熱成形模具的托起機構(gòu)設(shè)計

翟海峰

（精工汽車保定模具技術(shù)分公司，河北保定 071000）

1 引言

熱成形技術(shù)是一項將熱鍛造技術(shù)和冷沖壓技術(shù)相結(jié)合的新型制造工藝。熱成形工藝可使板料成形性能提升，制件能夠拉伸一次成形，并通過激光切割形式完成修邊及沖孔的加工。

拉伸成形后的制件通過托起機構(gòu)頂起，機械手抓取制件，完成制件的轉(zhuǎn)運生產(chǎn)。

熱沖壓成形技術(shù)中冷卻系統(tǒng)對模具溫度分布以及成形后制件品質(zhì)有重要影響。因此托起機構(gòu)的布置在滿足托舉制件的功能時，也需要滿足對鑲塊冷卻系統(tǒng)即水路系統(tǒng)布置的影響最小的要求。

2 托料機構(gòu)組成

托料機構(gòu)一般由頂出機構(gòu)、油管、油路接頭組成，頂出機構(gòu)主要有以下兩種類型。

2.1 推桿型頂出機構(gòu)

推桿型頂出機構(gòu)如圖1 所示，推桿型頂出機構(gòu)由推桿1、連接桿2、油缸3 組成，件1 直徑φ10～φ12mm，長度L為200～450mm，頂部40～50mm范圍內(nèi)高頻淬火。

圖1 推桿型頂出機構(gòu)

2.2 托板型頂出機構(gòu)

托板型頂出機構(gòu)如圖2 所示。托板型頂出機構(gòu)：由托料板1、雙肘節(jié)接頭2、連接桿3、油缸4 組成。托板型頂出機構(gòu)托料板厚度t 優(yōu)選6～8mm，頂部40～50mm范圍內(nèi)高頻淬火。

圖2 托板型頂出機構(gòu)

2.3 安裝要求

頂出部位與鑲塊的單邊間隙為0.5mm，其余部位與模座間隙大于3mm，避免因鑲塊與模座之間的安裝誤差引起托起機構(gòu)與鑲塊干涉的問題。

3 托起機構(gòu)對水路影響

在布置托起的位置，冷卻系統(tǒng)的水道在鑲塊長度方向不能貫通，如圖3所示，托板型影響的區(qū)域大于推桿型影響區(qū)域。

圖3 托起位置水路中斷

熱成形模具通過鑲塊的冷卻系統(tǒng)對制件進行淬火，流速越快，制件淬火效果越好。如圖4所示，通過水流速度模擬可以看出，長度方向不連貫的水路相對水流速度慢，鑲塊冷卻效果相對弱一些，因此優(yōu)選推桿型。

圖4 冷卻系統(tǒng)流速模擬

4 托起機構(gòu)布置原則與特性

4.1 布置位置原則

（1）一般布置在下模制件型面較低位置。

（2）優(yōu)先選擇制件的平面區(qū)域、平面有孔的非制件區(qū)。

（3）制件凹槽區(qū)域為避免卡件，需設(shè)置托起。

（4）一個制件一般布置3到4處，當制件較大且形狀復(fù)雜時，在易卡件處增加托起。

4.2 推桿型

由于體積小，對水路布置影響小，設(shè)計靈活。托舉面積小，依靠制件自身形狀保證舉升時制件的穩(wěn)定性。

4.3 托板型

（1）頂出面積相對大，托舉制件穩(wěn)定性好。

（2）由于舉升位置水路隔斷，優(yōu)選制件平面區(qū)域。必須在有造型的位置設(shè)置時，在托料板周圍的下模鑲塊能夠水路貫通，且托料板處無小造型的特征。

5 實例說明托起機構(gòu)布置

（1）案例Ⅰ。

成形方式：凸模、壓邊圈、凹模、壓料芯。成形后制件通過壓邊圈頂起，如圖5所示。

凸模型面位置較平坦時，凸模區(qū)域可不設(shè)置頂出機構(gòu)。

凸模有凹槽造型時，需在凹槽部位設(shè)置頂起。

圖5 壓邊圈頂起制件

（2）案例Ⅱ。

成形方式：凸模、壓邊圈、凹模、壓料芯。成形后制件完全進入凸模區(qū)域。

制件拉伸深度大的U 型制件，側(cè)壁深度在40 以上，制件成形后通過頂起機構(gòu)脫離凸模，制件自身側(cè)壁對頂起后的制件起到一定導(dǎo)向作用，因此在制件長度方向布置3處推桿型頂起，如圖6所示。

圖6 托起機構(gòu)布置

此制件在型面頂部有凹槽造型，推桿布置在凹槽位置，如圖6中A-A截面圖所示。

因在制件上型面中部有造型的位置需要布置水路，保證成形后的制件冷卻均勻。頂起機構(gòu)選擇占用面積小的推桿型布置在制件中間。

（3）案例Ⅲ。

成形方式：凸模、凹模、壓料芯。

制件外形接近矩形，模具成形簡單，制件長度小于800mm且造型較平整時可設(shè)置2處，制件長度大于800mm時托起塊數(shù)量優(yōu)選3處以上，確保制件頂起時平穩(wěn)，如圖7a所示。

圖7b所示位置頂起塊布置在制件平面區(qū)域，鑲塊冷卻水路可沿頂起塊外周貫通，托起塊的布置對制件成形影響小。

圖7c所示制件長度方向的中間位置，制件上型面有小凹槽造型，寬度尺寸為8.6mm，小于12mm，設(shè)置推桿型空間不足。凹槽左側(cè)為小的凸筋造型，板料形狀變化大，不適合設(shè)置頂起塊。凹槽右側(cè)制件造型相對平緩，在托起塊外周的水路也可以左右貫通，因此在凹槽右側(cè)可設(shè)置頂起塊（圖7a、圖7c的A線區(qū)域）。

圖7 平面位置布置托起機構(gòu)

（4）案例Ⅳ。

成形方式：凸模、凹模、壓料芯。制件中心相對端頭中心線偏向一側(cè)。

制件中心不在端頭中心線上的，頂起機構(gòu)布置至少3 處（見圖8），根據(jù)空間大小選擇托起類型且制件重心在頂起塊連線包含的區(qū)域內(nèi)。

圖8 托起機構(gòu)布置

6 現(xiàn)場問題

（1）油路長短影響制件頂起時序。

如圖9所示，頂起塊通過油管中的油壓頂起，油管的長度影響頂起塊頂起的快慢，當機床油路接頭處開始為油管提供壓力時，油路短的L1最先達到頂起壓力，這樣頂起塊Ⅰ先頂起制件，頂起塊Ⅱ后頂起，形成了旋轉(zhuǎn)支點。生產(chǎn)中制件發(fā)生旋轉(zhuǎn)，制件卡在模具側(cè)壁和定位銷位置，機械手無法取件，影響了線體的正常生產(chǎn)。

圖9 油路長短引起生產(chǎn)制件卡滯問題

對策：

同一制件不同位置的頂起塊，油路長短接近L1=L2。

（2）托料機構(gòu)行程設(shè)置。

托起機構(gòu)行程一般優(yōu)選20mm。對于制件拔模角度為0時（即制件側(cè)壁與Z方向夾角為0），制件的拔模高度H，是決定頂起高度的主要因素。

托起機構(gòu)行程小于制件拔模高度H時，制件不能脫離凸模，機械手不能正常轉(zhuǎn)運制件。

圖10中制件拔模深度H=45mm，托起機構(gòu)頂起行程優(yōu)選ST=H+5=50mm，設(shè)計時確保制件側(cè)壁完全脫離下模。

圖10 行程設(shè)置

7 總結(jié)

熱成形模具托起機構(gòu)的設(shè)計，對模具生產(chǎn)效率以及制件品質(zhì)有直接的影響?；谀＞咄衅鹌椒€(wěn)，一般設(shè)置在制件較低的平面位置、且制件凸模凹槽處需設(shè)置托起；托起機構(gòu)優(yōu)選推桿型，以減小對凸模冷卻系統(tǒng)的影響；托起數(shù)量一般在3處以上，根據(jù)制件幾何形狀和制件重心設(shè)置托起，并注意油路長短和頂起行程的設(shè)置，避免制件旋轉(zhuǎn)和無法脫離凸模的問題發(fā)生。