U型零件防反弹冲压模具设计

1 引言

安全生产是车间加工制造的基本保证要求，对于一些特殊形状及其厚壁零件的加工都离不开冲压模具，模具已经成为当今装备制造加工发展中的重要工艺装备，特别是对大批量 以加工的零件[1-3]。但是由于金属材料具有弹性变形的特性，在模具冲压后会有一定回弹现象，特别是某些特殊结构，单一的冲压工序不能满足零件加工要求[4] 本文研究是针对在实际车间生产过程中，对厚板材料U 型零件防止冲压后反弹变形的冲压模具设计。

2 工艺分析

2.1 零件分析

该该成型零件为22mm 厚板材冲压U 型零件，该零件用于挖掘机连杆的U 型板，每台挖掘机需一件，我公司每年挖掘机产量过万，因此该零件属于大批量通用化生产，结构简单，但是由于板厚较厚，在当前常规模具冲压后U 型两侧壁会产生回弹现象，单面回弹量约为 1.9^∘ ，双侧回弹量约为4°。超过零件设计尺寸要求，冲压后需人工手工校正，但是由于该零件是大量生产零件，人工校正不仅影响零件质量不稳定，同时还影响生产进度，费时、费力、浪费资金，还会影响装配过程精度与质量。

2.2 当前模具分析

当前使用模具为U 型槽凹模，U 型凹模内径与零件外壁基准尺寸相同。凸模是外U 形，凸模的外径与零件的内壁基准尺寸相同。凹模内壁为竖直型。当金属板料被冲压时刚好可以达到零件要求尺寸，但是当退料顶杆将 U 型零件顶出凹模完成退料时 U 型零件两侧壁向外发生弹性变形，变形后零件既不符合设尺寸要求，还需人工手工校正。若要将凹模设计成带有负角度形状，则会出现零件卡死在凹模内无法退料的情况，则无法进行加工。

3 防反弹模具设计

3.1 模具组成

该本模具主要由上模座、下模座、斜楔导柱、凸模、凹模、定位块、滑块、间隔板、滑块固定销、滑动销、退料孔与弹簧等组成。其主要连接方式为上模座连接凸模与斜楔导柱，采用螺栓连接。下模座与定位块和凹模连接，并通过螺栓连接。定位块连接间隔板和滑块，滑块通过固定销固定在定位块上，被定位销压紧，滑动销连接定位块、间隔板与滑块，组成整个模具。

3.2 工作原理

此模具的上模座与压力机的滑动压头连接，通过压力机往复运动带动凸模运动。下模座固定在压力机平台上，压力机平台上配有物料顶出杆，物料顶出杆与模具下模座退料孔相互配合安装，从而始加工后零件能退出凹模。整套模具加工过程是当压力机向下移动凸模时，当凸模与零件接触时，凸模将零件压入凹模中。但是此时 U 型件只能被压缩成两平行侧壁，同时导柱向下运动时，斜楔导柱侧面会与滑块侧壁接触，由于滑块被固定销固定压紧，可以沿着滑动销滑动，两滑块同时被挤压向内滑动，滑块侧壁会将 U 型零件侧壁继续压缩，两侧壁被压缩成锐角，完成一次工作。随后压力机将带动凸模向上运动时，导柱也同时恢复，弹簧会带动滑动销将滑块恢复到起始位置，压力机往复工作滑块也同时完成往复工作。当滑块恢复到起始位置后，U 型零件两侧壁由于金属材料弹性变形特性可变形至两侧壁平行状态，达到零件设计尺寸要求。这不仅可以保证加工后U 形零件的尺寸要求，还可以消除人工手动校正过程，保证产品质量的稳定性。缩短加工时间，大大提高生产效率，降低加工成本，降低工人工作强度。

3.3 凸凹模尺寸设计（1）凸凹模间隙

由模具设计手册查得，对钢材查表 C=（1.05～1.15）t ，t 为材料厚度，C=1.1t=24.2mm

（2）凸模尺寸设计

考虑到在设计模具尺寸时工件弧度较大，弯曲成形后不仅弹复角非常大，而且圆角半径也有很大变化。在计算凸凹模具角度和凸凹模具圆角时，必须考虑回弹量［5］。弹复角的大小在这种工作条件下主要取决于材料本身的力学性能，因此凸模的圆角半径和弹复角度按下式［6］计算：

（3）凹模尺寸设计

由于U 型零件属于对称双向偏差，凹模计算公式为Rd=（R-0.5

其中：Rd 为凹模半径（mm）；R 为零件尺寸半径（mm）； 为凸凹模间隙与零件厚度差 （mm） 有上述可知：凸凹模间隙为 24.2mm，零件厚度为 22mm，带入公式计算可得凹模半径为90.9mm。

3.4 模具试制要求

此模具的设计原理是一次创新与模具的新发展，由于导柱与滑块是配合工作关系，同时还要与凸模运动相互协调，为了降低研发、设计与生产制造成本，作为一名工艺人员我首先应用三维制图软件建模，应用 CAE 仿真软件进行运动仿真，在仿真运动中获取导柱斜度与滑块的滑动运动关系，保证导柱、滑块与凸模运动相互协调 。

4 总结

根据零件图与零件加工尺寸要求，依据模具设计手册设计了模具的凸凹模间隙为 24.2mm；凸模半径为68.5mm；凹模半径为 90.9mm ，可满足技术要求。

此双向滑动挤压 U 型零件模具的结构从根本上解决了 U 型零件冲压后回弹的难题，也为其他同类零件的模具设计奠定了参考依据，也是模具设计的一个新发展和里程碑。

1.定位块 2.滑动销 3.间隔板 4.滑块 5.斜楔导柱 6.滑块固定销 7.凸模 8.上模座 9.退料孔 10.凹模11.下模座

［1］廖文俊，胡捷.增材制造技术的现状和产业前景［J］. 装备机械，2015（1）：1-7.［2］ 陈光明.高速铣削与模具制造［J］.机床与液压，2005（9）：6-8.［3］ 黄建民，杨军，薛卉.装备制造业中工业机器人的发展现状和趋势分析［J］.上海电气技术，2008，1（2）：54-56，62.［4］郝俊珂. 金属板料性能对级进模成形件质量的影响[D].天津理工大学，2016.［5］徐军，何代明，徐耀根．花键套冷挤压过程的工艺研究与分析［J］．装备维修技术，2010（2）：5 6-58 ［6］徐 生．汽车轮毂轴承套圈冷挤压数值模拟分析 研 究［J］．机械工程师，2011（5）：71－73．

作者简介：张洪超（1989-）男，黑龙江黑河人中级工程师，主要从事机械制造工艺研发工作。