关键词：螺旋弯曲 模具结构 受力分析▲
螺旋弯曲模具有结构简单、工作可靠、易于维修的特点。本模具加工的工件是挂环，大批量生产，如图1所示。图中a、b、c、d、e、f、g是工件弯曲的分段点。工件材料是直径为φ1.6mm的低碳钢丝。
图 1 挂环零件
一、模具的结构和工作过程
模具结构如图2所示。模具采用导板结构，主要工作零件是凸模5和螺旋凹模8。凸模和凹模的形状与工件形状相同，见图2俯视图。
1.圆形带柄上模座 2.垫板 3.凸模固定板 4.切断凸模
5.凸模 6.导板 7.可调定位钉 8.螺旋凹模 9.右立板
10.左立板 11.凹模固定板 12.下模座
图 2 模具结构图
模具工作过程：钢丝从右立板9的进料孔中插入，将钢丝顶在可调定位钉7凹入的端面内。上模座下行，切断凸模4与右立板9将钢丝切断，同时，凸模5与螺旋凹 模8将钢丝夹持住，上模座继续下行，钢丝的左、右两段分别紧贴在螺旋凹模8的左、右两段螺旋面上，随着凸模的下行，钢丝在螺旋面侧向力的作用下缠绕在凸模 5下部的凸台上。凸模5到达下止点时，已弯曲成形的工件从模具底孔中漏出。模具与工件脱离后，进入回程阶段。工件成形过程如图3所示。
图 3 工件形成过程
二、模具设计要点
1.受力分析 凹模8是带螺旋面的圆筒形元件。当凸模5下行时其与凹模8之间的钢丝受到三个力的作用，即凸模5的压力V、凹模8斜面的压力N、摩擦力F，如图4所示。当螺旋角α值较小时，如图中α1所示，此时摩擦力增大，钢丝处于自锁状态，显然要受到剪切力而被剪断。当α角较大(约为50°～70°)时摩擦力变得很小，钢丝受到力V和力N的合力作用，向右运动，可使钢丝缠在凸模5下部的凸台上。
图 4 螺旋弯曲模的受力分析
2. 弯曲过程 挂环零件是由三段圆弧和三段直线组成的。cd段是R16的圆弧，bc和de两段是R5的小圆弧。ab段和ef段是直线，在这两段中没有弯曲动 作。所以在完成de段弯曲后，下一步是f点的120°弯曲。f点的弯曲是靠凹模8右侧的外表面螺旋面完成的。凹模8结构见图5。
图 5 凹模结构
3.回弹的分析与计算 根据有关的回弹计算公式，计算出需要缩小的弯曲半径，再通过实验验证、修正，得出图6所示的凸模5与凹模8的实际尺寸。其中图6a为凸模尺寸，图6b为凹模尺寸。
图 6 凸模与凹模的实际尺寸
4. 螺旋凹模与凸模的设计 螺旋凹模8呈圆筒状，内部横截面水平投影的形状与凸模5相同，外部采用圆柱面。设计螺旋凹模8，首先确定内表面的曲线。所加工零件 的形状一般是由圆弧和直线组成，显然直线部分不用弯曲，对于圆弧部分的内表面曲线，先要确定螺旋升角。螺旋升角一般取50°～70°。当螺旋角确定后，凹 模内表面曲线就是一段螺旋线，若将内表面展开为平面，内表面曲线就是一条倾角α的直线，如图1所示的工件是由3段圆弧和3段直线组成的。可以计算出cd段 圆弧的圆心角是79.06°，圆弧长度是22.08mm；bc和de段圆弧的圆心角相等，它们都是110.47°，圆弧长度，均为9.64mm。确定螺旋 升角后，用L表示圆弧长度，则凸模5在弯曲该段圆弧时所需的行程S为：
S＝Ltanα
弯曲工件由若干段圆弧组成，设计时分段确定螺旋角，计算出每段弯曲所需的行程。进而计算出凸模5的总行程。
如图7所示，cd段圆弧分为左、右两段，每段的弧长均为11.04mm。螺旋升角取50°，则cd左、右两段的凸模行程均为13.16mm。
de段圆弧螺旋升角取63°，则de段凸模行程为18.91mm。
由于ef和ab两直线部分在弯曲会合时，f点还是直线，所以会发生干涉，为此要使ab段先弯曲到位，然后ef段才能弯曲到位。所以bc段圆弧的升角取60°。其凸模行程为9.64mm。
