管夹自动冲模设计

杨海鹏，陈 庚

（江门职业技术学院 机电技术系，广东 江门 529090）

0 引言

管夹是将水气等管道自重及所受的载荷传递到建筑承载结构上，并控制管道的位移，抑制管道振动，降低噪声，确保管道安全运行，配套化适用于水暖、冶金、石油、化工、车辆、船舶、电力等行业，也用在固定机械、液压系统中的油、水、气为介质的管道。管夹有单独使用和成对使用两大类型，中高端管夹装有减震降噪橡胶垫，如图1所示整体式连胶系列和图2所示分体式连胶系列。低端的管夹不装橡胶垫而直接使用，如图3所示。一般管夹为组合式构件、装配式施工，受力可靠、稳定，安装速度快，施工工期短，适应性强，使用寿命长，后期维护方便等。

1 管夹材料与冲压工艺分析

图1 整体式连胶系列管夹

图2 分体式连胶系列管夹

图3 无连胶管夹

管夹常用材质有铝合金、不锈钢、黄铜及普通碳素结构钢（表面镀锌）等，现以材料为普通碳素结构钢、分体式且带有焊接凸点的典型管夹为例，其具体结构如图4所示。零件价值不高，属于消耗品，要求量大、生产效率高、能实现自动化生产，这就需要采用级进模进行成形。

图4 分体式带焊接凸点管夹

零件精度一般，可以采用少废料单排排样，毛坯采用宽20 mmm、厚1.2 mm的带钢，材料利用率可达90%，经过材料矫直、自动步进送料、压印、弯曲R17.5 mm圆弧、压制4个焊接凸点、冲2个小孔，翻2个φ4.2 mm孔、冲裁落料、外加的辅助攻螺纹、焊接功能，完成零件的成形。

原采用单工序生产即落料、压印、弯曲、成形凸点、冲孔、翻孔6道工序成形，需6副模具及6台设备，模具结构简单，所需设备压力小，但是生产效率低，成形质量难以保证，同时也存在安全隐患。

第1次改进的成形工艺是采用级进模生产，即压印、弯曲、成形、冲孔、翻孔与切断6道工序，提高了生产效率，消除了安全隐患，但是工序没有减少，模具外形尺寸大，制造成本高，需要更大压力的设备，如图5所示。

经过进一步分析零件结构，对成形工艺进行第2次改进，模具结构采用的既不是单纯的级进模也不是单纯的复合模，而是与传统模具不同的级进模和复合模混合体，冲压工序为压印、切断、弯曲-成形-冲孔-翻孔（复合工序），仍为6道工序，但工位只有3个，使模具外形尺寸大幅减小，模具结构简单紧凑，设备压力也随之减小，模具制造难度和生产成本大幅度降低，排样如图6所示。与传统的成形后再切断不同，因为在弯曲时两端材料向中间移动，此时自动送料机构必须松开，造成条料移动，影响送料精度，冲压工序须先切断后压紧材料再弯曲。

2 模具结构设计

2.1 冲孔翻孔凸模设计

一般薄板料翻孔工艺是先冲孔，再翻孔。当板料厚度＞0.8 mm时可以采用冲孔翻孔复合工序，这时预冲孔凸模和凹模的结构、间隙不匹配，板料不是剪断而是拉断，工作环境较恶劣。冲孔翻孔凸模采用W18Cr4V高速钢材料较好，淬火回火硬度65 HRC。该类冲孔翻孔凸模已形成标准化系列，对不同零件只需更换对应配件即可。

板料厚度t=1.2 mm，翻孔内径D=φ4.2 mm，翻边高度h=3 mm，翻边圆弧r=1.5 mm，预冲孔直径d=D-2（h-0.43r-0.72t）≈φ1.3 mm。冲孔翻孔凸模结构如图7所示。

图5 第1次改进的排样

图6 第2次改进的排样

图7 冲孔翻孔凸模

2.2 凸点压制凸模及凹模结构设计

凸点结构形状与管夹系列成对应关系，凸点压制凸、凹模结构已形成标准系列，设计和制造时只需调用标准件即可，材料选用Cr12MoV冷作模具钢或W18Cr4V高速钢，结构如图8和图9所示。

图8 凸点压制凸模结构

2.3 自动推件机构设计

零件成形后切断，为实现连续生产，必须设计推件机构将零件从模具中推出，该类型模具采用斜楔、滑块、导轨、弹簧组成的推件机构。冲压时斜楔推动滑块和推杆从模具中推出，此时弹簧被拉长；开模时在弹簧作用下，拉动滑块和推杆将零件从模具中推出，实现冲压生产自动化。该推件机构已标准化，适用于所有系列的管夹冲模，如图10所示。

图9 凸点压制凹模结构

图10 自动推件机构

2.4 模具整体结构设计

模具结构如图11所示，条料通过自动送料机构按照图6排样的步距送进，第1工位在压印凸模33与压印凹模34作用下完成压印（压印管夹型号，不需要压印时拆除），第2工位在切断凸模31与凹模固定板6作用下完成切断，废料从凹模镶件15漏料孔中落下；第3工位属于多重复合工位，在该工位，浮动压料板镶件32在弹簧25作用下压紧板料，上模继续下行，在弯曲凸模组件27和凹模镶件15作用下完成R17.5 mm圆弧弯曲；上模继续下行完成加强筋和凸点压制，同时完成2个φ4.2 mm螺纹底孔的冲孔和翻孔；上模回程，零件在浮动压料板镶件32及推杆16作用下推出落料。为防止零件留在下模，下模设计有顶杆13和顶板组件14，确保零件能从凹模中推出。此时，自动推件装置在弹簧25作用下将成形零件从模具中推出。

图11 模具结构

3 结束语

模具结构结合传统的复合模与级进模，既有复合模的紧凑又有级进模的高效，通过自动推件机构实现冲压自动化。模具复合成形部位结构复杂，要求模具零件加工精度高，特别是弯曲、压筋、压凸点及冲孔翻孔的凸模高度配合须达到一致。根据零件型号，模具已形成系列化和标准化，只要更换部分模具零件即可生产不同尺寸的零件，达到一模多用的效果。