用于冲压内弯曲零件的专用模具及冲压方法
【专利摘要】提供一种用于冲压内弯曲零件的专用模具及冲压方法，设有第一模具组件和第二模具组件，利用第一模具组件将毛坯底部圆角精确弯曲出来，利用第二模具组件在保证底部圆角不变的情况下将毛坯弯曲成符合尺寸要求的零件形状，具有很高的实用价值。
【专利说明】用于冲压内弯曲零件的专用模具及冲压方法
【技术领域】
[0001] 本发明属冲压模具【技术领域】，具体涉及一种用于冲压内弯曲零件的专用模具及冲 压方法。
【背景技术】
[0002] 现有教材、专业设计工具资料、图册案例，大多数介绍经典的U形、V形、W形、哈夫 O形等冲压弯曲成形工艺和相关模具设计。而形状为内弯曲U形的零件属于非典型异形 结构，冲压工艺性比较差，冲压工艺方案难以制定，冲压模具也就难以设计。该零件为某大 型飞行器专用的特殊弹性元件，零件尺寸及结构工艺性不能变动。按照传统的冲压工艺进 行模具设计，U形底部弯曲圆角部位强度不足，零件底部圆角自由成形，圆角尺寸变动范 围大，圆角不规则，不能保证产品零件尺寸。对于内弯曲U形冲压零件，按照传统的冲压工 艺及模具设计，如果凸模底部伸出成型圆角，则凸模圆角强度不足，圆角部位易崩裂；如果 凸模底部不伸出成型的圆角，弯曲零件圆角将在一定范围自由变动，不能保证产品圆角尺 寸。在一般民用、工业及其他用途中极少见到这类冲压零件，属于冲压工艺性比较差的零 件，在生产这种内弯曲U形冲压零件，其工艺方案和涉及的模具如下：工序一：落料，计算 冲压件毛坯展开尺寸，设计模具，落料模；工序二形弯曲，弯曲内弯曲两端成V形，设计 模具，弯曲模；工序三：压平，将两端V形压平，设计模具，压平模；工序四：u形弯曲，按图 U形弯曲，设计模具，弯曲模。其设计模具方法是：凸模底部伸出弯曲圆角R0.8,尺寸很容 易保证，但致命的缺点是，模具弯曲力主要集中在弯曲圆角R0. 8部位，该部位受力大，凸模 两端伸出的圆角厚度按零件图尺寸α 8^1,在ο.6-1.4范围内变动，模具的弯曲圆角强度 低，易断裂损坏，如果伸出成型R0.8的厚度达到1.8-2. 5,强度就好很多。按常规的冲压工 艺，另一种弯曲U形的工艺方案，弯曲圆角为自由尺寸，不保证弯曲圆角尺寸。设计模具方 法是：凸模按U形内宽度尺寸设计制造，不考虑底角半径R0. 8,底部半径设计成直角（注： R0. 3是直角的自然圆角），零件弯曲圆角在R0. 8-R2. 5范围变动，不能保证产品零件尺寸。 按常规的冲压工艺进行设计的模具，被弯曲零件受力的共同特点是简支梁弯曲。由于上述 缺陷，使用常规冲压工艺及模具设计，不能保证产品零件尺寸，因此有必要提出改进。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题：提供一种用于冲压内弯曲零件的专用模具及冲压方法， 设有第一模具组件和第二模具组件，利用第一模具组件将毛坯底部圆角精确弯曲出来，利 用第二模具组件在保证底部圆角不变的情况下将毛坯弯曲成符合尺寸要求的零件形状。
[0004] 本发明采用的技术方案：用于冲压内弯曲零件的专用模具，具有第一模具组件和 第二模具组件，所述第一模具组件包括凸模I、凹模I、模具上平板、固定板、垫架、模具下 平板和顶件器，所述凸模I下端部两侧制有避让槽；所述第二模具组件包括凸模II、凹模 II、模柄II、模座、下模板和撬杠，
[0005] 所述凸模II下部制有V型过渡段，所述V型过渡段下部制有成形直部段，其中一侧 成形直部段下部制有倾斜冲压成形段，所述倾斜冲压成形段下部制有直压成形段，所述直 压成形段底部制有成形圆角。
[0006] 进一步地，所述固定板固定在模具上平板下端面，所述凸模I穿过模具固定板且 凸模I上端部与固定板上的沉槽适配，所述凹模II与垫架以及所述模具下平板固定连接， 所述顶件器置于垫架和凹模II的通孔内且顶件器下部与穿过模具下平板的顶杆接触连接， 所述模具上平板上端面固定有模柄I ;所述凸模II上部置于模柄II内孔且两者固定连接， 所述凸模II内腔设有压件器且压件器下端伸出凸模II下端面，垫板固定在下模板上端面， 模座固定在垫板上端面，所述凹模II置于模座内且凹模II内腔设有顶销，所述垫板一端制 有开槽，所述撬杠一端通过开槽后顶在顶销下端，撬杠通过圆柱销与垫板（19)铰接。
[0007] 进一步地，所述压件器由螺塞和弹簧构成，所述凸模II内腔为螺孔，所述螺塞与螺 孔适配，弹簧套装在压杆上端且与螺塞下端面顶紧，所述压杆下端伸出凸模II下端面。
[0008] 进一步地，所述凸模II上端制有槽形横向通孔，挂板横穿槽形槽形横向通孔，螺钉 穿过模柄II与挂板上的螺钉孔旋合，横向圆柱销将凸模II与模柄II止转定位；所述撬杠由 长臂和短臂构成且两者呈L型结构，所述短臂通过开槽后顶在顶销下端，所述短臂通过圆 柱销与垫板铰接为一体，所述长臂为自由端且其下部设有弹簧及其定位销，所述弹簧及其 定位销在长臂下压时与下模板上制有的盲孔适配。
[0009] 本发明还提供一种用于冲压内弯曲零件的冲压方法，包括下述步骤：
[0010] 1)落料：计算冲压件毛坯展开尺寸，利用落料模将毛坯冲好；
[0011] 2) V形弯曲：利用弯曲模将冲压好的毛坯两端弯曲，使毛坯两端成V形结构；
[0012] 3) U型预弯曲：利用第一模具组件将两端成V型弯曲毛坯预弯曲，使毛坯弯曲成U 形结构，且毛坯两端成型底部的内圆角与凸模圆角一致；
[0013] 4)悬臂组合内弯曲：利用第二模具组件将U型预弯曲的毛坯进行悬臂组合弯曲， 在保证底部内圆角尺寸不变的情况下，将毛坯弯曲成符合尺寸要求的形状。
[0014] 上述步骤2)中，毛坯两端成V形结构时其夹角为60°。
[0015] 本发明与现有技术相比的优点：
[0016] 1、第一模具组件的凸模底部圆角强度高，提高模具寿命；
[0017] 2、利用第一模具组件将毛坯底部圆角精确弯曲出来，依据弯曲受力分析，利用第 二模具组件在保证底部圆角不变的情况下将毛坯弯曲成符合尺寸要求的形状；
[0018] 3、本发明依据弯曲受力状态分析，除进行常规的落料和V型弯曲外，创新性的利 用第一模具组件进行U型预弯曲，将毛坯底部圆角精确弯曲出来，然后再利用第二模具组 件进行悬臂组合内弯曲，通过弯曲受力分析和模拟测算以及可行性分析，可精确保证零件 底部弯曲圆角和成形尺寸精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的第一模具组件结构示意图；
[0020] 图2为本发明的第二模具组件结构示意图；
[0021] 图3为图2的A-A剖视图；
[0022] 图4为图2的B-B剖视图；
[0023] 图5为本发明的落料步骤示意图；
[0024] 图6为本发明的V型弯曲步骤示意图；
[0025] 图7为本发明的U型预弯曲步骤示意图；
[0026] 图8为本发明的悬臂组合内弯曲步骤示意图；
[0027] 图9为本发明的悬臂组合内弯曲初始状态示意图；
[0028] 图10为图9的I部放大图；
[0029] 图11为本发明的悬臂组合内弯曲弯曲成型状态示意图；
[0030] 图12为图11的II部放大图；
[0031] 图13为本发明的悬臂组合内弯曲初始状态受力分析图；
[0032] 图14为本发明的悬臂组合内弯曲中间状态受力分析图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图1-14描述本发明的实施例。
[0034] 用于冲压内弯曲零件的专用模具，具有第一模具组件和第二模具组件，所述第一 模具组件包括凸模I 1、凹模I 2、模具上平板3、固定板4、垫架5、模具下平板6和顶件器 7,所述凸模I 1下端部两侧制有避让槽9;所述第二模具组件包括凸模II 12、凹模II 13、模 柄II 14、模座15、下模板16和撬杠17,所述凸模II 12下部制有V型过渡段20,所述V型过 渡段20下部制有成形直部段21，其中一侧成形直部段21下部制有倾斜冲压成形段22,所 述倾斜冲压成形段22下部制有直压成形段23,所述直压成形段23底部制有成形圆角。
[0035] 上述固定板4固定在模具上平板3下端面，所述凸模I 1穿过模具固定板4且凸 模I 1上端部与固定板4上的沉槽8适配，所述凹模II 2与垫架5以及所述模具下平板6 固定连接，所述顶件器7置于垫架5和凹模II 2的通孔内且顶件器7下部与穿过模具下平 板6的顶杆10接触连接，所述模具上平板3上端面固定有模柄I 11 ;所述凸模II 12上部 置于模柄II 14内孔且两者固定连接，所述凸模II 12内腔设有压件器18且压件器18下端 伸出凸模II 12下端面，具体说，压件器18由螺塞27、弹簧28构成，所述凸模II 12内腔为 螺孔，所述螺塞27与螺孔适配，弹簧28套装在压杆29上端且与螺塞27下端面顶紧，所述 压杆29下端伸出凸模II 12下端面。垫板19固定在下模板16上端面，模座15固定在垫板 19上端面，所述凹模II 13置于模座15内且凹模II 13内腔设有顶销24,所述垫板19 一端 制有开槽，所述撓杠17 -端通过开槽后顶在顶销24下端，撓杠17通过圆柱销26与垫板19 铰接。
[0036] 上述凸模II 12上端制有槽形横向通孔30,挂板31横穿槽形横向槽形通孔30,螺 钉穿过模柄1114与挂板31上的螺钉孔32旋合，横向圆柱销33将凸模II 12与模柄II 14 止转定位；所述撬杠17由长臂34和短臂35构成且两者呈L型结构，所述短臂35通过开槽 后顶在顶销24下端，所述短臂35通过圆柱销26与垫板19铰接为一体，所述长臂34为自 由端且其下部设有弹簧及其定位销36,所述弹簧及其定位销36在长臂34下压时与下模板 16上制有的盲孔25适配。
[0037] 撬杠17内装转轴圆柱销26,装配在垫板19内，与垫板19成为一体，并可绕转轴圆 柱销26转动，可以使顶销24向上移动，将弯曲零件37顶出；弹簧及其定位销36可使撬杠 17复位到初始状态，以便于被加工零件37的放置及定位；定位销可使弹簧36定位，不至于 脱落。
[0038] 还提供一种用于冲压内弯曲零件的冲压方法，包括下述步骤：
[0039] 1)落料：计算冲压件毛坯展开尺寸，利用落料模将毛坯冲好，图5所示；
[0040] 2) V形弯曲：利用弯曲模将冲压好的毛坯两端弯曲，使毛坯两端成V形结构，图6 所示；毛坯两端成V形结构时其夹角为60°。
[0041] 3) U型预弯曲：利用第一模具组件将两端成V型弯曲毛坯预弯曲，使毛坯弯曲成U 形结构，且毛坯两端成型底部的内圆角与凸模圆角一致，图7所示
[0042] 4)悬臂组合内弯曲：利用第二模具组件将U型预弯曲的毛坯进行悬臂组合弯曲， 在保证底部内圆角不变的情况下，将毛坯弯曲成符合尺寸要求的形状，图8所示。
[0043] U型预弯曲模拟测算和悬臂组合内弯曲模具受力分析，设计可行性分析：
[0044] LV形弯曲角度对后工序的U型预弯曲的凸模强度的影响，V形弯曲角度由45° 到60°变动时，预弯底部弯曲圆角R0. 8的厚度逐渐加厚，强度逐渐提高，但两边弯曲后中 间的开档逐渐减小，使后工序U型预弯曲凸模的中间部位减薄，凸模强度反而降低，减小U 型预弯曲凸模压件器的压料间距，经过模拟测算，60°相对较好，底部弯曲圆角和中间加强 筋都兼顾（图6所示）。
[0045] 2.对悬臂组合内弯曲受力分析和设计可行性分析，工件37在悬臂组合内弯曲初 始状态，凸模II 12弯曲零件37之前，压件器18的压杆29先将零件37底部压紧，F3为压件 器18的压紧力，F 4为顶销24的反作用力；当凸模II 12下行，冲压力作用在零件37上，产 生正压力F1，在零件37的折弯部位A点产生最大弯矩，使零件37绕A点弯曲变形，在凹模 II 13弯曲圆角的部位B点产生反作用力F2，以此为支点，产生最大弯矩，使工件37绕B点 弯曲变形；正压力F 1作用下，工件37以B点为支点，使侧壁、底部产生向上旋转的趋势，F3 为压件器18的压紧力就是平衡这一趋势的反作用力，并使工件37在凹模II 13内部定位稳 定，保证零件37成型尺寸稳定和尺寸精度，零件37右侧受力弯曲同理；由于零件37底部弯 曲圆角相对材料厚度比较小，刚性和强度好，冲压力在零件37侧壁产生的向下分作用力， 不足于将已经弯曲成型的底部圆角R0.8改变；当凸模II 12冲压到底，对所有弯曲成型部位 进行矫形、定型。该工件37在第二模具组件内的受力特点是，在小空间内，浮动、悬臂组合 内弯曲，如图13、图14所示。
[0046] 3.实际试模零件比进口样件尺寸稳定、精度高，尤其底部圆角要比进口样件好，进 口样件底部圆角没有保证，为扭曲变形的非圆柱曲面。在实际生产中，模具设计的合理性、 先进性直接决定了所生产零件的质量和生产效率以及生产成本，同样，产品零件设计的工 艺性好坏决定了模具设计的可行性，以及模具设计和加工的难易程度。
[0047] 本发明通过对内弯曲U形冲压零件进行冲压工艺方案的受力分析，创新设计一 种冲压工艺方法，提高弯曲模具的凸模底部圆角强度，提高模具寿命；通过创新预弯曲工艺 方法及模具设计，进行预弯曲及组合弯曲的模拟测算和可行性分析，保证零件弯曲圆角尺 寸精度，创新发明预弯曲、组合弯曲冲压工艺方法和模具设计。
[0048] 上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本 发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
【权利要求】
1. 用于冲压内弯曲零件的专用模具，具有第一模具组件和第二模具组件，其特征在于： 所述第一模具组件包括凸模I (1)、凹模I (2)、模具上平板（3)、固定板（4)、垫架（5)、模具 下平板（6)和顶件器（7)，所述凸模I (1)下端部两侧制有避让槽（9);所述第二模具组件 包括凸模II (12)、凹模II (13)、模柄II (14)、模座（15)、下模板（16)和撬杠（17)，所述凸模 II (12)下部制有V型过渡段（20)，所述V型过渡段（20)下部制有成形直部段（21)，其中 一侧成形直部段（21)下部制有倾斜冲压成形段（22)，所述倾斜冲压成形段（22)下部制有 直压成形段（23)，所述直压成形段（23)底部制有成形圆角。
2. 根据权利要求1所述的用于冲压内弯曲零件的专用模具，其特征在于：所述固定板 (4)固定在模具上平板（3)下端面，所述凸模I (1)穿过模具固定板（4)且凸模I (1)上端 部与固定板（4)上的沉槽（8)适配，所述凹模II (2)与垫架（5)以及所述模具下平板（6)固 定连接，所述顶件器（7)置于垫架（5)和凹模II (2)的通孔内且顶件器（7)下部与穿过模 具下平板（6)的顶杆（10)接触连接，所述模具上平板（3)上端面固定有模柄I (11);所述 凸模II (12)上部置于模柄II (14)内孔且两者固定连接，所述凸模II (12)内腔设有压件器 (18)且压件器（18)下端伸出凸模II (12)下端面，垫板（19)固定在下模板（16)上端面，模 座（15)固定在垫板（19)上端面，所述凹模II (13)置于模座（15)内且凹模II (13)内腔设 有顶销（24)，所述垫板（19) 一端制有开槽，所述撬杠（17) -端通过开槽后顶在顶销（24) 下端，撬杠（17)通过圆柱销（26)与垫板（19)铰接。
3. 根据权利要求2所述的用于冲压内弯曲零件的专用模具，其特征在于：所述压件器 (18)由螺塞（27)、弹簧（28)构成，所述凸模II (12)内腔为螺孔，所述螺塞（27)与螺孔适 配，弹簧（28)套装在压杆（29)上端且与螺塞（27)下端面顶紧，所述压杆（29)下端伸出凸 模II (12)下端面。
4. 根据权利要求2所述的用于冲压内弯曲零件的专用模具，其特征在于：所述凸模 II (12)上端制有槽形横向通孔（30)，挂板（31)横穿槽形横向槽形通孔（30)，螺钉穿过 模柄11(14)与挂板（31)上的螺钉孔（32)旋合，横向圆柱销（33)将凸模II (12)与模柄 II (14)止转定位；所述撬杠（17)由长臂（34)和短臂（35)构成且两者呈L型结构，所述短 臂（35)通过开槽后顶在顶销（24)下端，所述短臂（35)通过圆柱销（26)与垫板（19)铰接 为一体，所述长臂（34)为自由端且其下部设有弹簧及其定位销（36)，所述弹簧及其定位销 (36)在长臂（34)下压时与下模板（16)上制有的盲孔（25)适配。
5. 用于冲压内弯曲零件的冲压方法，其特征在于包括下述步骤： 1) 落料：计算冲压件毛坯展开尺寸，利用落料模将毛坯冲好； 2. V形弯曲：利用弯曲模将冲压好的毛坯两端弯曲，使毛坯两端成V形结构； 3. U型预弯曲：利用第一模具组件将两端成V型弯曲毛坯预弯曲，使毛坯弯曲成U形结 构，且毛坯两端成型底部的内圆角与凸模圆角一致； 4) 悬臂组合内弯曲：利用第二模具组件将U型预弯曲的毛坯进行悬臂组合弯曲，在保 证底部内圆角不变的情况下，将毛坯弯曲成符合尺寸要求的形状。
6. 根据权利要求5所述的用于冲压内弯曲零件的冲压方法，其特征在于：上述步骤2) 中，毛坯两端成V形结构时其夹角为60°。
【文档编号】B21D5/06GK104475579SQ201410715647
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】郭兰生 申请人:陕西宝成航空仪表有限责任公司