碎紙機(jī)刀片級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)

陳黎明

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，湖南 衡陽(yáng) 421002）

1 刀片的工藝分析

圖1所示為碎紙機(jī)刀片零件圖，年產(chǎn)量2000萬(wàn)件。刀片材料采用抗剪強(qiáng)度為310～380MPa，屈服強(qiáng)度為235MPa，厚度為2mm的Q235生產(chǎn)；刀片上的兩齒用于碎紙，兩齒尖厚度為0.2mm，前角為50°，后角為5°，刀齒要求鋒利、表面光滑無(wú)毛刺；整個(gè)刀片平面度公差不超過(guò)0.1mm，厚度不超過(guò)2mm。

圖1 兩齒刀片零件圖

根據(jù)該刀片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求，如果采用單工序沖裁?；驈?fù)合沖裁模進(jìn)行生產(chǎn)會(huì)出現(xiàn)如下問(wèn)題。

（1）模具中刀齒成形處應(yīng)力集中，模具容易在此處開裂，模具壽命短。

（2）一套模具無(wú)法到達(dá)刀齒齒尖厚度0.2mm的要求，需多套模具成形，生產(chǎn)效率低，不利于大批量生產(chǎn)。

（3）多套模具沖裁時(shí)，由于各工序之間的定位誤差，會(huì)造成零件的精度難以保證。

（4）沖裁所形成的塌角，成形不了鋒利的刀齒。因此該零件采用單工序模具和復(fù)合模具沖裁是不合適的。而級(jí)進(jìn)模雖然存在模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、模具制造精度高、模具維修困難等缺陷，但可將復(fù)雜沖壓工序分解為簡(jiǎn)單工序，同時(shí)通過(guò)沖壓設(shè)備與自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。此外可利用級(jí)進(jìn)模上設(shè)計(jì)的精確定位裝置提高材料利用率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)上述分析并綜合產(chǎn)品的形狀和要求，結(jié)合產(chǎn)品的生產(chǎn)批量，確定該產(chǎn)品采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)是合適的。

2 排樣設(shè)計(jì)

排樣在級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用，其決定零件成形過(guò)程中的工位數(shù)、不同工序先后次序、步距大小和定位方式等。對(duì)大批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，在排樣設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率等因素外，提高材料利用率、降低制件成本非常重要。

本套模具采用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)控制送料步距，由導(dǎo)正銷精確導(dǎo)正。為達(dá)到刀齒形狀和尺寸要求，對(duì)刀齒的成形采用了沖工藝缺口、刀齒壓形、刀齒合成切邊4道工序，最后采用整形工序滿足刀片平面度和厚度要求。整個(gè)刀片的成形共設(shè)計(jì)9道工序。為提高材料利用率，本產(chǎn)品采用了將產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)的斜排方式，具體設(shè)計(jì)了兩種排樣方案。

方案一采用單排斜排的方式，即將產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)40°后進(jìn)行排樣，如圖2所示。

該方案在刀片刀軸安裝孔處先沖一個(gè)φ8工藝孔作為導(dǎo)正銷導(dǎo)正孔，采用單排導(dǎo)料銷導(dǎo)正。條料寬度為33mm，步距為31mm，零件由CAD查為676.5mm2，材料利用率為66.1%。共設(shè)計(jì)11個(gè)工位，其各工位完成的工序如下：工位1沖導(dǎo)正孔；工位2沖工藝缺口；工位3刀齒壓形；工位4刀齒一側(cè)修邊；工位5、工位6刀齒另一側(cè)修邊；工位7空步；工位8沖刀軸安裝孔；工位9切斷；工位10空位；工位11整形。

圖2 排樣方案一

方案二采用雙排斜排方式，即將其中的一排旋轉(zhuǎn)40°，另一排旋轉(zhuǎn)45°進(jìn)行排樣，這樣在不影響模具強(qiáng)度的情況下，使得材料利用率會(huì)進(jìn)一步提高，如圖3所示。

該方案在兩排刀片刀軸安裝孔處各先沖一個(gè)φ8工藝孔作為導(dǎo)正銷導(dǎo)正孔，采用雙排導(dǎo)料銷導(dǎo)正。條料寬度為63mm，步距為31mm，材料利用率為69.2%。也設(shè)計(jì)11個(gè)工位，其各工位完成的工序如下：工位1沖2—φ8導(dǎo)正孔；工位2沖工藝缺口（三處）；工位3刀齒壓形（三處）；工位4刀齒一側(cè)修邊（四處）；工位5（兩處）、工位6（一處）刀齒另一側(cè)修邊；工位7空步；工位8沖刀軸安裝孔（兩處）；工位9切斷；工位10空位，工位11整形。

圖3 排樣方案二

與方案一相比，方案二的材料利用率高，且采用兩排導(dǎo)正銷導(dǎo)正，定位精度高，盡管模具結(jié)構(gòu)略復(fù)雜，但生產(chǎn)效率提高了一倍?？紤]到該產(chǎn)品屬于大批量生產(chǎn)，且精度要求較高，故選用方案二進(jìn)行生產(chǎn)。

3 模具結(jié)構(gòu)

兩齒刀片級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)如圖4所示。模具通過(guò)壓力機(jī)上配有的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)送料來(lái)滿足自動(dòng)生產(chǎn)的要求。

該模具上模部分由上模座、上墊板、固定板、卸料板墊板、卸料板及凸模、導(dǎo)料銷、彈頂銷等組成，下模部分由下模座、下墊板、凹模、凹模鑲件、浮動(dòng)銷、導(dǎo)料板等組成。為確保刀齒壓形和修邊時(shí)上、下模能保持正確的位置，模具采用了內(nèi)、外雙重導(dǎo)向，即外導(dǎo)向采用 4 套滾珠鋼球外導(dǎo)柱、導(dǎo)套；內(nèi)導(dǎo)向采用4套精密的小導(dǎo)柱，小導(dǎo)套。條料送進(jìn)時(shí)，先沿外導(dǎo)料板38送入，進(jìn)入內(nèi)導(dǎo)料板后，由于未設(shè)計(jì)初始擋料銷，只能由人工控制其起始位置，然后開啟自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)送料。在調(diào)節(jié)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的送料步距時(shí)，應(yīng)使每次的送料步距比所需的實(shí)際送料步距多大約0.1mm，以便導(dǎo)正銷導(dǎo)正。當(dāng)條料到達(dá)工位1時(shí)，由沖導(dǎo)料孔凸模4沖出兩導(dǎo)料孔，上?；爻虝r(shí)，由浮動(dòng)銷31將條料抬起，條料在自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)作用下，向前送進(jìn)一個(gè)步距，上模下行，先由導(dǎo)正銷10實(shí)現(xiàn)條料的精確定位，再由沖工藝孔凸模5在刀齒部分周圍切出工藝孔，如此往復(fù)，完成零件的沖壓成形。

圖4 模具結(jié)構(gòu)

為便于條料順利送料，模具采用了內(nèi)、外導(dǎo)板導(dǎo)正條料的送進(jìn)方向，同時(shí)設(shè)計(jì)了多個(gè)浮動(dòng)銷在條料送進(jìn)前將條料從凹模面上抬起，避免沖裁時(shí)產(chǎn)生的一些缺陷影響條料的送進(jìn)。為防止上模上行時(shí)條料黏附在導(dǎo)料銷上，在卸料板上設(shè)有彈頂銷，便于將條料與導(dǎo)正銷脫離，以免條料隨上模上行由導(dǎo)料板掛脫時(shí)產(chǎn)生變形，影響條料送進(jìn)。

該產(chǎn)品沖裁時(shí)由于材料厚度較厚，沖裁力較大，為避免凸模在沖裁時(shí)被拔出，圓形凸模采用階梯式結(jié)構(gòu)，異形凸模采用掛臺(tái)式結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為防止凸模沖裁時(shí)彎曲變形或折斷，卸料板與凸模的單邊間隙不超過(guò)0.02mm，以便對(duì)凸模起到護(hù)套式的保護(hù)作用。

凹模中的沖裁部分均采用鑲件，便于磨損或損壞時(shí)更換。在凹模的產(chǎn)品脫離部位開設(shè)斜面，以便于產(chǎn)品整形后脫離凹模，避免產(chǎn)品重復(fù)整形時(shí)壓壞或造成安全隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

該產(chǎn)品成形的關(guān)鍵是要保證刀齒部分的形狀和功能要求，為此在工藝上采用了預(yù)切工藝孔和刀齒合成切邊的方法，達(dá)到了刀齒的設(shè)計(jì)要求；在模具設(shè)計(jì)上采用雙斜排方式，不但節(jié)約了材料，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)通過(guò)雙導(dǎo)正銷導(dǎo)正，滿足了條料的定位精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)生產(chǎn)，刀片質(zhì)量達(dá)到了圖紙要求，模具生產(chǎn)穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，該模具達(dá)到了預(yù)期效果。