摆块式弯曲模具摆块机构的图解法设计

陈传胜

（安徽职业技术学院，安徽 合肥 230011）

摆块式弯曲模具摆块机构的图解法设计

陈传胜

（安徽职业技术学院，安徽 合肥 230011）

冲压生产中经常会遇到圆环形弯曲件，这类零件如果采用多道工序加工，工艺过程复杂，零件的加工成本高。若采用带摆块凹模的一次弯曲成形模，可简化工艺过程，降低零件制造成本。文章介绍了圆环形弯曲件一次弯曲成形模具的摆块机构的图解法设计。

机械制造；图解法；设计；弯曲模

1 前言

弯曲是使毛坯材料变形成具有一定曲率半径和直边夹角的零件的冲压工序。卡环是工程中常见的零件（图1），材料10钢，厚度1mm，大批量生产。对于小圆形件（直径≤10mm）或大圆形件（直径≥40mm）都可以采用两次弯曲成形，但卡环属于中型零件，若采用两道工序进行加工，生产效率较低，不满足大批量生产的要求。为简化工艺过程，降低零件的制造成本，这里采用了摆块式圆形件弯曲模，可以一次弯曲成形。

为防止冲压过程中坯料左右两侧所受摩擦力不相等，而导致坯料偏移，在不影响制件使用的前提下，在坯料中间增设工艺定位孔（图2），由安装在悬臂凸模上的定位销定位坯料，避免冲压过程中坯料产生偏移，保证制件质量。

2 弯曲回弹计算

卡环由于相对弯曲半径较大，故加工回弹不能忽略。卡环弯曲半径R=14mm，料厚t=1mm，相对弯曲半径R/t=14mm，弯曲半径回弹严重，应采用补偿法消除。10钢屈服点σs=210MPa，弹性模量E=198000MPa，则弯曲模悬臂凸模半径用下式进行修正。

则可得悬臂凸模直径DT=2RT=26.8mm，弯曲回弹后工件内径要求D=28mm。卡环两突耳之间有6mm的间隙，内径实有周长为πD-6=81.9mm，悬臂凸模的横截面圆周长πDT=84.2mm，两周长之差为△=2.3mm。为使突耳成形，在悬臂凸模的正上方设置厚度为2.3mm的垫块，弯曲时由两摆块的上部与垫块相互作用完成突耳处的弯曲成形。

3 摆块机构的几何分析

摆块机构几何尺寸见图3所示。两摆块的转动中心分别为 M、N，弧 A1′B1′、A1B1分别表示摆块的初始位置与闭合位置。由图分析如下。

（1）表示摆块工作部位的曲线圆弧 A1′B1′、A1B1在冲压时以M点为圆心作定轴转动。

（2）O2点为MN中点，在两摆块无间隙运动的情况下，A1′点要经过O2才到达A1点，故A1与A2两点之间必然存在间隙，且MO2越大，间隙就越小。

（3）B1′与 B2′两点之间距离应稍大于工件的外径，以便于进行第一步的形件弯曲以及回程时工件能从中间通过。

摆块机构有两个主参数，一是两摆块转动中心之间的距离MN；二是摆块初始与闭合状态下之间的夹角α。MN值大，将使模具的结构尺寸增大，MN值小，会使得模具闭合时两摆块之间上、下部位的间隙B1B2与A1A2增大，影响零件成形质量，一般按照模具结构选择适宜的大小，取MN约等于4倍工件直径。α角的值应使得B1′B2′稍大于工件的外径，以方便悬臂凸模的回程。

4 摆块机构的图解法设计

在满足前述3个基本条件的前提下，可以用几何法设计该摆块机构，如图4所示。

（1）悬臂凸模直径为DT=26.8mm，加上板料厚度，则凹模直径为DA=28.8mm，半径为RA=14.4mm。

（2）作MN等于115mm，图4中只画出右半部分，故MO2=57.5mm，MN=115mm是按约等于工件直径4倍选取的，在MN中点O2为圆心作直径为28.8mm的圆。

（3）以M为圆心，MO2为半径作圆弧交圆O2于A1，点A1到中心线之间距离的2倍即为前述的模具闭合时，A1A2的间隙值。

（4）两摆块闭合的时候，板料在B1B2处应有2.3mm的间隙，取其一半再加上板料厚度1mm，就是B1点到中心线的距离，即2.15mm，向右作中心线的平行线，距离为2.15mm，交圆O2于B1点。

（5）工件经过冲压回弹后的外径为30mm，为使工件能从摆块中脱出，需要找到B1′点。在O2的右侧15mm处作垂直线，以M为圆心，MB1为半径作圆弧交垂直线于所要求的B1′点。

（6）以B1′为圆心，以14.4mm为半径作圆弧交圆弧MO2于O1点，以O1为圆心，过B1′点作圆弧交圆弧MO2于A1′，得到摆块的初始位置。

（7）连接O1M，测量∠O1MO2即为α角。

经过上述的作图步骤得出摆块的几何参数有：MN=115mm、A1A2=4mm、B1B2=4.3mm、α=27.48°、B1′B2′=30mm。以上这些参数可以作为弯曲模具零部件设计的依据。

5 弯曲模具结构设计

通过以上的机构设计，最终设计的弯曲模如图5所示，悬臂凸模上部装有厚度为2.3mm的垫块。

凹模摆块所受到的力是由凸模传递的，随着悬臂凸模下压，凹模摆块向下摆动的过程中所受的横向力逐渐增加，到达闭合位置的时候，摆块所受的横向力达到最大。此时，凸模中心线与摆块轴线位于同一水平面上。摆块所受的横向力的大小取决于坯料与悬臂凸模及摆块之间是存在间隙还是过盈量。如果存在间隙，横向力等于工件的弯曲力；若过盈，则横向力会急剧增加，过盈量较小的时候对工件产生校正力，过盈量大会损坏模具。因为本模具采用减小凸模直径的方法消除回弹，故允许有间隙，但间隙值不能大，应取≤0.1mm。两摆块后侧设计成圆弧形，主要是为防止摆块在摆动时与其他零件发生干涉。

6 总结

摆块式弯曲模具的摆块机构图解法设计，简化了模具的设计过程，给同类型制件的弯曲模具的设计提供了简洁而有效的设计方法。

[1] 钟毓斌.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 吴诗淳,何声健.冲压工艺学[M].西安：西北工业大学出版社，1987.

Graphic method design of rocking block mechanism for bending die

CHEN Chuansheng
（Anhui Vocational and Technical College,Hefei 230011,Anhui China）

The graphic method design of the rocking block during one－step bending process for round bending parts has been introduced in the text.

Rocking block；Bending；Die；Graphic method

TG385.2

B

1672－0121(2011)06－0099－02

2011-08-12

陈传胜（1969-），男，副教授，从事模具及塑性成形理论研究