航空工艺技术
AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY
1999年　第4期　No.4




小波距三角形波纹板成形工艺
Forming Technology of Triangular Corrugated Sheet with Small Wave Pitch
栗明安
　　［摘要］　阐述了小波距三角形波纹板成形用模具的结构设计和工艺参数的确定，以及合理利用波纹机的功能获得高精度零件的方法。
　　关键词： 波纹板　成形工艺　模具
　　［ABSTRACT］　The determination of structural design and technical parameters of the die used for forming the triangular corrugated sheet with small wave pitch is described. The method achieving high accuracy part by using reasonably the functions of corrugator is introduced.
　　Keywords: Corrugated sheet　Forming technology Die
1　概述
　　小波距三角形波纹板是某军品研制项目中板翅式换热器的主要换热元件。波纹板质量的好坏，会直接影响产品的换热性能，所以精度要求高。对波距小、相对高度值大(H/T＝1．9)且波高公差很小的三角形波纹板(零件形状见图1，主要尺寸和精度见表1)来说，如在普通冲床上设计一般模具来成形，会给模具设计、加工、维修带来一定的困难。利用波纹成形机的特点来设计成形模具并实施成形，实践证明是完全可行的，其成形过程见表2。

图1　小波距波纹板
Fig.1　Coorugated steet with small wave pitch
　
表1　几种波纹板的主要尺寸和精度

　
零件号材料料厚δ/mm波高H/mm波距T/mm相对高度(H/T)
01LF21-M0．154．0＋0．03－0．04　　　2．1＋0．03－0．101．90
02LF21－M0．203．5＋0．03－0．042．0＋0．04－0．101．76
031Cr18Ni9Ti0．104．0＋0．05　02．51．60
041Cr18Ni9Ti0．102．5＋0．05　02．51．00

表2　波纹机的成形过程

　
工步012346
冲
头
行
程

2　成形机理分析及模具工艺参数选择
2.1　成形机理分析
　　弯曲变形是波纹成形过程中的主要变形形式。如在普通冲床上用一般方法成形，采用箔料单方向流动的双角弯曲形式，见图2。此时由于受前面已成形波纹的限制，箔料只能从单方向流入，即在成形过程中箔料在弯折状态下沿Ⅰ，Ⅱ两点滑移，Ⅰ，Ⅱ在R处尺寸很小，箔料流动阻力很大，而且越接近成形终止位置阻力越大，箔料往往容易开裂，不能正常连续冲压。

图2　双角弯曲
Fig.2　Double angle bending
　　波纹机成形则是单角弯曲的过程，即一个完整的波分两次弯折而成，如图3所示，成形过程中箔料属单方向流动，流动阻力小，即使是在大波高的情况下亦不致拉断箔料。由此可见，利用波纹成形机单角成形过程来成形小波距三角形波纹板是有利的。
2.2　模具工艺参数选择
　　波纹成形机上使用的模具较简单，但其主要工作零件——成形冲头的形状设计及参数确定则是保证波纹板精度的关键。
　　冲压件在成形过程中的弹性变形，使零件产生自然回弹是必然的。所以要求设计成形冲头时必须对其形状和几何尺寸进行修正。对波纹板成形来说更应如此，也就是说，波纹板在成形过程中要有意加高波高ΔH，减小波距ΔT，使成形后的零件自然回弹到理想的状态。

图3　单角弯曲
Fig.3　Single angle bending
　　当波高增加ΔH＝＋0．15?mm，波距减小ΔT=-0.3?mm时，模具齿形夹角(回弹夹角)的计算应为：

　　从修正后的模具齿形计算结果(表3)看，齿形夹角2α很小，已接近(或小于)摩擦角，此时如用三角形冲头成形，零件很难从模具中退出，这将直接影响送料，无法正常完成成形过程。由此可见，将成形冲头直接设计为矩形截面，即零件在成形的过程中是矩形的，当成形后的零件从模具中退出后即自然回弹成三角形，见图4。实践证明这种结构是可行的。
表3　模具齿形计算

　
零件号BD/mmAD/mmβ/(°)BC/mmAB/mmγ/(°)α/(°)图形
010．903．2515．4780．753．73212．8562．636
020．852．6517．7830．802．78216．7061．072
031．103．3518．1780．703．52511．4506．720
041．102．2526．0530．702．50416．2367．816

　　因波纹板的材质、几何尺寸不同，成形冲头的工艺参数很难一次修正合适，故设计了3组不同尺寸的成形冲头，见表4。
表4　矩形截面冲头主要尺寸
mm

　
组别brB图形
10.580．521．10
20．600．551．15
30．600．601．20


图4　成形回弹过程
Fig.4　Spring_back process during forming
　　设计成矩形截面的成形冲头有以下优点：
　　(1)成形冲头采用分体加工，再组合装配成整体，既解决了成形冲头加工困难、精度无法保证的问题，又便于返修更换。
　　(2)在冲制过程中，有利于冲头沿水平方向前后移动，提高送料精度。
　　(3)便于成形后的零件从冲头退出，零件也不易变形。
3　波纹机的合理调整和零件主要参数的控制
3.1　波高的调整和控制
　　模具在成形过程中，波高是靠上、下成形冲头在闭合状态下叠合的高度来控制的，叠合高度高，成形出的波高就高，反之就低。由于波纹机本身具有可调性，在波高尺寸误差不大的情况下可随机进行，能保证零件两侧高度一致，满足零件波高公差要求。
　　成形冲头改为矩形截面后，利用同一套模具的成形冲头，只需更换模具上、下托板之间的垫块，即能冲制不同波高的零件。不同零件波高需用的垫块尺寸如表5所示。
　　为保证成形中零件波高一致，模具中有限位块，其作用是限制上、下托板相对于成形冲头的合理位置，保证零件平整。不同波高的零件应选用不同尺寸的限位块，见表6。表中h2为限位块厚度。
表5　模具垫块尺寸
mm

　
零件号波高垫块厚度
(h1±0.05)图形
014．0　　10．0
023．59．5
034．010．0
042．58．5

表6　模具限位块尺寸
mm

　
零件号波高h2图形
014．022．0
023．521．5
034．022．0
042．521．0

　　为防止模具工作时受力产生弹性变形而影响波高尺寸，在设计上、下托板时可加大其厚度尺寸提高刚度，以防托板变形，出现波高沿宽度方向不一致(中间高两侧低)的现象。
3.2　波距的控制和调整
　　影响波距尺寸的因素较多，除与被冲压零件材料的机械性能有关外，还与弯曲中的变形限度、弯角大小、弯曲形式和上下模工作面之间的间隙密切相关。成形冲头改为矩形后，增加了零件在弯曲中的变形程度，回弹减小。在弯曲方式不变的情况下，可更换不同几何尺寸的成形冲头来改变弯曲角和上下模之间的间隙，以获得不同的回弹角。
　　在冲制过程中，如回弹对零件波距影响误差不大，可调整卸料板与冲头顶部之间的间隙来修正波距误差。如要增大回弹，可将间隙δ1，δ2(见图5)调大，减小零件弯角处的变形程度，使波距增大；反之可使波距减小，以达到修正的目的。但应当注意，不论是增大还是减小回弹，上下模的间隙应当一致，即δ1＝δ2，以免成形后的零件出现倾斜现象；还要注意，调整应在保证波高尺寸的前提下进行。
　　也可以在上、下成形冲头组合处(参见图5)放置适当厚度的钢箔，增加工作面之间的间隙，以达到修正回弹保证波距的目的。

图5　冲头的工作位置
Fig.5　Working position of punch
3.3　波纹相对侧边垂直度的调整
　　成形过程中，下模送料是靠成形机特有的送料凸轮推动摆杆机构来完成的，由摆杆推动下模。调节钉的距离必须左右一致，保证沿宽度方向等距离送料，否则，冲制出的零件两侧波距不等，会使零件出现扭曲现象。
　　进入模具的毛料和成形后零件两侧的导板也要适当调整，保证与成形模具之间相互垂直，以免倾斜造成波纹相对两侧垂直度超差。
　　综上所述，以波纹成形机上成形小波距三角形波纹板的模具设计与在冲床上用的一般成形模具相比，具有结构简单、易加工、维修更换方便、一模多用、成本低等优点。现模具已小批量生产，解决了军品研制项目中的一大难题。
作者单位：豫新机械厂　高级工程师
