卷圓成形級進(jìn)模的設(shè)計(jì)

文/楊良文，高宏廷·陜西渭河工模具總廠模架分廠

卷圓成形級進(jìn)模的設(shè)計(jì)

文/楊良文，高宏廷·陜西渭河工模具總廠模架分廠

實(shí)際生產(chǎn)情況下，在級進(jìn)模中夾入芯棒，實(shí)現(xiàn)卷圓成形難度較大。一般情況下，排樣時(shí)將成形圓環(huán)軸線與送料方向設(shè)計(jì)成一致，盡量使模具結(jié)構(gòu)簡化利于實(shí)現(xiàn)。若是與送料方向相垂直，模具結(jié)構(gòu)就會復(fù)雜得多，設(shè)計(jì)難度也會增加不少。本廠在設(shè)計(jì)研發(fā)鏈節(jié)級進(jìn)模時(shí)，就遇到了這種狀況，經(jīng)過技術(shù)人員的努力，最終完成了模具開發(fā)任務(wù)?，F(xiàn)將本廠的經(jīng)驗(yàn)與模具同仁共享。

模具設(shè)計(jì)背景

在本廠承接的鏈節(jié)級進(jìn)模的設(shè)計(jì)開發(fā)制造項(xiàng)目中，M9鏈節(jié)是一個(gè)典型的封閉卷圓成形零件，該零件現(xiàn)有材料為寬47mm、厚1.1mm的彈簧鋼帶，展開料片為叉子形，套裁落料。三個(gè)端頭各自向中部封閉卷圓成形（圖1），早期采用單步模沖壓加工，現(xiàn)在想要升級為級進(jìn)模生產(chǎn)。

圖1M9鏈節(jié)零件的結(jié)構(gòu)

模具設(shè)計(jì)思路

在本項(xiàng)目中，主要工作是生產(chǎn)M9鏈節(jié)零件、條料以及設(shè)計(jì)沖壓模具。思路是這樣的，按預(yù)想工藝排樣方案先設(shè)計(jì)制作一副級進(jìn)模進(jìn)行試沖，調(diào)試初期先保證條料可以一個(gè)個(gè)工位連續(xù)走下去，直至順暢走出模具、打出樣件，然后再根據(jù)樣件實(shí)際成形尺寸對成形凸凹模鑲塊進(jìn)行修改、調(diào)整，直到樣件合格。

經(jīng)過反復(fù)考慮，設(shè)計(jì)方案制定如下：為滿足模具安裝條件，同時(shí)也為了縮短條料長度，模具結(jié)構(gòu)必須緊湊，不設(shè)置任何空位。排樣情況和模具結(jié)構(gòu)見圖2、3，料片最長展開尺寸為131.33mm，步距76mm.。存在頭尾交錯套裁，無法設(shè)置縱向載體增加強(qiáng)度，條料剛性差并伴有載體變形，運(yùn)行當(dāng)中呈波浪起伏高低不同步等對送料或定位極為不利的初始條件。零件尺寸精度較高，三處封閉圓（兩處為同心圓/錐圓）卷曲成形，既要保證軸距又要保證檔距，還要保證圓度和同軸度，不設(shè)置芯棒就無法保證鏈節(jié)圓柱度質(zhì)量要求，所以必須專門設(shè)計(jì)芯棒及抽送機(jī)構(gòu)。并且，模具上下運(yùn)動，條料橫向送進(jìn)，芯棒縱向進(jìn)退，各個(gè)部分的運(yùn)動要相互配合得很協(xié)調(diào)，才能使模具得以安全運(yùn)行。

圖2零件排樣情況

圖3模具結(jié)構(gòu)

模具設(shè)計(jì)遇到的問題及解決方案

卷圓成形級進(jìn)模在設(shè)計(jì)過程中遇到的主要問題和解決辦法，包括以下幾方面：

⑴為了保證材料利用率，方便用戶生產(chǎn)，工藝排樣料寬仍然確定為47mm，步距76mm，具體工步如下：切外形、沖導(dǎo)孔→切外形及中間廢料→撕開（套切內(nèi)形）→后端（撕開）切形→打包→各端頭預(yù)成形→廢料切除→圓弧底部成形→載體扭轉(zhuǎn)→半卷圓成形→卷圓成形→整形、扣接→切除載體、吹出零件。兩邊外形連接載體2.4×3mm2，橫向載體寬度就只有2.85mm。由此可見，條料剛性很差，浮料釘?shù)脑O(shè)置需要密集一些。卷圓過程中，為強(qiáng)制性擴(kuò)大兩同心圓檔距，使得載體向外張開變形，前后兩個(gè)體環(huán)要保持同心，由于在折彎起始點(diǎn)相同的情況下展開長度不一致（載體設(shè)置在平均值位置），壓型時(shí)會使前部小體環(huán)連接載體受拉，后部大體環(huán)連接載體受壓，一前一后相反方向的作用力形成扭力矩致使整個(gè)條料水平方向拱曲變形。第7工步后又不再（也不可能）設(shè)置導(dǎo)正釘精確定位，如果送料偏離指定位置過大，會發(fā)生溢邊擠爛甚至夾料過壓損壞模具。所以，將浮料釘縱向間距設(shè)計(jì)成前小后大。導(dǎo)料槽深才便于今后調(diào)整返修，既要最大限度地保持送料平穩(wěn)、精準(zhǔn)，又要盡量減小送料阻力。如果出現(xiàn)變形較大情況，預(yù)備方案是人為地設(shè)置局部變形來平衡或抵消條料不利變形。

⑵成形芯棒抽送機(jī)構(gòu)。因前面的同心體圓為錐形圓環(huán)，所以芯棒只能從后面大距離送進(jìn)、退出，在不妨礙條料送進(jìn)的前提下，經(jīng)計(jì)算水平位移距離為45.545mm。斜楔取35°斜角，換算成高度位移量約為85mm，加上卸料板空擋高度25mm，故要求滑塊行程最小110mm，正好等于指定機(jī)床滑塊行程。另外，芯棒還必須設(shè)計(jì)成浮動式的，以保證可以與條料基本保持上下同步移動。所以，滑座前部設(shè)置浮動桿，再與芯棒尾端連接（圖4）。

圖4滑座設(shè)置浮動桿并與芯棒尾端連接

這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是使得芯棒前后運(yùn)動和上下運(yùn)動各自獨(dú)立、互不干涉，分別由斜楔和卸料板推動?；蠖嗽O(shè)有滾輪轉(zhuǎn)動，可以降低磨損、延長使用壽命。缺點(diǎn)是浮動桿在受到非正常阻力矩作用下易局部損壞，試模前期就發(fā)生過這樣的故障。但模具調(diào)試完成后運(yùn)轉(zhuǎn)正常，耐用度符合要求。

⑶成形部卸料板上鑲件、讓位孔、槽密布，又無法設(shè)置空位增加強(qiáng)度。所以在設(shè)計(jì)此板件時(shí)，材料采用Cr12MoV鍛料，淬火硬度比以往降低8度（50～54HRC），以提高其韌性。另外鑲件、讓位槽、孔盡可能做得小、窄、淺為好，應(yīng)力集中的尖點(diǎn)處也要做好技術(shù)處理。卸料彈簧全部套在卸料螺釘上使壓力和拉力保持平衡，避免彎曲力矩產(chǎn)生。以上措施都對卸料板起到了有效的加強(qiáng)保護(hù)作用。

還有一種方案是，徹底去掉成形部彈壓卸料板，把鑲塊裝到固定板上。但要采取浮動式連接，并保持與浮料釘壓桿（同樣是浮動式）做同步運(yùn)動，這樣便于觀察各部件的運(yùn)行狀況且效果會更好更安全。但由于浮動式拼合鑲塊太多也太小，既要將它們連接組合成一個(gè)個(gè)整體又要與固定板做浮動連接，由于鑲塊工藝性太差，故沒有采用。

⑷為了保證送料通暢，浮料釘上的導(dǎo)料槽開距較大，且導(dǎo)正釘在第7工步之后就失去作用，到13工步切除載體時(shí)又如何保證切口平齊？如果采用普通方式肯定不行，即使有個(gè)別零件切口平整，也是偶然現(xiàn)象，難保所有零件切口整齊一致。

圖5切斷凸模

最終，問題是這樣解決的：首先在9工步將載體上剩余的廢料向下打兩個(gè)直角彎，到13工步時(shí)先卡在下模限位鑲件上做初步定位，前后兩個(gè)切斷線從其理論位置向各自中心線偏移0.25mm，凸模刃口兩邊設(shè)導(dǎo)入斜面，在下行當(dāng)中逐步夾緊鏈節(jié)體環(huán)，兩側(cè)順其邊沿下切直至切斷（圖5）。當(dāng)頂桿將鏈節(jié)推出后，鏈節(jié)回彈至原狀態(tài)并依然保持兩個(gè)同心體環(huán)檔距不變，切口整齊美觀不留一點(diǎn)尖刺。

⑸定位不夠精準(zhǔn)，模具的運(yùn)行穩(wěn)定性難以保證，安全性能也受到影響，制件前端導(dǎo)入不順或越界很容易造成溢料、夾料使模具局部過壓遭到損壞。僅僅設(shè)置一個(gè)檢測銷是不可能充分保證模具運(yùn)行安全的，所以在下模上也裝有一個(gè)探頭，條料稍有異常變形即可引發(fā)停機(jī)。這還是不夠的，現(xiàn)場調(diào)試模具時(shí)為預(yù)防卷圓限位失效產(chǎn)生越界夾料包裹芯棒使芯棒以及滑座無法自動退回而阻擋送料，在模具之外裝設(shè)滑座退回探針，以此充分保證模具的運(yùn)行安全。

⑹撕切的斷面復(fù)位時(shí)總要刮擦出金屬碎屑，這是套裁所帶來的必然結(jié)果，無法消除。只能加高壓氣吹掉，但要注意方向，不要吹進(jìn)敞開的滑座導(dǎo)向槽里從而引起擦傷故障。

結(jié)束語

模具設(shè)計(jì)要靈活應(yīng)變，針對不同的情況應(yīng)當(dāng)采取不同的措施給予解決。事先將整個(gè)運(yùn)行過程，包括模具動作控制、材料受力變形狀況等考慮清楚再開始實(shí)施設(shè)計(jì)，即使是過去從來沒有制作過的試制模具，只要不違反設(shè)計(jì)原則，成功的機(jī)會還是較大的。模具調(diào)整也是這樣，只要從動態(tài)過程上去考慮分析，就能找出問題的起因和解決的對策。如果一開始就能夠提前考慮到將來會出現(xiàn)的狀況做好預(yù)防措施，就能讓設(shè)計(jì)更加成熟、完美。

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