一种管状零件鼓肚自动成形机设计

娄高峰 ,张明亮

(西北工业集团有限公司，陕西 西安 710043)

1 零件工艺分析

某产品所用的几种接线柱为中间鼓肚型小微细管状零件，如图1所示。接线柱材料为H62黄铜管材，M态(软状态)；管材外径为Ф1.6 mm，壁厚为0.15 mm；鼓肚外径为Ф2.3 mm，高度分别为3.9+0.15 mm、4.8+0.2 mm、2.8+0.15 mm三种。由于零件鼓肚变形区在管的中间位置，模具设计难度大，原来采用手工简单模具成形，成形后手工开模，取出零件，生产效率低(每班产量为50件)，零件良品率只有50%～60%，随着产品任务量的不断增加，这几种零件的生产成为了瓶颈，急需改进工艺，采用自动化生产。

图1 接线柱零件图

考虑到这几种零件微小，形状及其相似(只是鼓肚高度不同)，手工上料既困难又不安全，新工艺方案拟采用在一台自动成形机上加工，上、下料自动化，实现柔性、高效兼容。

2 自动成形机设计方案

由于自动成形机需满足三种零件的加工要求，考虑到它们的生产批量不是很大(三种零件年产各50万件)，拟设计三个模块(三个模块结构相同，只是模具不同)，每个模块加工一种零件，其软硬件相互独立，分别加工，这样控制系统和机械结构都比较简单，操作方便，故障率小，易于维修。

自动成形机设计方案如图2所示，加工过程如下：上料(上料振动盘)→送料(坯料通过输料管掉入接料器，接料器由上料缸推送至推料缸下方模口位置)→坯料进入下模腔(推料缸动作将坯料压入等候在其下方的模腔)→上、下模对正(含料坯下模腔在模具移动缸的作用下移至压料缸下方，对正上模，此时，上料机构回退至原始位置)→零件成形(压料缸动作，上模下行、合模，零件成形)→工件出模(顶出缸动作，将工件顶出下模腔)→出件(下料移动电机动作，下料夹爪移至下模腔上方，下料夹爪缸动作，张缩夹爪，夹紧工件，下料升降缸动作，抬起夹爪，下料移动电机反转，下料爪退出，同时，模具移动缸动作，返回至推料缸下方，待接料；下料升降缸动作，夹爪降下一段距离，下料夹爪缸动作，松开夹爪，工件掉入料盒)。一个工作循环结束，动作时间约8 s。

图2 自动成形机方案

3 自动成形机工作原理

坯料成形时，内孔由凸模、顶杆几乎填满(鼓肚成形坯料只需压缩1 mm),上、下端面由凸模、顶杆台阶面封闭，外圆除上、下模口部留出鼓肚变形空间外，其余部分全被上、下模腔包住，变形开始时，零件失稳变形有两种可能，向外鼓出或向内凹入，但由于变形压缩行程很短(约2 mm)，而且凸模和顶杆不断靠近，封闭坯料内壁，即使开始时有凹入，很快就被凸模、顶杆挤平，材料只能向壁外空腔处流动。凸模、顶杆头部设计是关键，既要保证管料顺利穿入管孔，又不使管内壁空间太多产生凹入，经过多次试验确定了凸模、顶杆头部形状和尺寸。零件成形原理示意图如图3所示。

图3 零件成形原理示意图

4 模具设计及工件成形过程

成形模具主要由两瓣式上模(防止工件粘上模)、下模、凸模、顶杆、推块及动作所需动力原件(气缸、弹簧等)、斜楔、导向座、固定板、限位杆、上下模座等组成，如图4所示。

1-底座；2-导柱；3-下模座；4-弹簧1；5-垫板；6-顶杆；7-下模；8-限位杆；9-气缸；10-推块；11-顶杆固定板；12，15-上模座；13-导向座；14-凸模固定板；16，21-螺钉；17-凸模；18-挡块；19-斜楔；20-上模(两瓣)；22-弹簧2；23-弹簧3

零件成形过程如下：坯料由推料杆(固定在推料缸上)压入下模7后，含坯料的下模7移动至上模20(两瓣)下方对正(传感器感知，机械限位)，上模下行，合模，凸模17压缩弹簧2继续下行，凸模头部插入管中，此时坯料在下模腔中，外圆由下模腔包着，内孔插在顶杆头部，坯料下端面由顶杆台阶限位，凸模台阶面压着坯料端面随着凸模下行逐渐成形，零件成形后，凸模上行，此时上模在弹簧2的作用下与下模还处于闭合状态，使得凸模顺利拔出工件；随后上、下模分开，两瓣上模在弹簧3的作用下分开；气缸9动作，推块10移动，其上斜面推动顶杆6上行，顶出零件(零件下部分尚含在凹模内)；夹爪夹紧零件上部，上移拔出零件，回退，下降，松爪，零件掉入料盒(此时，推块回移，顶杆在弹簧1的作用下复位)。

5 自动成形机总体设计及问题解决措施

5.1 自动成形机总体结构设计

结合自动化生产的特点，对设备结构方案进行研究后设计了自动成形机总体结构，如图5所示，并确定了技术参数，见表1。零件加工工艺为：线切割下料→清洗→分拣管料毛坯→滚动去毛刺→清洗→自动挤压成形→滚动→检验→转装配。

图5 自动成形机总体结构

表1 自动成形机技术参数

5.2 问题及解决措施

(1)挤压成形生产中，影响零件质量的一个主要因素是部分零件外观不合格，主要现象是管料外表面由于机械手夹持产生变形，为消除变形，将机械手夹持部位镶树脂材料，使之与零件接触部位改为软接触。

(2)零件毛坯尺寸不一致，会导致设备停机报警，生产工艺中应增加分拣管料毛坯工序，保证毛坯尺寸一致。

(3)零件成形后外表面有拉伤现象，是由于料屑粘到模具表面所导致。生产中，操作者应定时往模具工作表面喷洒挥发性剪切油，并采用高压风助吹，可清理干净模具上的料屑。

6 结束语

所研制的自动成型机已应用于生产中，取得了良好的效果，淘汰了落后的手工作业，班产量达1 000件，零件良品率达到95%以上，解决了生产中的技术难题。