輕型扣件的支撐架折彎工藝及模具設計*

李鵬博，陳威帥，李河宗

(河北工程大學 機械與裝備工程學院，河北 邯鄲 056038)

0 引 言

近年來，隨著城鄉規劃和新農村建設步伐的擴大，建筑施工越來越多，高效率和綠色的生產方式就越來越被重視，因此對施工腳手連接架在安全可靠，快速和無污染等生產方式提出了更高的要求[1]，同時對扣件行業也提出了更高的要求[2-3]。目前，針對腳手架扣件的模具設計研究大都集中在鑄造設計，其生產過程污染大，而且效率低，生產出來的扣件韌性差[4]。筆者針對輕型扣件的折彎零件進行模具設計，并采用彎曲沖壓模具生產，其生產過程綠色環保，生產效率高，生產出的鋼制工件韌性也好，并且結合工藝性分析與折彎模具的設計，設計出了一套完整的沖壓模具。

1 零件工藝性分析

1.1 結構分析

圖1為扣件支撐架三維圖。此零件直徑為7 mm，空間結構對稱，整體形狀較為復雜。并且此零件的材料具有較高的塑性，適合進行沖壓加工，材料力學性能如表1所列。工件為多向彎曲件，若采用復合模沖壓，模具本身具有結構復雜，制造精度高、周期長、成本高，故選擇了單工序模具生產。

從沖壓成形工藝分析，工件采用普通彎曲較為合理，基本工序包含切斷和彎曲等五個工序，其中彎曲過程采用三次彎曲成形。成形方案：將切斷的工件進行U形彎曲，然后對其兩個端口進行預卷，目的為卷圓彎曲做準備，最后在進行壓彎成形。圖2為彎曲變形過程簡圖。

圖1 扣件支撐架三維圖

表1 材料的力學性能

1.2 展開長度計算

支撐架零件的展開長度根據彎曲前后毛坯中性層尺寸不變的原則進行計算。坯料的展開長度等于各直線長度與各彎曲部分中性層展開長度之和，且彎曲圓角半徑為r>0.5 t，故此零件的展開長度為：

L=a+(b+c+d+e)×2+l1+l2

如圖1所示，圖中a=30 mm，b=19 mm，c=45 mm，d=25 mm，e=18 mm。

圖2 彎曲變形過程圖

表2 應變中性層位移系數X值

2 模具設計及工作過程

2.1 切斷模具

圖3為切斷模。切斷模具的結構相對簡單，目的為剪切合適的坯料便于彎曲。為了提高生產效率，模具設計了九個模腔，可一次剪切九個工件。為滿足模具強度的要求，兩相鄰工件之間要有一定的厚度。計算出兩相鄰零件間15.4 mm為宜，模架為后側導柱模架。其工作過程為：工件從右向左送進模具，通過承料塊15、凹模14和滾輪4進行導料，擋料塊3控制工件毛坯的送進距離，當毛坯達到合適位置后，承料塊15和壓縮橡膠17對工件毛坯進行承載，上模下行，進行切斷，切斷完成后，上模上行，橡膠17回復原狀，模具回程后，取下零件。

圖3 切斷模1.下模座 2.螺釘 3.擋料塊 4.滾輪 5.卸料板 6.卸料彈簧 7.墊板 8.卸料螺釘 9.上模座 10.模柄 11.止轉銷 12.凸模 13.導套 14.凹模

2.2 U形彎曲模具

圖4為U形彎曲模。為使模具工作過程保持平穩，模架在壓力機上固定時，必須保證沖模的壓力中心通過模柄與滑塊的中心線重合。否則，將導致零部件之間發生磨損碰撞，降低模具的使用壽命，嚴重時甚至會發生工作事故[5]。因此，模架在安裝時，必須首先確定壓力中心。因該工件坯料的形狀對稱，故壓力中心選在工件對稱中心線位置。

切斷好的工件放進模具時，采用導料塊的孔徑和滑輪溝槽進行定位。值得注意的是，為使工件順利放入，導料塊孔徑和滑輪溝槽的尺寸應大于工件直徑。并且為了提高生產效率，采用一次彎曲成形九個零件的方式，采用頂件裝置頂出工件。其工作過程為：將剪切好的工件放進滾輪凹槽，通過擋料塊3進行定位，同時工件右端在擋料塊13的溝槽中，彎曲成形后，隨著上模上行，頂桿塊將零件頂出。

圖4 U形彎曲模1.下模座 2.螺釘 3，13.擋料塊 4.滾輪 5.凸模 6.凸模固定板 7，15.墊板 8,10.銷釘 9.模柄 11.上模座 12.導套 14.導柱 16.頂桿

2.3 預卷彎曲模具

圖5為預卷彎曲模。預卷彎曲模具的設計目的是保證U形零件卷圓時前端有一段長為18 mm的直邊部分。綜合分析后，采用轉軸式彎曲模具。為了便于放料，其模架結構選擇后側導柱模架。采用導料板進行導料，導料板之間的間距為工件的寬度。同時靠轉軸座的上半部分進行定位，成形方式為一次成形兩個零件。采用頂桿推動頂件塊，使彎曲好的零件被頂出。其工作過程為：將彎成的 U形零件放進模具，通過導料板15進行導料，轉軸座3控制零件送進的距離，到達合適距離后進行預卷。結束后，隨著上模上行，頂件裝置在頂桿的作用下推著零件一起向上運動，從而頂出零件，當上模回程后，取下零件。

圖5 預卷彎曲模1.下模座 2.螺釘 3.轉軸座 4.彈簧 5.轉軸 6.拉板 7.凸模 8.凸模固定板 9.墊板 10.上模座 11,13.銷釘 12.模柄 14.導套 15.導料板 16.頂件塊 17.導柱 18.頂桿

2.4 卷圓彎曲模具

圖6為卷圓彎曲模。零件常用的卷圓彎曲方式為推圓，綜合考慮下，采用精度高的橫向推圓。

圖6 卷圓彎曲模1.下模座 2，13.螺釘 3.彈簧固定板 4，12.彈簧 5.滑塊 6.斜楔 7，10.銷釘 8.上模座 9.模柄 11.墊板 14.壓料 塊固定板 15.壓料塊

由于卷圓模具的結構復雜，成形時的精度要求較高，并且也考慮到送料、取件等諸多因素，故采用中間導柱模架。卷圓彎曲成形過程是將零件端口進行彎曲封閉，其模具結構采用斜楔、滑塊橫推成形，滑塊在斜塊的作用下向前移動，復位彈簧被壓縮，壓縮距離等于零件卷圓距離。當零件卷圓彎曲完成后，隨著上模板上行，滑塊在復位彈簧的作用下左移，恢復原位。該方法可以保證零件在卷圓彎曲過程中零件直邊部分的平整。卷圓彎曲模具的工作過程為：將預卷后的U形零件放進模具，由擋料塊17的側邊進行導料，后邊則控制零件送進距離，預卷彎曲完成后，上模帶動壓料塊上行，當壓料塊回程后，取下零件。

2.5 壓彎模具

圖7為壓彎模。壓彎模具設計的目的為把端口已卷圓成形后的U形零件進行壓彎。因開口形式為下小上大，彎曲角度為120°，故可直接壓彎成形。根據零件的結構及尺寸，考慮到從左向右送料的方式，其模架結構仍選擇后側導柱模架。采用導料塊進行導料，導料槽的寬度為工件的寬度，同時采用定位塊進行定位。為了提高零件的生產效率，采用一次壓彎兩個零件的成形方式。工作過程為：人工將卷圓后的U形零件放入模具，擋料塊3和13對其進行定位，壓彎結束后，隨著上模上行，零件在頂桿的作用下向上運動，當頂桿達到最大距離后，零件在上模中繼續運動，與頂桿有一定距離后取下零件。

圖7 壓彎模1.下模座 2.螺釘 3,13.擋料塊 4.頂件塊 5.上模 6.固定裝置 7.墊板 8.上模座 9,11.銷釘 10.模柄 12.導套 14.導柱 15.頂桿

3 結 語

通過對輕型扣件的支撐架的沖壓工藝進行分析，選擇合理的設計方案，經過比較分析最終確定設計五副單工序模具進行成形，分別是切斷模具、U形彎曲模具、預卷彎曲模具、卷圓彎曲模具和壓彎模具，同時沖壓工藝廢料較少，塑性成形會產生硬化效應，進一步提高了扣件的強度和剛度，保證了零件的質量。為此類彎曲零件的模具設計提供了思路。