管材螺旋槽成形模具设计.pdf

第!卷 第#期$%&!()%#(!#$%&$()*+,%&$)-./&0$1*+年 月,-./*+管材螺旋槽成形模具设计王(劲#!，李付国，王(伟#，张明洪#（#西安理工大学 机械与精密仪器工程学院，陕西 西安(+#*01；西北工业大学 材料科学与工程学院，陕西 西安(+#*+）摘要：采用冲压模具实现了管材螺旋槽成形。根据曲轴毛坯的特殊形状和成形工艺，在其螺旋槽成形模具设计中，使用浮动定位机构实现了曲轴毛坯在模具中的定位，依靠斜楔斜滑块机构完成螺旋槽成形，采用汽缸辅助斜楔斜滑块机构实现了成形凹模在模具中的定位与复位，并给出了螺旋槽工作尺寸的计算。该模具在生产中取得了良好的效果。关键词：管材成形；螺旋槽；斜楔斜滑块机构；模具设计；冲压中图分类号：!#$%&文献标识码：&文章编号：()*#+,)（-)$）)(*).(*),/01 213045 67 7689054:0:1 3:08;?05#，AB CD*4D6，?10#，EF?G054*H654#（#23-,456&78%9:-534;?-5%;A;7?6B-;7 C;D;-?;D，EF4;G;H-?78%9 2-53;%&%D8，EF4;I34;J(+#*01，K3;4；K%&-D-%9:47-?4&I5-;5-4;=C;D;-?%&87-53;54&G;H-?78，EF4;I34;J(+#*+，K3;4）I3J8;KJ：23-M?4&D?%H-%9 MM-9%?B-=.8 M?-=-,%?73-M-54&34M-4;=M?%=657%;M?%5-%9 73-5?4;N34973-&，7 =9956&7 7%=-D;73-=-G;D 73-9&%47 M%7%;D B-534;B，73-5?4;N3497 3-&54;.-9J-=L-&;73-=-G;D;5&;-=L-=D-4;=;5&;-=&=-.&%5N B-534;B，73-M?4&D?%H-%9 MM-9%?B-=/G;D 58&;=-?4=-=;5&;-=L-=D-4;=;5&;-=&=-.&%5N B-534;B，73-9%?B;D 9-B4&-=-54;.-9J-=4;=?-M%7%;-=L-&;73-=-23-9%?B;D=B-;%;4?-DH-;L1MN6823：MM-9%?B;D；M?4&D?%H-；;5&;-=L-=D-4;=;5&;-=&=-.&%5N B-534;B；=-=-D;!男，!1 岁，讲师收稿日期：*OP*P#(引言曲轴是压缩机中的关键零件，由于曲轴形状比较复杂，在生产中通常采用铸造或冲压两种制造工艺方法。某企业年产压缩机数#*台，需要大量的曲轴毛坯，由于冲压工艺方法材料消耗少、成本低、零件一致性高、力学性能较铸造优良，所以采用冲压工艺要优于铸造工艺。曲轴毛坯形状复杂，采用管材冲压连续模具生产，使用一台 *N)和一台 Q*N)大台面冲床相串联，连续模具共有#O个工位，利用机械手实现自动送料。曲轴外壁压制螺旋槽模具是该连续模具的第 R 工位，加工螺旋槽，特别对于厚壁管很少有采用冲压工艺方法，该管材螺旋槽成形模具的设计具有一定的代表性。曲轴毛坯压制螺旋槽的模型如图#所示，其成形尺寸如图 所示，螺旋槽加工多采用机械加工的方法，但是使用机加工会使管壁变薄，所以应该采用冲压工艺方法，显然螺旋槽冲压模具设计存在一定难度。由于曲轴毛坯采用冲压连续模具的生产工艺及本工位曲轴毛坯形状和成形工艺的特殊性，该管材螺旋槽成形模具设计需考虑采用机械手放置毛坯，毛坯的定位不易保证；成形凹模需要插入管内深度达#0*BB，成形凹模抽芯时需要沿螺旋槽转动，才能抽出；成形凹模的定位与复位比较困难等问题。图#(曲轴毛坯模型,D#(:%=-&%9 73-5?4;N3497 3-&图(曲轴毛坯图,D(K?4;N3497 3-&(模具工作过程针对以上问题设计了如图!所示的管材螺旋槽成形模具，图0 所示为其抽芯部件，图 Q 所示为其浮动定位部件。其工作过程为：机械手夹持曲轴毛坯放置于模具内，抽芯部件（见图!）首先工作，汽缸（图!件）推动联接板（图!件!），带动斜滑块（图!件#）向右运动，将成形凹模（图!件$）插入曲轴毛坯中，在插入过程中卡在成形凹模凹槽中的导向螺钉（图!件!）迫使成形凹模在移动的同时转动一定角度。接着冲床滑块带动上模下行，浮动定位部件（图%）开始工作，推板（图%件&）的斜面推动顶板（图%件#）向左移动，推动曲轴毛坯右端面向左移动，迫使曲轴毛坯的左端面顶在抽芯部件（图!）的衬套（图!件&）的右端，实现曲轴毛坯在模具中的定位。上模继续下行，上模块（图 件($）压紧曲轴毛坯，抽芯部件（图!）的斜楔（图!件)）导入斜滑块（图!件#）中，实现成形凹模在模具中的定位。上斜楔（图 件(）向下运动，使与滑板（图 件(）固定联接的凸模（图 件(&）沿导套（图 件(#）方向从斜后方向曲轴毛坯运动，与成形凹模完成螺旋槽成形工作。冲床滑块带动上模上行，浮动定位部件（图%）的推板（图%件&）离开顶板（图%件#），分别依靠弹簧（图%件$）和弹簧（图%件!）复位。上斜楔（图 件(）带动滑板（图 件(）和凸模（图 件(&）复位。抽芯部件（图!）开始工作，斜楔（图!件)）向左推动斜滑块（图!件#），斜滑块向左移动的同时成形凹模（图!件$）因导向螺钉（图!件!）的作用而发生转动，斜滑块由汽缸完成复位。冲床下的气垫通过顶杆（图 件!）将下模块（图 件)）顶起，使曲轴毛坯达到一定高度，由机械手夹住曲轴毛坯送入下一工位。图*管材螺旋槽成形模具+,-.*/,01 20,345-36671 8639,:-;,1.辅助板*(.下模板*.压块*!.导套*%.导柱*#.套筒*&.导柱座*$.上模板*.螺钉*).止动螺钉*.螺母*(.挡块.弹簧*!.弹簧座*%.弹簧心柱*#.卸料板*&.斜楔座*$.键*.润滑油嘴*().垫板*(.上斜楔*(.导板*(.滑板(!.固定板*(%.侧滑板*(#.导套*(&.凸模*($.上模块*(.前导块*).下模块*.送料板*(.导套*.弹簧*!.顶杆%.后导块*#.键*&.抽芯部件*$.销钉*631*6906:1:?.汽缸*(.螺母*.固定板*!.联接板*%.行程开关#.斜滑块*&.垫板*$.导向板*.滑板*).斜楔.键*(.推力轴承*.轴承座*!.导向螺钉%.螺母*#.紧定螺钉*&.衬套*$.成形凹模.固定板*().键*(.螺钉*(.螺栓*曲轴毛坯的定位由于曲轴毛坯的形状复杂，成形工位多，尺寸精度不高，同时使用机械手在工位间传送工件，使用普通定位装置难以保证曲轴毛坯在模具中的定位。因为曲轴毛坯是一个偏心的形状，所以利用 形槽可以实现在垂直方向的定位。本模具使用了如图%所示的浮动定位部件实现了曲轴毛坯在水平方向的定位，推板（图%件&）的)A斜面推动顶板（图%件#）迫使曲轴毛坯向左移动顶紧抽芯部件（图!）的衬套（图!件&），保证曲轴毛坯的准确定位。通过调整弹簧（图%件$）和弹簧（图%件!）的刚度和预压量可以调整顶件力的大小。推板和顶板($锻*压*技*术*第(卷图!浮动定位部件#$%&!#()*+(,$*$(-$-%.(/+(-0-*1&挡块 2&上固定架 3&下固定架 4&弹簧!&垫板 5&顶板 6&推板 7&弹簧依靠弹簧（图!件 7）和弹簧（图!件 4）完成复位。4 凸模与成形凹模的定位与复位从图 3 所示的模具总图中可以看出，成形凹模需要沿水平方向运动，而凸模需要沿与垂直面成389的倾斜方向运动，它们都与冲床滑块的垂直运动方向不一致，因此需要使用侧向力机构。斜楔斜滑块机构是在模具中经常使用的一种侧向力机构。参考文献 6 对斜楔斜滑块机构作了较多的讨论。如图 3 所示，凸模（图 3 件 26）使用了斜楔斜滑块机构，图 5 所示为上斜楔（图 3 件 21），图 6所示为滑板（图 3 件 23）。凸模通过固定板（图 3件 24）与滑板固定联接在一起，通过上斜楔和滑板的作用实现凸模的工作与复位。图 5 上斜楔#$%&5:+0;$-.$-0=0$-%+)*0汽缸的行程由行程开关控制，在图 4 中汽缸件1 与联接板件 4 相联接，斜滑块件 5 固定在连接板件 4 上，成形凹模件 17 通过推力轴承件 12 安装在轴承座件 13 中并与斜滑块件 5 固定联接在一起，为减缓成形凹模插入曲轴毛坯时引起的冲击，设置了缓冲装置。使用汽缸的目的是实现大行程，汽缸的工作力选取的较小，由于成形凹模插入曲轴毛坯的最后阶段可能有较大的阻力，所以汽缸只能实现成形凹模的粗定位，精确定位依靠斜楔件18 的垂直面接触斜滑块件 5 右侧的垂直面。由于螺旋槽成形后曲轴毛坯管壁内侧会嵌入成形凹模的凹槽内，这时所需的抽芯力将会较大，单靠汽缸可能无法将成形凹模从曲轴毛坯中抽出，因此斜楔和斜滑块上设计有两对1!9斜面在起作用，一个用于推动成形凹模插入曲轴毛坯，另一个用于克服从曲轴毛坯中抽出成形凹模所需的初始阻力，成形凹模随后的复位依靠汽缸完成。成形凹模所需的汽缸工作力（!）为：!#$%$&$!（1）式中#系数，可取 8&2%压痕的长度（/）&材料厚度（/）!材料的强度极限（?/2）!螺旋槽成形工作尺寸计算螺旋槽的成形工作尺寸指成形凹模和凸模的设计，关键是螺旋槽的尺寸计算，由图 2 将螺旋槽展开可得到如图 7 所示螺旋槽展开图，图中尺寸可按下列公式计算：%$(2（2）)$($58358（3）*);.*)-)7（4）（下转第 A5 页）37第 1 期王 劲等：管材螺旋槽成形模具设计 图!滑块导轨装配示意图#$%&!()*+,-./0$1)%$22$3%4/)5206图 7 滑块导轨结构示意图#$%&7()*+,-./0$1)%$22$3%/*89+*98)（:）第一次配刨配楔块底面，达到导轨能够在可调整范围内正常调整。根据实测数据，计算每件楔块的加工量。（;）第二次配刨配导轨与立柱导轨板的角度误差：将导轨、楔块全部安装到位，滑块用液压千斤顶顶起。调整 流量不足，将通径改为:，储气罐容量不足，改为大容量储气罐，位置从地坑内改到平台上。改造后重新试车，制动器缸松开和刹车动作灵活，能够满足使用要求。（;）调整精度时应注意兼顾大螺杆和导键各处的间隙。导键间隙应适当放大。结论通过以上工艺攻关及改进，产品达到性能要求，顺利出厂，交付用户使用。（参考文献略）（上接第?页）!?#7A7A（!）式中$管展开宽度（55）%曲轴毛坯内经（55）&螺旋槽展开宽度（55）螺旋升角（B）!螺旋节距（55）图?螺旋槽展开图#$%&?C$840%8-D)1)D)0-C)1.-85按照以上的分析和计算，设计了如图 E 所示的成形凹模。图 E 成形凹模#$%&E#-85$3%.)540)1$)7 结语利用冲压模具实现了管材螺旋槽的成形，保证了曲轴毛坯的力学性能。针对曲轴毛坯的形状特点，采用汽缸辅助斜楔斜滑块机构解决了成形凹模的定位和复位，给出了螺旋槽成形工作尺寸的计算方法。该模具在生产中取得了良好的效果，对同类模具有一定的借鉴意义。参考文献：:冲模设计手册编写组&冲模设计手册F&北京：机械工业出版社，:E?&;王孝培&冲压手册F&北京：机械工业出版社，:EEA&樊荣珍，杨裕国，李良福&薄壁管螺旋槽的旋压工艺研究G&金属成形工艺，:EEE，（:）：;A;，!&冯宪民，朱培英，樊立奎&薄壁黄铜天线套管成型的试验研究G&辽宁工学院学报，:EEH，（:）：:?:E，7:&!冯炳尧，韩泰荣&模具设计制造简明手册F&上海：上海科学技术出版社，:EE?&7 G-/)C,I)*04(&I929048.-85$3%C8-+)/431 4CC0$+4*$-3G&JKI)+,3$+40 L4C)8)8$)/，3 EAAA:，:EEA&H 王劲，赵宏伟，李付国，等&一种异形管坯冲孔模具的定位机构设计G&锻压技术，;AA!，（:）：H:H&7E锻压技术 第;卷管材螺旋槽成形模具设计管材螺旋槽成形模具设计作者：王劲，李付国，王伟，张明洪，WANG Jin，LI Fu-guo，WANG Wei，ZHANG Ming-hong作者单位：王劲,王伟,张明洪,WANG Jin,WANG Wei,ZHANG Ming-hong(西安理工大学,机械与精密仪器工程学院,陕西,西安,710048)，李付国,LI Fu-guo(西北工业大学,材料科学与工程学院,陕西,西安,710072)刊名：锻压技术英文刊名：FORGING&STAMPING TECHNOLOGY年，卷(期)：2007，32(1)被引用次数：2次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.冲模设计手册编写组 冲模设计手册 19882.王孝培 冲压手册 19903.樊荣珍.杨裕国.李良福 薄壁管螺旋槽的旋压工艺研究 1999(01)4.冯宪民.朱培英.樊立奎 薄壁黄铜天线套管成型的试验研究 1997(01)5.冯炳尧.韩泰荣 模具设计制造简明手册 19986.Joseph Tetlak Tubular forming process and application 19907.王劲.赵宏伟.李付国 一种异形管坯冲孔模具的定位机构设计期刊论文-锻压技术 2005(01)引证文献(2条)引证文献(2条)1.杨海荣 管子波纹凸肩胀口成形模设计期刊论文-锻压技术 2008(6)2.赵琳瑜.韩冬.张立武.李增辉.王北平.杨延涛.龚军善 旋压成形技术和设备的典型应用与发展期刊论文-锻压技术2007(6)本文链接：http:/