線材類產(chǎn)品沖壓成型模具結(jié)構(gòu)比較分析

杜祥雷， 梁家勁

（廣東偉經(jīng)日用五金制品有限公司，廣東 佛山 528308）

0 引言

隨著人們生活水平不斷提高，家居五金行業(yè)迅速崛起[1-2]。目前我國家居行業(yè)市場份額已超過25%，成為世界排名第一的生產(chǎn)、消費(fèi)及出口國。浴室、廚房用各類鐵線、不銹鋼線成型的產(chǎn)品，如水果籃、浴室架等系列網(wǎng)籃類的產(chǎn)品市場需求十分龐大；同時(shí)更新?lián)Q代的速度也很快。

在網(wǎng)籃類產(chǎn)品的制作工藝方面，結(jié)合現(xiàn)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及工藝的設(shè)計(jì)制作，網(wǎng)籃類產(chǎn)品的網(wǎng)片成型方式多數(shù)采用網(wǎng)片展開焊接后再沖壓成型的工藝。目前沖壓模具在各種制造業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，而關(guān)系企業(yè)生存和持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)有成本及效率等，因此，研究沖壓成型的各項(xiàng)指標(biāo)意義非凡[3-5]。隨著社會的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，沖壓模具以其特有的高效、簡單、大批量的優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛[6-8]。

本文主要介紹了線材沖壓成型模具圓弧大小及角度設(shè)計(jì)的原理[9]，以及在實(shí)際工作中常用的兩種成型模具結(jié)構(gòu)。通過對兩種模具結(jié)構(gòu)、適用范圍、安全、維修等各方面的比較分析，在實(shí)際設(shè)計(jì)、制作過程中給出可借鑒性的參考。

1 線材沖壓成型凸模圓弧大小及角度的設(shè)定原理

線材類成型同鈑金類成型類似，同樣要根據(jù)中性層計(jì)算展開尺寸。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般類線材產(chǎn)品中性層系數(shù)k=0.5。其中，凸模理論設(shè)計(jì)成型的線材圓弧與實(shí)際沖壓并回彈后的圓弧，兩者展開尺寸是一致的，稱之為“展開線長不變”原理。

如圖1所示，凸模設(shè)定α角，沖壓成型后，直徑為D的圓線反彈后角度為β。根據(jù)上述“展開線長不變”原理，可得出凸模圓角計(jì)算采用如下公式：

圖1 線材沖壓成型凸模圓弧大小及角度的設(shè)定原理

式中：R模為凸模圓角半徑；α為凸模圓弧角(一般比產(chǎn)品圓心角大8°～20°)；D為線徑；R產(chǎn)品為產(chǎn)品內(nèi)圓角半徑；β為產(chǎn)品圓弧角。

根據(jù)實(shí)際操作，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)：對于Q195材質(zhì)的線類產(chǎn)品，凸模圓 心 角α=β+（8°～10°）；對 于SUS304/SUS201等不銹鋼材質(zhì)的產(chǎn)品，凸模圓心角α=β+（15°～20°）。

此為線材成型模凸凹模設(shè)計(jì)的常用原理。具體凸模R大小，也可在模具設(shè)計(jì)前通過簡易的手彎模手工彎曲驗(yàn)證。

2 兩種方案模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，常用掛籃的主體部分材質(zhì)為SUS304。常規(guī)生產(chǎn)工藝為：焊接?2.5網(wǎng)線平網(wǎng)→整體沖壓成型→焊 接?5.0 頂 部 框線和底部框線→切除超出頂部框線的部分。

圖2 掛籃結(jié)構(gòu)圖

模夾具部分主要工作量集中在網(wǎng)籃的沖壓成型工序。因不銹鋼材質(zhì)沖壓成型反彈量較大，無法直接計(jì)算成型凸凹模設(shè)計(jì)的角度。往往按照上述“展開線長不變”原理及經(jīng)驗(yàn)值，在最終模具加工前通過制作簡易成型模驗(yàn)證、修正凸模、凹模最終設(shè)定的角度。

在實(shí)際模具開發(fā)中，常用沖壓模具結(jié)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)方式：

外斜鍥成型與內(nèi)斜鍥成型。

2.1 外斜鍥式成型模

2.1.1 主要結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)

根據(jù)上述驗(yàn)證、修正確認(rèn)得出的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)凸模、凹模、斜鍥(插板)等各結(jié)構(gòu)部件。

1）如圖2所示，因產(chǎn)品長度方向前端整體成弧形，則網(wǎng)線部分有多種U形成型尺寸規(guī)格，凸模、凹模設(shè)計(jì)要符合產(chǎn)品尺寸，所以凸模、凹模按產(chǎn)品弧形尺寸階梯級變化；2）斜鍥設(shè)計(jì)要考慮線與線之間距離，還有成型后籃子高度，模具裝配圖如圖3所示。

圖3 外斜鍥式成型模典型模具裝配圖

2.1.2 模具閉合過程各零件狀態(tài)

線材成型模具一般安裝在下行緩慢的沖壓設(shè)備上，上模下行過程中，下模導(dǎo)柱插入凸模導(dǎo)正，繼續(xù)下行，凸模先壓住卸料板上的產(chǎn)品，防止產(chǎn)品中間起皺；再次下行，產(chǎn)品回彈后形變?yōu)閮蓚?cè)90°U形（如圖4）。

圖4 模具閉合過程各零件狀態(tài)

2.2 方案2：內(nèi)斜鍥式成型模

2.2.1 主要工作零件設(shè)計(jì)

內(nèi)斜鍥結(jié)構(gòu)與外斜鍥結(jié)構(gòu)大同小異，主要區(qū)別在于外斜鍥結(jié)構(gòu)中的斜鍥(打塊)與滑塊斜面受力，斜鍥在滑塊上端，斜鍥組裝在頂料板底部且不超出頂料板邊緣，避免模具存在干涉；滑塊與墊塊、凹模組裝為一個整體，在導(dǎo)軌上滑動，如圖5所示。

圖5 內(nèi)斜鍥式成型模典型模具裝配圖

為保證斜鍥與滑塊能受力工作且延長模具使用壽命，斜鍥與滑塊厚度至少為30 mm，斜鍥與滑塊接觸面至少為2～3 mm,頂料板底部加裝限位塊調(diào)節(jié)模具下行深度，確保模具下行到下死點(diǎn)后斜鍥與滑塊底面留有2～3 mm間隙，減輕斜鍥與滑塊的磨損，如圖6所示。

圖6 關(guān)鍵尺寸控制要求

2.2.2 模具閉合過程各零件狀態(tài)

線材成型模具一般安裝在下行緩慢的沖壓設(shè)備上，上模下行過程中，下模導(dǎo)柱插入凸模導(dǎo)正；繼續(xù)下行，凸模與卸料板受力后，卸料板與斜鍥沿著導(dǎo)柱繼續(xù)下行，斜鍥與滑塊接觸受力帶動凹模向內(nèi)側(cè)移動，從而使產(chǎn)品達(dá)到成型的效果，如圖7所示。

圖7 模具閉合過程各零件狀態(tài)

3 兩種結(jié)構(gòu)方案對比分析

3.1 適用范圍

鑒于成型后材料反彈、脫模難易等因素，內(nèi)、外斜鍥式成型模具結(jié)構(gòu)主要適用于方形或圓形籃子，且籃子成型角度為85°～90°。

當(dāng)成型角度大于90°時(shí)，可以直接采用硬沖或滾輪式結(jié)構(gòu)，模具結(jié)構(gòu)相對簡單，如圖8所示；當(dāng)向內(nèi)成型角度小于85°，一般用擺塊式結(jié)構(gòu)，如圖9所示；如相較于圖示產(chǎn)品兩側(cè)均要求成型小于85°，可兩側(cè)均考慮擺塊結(jié)構(gòu)。

圖8 硬沖或滾輪式結(jié)構(gòu)

圖9 擺塊式結(jié)構(gòu)

對于表面質(zhì)量要求較高的，如電鍍類產(chǎn)品，成型模需要使用滾輪，避免表面的損傷。

3.2 模具零配件加工量

內(nèi)斜鍥式結(jié)構(gòu)中各配件均由銷釘定位，斜鍥基本不需要考慮與產(chǎn)品干涉問題，加工避空位及靠板無需割導(dǎo)向槽，減少線切割加工量；而外斜鍥式成型模具結(jié)構(gòu)所需的零配件較多，且各配件間均需要方槽定位裝配，機(jī)加工量較大，加工周期長。

3.3 裝模工作量

內(nèi)斜鍥式成型模具結(jié)構(gòu)的內(nèi)斜鍥設(shè)計(jì)為一個整體，裝模快速方便；而外斜鍥式成型模具結(jié)構(gòu)的外斜鍥設(shè)計(jì)為單獨(dú)幾個配件，裝模相對緩慢。

3.4 安全性

對于內(nèi)斜鍥式模具結(jié)構(gòu)，由于斜鍥處于模具結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，若發(fā)生意外致使模具損壞，碎片不會飛濺出來，模具結(jié)構(gòu)相對較安全；而外斜鍥式模具結(jié)構(gòu)，由于斜鍥在模具外側(cè)，模具結(jié)構(gòu)安全性相對內(nèi)斜鍥式結(jié)構(gòu)要差些。

3.5 維修成本

隨著模具的頻繁使用，模具工作零件（尤其是斜鍥）易磨損，內(nèi)斜鍥為一個整體，磨損后需整體更換，維修成本相對較高；外斜鍥為幾個單獨(dú)的配件，只需更換其中磨損的部分，維修成本相對較低。

通過上述5個維度的對比分析，論證了內(nèi)斜鍥式成型模具結(jié)構(gòu)與外斜鍥式成型模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣勢。上述兩種結(jié)構(gòu)方案的對比分析，可有效指導(dǎo)生產(chǎn)，如表1所示。

表1 內(nèi)斜鍥式與外斜鍥式對比分析

4 結(jié)語

綜上所述，內(nèi)斜鍥式結(jié)構(gòu)加工簡單，相對的裝模簡單，結(jié)構(gòu)安全性相對較好，但維修成本較高；外斜鍥式結(jié)構(gòu)加工復(fù)雜，裝模比較麻煩，結(jié)構(gòu)安全性相對較差些，但維修成本較低。不同企業(yè)在產(chǎn)品訂單量、模具使用頻率、作業(yè)方式、模具維修效率等多個方面存在差異，該兩種模具結(jié)構(gòu)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選用。