高速盘端盖成型工艺技术及装备研究

0 引 言

高速电缆盘的规格很多，根据不同厂家要求外径多达10种，但主要有630 mm与710 mm两种；板厚为2.5～6.0 mm，但主要为5 mm与6 mm。用户技术标准与批量要求主要分两种：国外用户批量大、品种集中、技术要求高，国内用户批量小、品种多、技术要求比国外低。高速电缆盘生产制造中最繁琐的工作是制作端盖，图1所示为高速电缆盘的端盖，端盖主体由圆形板料周边卷圆而成。根据高速盘用户不同的要求，对高速盘端盖成型工艺特点进行分析研究，给出两种不同的工艺及装备方案，使工艺成本降到最低。

图1 端盖零件图

1 成型分析及工装改进

1.1 成型工艺分析及工序图设计

高速电缆盘的端盖由2.5～6.0 mm的圆形钢板周边卷圆而成。由于卷圆是由圆盘径向卷入，径向缩小使变形区材料增多，相对普通卷圆板料变形更剧烈，且板料易产生失稳变形。经分析，解决变形力过大及板料失稳是该制件卷圆成功的关键。经研究，有两种工艺方法可解决上述问题：模具冲压成型工艺和专机旋压成型工艺。

1）模具冲压成型工艺可把卷圆工作分开完成，工艺如图2所示：模具落料冲孔→模具翻边→车床倒圆角→模具卷圆。其中模具翻边、模具卷圆工序共同完成卷圆工作。模具翻边工序完成两项任务：a. 完成90°的卷圆工作量；b.把扇形平板料变成立体环形料，使板料形状按有利于卷圆布置。模具卷圆工序只完成180°的卷圆工作量。这样使两工序变形程度都降低，变形力变小，板料抗失稳能力增强[1]。

2）专机旋压成型工艺的特点相当于把卷圆工序分多次完成，工艺如图3所示，预弯可使卷圆时不易失稳。旋压卷圆过程是板料逐渐变形的过程，变形区较小，另外旋压过程会产生热量，材料的塑性提高，可以达到解决变形力过大及板料失稳的要求[2]。

1.2 模具冲压成型工艺注意的问题

产品在试生产过程中易出现如下问题：产品底平面不平、卷圆处板料端头有直线端、产品径向及轴向跳动超差且不稳定。分析原因：初始压料力不够，底板在翻边时产生翘曲变形；翻边板料端头有尖角且局部硬化，使周边卷边料端与模具圆角接触不良，料端变形不充分；模具凸、凹模块翻边间隙与倒圆角不均，造成翻边高度不齐。采取的措施：模具翻边时采用氮气缸压料，布置的氮气缸初始压力按翻边压力28%～35%选取[3]；产品翻边后在车床上倒圆角（如图2），保证卷圆时板件端头同时导入且与模具卷边模块R角贴合，另外切除端头冲裁硬化部分减薄端头材料厚度；凸模拼块与凹模拼块分别使用同一块材料加工，粗加工时成型圆角整体车削，分块热处理后重新研合组成一体进行精车，保证成型圆角统一、翻边间隙均匀。

图2 模具冲压成型工艺

图3 专机旋压成型工艺

1.3 模具结构设计

落料冲孔模结构简单，翻边模具与卷圆模具结构类似，该冲压成型工艺主要难点在于第二工序翻边成型，模具结构如图4所示[4]。

图4 翻边模具结构图

1.上模板2.定位机构3.定位销4.凸模块5.凹模块6.顶料板芯7.顶料板拼块8.顶料板基体9.卸料螺钉10.垫板11.下模板12.导柱13.缸托14.氮缸15.缸垫

1）为保证翻边凸、凹模位置精度，上下模板选用φ60的滑动导柱与导套进行导向；2）板料采用周边粗定位及中间圆孔精定位相结合的定位方式，保证制件稳定；3）压料采用氮气缸，保证工序件翻边时处于受控状态；4）为保证制件精度及模具调整维修方便，凸、凹模采用镶拼式结构。具体形式见图5[5]；5）为保证模具有足够的强度与刚度，上下模板采用铸件。

1.4 专机旋压成型工艺注意的问题

图5 翻边模块图

专机旋压成型工艺主要难点在于预弯工序，预弯不良会使产品卷圆后不规则，主要表现为产品底平面不平、产品径向及轴向跳动超差且不稳定。分析原因：初始压料力不够，底板在预弯时产生翘曲变形；预弯变形区过大且不到位，造成预弯区回弹。采取的措施：专机结构如图6所示，主体采用高强度框架结构[6]，压料动力采用大油缸1压料，可根据板料大小更换从动压盘2-4，保证未变形区处于受控状态；对预弯凸、凹模圆角进行回弹修正，使板料端头处凸、凹模间隙小于料厚，预弯后达到图3所示效果，板料端头厚度减薄30%。为保证凸、凹模寿命，建议采用高速钢材料[7]。

1.5 专机旋压成型工艺过程

1）预弯实施过程：打开卷边推进油缸4，使滑块3-4、成型轴3-1、成型轮3-2移出工作位置，将板料工序件放入定位托盘5-1，松开L形导板上的螺栓，调整滑座10-1位置使定轮组件10-3与活动轮组件10-4与板料工序件位置适合，并拧紧螺栓压紧滑座10-1，打开压紧油缸1，从动压盘2-4伸出压紧工件，开动电动机使工件旋转，手工搬动预弯手柄11，活动轮组合10-4绕转轴10-5转动，活动轮组合10-4上的活动轮下移，使旋转的工序件边沿压入定轮，板料在两轮中变形完成预弯。

2）卷圆实施过程：松开L形导板上的螺栓，调整滑座10-1位置使定轮组件10-3与活动轮组合10-4移出工作位置并紧固螺栓，将预弯后的工序件放入定位托盘5-1，打开压紧油缸1，从动压盘2-4伸出压紧工件，开动电动机使工件旋转，操纵卷圆油缸使滑块3-4带动成型轮3-2、成型轴3-1前移，成型轮3-2前移过程中在工序件作用下绕成型轴3-1转动以完成卷圆工作。

该专机卷边机构与预弯机构均可往复移动，使该专机适用于不同直径的产品；该专机电动机为减速电动机，速度可调[8]，适用于不同板厚的产品。该专机结构简单，易制造，使用方便，易调整，成本低。

2 结 语

图6 专机结构图及轴测图

1.压紧油缸2.压紧从动机构2-1.第一主轴2-2.第一推力轴承2-3.第一主套2-4.压盘3.卷边机构3-1.成型轴3-2.成型轮3-3.导轨组件3-4.滑块4.卷边推进油缸5.工件定位托盘5-1.定位托盘5-2.第二主轴5-3.第二推力轴承5-4.第二主套6.联轴器7.机架下层8.减速电动机9.减速机10.预弯机构10-1.滑座10-2.L形导板10-3.定轮组合10-4.活动轮组合10-5.转轴11.预弯手柄12.机架上层

1）模具冲压成型工艺。优化后的模具结构及成型工艺可保证产品直线尺寸精度达到0.2 mm以内，端面径向跳动与轴向跳动达到0.3 mm以内，形状面差小于0.3 mm，产品批次稳定，完全达到出口要求。模具操作简单方便、生产效率高，适合大批量生产。

2）专机旋压成型工艺。优化后的专机结构及成型工艺可保证产品直线尺寸精度达到0.3 mm以内，端面径向跳动与轴向跳动达到0.5 mm以内，形状面差小于0.5 mm，卷圆外观质量优，完全达到国内要求。专机操作需有一定的技巧，生产效率低，适合多规格产品小批量生产。