高速钢桶焊缝机电机座支撑脚复合模设计

王东钢， 肖国华， 左桂兰， 刘红燕， 贺玉强， 杨少增

（1.浙江工商职业技术学院， 浙江 宁波 315000；2.湖南财经工业职业技术学院 机电工程系， 湖南 衡阳 421002；3.衡阳华菱连轧管有限公司， 湖南 衡阳 421001）

0 引 言

在冲模设计中需结合设计人员所在企业的实际加工制造能力、冲压设备的压力以及机台能力进行模具结构设计。从制造成本角度考虑，有时选用能连续生产的级进模结构比单工序模成本更高，有时复合模比级进模更为实用[1-5]，特别是对于一些板材较厚的制件，级进模难以成形[6-10]。

回弹变形是翻边类制件成形中的技术难题，也是工艺中难以克服的成形缺陷，回弹量影响成形制件的几何精度，要克服回弹变形需采取多种综合措施。在模具设计中，解决冲压回弹的措施一般有以下方式[11-18]：①选用屈服强度小的材料成形制件；②工艺中设置预变形成形，将最终的变形总量控制分散到多个工步；③增加制件成形时的压边力；④设置拉深筋。具体的工艺包括校正弯曲、弯曲后热处理、过度弯曲、热弯、拉弯、局部压缩、内侧圆角钝化、变整体拉深为部分弯曲成形、控制残余应力、负回弹电磁法等。现结合某高速钢桶焊缝机电机座支撑脚的冲压成形要求，依据企业现有设备，设计了3副模具，其中针对制件成形的毛刺、回弹变形等问题，采用合理的解决措施，保证制件的成形质量。

1 电机座支撑脚分析

1.1 制件结构

高速钢桶焊缝机电机座支撑脚为成对组件，分为左、右支撑脚，如图1所示，2个制件结构呈几何镜像对称关系。以左支撑脚为例，其主体为2 个相互垂直的直壁构成，直壁夹角为90°，拐角内壁设置了2 处凸型加强筋，以增强两者间的结构强度，同时也有利于成形过程中减小直壁弯曲成形时的回弹变形量。制件的一直壁上设置了3 个圆形通孔，直径为φ4.3 mm，另一直壁上设置了1 个4 mm×2 mm 的矩形通孔和1 个6.1 mm×4.2 mm 的腰型通孔。制件壁厚为2 mm，总产量15 万件，成形精度为IT10～IT11级，材料选用2 mm厚的SECC板料。

图1 支撑脚制件

1.2 制件展开

制件采用冲压成形方式进行生产，其展开坯料如图2 所示。以左支撑脚的展开件为例，其所需坯料尺寸为24.3 mm×58.8 mm。

图2 制件展开坯料

2 成形工艺方案

依据企业条件限制和制件的生产数量要求，支撑脚制件采用常用的冲裁模成形，需要设计多副复合成形模。

2.1 工艺难点

制件采用复合成形模进行冲裁的工艺难点如下：①制件壁厚较厚，容易产生毛刺；②制件中间部位的2个加强筋需要合理安排工序，否则难以成形；③制件如果采用弯曲成形，直壁成形后容易产生回弹，制件尺寸难以达到要求[10-12]。

2.2 成形工艺设计

基于上述成形难点分析及制件的量产要求，使用3 副复合模分4 道工序完成制件的成形。4 道工序为：①坯料冲孔落料；②中间精冲孔、加强筋压印、文字打码；③弯曲；④左、右两件分切，如图3所示。

图3 工序设计

3 模具结构设计

3.1 冲孔落料模结构

第1 工序的冲孔落料模结构如图4 所示，属于倒装式复合模。冲压成形时上模下行，推件块5 压住料带，随着落料凹模7的下行，其压住料带和卸料板11，弹簧10 被压缩，落料凸模8 将坯料从料带上冲出，并留于落料凹模7内，冲裁结束。模具打开时上模上行，打杆1和弹簧3推动连接推杆4将推件块5 向下推出，工序件从落料凹模7 内脱出，实现工序件的脱模。工序件上的6×φ4.3 mm 圆形通孔、2 个矩形孔及2 个腰型孔使用冲孔凸模12 将各孔同步冲出，其中，6×φ4.3 mm 圆形通孔可以作为第2 工序的定位孔。

图4 落料模结构

3.2 修边压印模结构

第2 工序的修边压印模结构如图5 所示，属于倒装式复合模。模具打开时，弹簧16 通过推杆15将托料块14 顶起，冲压成形时上模下行，上凹模13压住工序件，使工序件在精冲凸模18的导向下压住托料块14 下行，下行过程中编码凸模19 完成压印成形，修边凹模17完成工序件边缘毛刺的修剪。

图5 修边压印模结构

3.3 弯曲与切分模结构

将第3 工序的左、右支撑脚的弯曲成形与第4工序的切分分离合并在1副模具内，构成弯曲+切分双工序模，如图6 所示。第3 工序弯曲原理：模具打开时，橡胶26 推动推杆25 向上运动，使承件活动块24 向上浮出一定高度，待模具上模下行冲压时，楔紧块20 带动内收滑块21 下压工序件，同时楔紧块22 驱动滑块23 做内收移动，工序件的弯曲边在2 个内收滑块21 和滑块23 的共同作用下，将进行小于90°的弯曲成形，待模具打开后，弯曲边将产生一定的回弹变形而达到最终制件所需的尺寸。

图6 弯曲切分双工序模结构

第4 工序切分原理：模具上模下行时，弹簧30推动压料板28 压住工序件，直到切分凸模27 将工序件一分为二，限位拉杆29 用于防止压料板28 脱离模具上模。

3.4 毛刺修边工装结构

为去除成形制件的毛刺，设计图7 所示的去毛刺冲压工装。该工装使用小型气动冲床驱动，制件通过定位销定位在下模板上后，随着上压料块下行将制件压紧，在下模板上进行去毛刺工序。

图7 去毛刺工装设计

4 结束语

针对高速钢桶焊缝机电机座支撑脚的冲压成形，采用冲孔落料、修边压印、弯曲和切分4道工序，相应的模具分别为冲孔落料模、修边压印模、弯曲与切分模，最后还设置了去毛刺工装。为防止制件弯曲回弹，模具设计了一种凸模驱动的双滑块内收弯曲成形机构，该机构在制件弯曲壁的两侧都使用滑块夹紧驱动弯曲，保证了制件的成形尺寸。模具整体工艺路径设计合理，结构中机构的设计简单实用，动作可靠，对类似制件的冲模结构设计有较好的参考意义。