长线架成形工艺分析与模具设计

1 零件结构分析

图1所示为某电动缝纫机配件，零件长为392 mm，料厚为1.5 mm，材料为10F，中等批量生产，三维结构如图2所示。零件结构复杂，U形弯曲后再弯曲成半圆弧，弯曲力大，弯曲后尺寸较难保证，且外表面会拉伤。弯曲成半圆弧后必须保证95、R12 mm尺寸及φ15.2 mm的圆度，这是零件成形的难点。

图1   长线架

图2   零件三维结构

2 成形工艺方案确定

由图1可知，零件为1.5 mm厚的钣金件，整体为细长状，零件左端R12 mm圆弧上有高1 mm长圆凸包，长圆凸包上又有2处半球状凸起，形状较复杂。

根据以上分析，零件成形工序为：①冲孔落料；②冲凸包和半球状凸起；③U形弯曲；④R12/4（半径为R12 mm的圆的1/4）圆弧弯曲；⑤R12/2圆弧弯曲。虽然零件长度达392 mm，但成形时弯曲力不大，选用大型设备不合理，结合企业设备情况，选用600 kN冲床。

3 模具设计

图3所示为零件的展开图，即工序①成形的形状，采用通用级进模即可完成展开图的冲孔落料。

图3   展开图

3.1 成形模设计

零件料厚为1.5 mm，材料10F属于优质低碳钢，材料延伸率大，成形长59.3 mm、高1 mm的长圆凸包和两处半球状凸起可以一次完成，工序②成形的工序件如图4所示。零件起伏成形的过程实际就是拉伸变形过程，另外凸包高只有1 mm变形量，毛坯相对厚度

×100=

×100=3.65>2，所以不需要压边，凸包周边不会起皱，模具结构简单，如图5所示。

图4   工序②工序件

图5   成形模

1.模柄 2.上模座 3.垫板 4.凸模固定板 5.导柱 6.成形凸模 7.定位板 8.凹模 9.承料板 10.下模座

两处半球状凸起的成形方法类似于百页窗零件的成形，其凸模部位和对应凹模部位的间隙取0.85~0.9倍材料厚度即可。成形方法是凸模的一边设计成直边与外形凸起形状对应，对应的凹模部位也设计成直边。凸模和凹模直边部分取大间隙冲裁，间隙为0.2~0.3 mm，但留有一定的壁厚不冲切。凸模的其余部分将材料拉伸变形，形成有一边直边的起伏，起限位或防转作用。

3.2 R12/4圆弧弯曲模设计

图6所示为工序③成形的工序件，该工序选用常规弯曲模即可完成。图7所示为工序④成形的工序件，主要是R12/4圆弧弯曲成形。

图6   工序③工序件

图7   工序④工序件

R12/4圆弧弯曲模如图8所示，因为工序③已经弯曲成U形，再进行R12/4圆弧弯曲时，零件U形的两侧边会有向外凸、起皱的趋势。为了提高弯曲件成形质量，可采用折板式凹模，如图9所示，凹模形状为U形，其与零件断面形状一样，但是这种模具结构复杂、活动配合面多，易磨损，模具使用寿命短，适用于小批量生产。

图8   R12/4圆弧弯曲模

1.上模座 2.模柄 3.垫板 4.凸模固定板 5.凸模 6.导柱 7.凹模 8.压料板 9.下模座 10.限位螺钉 11.滚轮 12.轴 13.定位板

图9   折板式凹模

模具定位板的定位工作面与零件的U形外形尺寸小间隙配合，定位板厚度为10 mm，凹模成形部位尺寸是零件外形尺寸，也就是U形外形尺寸。这样的设计使零件弯曲变形时有向外凸的变形区域，变形区域包裹在零件外形尺寸（U形外形尺寸）内，使其不得向外凸。

因为工序③零件已经弯曲成U形，再进行R12/4圆弧弯曲时弯曲力会成倍增加，零件进入凹模的阻力较大，摩擦力也大，成形零件外表面会拉伤。凹模口部设置滚轮，如图10所示，代替整体式凹模，滑动摩擦改为滚动摩擦成形效果良好，零件表面成形质量得到提高。进行R12/4圆弧弯曲时回弹较大，经试验确定凸模圆角为R8.1 mm，回弹后成形零件达到图纸要求。

图10   滚 轮

3.3 R12/2圆弧弯曲模设计

R12/2圆弧弯曲模采用倒装结构，便于放置工序件，工序⑤成形的工序件形状如图11所示。因为成形零件较长，使用大型设备浪费资源，所以在凸模固定板和下模座上设置斜装零件槽，避开冲床滑块，将上工序成形的工序件放置在弯曲凸模上，能减小弯曲零件所需冲床的最大闭合高度，减小冲床的压力，降低制造成本，R12/2圆弧弯曲模结构如图12所示。

图11   工序⑤工序件

图12   R12/2圆弧弯曲模

1.上模座 2.模柄 3.打杆 4.垫板 5.推件板 6.凹模 7.导柱 8.凸模 9.凸模固定板 10.下模座 11.滚轮 12.轴 a.斜装零件槽

凹模设计成台阶状，如图13所示，在图14所示的合模过程中，首先台阶面与凸模配合将工序件左右定位，以保证成形零件尺寸的稳定；另外凹模与滚轮装配后凸轮成形面低于凹模面6 mm，在弯曲变形前零件弯曲变形区被包裹在凹模内（凹模尺寸与零件外形尺寸一致），使成形零件不会产生外凸等缺陷。

图13   R12/2圆弧弯曲模凹模

图14   工序件弯曲前在模具中状态

同上道弯曲工序相同，该道弯曲工序弯曲力也较大，弯曲时零件进入凹模的阻力较大，摩擦力也较大，成形零件外表面拉伤严重，凹模口部也设置滚轮，代替整体式凹模，成形效果良好，零件表面成形质量大幅提高。

采用分2步弯曲成半圆弧的成形方案，可以调整每道工序的回弹，使零件的回弹可控，成形后的零件达到图纸尺寸要求。

▍原文作者：郭喜禄

▍作者单位：陕西烽火通信集团有限公司