针对特性铰链的级进模设计和冲压工艺

 

 铰链长度三有多种规格，从400-1600mm不等，市场上一时购买不到满足需要的铰链，构成对生产的困扰。同时，在生产配电柜时所产生大量边角料， 都按废料处理。基于当时状况，提出利用边角料生产铰链。以下编制了铰链生产工艺，并设计了一副级进模，既满足了配电柜对各种不同长度的需要， 又降低了成本，取得了良好效果。图1是我公司生产的配电柜产品配套的铰链。

2 特型铰链工艺分析

铰链结构特点：长度从400-1600mm不等，铰链页材料按现场边角料分有2种：不锈钢和低碳钢。铰链轴是φ5 mm的冷拉不锈钢，铰链页上的安装孔φ5 mm的位置根据配电柜的需要配做。铰链页工艺是铰链的核心。图2是铰链页的零件图，铰 链由2个铰链页组成，2个铰链页结构在组合处的凸凹部分在长度方向相差20mm 其他完全一致。因此可在铰链页加工完成后裁剪一节20 mm即可，或 在模具上设置活动定位装置。

2．1 工艺计算

展开长度计算，根据公式 ：

L=L1+Rπβ/180 （1）

式中：R---中性层半径，R= r+kt；r---内径，r= 2.55mm；k---中性层系数(按表1选取)； 材料 厚度，t=1．5 mm ——弯曲弧的圆心角，根据经验选 取β=296。，它与r/t 有关；Z ——直线部分长度，f = 4.55mm。把参数代入公式，经计算，f=22.4mm。

第2道预弯工序经计算修正，弯形高度为16.5 mm，见图3。


 

2．2 工艺要点

图3是铰链页工艺排样。

(1) β值的确定。在工艺计算展开长度时， 值 一般不能按图4(a)来确定。尽管考虑了中性层的位移，在实际生产过程中存在多种因素，如板料厚度公差、模具制造误差、材料塑性变形而引起的伸长等，根据经验，按图4(b)确定，效果较好，能满足产品设计要求。

(2)第1次预弯工步。预弯存在最大问题是回弹，公式(2)给出了△a与a的关系，a小，△a必大，第1 次预弯工步a小，则回弹大。如果回弹控制不好，则 铰链页安装孔出现圆度差。该孔出现圆度差，则铰 链页会存在2个问题：①装配时铰链轴装不进去；② 即使铰链轴装进去，铰链页不能灵活转动。因此， 回弹是该工步控制重点。

第2次预弯是常见弯形，在此不讨论。

一般弯曲件回弹计算公式：

△a=r（180°-a）（1/r凸-1/r）

式中： △a——弯曲角回弹量；a ——弯曲件的弯曲角 度；r 弯曲件的弯曲半径； r凸——弯曲凸模半径。 从公式(2)可以看出，当 r一定时， △a受到a和r凸 的影响。a 越小，△a越大； a 越大，△a越小。而第1次 预弯工步的弯曲角△a已确定，且较小，只有26°，那么 只有减小r凸，以控制△a。而r 减小，势必影响铰链内孔圆度，从而影响铰链质量。另外，同弹计算还 可按公式 ：

△a=3σnρa/Et (3)

式中：σn ——材料的屈服强度；E——材料的弹性模 量；t——材料的厚度；ρ——中性层曲率半径。 从公式(3)可知，改变中性层曲率半径ρ，也可 以控制回弹量△a。因此，把第1次预弯工步设计成 图5结构，弯曲过程中发生塑性变形，使中性层有较大内移，外层拉应力增加，内层压应力减少，从而减 少△a，达到控制铰链页安装孔圆度的目的。可通过模具设计间隙约等于0.8倍材料厚度的方法，使材料受到挤压变形，以实现内圆弧符合R2．5 mm要求。

(3)尺寸的确定。板料在弯曲过程中会出现图 6所示现象，即弯曲内层变宽，弯曲外层变窄。为了 保证铰链装配转动灵活，在T艺设计时有意识地把弯曲部分减小，缺口部分加大，如图3所示，弯曲部分设计为20（-0.2-0） mm，缺口部分20（0-0.2） mm。模具设计时考虑该因素，对其进一步控制。

(4)铰链页上安装孔 φ5.5mm的位置，不同规格其尺寸不同，根据配电柜的需要配做，所以，该孔另外安排工序加工。

3 模具设计

铰链弯形模具有许多种，实践应用也较普遍。但多适应于短型的铰链，而对于长型铰链弯形模具很少见到。图7是设计的铰链级进模结构(排 样图已放大)，图8(a)、(b)、(c)分别是第1次预弯、 第2次预弯和弯圆的凸、凹模与板料接触状态图。 因工件有3个工步的弯曲特征，导料卸料板B的长度设计成全程导料，而导料卸料板A的长度设计成 非全程导料、卸料，同时可以避位。因此，该模具 导料卸料板A设计长度为50 mm；安装到模具的入 料口(见图7中的件9)。模具适用于普通压力机；人 工送料或机械化自动送料。铰链页内孔尺寸精度 是工件的关键尺寸，是模具设计的核心。

冲压过程：① 剪床裁料：把宽度不规则的边角 料按需要的长度挑选，剪裁成Lx45 mml② 第1 工 步：条料置于导料卸料板9和12之间，步距定位销 10定位，冲槽，卸料；③第2工步：第1次预弯、冲槽， 弹性浮料销浮料、卸料；④第3工步：第1次预弯、冲 槽、第2次预弯，弹性浮料销浮料、卸料；⑤ 第4工 步：第1次预弯、冲槽、第2次预弯、弯圆，弹性浮料 销浮料、卸料；⑥完成零件加工。

3．1 2个预弯工步凸、凹模的设计

根据上述工艺分析，第1工步凸、凹模间隙小于 材料厚度，设计为Z=1.2mm；第2工步凸、凹模间隙 大于材料厚度，设计为Z=1.65 mm。

3．2 凸模设计

模具有4个凸模，冲孔凸模2、预弯凸模3、预弯 凸模4和弯圆凸模5是各凸模设计要点。

(1)冲孔凸模2。冲孔凸模在设计时，按照排样 上的尺寸(22.4±0.15)mm，模具相应尺寸要较大，可 按(22.4+1.5)mm设计，避免因料宽度误差而影响质 量。其他尺寸可按一般模具设计要求进行设计。

(2)预弯凸模3和预弯凸模4。预弯凸模3和预 弯凸模4设计时，圆角半径 是关键，预弯凸模3的 圆角半径，按2.5 mm设计；预弯凸模4的圆角半径r 按2.55mm设计。其目的是保证内孔圆度。

(3)弯圆凸模5。弯圆凸模是模具的核心。冲 压时，预弯工步2必然有回弹产生，对铰链页所用材 料不锈钢和碳钢分别从材料手册查出 σn、E值，按照 公式(3)计算出回弹量△a分别6．2°和5．8°。弯圆凸 模设计成图9所示。 β应小于摩擦角， 应保证回弹 零件正确弯形，如果过小，则会压坏工件，应参照回 弹量△a 和所确定的β 值计算，其计算结果加一定修 正值，一般修正值可取3～5 mm。尺寸 R根据材料 厚度设计，以保证零件尺寸。

另外，应注意一点就是预弯凸模3、预弯凸模4 和弯圆凸模5在图9的垂直方向大于被弯曲零件尺 寸，一般在结构空间允许的情况下，单向加大量取 0.5～ 2mm 。

3．3 凹模设计

(1)冲孔凹模设计。冲孔凹模按照一般冲孔凹 模设计即可，不再赘述。

(2)预弯凹模设计。考虑到凹模刚性，2个工步 的预弯凹模设计成一个整体，如图10所示。预弯凹 模是镶于冲孔凹模上，关键尺寸是(14．9+0．02)mm， 它应同时保证2个工步预弯间隙。

3．4 导正销、卸料板、弹性浮料销设计

(1)导正销。导正销的功能是保证步距和对条 料导正定位。导正销结构如图11(a)所示。如果因 模具制造产生误差而使工件步距不合格时，可以修 其直径D。

(2)弹性浮料销。弹性浮料销的功能是为送料 提供方便，同时可从弯形凹模中弹出条料，如图9（b） 所示。上端面应为圆角，以免划伤工件表面。

(3)导料卸料板。导料卸料板的功能是卸料和 导向。模具采用双向刚性卸料板，如图9(c）所示。 厚度尺寸h应保证条料送进顺畅，一般应是预弯凹 模厚度加2～3倍工件厚度。

3．5 步距精度确定

根据资料介绍，多工位级进模步距精度可按 经验公式(4)计算。

δ=±ωk/2√3 (4)

式中： δ一级进模步距对称偏差值；ω — 工件沿条 料送进方向最大轮廓基本尺寸(展开后)精度提高3 级后的实际公差值； n——模具设计的工位数；k-- 修正系数(见表2)。

在铰链级进模设计中，ω=0．07 mm，n=5，k= 1.03。经计算，δ=±0.02mm，实际取值±0.02mm，通 过修正定位销直径来保证，满足生产需要。

4 结束语

特型铰链工艺及其级进模设计，是一次尝试， 两种材料的零件均试模一次成功，解决了生产中的 实际问题。该模具可生产多种不同长度的铰链，同 时积累了级进模设计经验，可为生产铰链的同行提 供参考。