卡箍零件工藝優化及模具設計

2022-12-24 04:06:42王悉穎孟文博高輝楊文舉周君軍董東岳翟安平

模具工業 2022年12期

王悉穎，孟文博，高輝，楊文舉，周君軍，董東岳，翟安平

（中航西安飛機工業集團股份有限公司，陜西西安 710089）

0 引言

卡箍類零件在航空行業使用較為廣泛，是通用化和系列化程度要求較高的標準件之一，通常用于飛機、發動機上各種管路的連接、固定與支撐，也用于電線、電纜的捆扎、固定與安裝以及儀器、儀表、成品、附件的安裝與固定。卡箍的成形質量影響航空裝備的可靠性，對于航空裝備的成本和風險控制具有重要意義[1]。

1 零件特點分析

圖1所示為卡箍零件結構，主要用于固定導線、導線束用的琴形卡箍，屬于安裝固定類卡箍，是航空卡箍中應用較為廣泛的一種，卡箍零件的年產量達1萬余件，該卡箍零件材料為T9A，元素含量如表1所示，由于形狀復雜，無法一次成形。

表1 T9A部分元素含量質量分數

圖1 零件結構

2 卡箍零件工藝分析

2.1 原工藝方法

實際生產中，該類零件采用漸切模下料后，芯棒成形卷邊→型胎成形曲面→型胎成形右端頭，需反復裝夾，成形復雜，其成形過程如圖2所示。

圖2 原始成形工藝

2.2 改進的工藝方法

通過對零件及模具進行分析，零件成形順序不變：卷邊模成形卷邊→彎曲模成形中間曲面部分→彎曲夾具成形右邊端頭。其中較為重要的工序為彎曲成形，板料在彎曲過程中主要存在開裂、回彈及尺寸偏移等問題[2]。彎曲半徑越小，板料外層變形越大，若彎曲半徑過小，板料外層則會出現開裂現象。其次，彎曲成形屬于塑性變形，彎曲過程中伴隨回彈現象，需采取適當措施減小回彈。最后，彎曲時坯料產生彎曲變形，與凹模接觸位置不斷變化，易產生側向滑移，偏離原來的位置[3]，故在設計時要考慮其間隙及定位方式。

2.3 展開尺寸計算

展開尺寸以中性層長度為準，在彎曲過程中其長度不變。但在變形過程中，零件外層受到拉伸，內側受到壓縮，中性層位置并不在中間，為精準地確定展開尺寸，通常用經驗公式確定中性層位置，中性層半徑按式（1）計算[4]：

其中，ρε為中性層半徑，mm；r為彎曲內圓角半徑，mm；t為材料厚度，mm；K為中性層位移系數，與r/t的值有關，通過查表得出該零件K=0.469。

如圖3所示，若直線部分長度分別為a、b，鈑金件彎曲部分中性層的展開長度l=πρεα/180°，其中，α為彎曲中心角。

圖3 展開尺寸計算

展開尺寸L=a+b+l=a+b+=a+b+π(r+Kt)α/180°[5]，參照上述數值在CATIA中繪制零件圖，尺寸如圖4所示，展開尺寸主要計算圖中①、②、③處圓弧長度，再加上直線段處長度，通過公式計算及CATIA展開功能對比，可得出最終展開數據基本相同，如圖5所示。

圖4 CAD零件圖

圖5 展開尺寸

3 模具設計

3.1 卷邊模設計

由于該卡箍是一個系列，僅尺寸不同，端頭卷邊部分尺寸相同，因此設計通用卷邊模，如圖6、圖7所示。展開料直接在卷邊模Ⅰ上先成形1/4圓弧，再使用卷邊模Ⅱ成形至最終狀態。由于長度不同，卷邊模Ⅱ采用工具銷一側定位和銷釘定位2種模式，可依據實際情況調整定位方式。

圖6 卷邊模Ⅰ

3.2 彎曲模設計

該零件尺寸較小，彎曲力小，適合采用模具一次成形，彎曲模結構如圖8所示，兩端頭設置避讓。模柄1采用壓入式，上模座4、橡膠5、凸模7、側壓塊6通過固定銷2及螺釘3連接，推件器14上設置有2個活動銷12，可用于零件成形時的定位和緊固。側壓塊6、活動凹模8、壓縮彈簧13、墊塊10被封閉于凹模框9中。靜止時，推件器14推動卸料螺釘16與活動凹模8上端平齊，放置零件展開的坯料，活動銷12與活動凹模8上端限制了零件的自由度。工作時，壓力機滑塊帶動凸模7下行，先接觸零件，滑塊繼續運動，凸模7擠壓推件器14，推件器14擠壓卸料螺釘16，卸料螺釘壓迫推件器壓縮變形，在推件器的反作用力下，凸模7與推件器14將零件壓住，此時的模具相當于帶頂板的彎曲模[6-8]。凸模繼續下行，側壓塊6擠壓活動凹模8壓縮，此時側壓塊6的力可分解為Fx和Fy，如圖9所示，Fx為橫向擠壓零件成形的力，Fy為縱向壓迫墊板向下移動的力。隨著凸模下行到壓力機下止點，活動凹模8與凸模7完全閉合，擠壓成形零件。零件成形后，凸模上行，壓縮彈簧13反彈帶動活動凹模8復位，零件從凹模中卸料，完成整個成形過程。