葉遠東 鐘鳴 秦傳玲

摘要：簡要介紹了AFA-3G定位格架彈簧的種類和結(jié)構(gòu)形式，分析了彈簧的結(jié)構(gòu)及特點，針對彈簧的結(jié)構(gòu)特點制定了彈簧級進模沖制工藝方案，詳細介紹了彈簧的沖壓工藝，并對彈簧沖制工藝的難點技術(shù)進行了闡述。重點介紹了模具的總體結(jié)構(gòu)特點，最后作出了結(jié)論。

關(guān)鍵詞：彈簧、沖壓工藝、模具

中圖分類號：TL352 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

AFA-3G燃料組件定位格架是組件中的關(guān)鍵部件之一，它是由條帶、圍板和彈簧三種零件構(gòu)成，國內(nèi)雖然引進了法國的AFA-3G燃料組件制造技術(shù)，但由于受條件的限制并未引進彈簧的沖制技術(shù)。由于零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝難度大，長期以來一直依賴于進口法國成品零件，再由國內(nèi)組裝焊接成成品格架。這樣在格架成本和知識產(chǎn)權(quán)上就受到了國外的制約，AFA-3G燃料組件定位格架的國產(chǎn)化，不僅能填補國內(nèi)在該項目領(lǐng)域的空白，而且可節(jié)約大量外匯，同時為今后具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能燃料組件研制奠定基礎(chǔ)。本文是針對其中的彈簧制造工藝進行論述。

1 彈簧制造難點分析

圖1 雙彈簧示意圖 圖2 單彈簧示意圖

彈簧分為兩種，一種稱為雙彈簧，另一種稱為單彈簧，雙彈簧（圖1）為兩側(cè)對稱結(jié)構(gòu)，每一側(cè)有一個三彎成形區(qū)，單彈簧（圖2）為兩側(cè)不對稱結(jié)構(gòu)。無論單、雙彈簧，其成形區(qū)的圓弧半徑、圓弧高度以及各圓弧間的中心距都有嚴格要求，是主要的有效工作區(qū)域，因此彈簧的制造難點是如何保證三彎成形區(qū)的精確成形，符合圖紙的要求。

2 單、雙彈簧制造方案的確定

單、雙彈簧的長寬尺寸較小，屬于小型零件，形狀復(fù)雜，并且數(shù)量多，產(chǎn)量大，如采用單工序模制造方案，則零件定位困難且定位誤差較大，生產(chǎn)時零件廢品率較高，彈簧成形質(zhì)量難以保證，而且效率低下，不適合大批量生產(chǎn)的要求，所以不能采用單工序模具進行沖制，只能采用級進模方案進行沖制。因此制定了如圖3所示的單、雙彈簧排級進模沖制方案。

圖3 單、雙彈簧排示意圖

3 彈簧成形工藝

單、雙彈簧其結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，基本是由多段圓弧連接形成，其中最大圓弧的半徑與料厚之比為45.8，因此材料成形后回彈量很大。由于彈簧是由多段圓弧連接形成，每一個圓弧在成形時都有其回彈量，多個圓弧的回彈互相影響，就給回彈量的計算和模具的調(diào)試造成很大的困難。因此圓弧特別是大圓弧不能用一個工步來完成，需采用預(yù)成形工步和校正成形工步完成，為方便模具調(diào)整，模具卸料板和凹模板中所有工作工步均應(yīng)設(shè)計為拼塊結(jié)構(gòu)。

3.1 單、雙彈簧展開尺寸的計算

彈簧展開尺寸的計算

在模具設(shè)計前，首先進行的工作就是計算出精確的單彈簧中性層展開尺寸，精確的展開尺寸可節(jié)省大量的模具后期調(diào)試工作。但生產(chǎn)中的實踐經(jīng)驗得出，中性層的位置還與彎曲方法、模具結(jié)構(gòu)、彎曲件形狀以及彎曲件材料等多種因素有關(guān)。彈簧形狀復(fù)雜，理論計算與實際操作中材料的延展不一定完全相符，微量的誤差需要試模后進行調(diào)整。

以單彈簧為例：材料中性層展開尺寸計算如下：（單個圓弧展開尺寸計算公式）

L=l1+l2+1.57（r+x0t）

L---彎曲件的展開長度 r---彎曲件內(nèi)彎曲半徑

l1，l2---彎曲件直邊部分長度 t---彎曲件原始厚度

x0---中性層內(nèi)移系數(shù)

雙彈簧中性層展開尺寸與單彈簧類似，理論計算與實際操作中材料的延展不一定完全相符，微量的誤差需要試模后進行調(diào)整。

3.2 單、雙彈簧排樣圖設(shè)計

排樣設(shè)計是級進模設(shè)計的關(guān)鍵，模具合理的結(jié)構(gòu)、材料利用率都取決于正確的排樣，因此優(yōu)化排樣對級進模設(shè)計至關(guān)重要。首先根據(jù)已計算好的彈簧展開尺寸確定條料的寬度和步距，保證合理的材料利用率，然后根據(jù)零件形狀、尺寸及技術(shù)要求對彈簧進行分析，確定單、雙彈簧的排樣圖。

由于單、雙彈簧的結(jié)構(gòu)形狀基本一致，并且寬度尺寸相同，成形原理和工藝基本相同，因此單、雙彈簧的排樣圖基本一致，所不同的是在彈簧長度和打彎成形工步中模具零件的尺寸有所變化。

為盡可能保證條料的強度和送料的穩(wěn)定性，排樣圖中前9個工步采用雙載體雙連接橋方案，第9工步后由于要沖出彈簧長度只能采用單邊載體加連接橋方案。根據(jù)彈簧展開長度、雙邊導(dǎo)正孔位置的分布、側(cè)刃沖裁量等多方因素的分析，確定條料的寬度為67（mm），步距為6（mm）。為確定合理的凹模分布及凹模強度，需設(shè)計足夠的空工步為凹模留出足夠的空間，因此總共設(shè)計為37個工步，其中工作工步有13個。

3.3 彈簧三彎成形工藝和1800折疊成形工藝

彈簧三彎成形工藝是個難點，打彎成形工步最重要也是較難以控制的，各打彎工步的次序安排是非常重要的，錯誤的打彎步驟將造成模具難以調(diào)整，從而不能達到產(chǎn)品技術(shù)要求。

通過對彈簧形結(jié)構(gòu)形狀的分析，首先確定在1200折疊打彎前要完成彈簧中所有圓弧的打彎成形。彈簧中圓弧成形的次序有兩種方案（如圖4所示），第一種方案如圖4a所示，先完成上下兩段圓弧的成形，再完成中部1800折疊處成形。這種方式成形較簡單，又可減少工步使模具結(jié)構(gòu)緊湊，但由于中部成形時材料延展和流動將會對上下兩段已成形的三彎圓弧造成較大影響，并且由于材料流動將造成彈簧表面拉傷。第二種方案如圖4b所示，采用由下至上逐段成形的方式，先成形下段三彎，材料由上部向下流動補充成形部位，完成中部成形，同時對已成形的下部三彎壓緊保護，使材料只能由上部向下流動補充中部成形部位，最后完成上段三彎成形，同時對已成形的下部三彎和中部成形部位壓緊保護，同樣使材料只能由上部向下流動補充上段成形部位。這種成形方案避免了彈簧表面拉傷，材料變薄量增大的現(xiàn)象，逐段成形時，成形區(qū)內(nèi)的材料補充始終是靠未成形區(qū)的材料進行補償，避免了三段圓弧相互影響的現(xiàn)象，使導(dǎo)向定位更準確，成形質(zhì)量易保證。

圖4a 圖4b

圖4 圓弧成形次序示意圖 圖5 彈簧折疊成形示意圖

根據(jù)彈簧形狀分析，1800折疊不可能一次成形，另外折疊處并非死角，而是形成一個內(nèi)徑R0.25（mm）的半圓，為了在折疊處成形較好的半圓形狀，折疊工藝需要多個步驟進行（如圖5所示）。第1步如上述22工步先1200打彎，第2步如上述24工步將彈簧打彎為600，第3步如上述28工位將彈簧打彎為300，第4部如上述32工位對折疊部位整形，調(diào)整合適的折疊角度，使彈簧的開口部位保持在6～7（mm）的距離。

4 彈簧級進模設(shè)計

單、雙彈簧模具采用精密四導(dǎo)柱滾動鋼模架，在固定板、卸料板、凹模板三個重要板件間設(shè)計有四個精密小導(dǎo)柱，對凸、凹模精密導(dǎo)向。

彈簧形狀復(fù)雜，成形部位既有上凸也有下凹，為保證條料平穩(wěn)連續(xù)送進，并防止條料因有油污而粘在下模板上，設(shè)置了雙排浮動導(dǎo)料、抬料釘，將條料整個托出凹模工作型面3（mm），從而保證了條料的連續(xù)平穩(wěn)送進。模具工位較多，為保證條料送進的步距精度，采用側(cè)刃粗定位和導(dǎo)正釘精定位相結(jié)合的定位方式，導(dǎo)正釘分布于13個工作工位中，更能有效的保證步距精度。該模具是自動送料連續(xù)沖壓，一旦出現(xiàn)誤送料時將損壞模具，造成巨大損失。為防止連續(xù)沖壓過程中的誤進給動作，設(shè)置了誤送進給檢測裝置，當檢測到有誤進給動作時，能使沖床立即停止，避免損壞模具。

模具沖制出的產(chǎn)品并非單個彈簧，而是由42個單彈簧或雙彈簧為一組的彈簧排，要實現(xiàn)這一要求，模具必需在沖床完成42次沖壓行程時，模具的切刀完成1次切斷動作。因此，模具設(shè)計必須考慮記數(shù)切斷裝置。模具采用了由氣缸、電磁閥、計數(shù)器、抽插塊、切斷凸模等組成的自動切斷機構(gòu)。

紅外線發(fā)射器和接收器安裝在模具兩側(cè)，模具每閉合工作一次將阻擋發(fā)射器發(fā)射的紅外線，接收器以此來收集信號，利用接收器收集信號并產(chǎn)生信號后傳輸給計數(shù)器，計數(shù)器接收42次信號后控制電磁閥工作1次，電磁閥改變壓縮空氣流向，氣缸主軸正向運動并推動抽插塊前進，在抽插塊斜面的作用下推動切斷凸模至工作位置，模具完成一次剪切。隨后電磁閥在計數(shù)器的作用下又改變壓縮空氣流向，使氣缸主軸反向運動并拉回抽插塊，切斷凸模在回位彈簧的作用下復(fù)位，處于不工作狀態(tài)并等待下一次工作。

5 彈簧的檢測

經(jīng)模具沖壓出的彈簧首先要經(jīng)過外觀及數(shù)據(jù)檢測，以確定彈簧是否符合圖紙及技術(shù)條件要求，經(jīng)檢測結(jié)果如下：

1）彈簧排外觀檢測平整，沒有較大的彎曲，彈簧表面光潔，無傷痕、撞痕、壓痕。

2）采用輪廓儀檢測毛刺最大允許高度完全符合要求，該項目檢測合格。

3）隨機抽取10條彈簧排放大10倍進行外觀檢查，該項目檢測合格。

4）彈簧成形尺寸檢測。用座標紙繪制出單、雙彈簧放大20倍的標準形狀，再用投影儀將零件放大20倍進行比對，完全符合技術(shù)條件。

6 結(jié)論

本文針對形狀復(fù)雜，沖壓工藝難度系數(shù)高的AFA-3G定位格架單、雙彈簧，進行了一系列的沖壓工藝試驗及相關(guān)試驗，發(fā)現(xiàn)并攻克了多項復(fù)雜技術(shù)，研制了沖制單、雙彈簧的2副級進模。沖出了完全合格的彈簧成品零件，設(shè)計的模具及夾具、選擇的工藝參數(shù)、建立的檢驗方法是可行的，適用的。

參考文獻：

[1] 肖景容、姜奎華主編：“沖壓工藝學”，機械工業(yè)出版社，1992年

[2] 《沖模設(shè)計手冊》編寫組：“沖模設(shè)計手冊”，機械工業(yè)出版社，1993年

[3] 孟少農(nóng)主編：“機械加工工藝手冊”，機械工業(yè)出版社，1992年

[4] 全國熱處理標準化技術(shù)委員會編：“金屬熱處理標準應(yīng)用手冊”，機械工業(yè)出版社，1994年