滚焊机调压轮H62黄铜极片13工步级进模设计.pdf

模具制造 2023年第9期滚焊机调压轮H62黄铜极片13工步级进模设计*刘红燕1，肖国华2，王东钢2，汪哲能1，贺玉强3（1.湖南财经工业职业技术学院机电工程系，湖南衡阳421002；2.浙江工商职业技术学院，浙江宁波315000；3.衡阳华菱连轧管有限公司，湖南衡阳421001）【摘要】针对滚焊机调压轮H62黄铜极片批量生产的要求，设计了一副13工步连续级进模用于该制件的成形生产。采用简单工序集中和复杂工序分散成形的办法，将制件的冲压成形的工步优化为13个工步，分别为：定位孔+切边成形冲孔成形切定位槽成形切筋条切筋条切边切连接筋一次翻边切边+折弯切边+180折弯180折弯切断制件落料。模具中，针对折弯A特征的成形实用先折弯后翻边的办法成形，针对贴紧的180折弯成形，分散为4个工位进行成形；针对带一定间距的180折弯E的成形，分散为2个工位进行折弯成形，先通过凸模将板料筋条进行圆弧预弯，然后再使用2个滑块进行挤压弯曲成形。模具成形工艺设计合理，模具结构简单实用，较好地实现了制件的自动化生产。关键词：滚焊机；黄铜极片；级进模具；工艺设计；成形中图分类号：TG385.2文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.003Designof13-StepProgressiveDieforH62 BrassElectrodePlateofPressureRegulatingWheelofWeldingMachineLiu Hongyan1,Xiao Guohua2,Wang Donggang2,Wang Zheneng1,He Yuqiang2（1.Hunan Financial Industrial Vocational-technical College，Hengyang,Hunan 421002，CHN；2.Zhejiang Business and Technology Institute,Ningbo,Zhejiang 315000,CHN；3.Hengyang Hualing Continuous Rolling Pipe Co.,Ltd.,Hengyang,Hunan 421001,CHN）【Abstract】A pair of 13-step continuous progressive die was designed to meet the requirements ofbatch production of H62 brass electrode plate of pressure-regulating wheel of welding machine.By using the method of concentrating the simple process and dispersing the complex process,thestamping process of the part is optimized to 13 steps,they are：locating hole+trimmingpiercingtrimming locatinggroovetrimmingtrimmingtrimmingtrimming flanging trimming+bending trimming+bending-180 bending-180 cuttingblanking.In the die,the method of bending first and flanging later is used for theforming of bending a feature,and the forming is divided into 4 positions for the bending of 180close together For the forming of 180 bending e with a certain distance,the bending process isdivided into two work stations,and the plate ribs are pre-bent by the punch,and then the extrusionbending process is carried out by using two sliders.Die forming process design is reasonable,diestructureissimpleandpractical,bettertoachievetheautomaticproductionofparts.Key words:rolling welder;brass electrode;progressive die;process design;forming冲 模 技 术*基金项目：2021年度湖南省自然科学基金项目（2021JJ50079）“不锈钢薄板卷圆高速滚焊工艺与成型设备设计研究”；浙江工商职业技术学院校级课题（KYND202207），高速钢桶焊缝机加工关键技术改进与优化。8模具制造 2023年第9期1引言连续级进模是解决复杂结构钣金成形件的一种重要方式之一。级进模具设计中，成形工艺设计是影响模具结构复杂性与否的关键所在，不同的工艺路径决定着不同的模具结构15。回弹变形是影响冲压件成形尺寸精度的一个重要因素，特别是对于一些弹性较大的金属板料制件的成形，需要从工艺初始设计时，应尽力减小或避免工艺排序因素而带来的回弹变形，尽可能较小回弹成形误差610。制件回弹产生的基本原因有以下方面的原因：制件成形金属板料的塑件屈弹比值s/E，比值越大材料的回弹越大；弯曲角度；弯曲方式；模具间隙；模具结构几何因素；制件形状及张力。制件成形过程中，减小回弹变形的措施一般从3个方面着手：一是改变制件弯曲部位的结构；二是优化制件级进冲压成形工艺路径；三是从模具结构上采取措施改善回弹变形量1115。滚焊机调压轮上的极片因使用电流较大且数量较多的使用要求，需使用1mm厚H62黄铜薄板对其进行成形，由于该制件上有多处折弯成形且有多处打孔要求，该制件的成形难以使用一般复合模具进行成形，因而，本文为之设计了一种13工步级进模具用于该制件的成形，模具中料带成形工艺工步的排序设计、折弯成形机构的设计、模具的整体结构设计等有较好的级进模结构设计参考价值，以下是该模具的具体结构设计。2调压轮H62黄铜极片调压轮H62黄铜极片是一个导电零件，其形状及尺寸如图1、图2所示。制件的基板为1mm厚的H62黄铜薄板，在基板的基础上设计了以下特征：基板上的4个孔k1、k2、k1、k2，折弯脚上的4个孔k3、k3、k4、k4，8 个孔的直径都为1.5mm；6 个折弯脚，分别为折弯A、折弯A、折弯B、折弯B、折弯C、折弯C；2个180折弯特征，分别为折弯D、折弯E；基板上还设置有一个斜向的腰型孔。上述各特征的具体尺寸如图2所示。制件生产总数量为2030万件，精度IT8IT9级。图2制件尺寸图3成形工艺方案调压轮H62黄铜极片制件的成形有多种方案可以实施，可以采用多工序单冲模方式，也可以采用多工步复合冲压模的形式，但采用常用型冲裁模成形需要设计多付复合成形模具，显然不符合制件生产经济性要求，较好的办法是使用多工位级进模进行连续冲裁成形1620。3.1工艺难点制件采用连续模进行冲裁成形的工艺难点有以下几处：（1）基板上的4个孔与折弯脚上的孔虽然都是同类型1.5mm孔，但显然折弯脚上的孔成形要比基板上的难，需要结合折弯脚的结构特点后再实施成形。（2）折弯A折弯C 6个折弯脚中，折弯A、折弯A的折弯方向与其余4个不同，且为垂直状态，折弯成形件的设置在空间上相互钳制，需要合理地处理这6个折弯脚的工艺顺序。6个折弯还需考虑折弯后的回弹变形，使其应满足制件的成形精度要求。（3）折弯D为180折弯，且折弯后折弯面与基体面之间还有2.5mm的距离，在折弯A折弯C 6个折（a）（b）图1调压轮H62黄铜极片a制件正面三维图b制件背面三维图折弯Ek4折弯Ck2k3V形槽折弯B基板折弯Ak1折弯Dk1折弯A腰型孔k3折弯Bk2折弯Ck44525.418.012.741.541.51.5ABC4.81.92.046.92.5R2.31.0D-D2.7451.5B-B3.837.64.86.41.5454.025.4ABC4.8458.61.54.81.51.52.38.612.71.519.03.76.94.810.5C-C1.5A-A冲 模 技 术9模具制造 2023年第9期F0料带P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12P13图3工序排位设计P1P13工位编号F0进料方向弯特征的空间位置的影响下，该折弯特征成形比较困难，需要设计特殊的折弯成形机构1012。（4）折弯E也为180折弯，该特征的成形难点主要在于折弯回弹，导致折弯面折弯后无法完全贴紧基体面。3.2成形工艺及级进工步设计结合制件的结构特点，拟分13个工步来对制件进行连续级进成形，成形工步按图3所示工步进行布置。13个工步为：P1工位用于冲孔冲出基板上的4个孔k1、k2、k1、k2 及腰型孔；及料带按F0向行进的定位侧距；腰型孔两端的半圆弧作为定距孔；P2工位用于成形折弯脚上的4个孔k3、k3、k4、k4；P3工位用于成形折弯B与折弯C、折弯B 与折弯C 之间的缺口；连接筋的第一步成形；P4用于成形后续工位的连接筋；P5工位为空工位；P6工位用于切除折弯C、切除折弯C 未折弯之前的两侧余料；折弯B与折弯C、折弯B 与折弯C 外侧边角；P7工位用于折弯D的第一步冲断成形；P8工位用于折弯B与折弯C、折弯B 与折弯C、折弯E的折弯E的第一次竖直折弯；P9工位用于折弯B与折弯C、折弯B 与折弯C的第二次折弯；折弯A和折弯A 的第一次竖直折弯；折弯E的第二次斜面折弯；P10工位用于折弯D第一次圆弧折弯；P11工位用于折弯B与折弯C、折弯B 与折弯C 的第三次回弹精修折弯；折弯A和折弯A的翻边折弯；折弯E的第三次压扁折弯；折弯D的第二次180翻边折弯；P12工位用于将成形制件与料带之间的连接筋截断冲裁；P13工位用于将成形制件输送至物流箱。料带前进方向按F0向前进，送料使用齿轮送料机进行送料，该齿轮送料机构适用于高速冲压生产变压器矽钢片如马达定子、转子、EI片等的送料。3.3工位成形零件设计针对图3中工位的成形需要，所对应设计的成形件布置如图4所示。在P1工位中，依据料带定距的需要，设置了凸模1、2及配套的凹模1、2 用于料带侧边定距边的冲裁成形；针对4个孔k1、k2、k1、k2 及腰型孔的成形，设置了4个圆孔凸模4和1个腰型孔凸模3进行成形。在P2工位中，设置了2个精修凸模5用于腰型孔两端半圆特征的精修成形；设置了4个凸模6及凹模6 用于折弯脚上的4个孔k3、k3、k4、k4 的成形。在P3工位中，凸模7、8及对应的凹模7、8 用于切除余料，2个凸模9用于料带连接筋的第一步成形。图4成形件设计128，3032.凸模1 32，21”.凹模29、30.滑块F0料带前进方向14677910512165171920222324 25 2729 3132322826302321”212119181816151511118865322料带1F0冲 模 技 术10模具制造 2023年第9期在P4工位中，凸模10、11及凹模11 用于料带连接筋的第二步成形。P5工位为空工位。在P6工位中，设置凸模12、15及凹模15 用于该工位的成形，凸模12、15用于冲裁制件两侧的边角余料。在P7工位中，设置凸模16及凹模16 用于该工位的成形，凸模16是冲裁凸模。在P8工位中，设置凸模17、18、19及凹模18、19 用于该工位的成形，凸模17、18为折弯凸模,用于折弯B与折弯C、折弯B 与折弯C 的第一次折弯,凸模19用于折弯E的第一次竖直折弯。在P9工位中，凸模20、21、22和凹模21、21”用于该工位的成形；凸模20、21用于折弯B与折弯C、折弯B 与折弯C 的第二次折弯，折弯A和折弯A 的第一次折弯；凸模22用于折弯E的第二次斜面折弯。在P10工位中，凸模23用于该工位的成形，凸模23用于折弯D的第一次折弯成形。在P11工位中，凸模24、25、26、27、28和滑块29、30用于该工位的成形；凸模24用于折弯E的第三次压扁成形凸模25、26分别用于折弯B和折弯C、折弯B 和折弯C 精整成形，以及折弯A和折弯A 的翻边成形；滑块29、30用于折弯D的反挤压弯曲成形。在P12工位中，凸模31、32和凹模32 用于该工位的成形，凸模31、32用于截断P13工位上的成形制品与料带之间的连接筋位。在P13工位中，只需设计接料槽即可。4模具结构设计4.1整体结构模具整体三维结构设计如5a所示。模具中，具体内部结构安装如图5b所示，图4中所示的凸模128，3032等安装在垫板35上，并压板36等压紧安装，而后整体再与上模座板34、上垫板33用螺丝和定位销组合在一起，压料板37内镶装镶件半39后一起构成组合压料板，该组合板由弹簧49通过推杆50推动。凹模1 32，21”，滑块29、30等安装在凹模板40内，凹模板40与垫板41、下模座板42用销子定位和螺丝紧固组合在一起，构成模具的下模。导柱机构51用于压料板37、压板36、凹模板40之间的准确复位闭合，辅助增强外导柱44与外导套43的导向作用。等高柱45、46用于控制模具的闭合高度，防止过冲损坏成形件。导料槽38用于料带的进料导向。弹料销47用于料带冲压后从凹模板40上弹起。4.2局部工位结构对于折弯E的成形，分4步进行，如图6所示，先使用凸模16进行连接筋位的截断，然后使用凸模19进行90的折弯，然后再由凸模22进行斜面压弯，最后通过凸模24进行挤压压扁成形。对于折弯D的成形，如图6中所示，先使用凸模23进行一定圆弧弧度的压弯，然后，随着料带的前进，该圆弧压弯进入滑块29的圆弧槽内，在模具闭合时，凸模27按F1向下压，挤动滑块29按F2向移动，由于滑块30上端弯钩的抵挡，圆弧压弯继续被挤弯成形获得折弯D，直至获得制件的成形尺寸；成形后，弹簧53将滑块30按F1的反向F1 向顶出，随着料带的继续前行，折弯D从滑块30的头部中脱出。（a）（b）图5模具整体结构a模具结构三维视图b模具结构左视剖面图128，3032.凸模 1 32，21”.凹模 29、30.滑块 33、35、41.垫板 34.上模座板 36.压板 37.压料板 38.导料槽 39.镶件板40.凹模板 42.下模座板 43.外导套 44.外导柱 45、46.等高柱 47.弹料销 48、49.弹簧 50.推杆 51.导柱机构 PL-开模面3334353637料带383940414244 434546424847料带4037363534333 15 6 791012 16 17 192022 2330 29274 495051524 25 31冲 模 技 术11模具制造 2023年第9期5结论针对滚焊机调压轮H62黄铜极片的大批量生产设计了一副13工位连续成形级进模。采用同特征集中冲裁和复杂特征分散多次连续成形的办法，解决了制件上9个孔特征和6个折弯特征的成形，制件的成形精度达到IT8-IT9的成形精度要求。针对折弯A特征采用冲裁+折弯+翻边的办法获得成形，针对折弯D的成形，设计了一种翻边+滑块挤压式成形方法获得了该特征的180折弯成形。针对折弯E特征使用冲裁+折弯+挤压压扁的成形方法获得折弯 E 特征的180折弯成形。模具工艺步骤布置合理，工位成形结构选用简单实用，使制件的成品率达到99.5%，对类似的模具结构设计具有一定的参考价值。参考文献1Li X Q,Han K,Xu P,et al.Experimental and theoreticalanalysis of the thickness distribution in multistage two pointincremental sheet formingJ.The International Journal ofAdvancedManufacturingTechnology,2020,107(12)：1912032Xu D K,Lu B,Cao T T,et al.Enhancement of processcapabilities in electrically assisted double sided incrementalformingJ.Materials&Design,2016，（92）：2682803王新华.冲模设计与制造实用计算手册M.北京:机械工业出版社,2011.4郭斌，郎利辉.锻压手册（第2卷 冲压）M.北京:机械工业出版社，2021.5杨武.应用数字化技术设计冲压模具J.中国高新科技,2023，（08）：1361386Lingam R,Prakash O,Belk J H,et al.Automatic featurerecognition and tool path strategies for enhancing accuracyin double sided incremental formingJ.International JournalofAdvancedManufacturingTechnology,2017,88(5):163916557田卓华，李景德，廖昌林等.实现冲压自动线模具废料零堵塞的精益设计研究(上)J.锻造与冲压，2023，（06）：25288Moser N,Zhang Z X,Ren H Q,et al.Effective formingstrategy for double sided incremental forming consideringin plane curvature and tool directionJ.CIRP AnnalsManufacturing Technology，2016，65（1）：2652689蒋磊，龚剑，王龙等.翼子板试制冲压工艺与模具设计J.锻压技术，2020，45（2）：738010艾树良，袁立峰.冲压SE在汽车开发中的应用J.模具工业，2018，44（10）：384311张欢.面向工艺特征的铝合金钣金件渐进成形技术与变形特性分析D.上海：上海交通大学,2019.12Lamminen L.Incremental sheet forming with an industrialrobot forming limits and their effect on component designJ.Advanced Materials Research,2005，（6）：45746413许海丽，雷声，贾卫星等.6016-T4铝合金预警器支架翻边开裂的数值模拟及优化J.锻压技术，2021，46（8）：626914卢仁伟，高霖，史晓帆.0Cr18Ni9板料数控渐进成形润滑技术研究J.机械科学与技术，2012，31（4）：59759915左哲，牛超，陈新平等.基于冲压回弹控制的A柱上边梁零件智能设计方法研究J.塑性工程学报，2021，28(1)：384416Wang H Y,Zhang R F,Zhang H,et al.Novel strategiesto reduce the springback for doublesided incrementalformingJ.TheInternationalJournalofAdvancedManufacturing Technology,2018,96(14)：97397917 Praveen K,Lingam R,Venkata Reddy N.Tool pathdesign system to enhance accuracy during double sidedincrementalforming:Ananalyticalmodeltopredictcompensations for small/large componentsJ.Journal ofManufacturing Processes,2020,（58）:510523图6折弯D、折弯E工位结构设计a折弯D、E成形件三维图b折弯D、E成形件二维图151.同图552、53.弹簧（a）（b）16F05223305329272423221916料带192330294224232219F2F1F1F1F2F1冲 模 技 术12模具制造 2023年第9期厚 料 小 孔 冲 孔 模 设 计李吕，况云刚，田仕兴（贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳550009）【摘要】通过分析某型号产品电镀挂架的材料及形状，介绍了其加工工艺性，从模具模架的选择、固定板的选用、冲孔凸模的结构设计与材料确定、卸料弹簧的布局等方面介绍了其冲孔模具设计，详细介绍了冲孔凸模的材料选择和结构设计。最终，解决了钻床手动钻孔效率低下、劳动强度高、钻头寿命低、孔口毛刺外翻等问题。关键词：厚料小孔；冲孔模；冲孔凸模；压料结构中图分类号：TG385.2文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.004Design of Small Hole Piercing Die for Thick MaterialLi L，Kuang Yungang，Tian Shixing（Guizhou Aerospace Electronics Co.,Ltd.,Guiyang,Guizhou 550009,CHN）【Abstract】In this paper,through the analysis of the material and shape of a certain type of productelectroplating hanger,introduced its processing technology,from the selection of die frame,theselectionoffixedplate,thestructuredesignandmaterialdeterminationofpiercingpunch,unloadingspring layout and other aspects of the piercing punch design,introduced in detail the materialselection and structure design of punching punch.Finally,the problems such as low efficiency ofmanualdrilling,highlaborintensity,lowlifeofdrillbitandholeburroverturningaresolved.Key words:thick material hole;piercing die;piercing punch;press structure1引言冲压技术作为一种现代加工技术，应用于各行各业的生产加工，特别是在汽车工业的配件制造过程中广泛应用，模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。而对冲压模具的认识是为今后模具设计打好基础，故而冲压模具的认识至关重要。2工艺分析图1所示是我公司某产品电镀工具-挂架，材料为黄铜，外形为正六边形，长为500mm的棒料，电镀挂架需加工 1822 个孔不等，要求加工后挂架表面及孔内应光滑、平整、无毛刺，且孔位均匀，大小一致。因批次数量大，钻加工效率低，故而选择模具冲压代替钻孔工艺，虽是对于原钻孔工艺的改进，但6mm 厚的小孔棒料冲裁对模具的结构要求较高，18Peng W X,Li M,Lu B,et al.Experimental and finiteelement investigation of overbending phenomenon indoublesided incremental forming(DSIF)of aluminiumsheetsJ.Procedia Manufacturing,2019,（29）:596619 Trzepieciski T,Kubit A,Dzierwa A,et al.Surfacefinish analysis in single point incremental sheet formingofribstiffened2024T3and7075-T6alcladaluminium alloy panelsJ.Materials,2021,14(7):164020 Wang Z W,Cai S,Chen J.Experimental investigationson friction stir assisted single point incremental formingoflowductilityaluminumalloysheetforhigherformability with reasonable surface qualityJ.Journal ofMaterials Processing Technology,2020,（277）:116488第一作者简介：刘红燕，女，1979年生，硕士，副教授。（收稿日期：2023-06-20）冲 模 技 术13