于打開非受力狀態。下模的頂出器也一樣處于打開非受力狀態。復位頂桿在彈簧2的作用下推動延遲塊繞旋轉軸旋轉至圖7a所示位置。

當上下模逐漸閉合時，頂出器在向下運動的過程中，延遲塊逐漸受到來自頂桿下面的彈簧壓力，因彈簧1壓縮產生的力大于彈簧2產生的力，延遲塊在頂桿的作用下繞軸旋轉至圖7b所示位置。最終下模頂出器、上模壓料芯及上模滑塊走完全部行程，模具完全閉合。安裝在上模滑塊上面的接觸塊與延遲塊完全接觸，成形過程結束。

圖7 模具工作狀態

零件成形結束后，上下模逐漸打開。翻邊凸模離開制件向上運動，這時候上模接觸塊在氮氣缸1的作用下繼續壓住延遲塊阻止頂出器向上運動，達到延遲的目的。當氮氣缸1完全回程時，作用于壓料芯上面的氮氣缸也同時完成回程。壓料芯離開翻邊凹模，接觸塊也同時離開延遲塊，頂出器解除壓力開始向上運動。制件在頂出器的作用下完成脫料，取出制件，整個過程結束。

結束語

通過在模具中使用這種延遲機構，防止翻邊凸模開模后，頂出器先于壓料芯向上運動將零件頂變形，保證了零件成形效果，提高了生產效率和產品合格率，而且解決了壓料芯受力不均衡導致模具局部受壓偏載的問題。該模具已經連續使用了兩年，實際生產了30多萬件，取得了良好的效果。