具有延时功能的成形类模具结构设计

文/潘园·东风（武汉）实业有限公司

具有延时功能的成形类模具结构设计

文/潘园·东风（武汉）实业有限公司

潘园，工程师，主要从事冲压工艺、冲压模具及技术管理工作。

在成形类模具中，如果制件成形呈“Z”字形，一般模具设计采取上下模双活的结构。即下模一个翻边凹模，一个顶出器，上模一个翻边凸模，一个压料芯。下模的顶出器和上模的压料芯均有一个活动行程。行程的高度取决于制件的成形高度。采取这种成形结构可以让制件完全压料，充分成形。制件成形之后可以获得良好的成形效果。但是采取这种成形结构有一个弊端就是：当成形结束后，上模的翻边凸模离开制件而压料板还在压料的时候，下模的顶出器已经开始运动，成形过程如图1所示。

当成形结束后翻边凸模退回时，上模的压料板还在压紧制件，所以下模的顶出器会将制件顶变形，导致制件尺寸不良，影响生产。如何解决翻边制件变形的问题成为当务之急。本文介绍一套具有延时功能的成形类模具结构，该结构独特、简单，操作方便，在生产中取得了很好的效果。

图1 零件成形过程

制件介绍

该零件(图2)是汽车底盘上安装的下底板横梁支架，材料为DC04，厚度为1.0mm,同时该零件为多个车型共用件，生产规模为年产15万件。

图2 下底板横梁支架制件图

工艺分析

此零件是弯曲成形件，冲压工艺有两种方案：

⑴冲压工序按照拉延→修边冲孔→翻边整形→冲孔侧冲孔，工序图如图3所示。

图3 冲压工艺方案一

⑵冲压工序按照成形→修边冲孔→翻边整形→冲孔侧冲孔，工序图如图4所示。

方案一和方案二的区别在于，方案一采用拉延成形，方案二采用的是翻边成形。拉延成形可以让板料充分成形，成形效果较好，但是拉伸完后废料较多，零件材料利用率不高。以下底板横梁支架为例，方案一的毛坯板料大小为965mm×500mm，材料利用率为69.3%。方案二的毛坯板料大小为854mm×463mm，材料利用率为89.5%。两者的材料利用率相差20.2%。按照方案二采取翻边成形可以有效控制零件拐角处的起皱问题，同时产生的废料较少，材料利用率高。综合考量我们选择方案二做为最终冲压工艺。

图4 冲压工艺方案二

模具结构

当零件成形采取翻边成形时，如图5所示，零件成形呈典型的“Z”字形。如何解决零件成形被顶变形的问题呢，下面我们介绍一种模内放置的延迟机构，可有效解决此类问题。

根据模具装配图（图6），模具上下模分别由上模座、翻边凸模、压料芯、翻边凹模、顶出器、延迟机构、下模座等组成。翻边凸模固定在上模座上面，翻边凸模的另一侧是压料芯，压料芯的行程由第一气缸控制。氮气缸1通过缸体安装板固定在上模座上面。上模滑块的行程由氮气缸来控制，它的运动行程跟压料芯的运动行程保持一致。下模由翻边凹模和顶出器组成。顶出器延迟机构就安装在顶出器本体上面，顶出器的活动行程由氮气缸2来控制，行程大小根据制件翻边成形高度来确定。延迟块、旋转轴、弹簧2和复位顶杆均安装在下模顶出器上面。顶杆跟弹簧1安装在下模座上面，同时顶杆通过顶出器上面的过孔与延迟块接触。

图5 零件成形图

图6 模具装配图

当模具处于开模状态时，如图7a所示：上模的压料芯跟上模滑块处于打开非受力状态。下模的顶出器也一样处于打开非受力状态。复位顶杆在弹簧2的作用下推动延迟块绕旋转轴旋转至图7a所示位置。

当上下模逐渐闭合时，顶出器在向下运动的过程中，延迟块逐渐受到来自顶杆下面的弹簧压力，因弹簧1压缩产生的力大于弹簧2产生的力，延迟块在顶杆的作用下绕轴旋转至图7b所示位置。最终下模顶出器、上模压料芯及上模滑块走完全部行程，模具完全闭合。安装在上模滑块上面的接触块与延迟块完全接触，成形过程结束。

图7 模具工作状态

零件成形结束后，上下模逐渐打开。翻边凸模离开制件向上运动，这时候上模接触块在氮气缸1的作用下继续压住延迟块阻止顶出器向上运动，达到延迟的目的。当氮气缸1完全回程时，作用于压料芯上面的氮气缸也同时完成回程。压料芯离开翻边凹模，接触块也同时离开延迟块，顶出器解除压力开始向上运动。制件在顶出器的作用下完成脱料，取出制件，整个过程结束。

结束语

通过在模具中使用这种延迟机构，防止翻边凸模开模后，顶出器先于压料芯向上运动将零件顶变形，保证了零件成形效果，提高了生产效率和产品合格率，而且解决了压料芯受力不均衡导致模具局部受压偏载的问题。该模具已经连续使用了两年，实际生产了30多万件，取得了良好的效果。