新型模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造方法

■深圳市圖冠科技有限公司 楊延洲，陳俊寶

新型模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造方法

■深圳市圖冠科技有限公司 楊延洲，陳俊寶

模具是工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝裝備，模架用來安裝模具的工作零件和其他結(jié)構(gòu)零件，并保證模具工作部分在工作時(shí)間具有正確的相對(duì)位置，是模具中必用的“基礎(chǔ)件”。1個(gè)上模板、1個(gè)下模板和2～4組導(dǎo)套導(dǎo)柱構(gòu)成常見的基本模架結(jié)構(gòu)和原理，如圖1所示。在這種最多見的結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)缺點(diǎn)：

（1）導(dǎo)柱導(dǎo)套連接模板尺寸不同，同時(shí)導(dǎo)柱導(dǎo)套與模板的連接采用過渡配合，對(duì)上下模板孔的精度和中心距配合精度要求高，上下模板需在坐標(biāo)鏜床上分別加工與導(dǎo)柱導(dǎo)套連接的孔，加工費(fèi)用高。

（2）過渡配合構(gòu)造簡(jiǎn)單，定心性好，但零件加工精度高，裝配困難，特別是拆卸困難，有時(shí)導(dǎo)套導(dǎo)柱與模板在裝配、運(yùn)輸、使用時(shí)需要多次裝卸，此時(shí)過渡配合表面容易損傷，一旦模板上的配合孔損傷較大，形成裝配精度下降甚至失效，修復(fù)很困難。

1. 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)出下列新型模架結(jié)構(gòu)（見圖2）。從圖2可看到，相對(duì)常規(guī)的模架，該設(shè)計(jì)使用了以下兩種關(guān)鍵方法。

圖11. 導(dǎo)柱連接模板孔　2. 下模座　3. 導(dǎo)柱4. 導(dǎo)套　5. 上模座

圖2　新型結(jié)構(gòu)模架

（1）在導(dǎo)柱導(dǎo)套與模板孔的連接處采用錐形彈形套組合件連接替換常規(guī)的過渡配合連接。（圖2中導(dǎo)套與彈性套、導(dǎo)柱與彈性套各組成錐形套組合件，用于導(dǎo)套、導(dǎo)柱的彈性套結(jié)構(gòu)相仿，只是壁厚不同），連接時(shí)，在鎖緊螺栓軸向力的作用下，導(dǎo)柱、導(dǎo)套上的錐形面與彈性套上的錐形面產(chǎn)生相對(duì)軸向的位移，

錐面擠壓擠緊自鎖，由于錐形連接處錐度較小(錐度為1: 10，錐角5°42′38″) , 錐面擠壓的同時(shí)在徑向上產(chǎn)生較大的向外擴(kuò)張力，使錐形彈性套產(chǎn)生徑向擴(kuò)張變形，由于錐形彈性套設(shè)有單一的軸向窄槽因而具有一定的脹縮彈性。錐面連接上產(chǎn)生的徑向向外擴(kuò)張力使錐形彈性套的變形較為容易，形成錐形彈性套微變形和外徑擴(kuò)大，并與其連接的模板孔實(shí)現(xiàn)過盈配合。由于錐面擠壓擠緊后自鎖這一特征，這種配合一旦形成就不會(huì)松動(dòng)，因此這種配合很可靠。如果需要拆卸，只需卸除鎖緊螺栓，并將錐形連接組件的連接面用螺栓頂開，使其不再自鎖，錐形彈性套上的徑向向外擴(kuò)張力即可消除，錐形彈性套本身變形不大，由于材料的彈性恢復(fù)至變形前的外形尺寸，導(dǎo)柱導(dǎo)套與模板即可脫離。

（2）由于將導(dǎo)柱錐形彈性組合件的外徑、導(dǎo)套錐形彈性組合件的外徑、與上述組合件配合的模板孔，這三個(gè)直徑尺寸統(tǒng)一為相同直徑尺寸，模板孔可以采用配鉆配鏜。

2. 制造方法

（1）導(dǎo)柱下料→粗車→熱處理( 淬火、定性)→研磨中心孔→粗精磨外圓、錐度圓。

（2）導(dǎo)套下料→粗車→鉆孔→熱處理(淬火、定性) →精車孔→珩孔→配研孔→磨外圓及端面。

（3）錐形彈性套下料→粗車→作孔→熱處理（淬火、定性）→磨錐孔→裝在導(dǎo)柱或?qū)咨?，利用?dǎo)柱或?qū)椎亩ㄎ荒ネ鈭A及端面, 確保錐形彈性套裝配后與導(dǎo)柱或?qū)椎耐亩取?/p>

（4）上下模板下料→熱處理（時(shí)效處理）→銑→磨平面→精磨平面→配鉆孔→配精鏜孔。

（5）模架裝配和拆卸①模架裝配前按模架精度等級(jí)規(guī)定的導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合間隙值選配每對(duì)導(dǎo)柱、導(dǎo)套。②裝配前應(yīng)清除導(dǎo)柱導(dǎo)套錐形套組合件配合面上的油脂、灰塵等，清除模板與導(dǎo)柱、導(dǎo)套錐形套組合件連接孔處的油脂、灰塵等。③導(dǎo)套裝配時(shí)校正垂直度，導(dǎo)柱裝配時(shí)借助于導(dǎo)套作導(dǎo)向，裝配導(dǎo)柱時(shí)，應(yīng)先裝配距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)導(dǎo)柱，并試開合模是否靈活，如發(fā)現(xiàn)有阻滯現(xiàn)象，應(yīng)調(diào)整再重新裝配。螺釘要按對(duì)角、交叉次序旋緊，并配合試開合模分幾次擰緊。④兩個(gè)導(dǎo)柱安裝合適后，再依次裝配第三、第四個(gè)，每裝配一個(gè)應(yīng)進(jìn)行一次上述試驗(yàn)，直到合適為止。⑤導(dǎo)柱、導(dǎo)套裝配動(dòng)、定模板后，開模和合模時(shí)，導(dǎo)柱與導(dǎo)套間應(yīng)滑動(dòng)靈活，無阻滯現(xiàn)象。⑥連接拆卸。松開套端全部螺釘，取螺釘旋入錐形彈形套組合件壓套的輔助螺孔中擰緊產(chǎn)生推力，并輕輕敲擊拉出螺釘頭部，使拆卸松動(dòng)，拉動(dòng)螺釘，錐形彈性套可拉出。

3. 注意事項(xiàng)

要制造出好的模架，其三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（上模座上平面對(duì)下模座下平面的平行度、導(dǎo)柱軸心線對(duì)下模座下平面的垂直度、導(dǎo)套孔軸心線對(duì)上模座上平面的垂直度）均應(yīng)達(dá)到規(guī)定精度等級(jí)要求。關(guān)鍵工序中應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

（1）錐形彈性套的設(shè)計(jì)依據(jù)錐形彈性套工作原理，其設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮實(shí)際使用條件，綜合考慮各組合件的結(jié)構(gòu)合理性，合理選擇參數(shù), 特別是彈性套錐角、最小壁厚、寬度等。

考慮到模架工作時(shí)的需求，同時(shí)為了減少導(dǎo)柱、導(dǎo)套彈性組合件的總體外徑，使模架在同一尺寸下具有較大工作空間，導(dǎo)柱、導(dǎo)套組合件的錐形彈性套錐度，應(yīng)該設(shè)計(jì)較小，圖中錐度為1∶10，錐角5°42′38″，根椐結(jié)構(gòu)也可以選擇其他可產(chǎn)生自鎖并較易拆卸的錐度、錐角，這類角度裝配后錐面將產(chǎn)生自鎖，有利于模架工作的穩(wěn)定性。

由于錐形彈性套錐面將產(chǎn)生自鎖，因此錐形彈性套組件上需設(shè)置用于拆卸的螺紋工藝孔。正常情況下，錐形彈性套最小壁厚可為2～3mm。與其相配套的導(dǎo)套最小壁厚可參考現(xiàn)有導(dǎo)套標(biāo)準(zhǔn)給出，避免安裝時(shí)導(dǎo)套變形。

正常情況下，錐形彈性套與模板結(jié)合部分的寬度取錐形彈性套與模板結(jié)合部分直徑的1～1.5倍。為保證錐面連接的可靠性，裝配后的導(dǎo)套與錐形彈形套端面間仍應(yīng)有2～3mm間隙。只要設(shè)計(jì)合理，錐形彈形套內(nèi)徑處配合適當(dāng)，在較寬的允差范圍內(nèi)（0 ～0.1mm）均可實(shí)現(xiàn)精確過盈連接，因此錐形彈性套本身直徑和連接模板的孔徑精度容易保證，

（2）導(dǎo)柱導(dǎo)套配研依據(jù)模架精度要求，確定是否對(duì)導(dǎo)柱、導(dǎo)套配研。高精度模架應(yīng)對(duì)動(dòng)導(dǎo)向件導(dǎo)套孔配研，在進(jìn)入配研工序前，將導(dǎo)柱、導(dǎo)套按實(shí)測(cè)尺寸分組。每組配研的導(dǎo)柱、導(dǎo)套應(yīng)按組編號(hào)并做相應(yīng)標(biāo)志。配研應(yīng)

保證同組導(dǎo)柱與導(dǎo)套的間隙值、孔圓度、表面粗糙度等達(dá)到要求。

（3）錐形彈性套錐孔配磨高精度模架應(yīng)對(duì)錐形彈性套錐孔配磨，將各個(gè)導(dǎo)柱導(dǎo)套與配合的錐形彈性套按實(shí)測(cè)尺寸分組，每只導(dǎo)柱、導(dǎo)套與其配合的錐形彈性套都應(yīng)按組編號(hào)并做相應(yīng)標(biāo)志，錐形彈性套錐孔配磨時(shí)，應(yīng)配磨檢驗(yàn)(著色法)至導(dǎo)柱、導(dǎo)套錐面和錐形彈性套錐孔面的配合面積70%。配磨檢驗(yàn)合格后對(duì)錐形彈性套開槽并修整掉由此產(chǎn)生毛刺。

（4）磨導(dǎo)套錐形彈性套配合面應(yīng)確保與孔垂直度組裝成套的導(dǎo)向件，對(duì)導(dǎo)套配合端面和錐形彈性套配合端面與導(dǎo)柱軸線的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，要達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（5）模板配鉆時(shí)模板側(cè)面銑出定位槽為使模具在裝配、使用、維修時(shí)的拆裝過程中不會(huì)發(fā)生動(dòng)定模認(rèn)錯(cuò)方向，在設(shè)計(jì)上可以采取模板配鉆時(shí)在模板側(cè)面銑出定位槽，或使一個(gè)導(dǎo)柱(套)孔偏離中心距3mm等方法，在合模時(shí)避免錯(cuò)裝。上下模板也應(yīng)有標(biāo)志來區(qū)分，有利于生產(chǎn)品質(zhì)管理。

（6）熱處理材質(zhì)建議用彈簧鋼和調(diào)質(zhì)工藝。

（7）增大模板孔與模板側(cè)邊距離由于與常規(guī)導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模板連接的孔相比，本設(shè)計(jì)中模板連接孔較大，因此應(yīng)相應(yīng)增大模板孔與模板側(cè)邊的距離。

（8）其余設(shè)計(jì)要求 其余構(gòu)成模架的各零件材料、尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度、中心孔、砂輪越程槽等均可根椐模架應(yīng)用要求或按照用戶要求參照相關(guān)國際、國家模架標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。

4. 靈活應(yīng)用于各類模具模架

圖3依據(jù)本結(jié)構(gòu)和原理設(shè)計(jì)的另一沖模模架結(jié)構(gòu)，在這一結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)柱是一直桿從而方便制造，導(dǎo)柱與模板使用錐形彈性套組合件連接，兩件錐形彈性套在軸向上均開有槽，裝配時(shí)隨著螺栓擰緊，內(nèi)套縮小，外套增大，連接導(dǎo)柱與模板。此處內(nèi)外錐套材質(zhì)要相同，其厚度相等（兩件彈性套的軸向縫安裝時(shí)應(yīng)相差180°）。

圖4、圖5依據(jù)本結(jié)構(gòu)和原理設(shè)計(jì)的塑料注射模模架。圖5中考慮到塑料模模板較厚，導(dǎo)柱使用兩組彈性套固定，導(dǎo)套采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和固定方法。

上述滑動(dòng)導(dǎo)向件的新型結(jié)構(gòu)形式完全可用在滾動(dòng)導(dǎo)向件上，如圖6所示。對(duì)于模具領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本構(gòu)思前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。

5. 新型模架優(yōu)勢(shì)分析

圖3

圖4

圖5

圖6

（1）錐形彈性套定心精度好，連接剛度好，對(duì)于錐形彈性套的變形量，可以通過試驗(yàn)和測(cè)量得到可靠數(shù)值。連接同一性與可靠性、穩(wěn)定性好于過渡配合。與過渡配合連接相比，錐形彈性套與模板的連接不產(chǎn)生變形，連接處沒有內(nèi)應(yīng)力，更適合精密模具。

（2）制造和安裝簡(jiǎn)單，安裝錐形彈性套的軸和孔的加工不像過渡配合那樣要求高精度的制造公差。錐面彈性套只要求外錐面與圓柱孔有良好的同軸度, 不要求孔、軸尺寸有很高的加工精度和表面質(zhì)量。安裝導(dǎo)柱、導(dǎo)套

與錐形彈性套組件，也無需加熱、冷卻或加壓設(shè)備，只需螺釘按規(guī)定的力矩?cái)Q緊即可。

（3）用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)導(dǎo)柱或?qū)啄p后，可及時(shí)更換以保證導(dǎo)向精度， 如沖裁模模具在刃磨凸凹模刃口時(shí), 只要拆下導(dǎo)柱或?qū)? 就可方便地對(duì)凸凹模進(jìn)行磨削，重裝導(dǎo)柱或?qū)缀? 仍可保持模架的原裝配精度。

（4）模座工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)精度取決于各組導(dǎo)柱、導(dǎo)套共同組成的相互運(yùn)動(dòng)精度。上模座導(dǎo)套孔和下模座導(dǎo)柱孔，孔與孔的位置精度是上述運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵精度。常規(guī)情況下上模座導(dǎo)套孔和下模座襯套孔的加工是分別獨(dú)立加工的，孔與孔的位置精度依靠機(jī)床精度來保證，易受加工環(huán)境中溫度等因素的干擾，將上下模座的工作平面精加工后夾在一起鉆孔，特別是夾在一起同時(shí)鏜孔，可確保上模座導(dǎo)套孔和下模座襯套孔位置精度的一直性，提高模架精度。這種配鉆、配鏜工藝可以在立銑機(jī)床上加工，不必使用昂貴的坐標(biāo)鏜床，對(duì)于中小企業(yè)生產(chǎn)大型模架時(shí)特別有利。對(duì)制造超大型模架提供了有益的思路和可靠的方法。

（5）當(dāng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套使用磨損后，可以用電鍍等方法修復(fù)，快捷經(jīng)濟(jì)，降低了模具使用費(fèi)用。使用較好的普通機(jī)床加工，就能滿足產(chǎn)品零部件的加工需要，加工工藝簡(jiǎn)單可行。與傳統(tǒng)模架相比，技術(shù)變更不大，易于實(shí)現(xiàn)系列化與商品化。由于錐形彈性套要占一定的空間且需要螺紋聯(lián)接以產(chǎn)生預(yù)緊力，應(yīng)用中有時(shí)受到構(gòu)造上的限制。

20150628