高速冲压多工位精密硬质合金模的设计分析

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高速冲压多工位精密硬质合金模的设计分析
1 ]( @! m( E2 W8 P* D( I! f  1  引言
, z4 g8 [* |4 v3 N- d+ s; r    随着高速冲压在国内的逐步推广，相应对模具的要求也越来越高，传统的依靠经验设计制造的模具其性能是不易保证的，特别是在模具的装配调试阶段，对模具钳工经验与技能的依赖性往往是和模具的质量与精度的可靠性成反比的
) W0 s8 c! [. {    2  零件工艺分析
    外线簧片是保安单元上的一个零件，材料为QSn6.5-0.1,料厚0.3mm，外观要求无裂纹；毛刺，成形后表面电镀处理。
    由于该零件批量需求很大，原采用普通级进模生产，但模具使用寿命不高，经常须刃磨，特别是易损部分更换频繁，而更换部分的互换性要求和重新装配后的精度要求不易保证（钳工碾配），故易产生不同批次冲压零件的一致性不高，因此决定利用引进高速冲压生产线开发高精密硬质合金级进模。（我厂九十年代从法国引进了两条高速冲压生产线，理论冲压：0～1200次/min）。
    本簧片的主要特点是弯曲部分多，且尺寸要求较高，在连续的高速冲压环境下模具工作部分易磨损，所以除在选取模具材料需要慎重考虑外对模具结构就提出了较高要求，主要是尽可能提高模具在冲床上的冲压时间，降低模具的等待时间，否则过多地拆卸整付模具进行修理，那么就失去了高速冲压的意义。
  n9 Q% E& Q4 _5 Y6 @6 p2 `* J    3   排样设计
3 p3 W0 ]9 y% ?6 O5 Z9 W  g    总体布局上是利用零件中部的水平面段为连料载体，先逐步切外形分离废料，后压弯成形，最终切除载体分离零件
) m) Z& L- C6 w( Q- Q+ Q    3．1 步距的控制
    由于冲压线上带有非常精确的数控自动送料装置，（误差0.01mm）所以此模具未采取侧刃定距，由活动初始挡钉确定条料的最初送料位置〔其位置的安排应避免后面薄片型凸模第一次的半料冲裁〕，送料装置定距，双排导正钉导正，为提高材料利用率，经产品设计部门同意增加了一个导正工艺孔，否则17~26步无法安排。
' A% ~6 i  S; F1 ?! V4 z7 k) A+ V2 d! g    3．2 工步的安排
    从条料的稳定性出发，开始尽可能保持条料的宽度，逐步切除变窄，压弯方面尺寸要求较高的应单独压，便于调整，压弯角度较大的分步压，避免材料的拉伸甚至断裂，弯曲的次序应从远端逐步向载体对称收缩，另外针对工艺分析中所说的为减缓压弯镶件的过快磨损，采取了两样措施：
   〔1〕 一组凸模与镶件连续两步同时压弯，使后一步的磨损大部分由前一步承担，如排样图11，12，13，14，21，22，23，24工位，通过镶件上两条压痕深浅的对比，证明是有效的。
, I7 W  q( ~1 @2 c- I   〔2〕 设计时适当加大角度和曲率回弹的补偿值，同时使镶件与凸模之间的纵向压弯间隙略大于一个料厚，视磨损情况调节压弯深度〔冲压过程中进行调整〕给予补偿，其具体结构见我《解决弯曲成形件回弹的一种快速可调机构》一文〔《模具制造》2002第九期〕。
( m7 y1 [" |' a- e: m) ~7 D6 f    4 模具结构和关键零件设计
    (为清楚起见，省略一部分未画)总体上是采取了以卸料板为导向的三板式模具形式。
    4．1 导向结构
    对高速冲压而言，模架的导向精度非常重要，可以说是整副模具的心脏，如图3所示，此模具采用乐三板式四导柱精密模架，而且必须是可拆卸式，除方便模板的加工外，更主要的是高速冲压环境下导柱和滚珠较一般模具易磨损，应及时更换，这就对其互换性要求非常高，一般说来由模架专业厂定做。另外，还加装了四个小导柱。
* v5 B+ d6 b6 j  n+ l. y" _6 Y0 _    4．2 限位装置
/ s2 b5 i+ {) J( U# ^, A    41，43上下限位柱闭合，42限位块与凹模套闭合，44限位条与大卸料板闭合的同时，冲裁与压弯到位，限位装置易加工〔尺寸可磨削至微米级〕，其主要作用有：
' Z- v) h1 ^+ M    （一） 确定模架的冲裁深度始终保持不变，刃模后通过增加镶片厚度维持原高度〔如图3中14，15，24〕，凸模采取压板固定嵌入式结构，直接装入固定板，可拆卸。
    （二） 维持模板的平衡性〔关键是大斜料板相对于上下模板的平行度〕，通过双排对称6个限位块的平衡支撑，防止因条料偏离中心〔特别是初次送料〕而产生的卸料板倾斜趋势，保护导向精度，缓解导向磨损。
   （三） 通过左右两限位条和限位块的共同作用，使机床到达预设的下死点时模具刚性闭合，可将极细的碎屑强行压入条料，防止不必要的停车，保护设备和模具。
    4．3 模板的设计加工与装配
    为保证精度要求和便于维修更换，凹模与卸料板都采取了完全镶拼式，总体设计原则为：
   （一） 的强度和刚度。
6 q' T+ {/ z. b- V   （二） 变封闭式为敞开式，外形简单化，便于精加工与测量。
9 }; h6 A/ c7 w   （三） 尽?减少拼块数量，方便装配、拆卸与更换。
    如图3所示，先线切割粗加工，再磨削精加工到尺寸要求，（0.001mm）具体为：
   〔一〕 镶件与拼合后型腔0~0.02mm过盈轻压入配合。
   〔二〕 凸模与卸料板型腔双面0.002~0.006mm间隙配合。
- f2 ^) B5 M/ f4 {5 N   〔三〕 凸模与固定板型腔双面0.01~0.02mm间隙配合。
   〔四〕 凸模与凹模型腔双面0.04mm间隙配合。
    另外，最后装配销钉时为减少装配误差，采取镶套后粘合装配
( b5 M2 |3 B( L* R. V- t    4．4 主要零件的材料及热处理
    冲裁凹模镶件与凸模：硬质合金YG20，压弯凸、凹模ASP23〔引进〕凹模拼块、卸料板拼块、固定板：CrWMnHRC58~62，凹模套、固定板套、大卸料板、卸料钩：45＃钢 HRC43~48，其中大卸料板调质处理。
    4．5 卸料装置
   〔一〕 由于冲裁速度快，所以采用了卸料钩的形式〔传统的卸料螺钉高速下易松动〕。
8 ~8 r, m& B" U+ N: L   〔二〕 为使卸料力量均衡，防止卸料板倾斜受力，保护导向精度。采用了可调节式弹簧预紧装置，可直接放入固定板套装配孔。通过螺钉调节弹簧预压力。使6个弹簧力量一致
  i0 Z+ B- J3 w+ E- Y    4．6 导料装置
    主要采用侧导板、导料钉导料，抬料钉、托芯抬料，上弹顶钉弹料〔防止导正销向上带料〕。另外，如果空位不够或为保证凹模拼块强度，可借用导正销让孔安置抬料钉，在抬料的同时让开导正销
    4．7 辅助装置
8 @8 S5 v7 l, I0 S   〔一〕告警销失步告警，当条料位置偏差，告警销不能进入导正孔而上浮，转化成横向运动传递至微动开关而停车。
   〔二〕与冲裁同步间隙吹料和吸料，在切断工步安置浮动吹料钉，凹模座侧面安装了进气嘴，工件分离后随卸料板上浮吹出工件防止堆积；在下模座安装高压气泵同步吸料，防止废料上浮
# B) @% F  K" `    5   结束语
% }2 N0 H6 e/ Y- {+ I, v% [/ l    本文不止一次提到如何保证模架精度，对提高冲压而言，在加工手段上怎样达到模具精度要求固然重要，但在结构设计上如何对模具固有精度进行保护更为重要，但在结构设计上如何对模具固有精度进行保护更为关键，本模具目前已冲压零件600多万，现实际冲速500次/min。在提高工作效率和产品质量、增强市场反应速度方面收到了良好效果。