2.6 冲模“三化”及其结构设计
冲模的“三化”即标准化、通用化与典型化,实际上就是在对构成冲模零部件标准化、系列化、通用化的基础上,实现冲模工艺技术功能的通用化及冲模结构的典型化。
冲模标准化是一项涉及面很广的综合性技术基础工作,是组织冲模现代专业化生产、进行科学管理的重要依据。按照统一、互换、选优、简化、便于制造、利于修理、提高寿命、降低成本的原则,通过实施冲模“三化”,扩大组织专业化生产,提高制模质量与技术水平。
冲模的“三化”是提高制模能力、降低制模成本、缩短制模周期的关键,是提高模具市场竞争力和提升制模技术水平的决定性要素,是组织冲模专业化生产和开展冲模计算机辅助设计与制造及管理,即冲模CAD/CAM/CAE/PDM的前提。因此,冲模的“三化”是冲模生产技术高速度、高水平发展与提升的一个重要基础。冲模“三化”涉及冲模设计、选型与结构、制造、使用、修理、验收等各个环节,不少冲模生产企业及用户,都格外重视并已进行了大量工作。
2.6.1 冲模设计、制造与修理的“三化”
1.冲模相关标准
专业冲模生产企业往往根据用户提供的冲压零件图、冲压零件实物,设计并制造冲模,并承包其终身修理工作。有些用户还要求限期提供冲压零件。只有大企业自己的冲模生产点(车间、分厂)供应自己的冲模,才有条件按常规提供冲压零件的成套冲压工艺文件、冲模设计任务书等一整套冲模设计资料,按严格设计、制造程序与流程运作。在模具专业化生产迅速发展的今天,为适应设计需求,满足用户要求,专业模具生产单位推行“三化”已势在必行。
冲模相关国家标准与机械行业标准如下:
(1)模架
1)GB/T 2851—2008《冲模滑动导向模架》。
2)GB/T 2852—2008《冲模滚动导向模架》。
3)GB/T 23565.1—2009《冲模滑动导向钢板模架 第1部分:后侧导柱模架》。
4)GB/T 23565.2—2009《冲模滑动导向钢板模架 第2部分:对角导柱模架》。
5)GB/T 23565.3—2009《冲模滑动导向钢板模架 第3部分:中间导柱模架》。
6)GB/T 23565.4—2009《冲模滑动导向钢板模架 第4部分:四导柱模架》。
7)GB/T 23563.1—2009《冲模滚动导向钢板模架 第1部分:后侧导柱模架》。
8)GB/T 23563.2—2009《冲模滚动导向钢板模架 第2部分:对角导柱模架》。
9)GB/T 23563.3—2009《冲模滚动导向钢板模架 第3部分:中间导柱模架》。
10)GB/T 23563.4—2009《冲模滚动导向钢板模架 第4部分:四导柱模架》。
(2)送料定位标准零部件
1)JB/T 7648.1—2008《冲模侧刃和导料装置 第1部分:侧刃》。
2)JB/T 7648.2—2008《冲模侧刃和导料装置 第2部分:A型侧刃挡块》。
3)JB/T 7648.3—2008《冲模侧刃和导料装置 第3部分:B型侧刃挡块》。
4)JB/T 7648.4—2008《冲模侧刃和导料装置 第4部分:C型侧刃挡块》。
5)JB/T 7648.5—2008《冲模侧刃和导料装置 第5部分:导料板》。
6)JB/T 7648.6—2008《冲模侧刃和导料装置 第6部分:承料板》。
7)JB/T 7648.7—2008《冲模侧刃和导料装置 第7部分:A型抬料销》。
8)JB/T 7648.8—2008《冲模侧刃和导料装置 第8部分:B型抬料销》。
9)JB/T 7649.1—2008《冲模挡料和弹顶装置 第1部分:始用挡料装置》。
10)JB/T 7649.2—2008《冲模挡料和弹顶装置 第2部分:弹簧芯柱》。
11)JB/T 7649.3—2008《冲模挡料和弹顶装置 第3部分:弹簧侧压装置》。
12)JB/T 7649.4—2008《冲模挡料和弹顶装置 第4部分:侧压簧片》。
13)JB/T 7649.5—2008《冲模挡料和弹顶装置 第5部分:弹簧弹顶挡料装置》。
14)JB/T 7649.6—2008《冲模挡料和弹顶装置 第6部分:扭簧弹顶挡料装置》。
15)JB/T 7649.7—2008《冲模挡料和弹顶装置 第7部分:回带式挡料装置》。
16)JB/T 7649.8—2008《冲模挡料和弹顶装置 第8部分:钢球弹顶装置》。
17)JB/T 7649.9—2008《冲模挡料和弹顶装置 第9部分:活动挡料销》。
18)JB/T 7649.10—2008《冲模挡料和弹顶装置 第10部分:固定挡料销》。
(3)卸料机构标准零部件
1)JB/T 7650.1—2008《冲模卸料装置 第1部分:带肩推杆》。
2)JB/T 7650.2—2008《冲模卸料装置 第2部分:带螺纹推杆》。
3)JB/T 7650.3—2008《冲模卸料装置 第3部分:顶杆》。
4)JB/T 7650.4—2008《冲模卸料装置 第4部分:顶板》。
5)JB/T 7650.5—2008《冲模卸料装置 第5部分:圆柱头卸料螺钉》。
6)JB/T 7650.6—2008《冲模卸料装置 第6部分:圆柱头内六角卸料螺钉》。
7)JB/T 7650.7—2008《冲模卸料装置 第7部分:定距套件》。
8)JB/T 7650.8—2008《冲模卸料装置 第8部分:调节垫圈》。
9)JB/T 7650.9—1995《冷冲模卸料装置 聚胺酯弹性体》。
(4)安装与紧固标准零部件
1)JB/T 7645.1—2008《冲模导向装置 第1部分:A型小导柱》。
2)JB/T 7645.2—2008《冲模导向装置 第2部分:B型小导柱》。
3)JB/T 7645.3—2008《冲模导向装置 第3部分:小导套》。
4)JB/T 7645.4—2008《冲模导向装置 第4部分:压板固定式导柱》。
5)JB/T 7645.5—2008《冲模导向装置 第5部分:压板固定式导套》。
6)JB/T 7645.6—2008《冲模导向装置 第6部分:压板》。
7)JB/T 7645.7—2008《冲模导向装置 第7部分:导柱座》。
8)JB/T 7645.8—2008《冲模导向装置 第8部分:导套座》。
9)JB/T 7646.1—2008《冲模模柄 第1部分:压入式模柄》。
10)JB/T 7646.2—2008《冲模模柄 第2部分:旋入式模柄》。
11)JB/T 7646.3—2008《冲模模柄 第3部分:凸缘模柄》。
12)JB/T 7646.4—2008《冲模模柄 第4部分:槽形模柄》。
13)JB/T 7646.5—2008《冲模模柄 第5部分:浮动模柄》。
14)JB/T 7646.6—2008《冲模模柄 第6部分:推入式活动模柄》。
15)各类螺钉、销钉等紧固件相应标准。
(5)模板类半标准件
1)原JB/T 7642.1—1994《冲模通用模座 带柄圆形上模座》。
2)原JB/T 7642.2—1994《冲模通用模座 带柄矩形上模座》。
3)原JB/T 7642.3—1994《冲模通用模座 A型模座》。
4)原JB/T 7642.4—1994《冲模通用模座 B型下模座》。
5)原JB/T 7642.5—1994《冲模通用模座 弯曲模下模座》。
6)JB/T 7643.1—2008《冲模模板 第1部分:矩形凹模板》。
7)JB/T 7643.2—2008《冲模模板 第2部分:矩形固定板》。
8)JB/T 7643.3—2008《冲模模板 第3部分:矩形垫板》。
9)JB/T 7643.4—2008《冲模模板 第4部分:圆形凹模板》。
10)JB/T 7643.5—2008《冲模模板 第5部分:圆形固定板》。
11)JB/T 7643.6—2008《冲模模板 第6部分:圆形垫板》。
(6)冲模主要工作零件标准
1)JB/T 5825—2008《冲模 圆柱头直杆圆凸模》。
2)JB/T 5826—2008《冲模 圆柱头缩杆圆凸模》。
3)JB/T 5827—2008《冲模 60°锥头直杆圆凸模》。
4)JB/T 5828—2008《冲模 60°锥头缩杆圆凸模》。
5)JB/T 5829—2008《冲模 球锁紧圆凸模》。
6)JB/T 5830—2008《冲模 圆凹模》。
7)原JB/T 8057.1—1995《冷冲模凸、凹模 A型圆凸模》。
8)原JB/T 8057.2—1995《冷冲模凸、凹模 B型圆凸模》。
9)原JB/T 8057.3—1995《冷冲模凸、凹模 快换圆凸模》。
10)原JB/T 8057.4—1995《冷冲模凸、凹模 圆凹模》。
11)原JB/T 8057.5—1995《冷冲模凸、凹模 带肩圆凹模》。
2.制定冲模“三化”企业标准的原因
对于全国各制造行业,制模能力与技术水平存在较大差异。在冲模“三化”中,应按其需要,对上述冲模标准筛选、取舍或有计划地逐步全面宣贯。分析其深层次的原因,对了解与掌握普遍适用的设计方法、全面宣贯现行有关标准,十分必要。
1)生产不同产品的企业,所需冲模不仅尺寸大小相差悬殊,冲压零件精度相差很大,而且制造冲模的设备、工艺也都不同。例如,经常制造农机、农用车辆用冲模的专业模具厂,要制造仪表用冲模就有困难,这类模具厂很少或根本不用Ⅰ级高精度模架,甚至大多数冲模不用模架;而生产仪表产品用冲模的生产厂,不使用无导向敞开式冲模。这两类冲模生产厂,在宣贯上述冲模标准、推行“三化”工作中,必然按其需要而有所取舍。
2)各模具生产企业都有自己的核心技术,并形成独具特色的产品。例如,以生产中小型冲模服务于开关电器制造业的模具厂,标准化、结构典型化程度较高,一般开关电器产品用冲模制造又快又好。而要让这类模具厂制造钟表、轻工产品用冲模,显然难以承担。两者所用冲模相关标准也完全不同。
3)服务对象不同,所用冲模相关标准相差很大。现行的冲模相关国家标准和机械行业标准,不适于载重汽车、轿车、微型汽车等产品覆盖件之类的大型冲模,也不适合钟表等小型精密冲压零件用冲模,但对于众多机电与家电产品,多以中小型冲压件为主的绝大多数制造业工厂,均可全部或有选择地使用。
4)使用习惯有别等原因,致使经常选用一些常用冲模类型,而冷落甚至淘汰一些冲模结构及冲模零部件标准。例如,时有发生的冲压人身伤害事故,使敞开式冲模、无导向固定卸料结构冲模的使用日趋减少,导板式冲模和导柱式冲模的使用日趋增多。
5)冲压生产与冲模设计、制造水平的差异,使用标准数量、内容差别很大。采用连续模、自动冲模多的单位,会觉得冲模相关国家标准和机械行业标准中的内容不足,缺项很多,特别是定位装置品种少,可选用面窄;横向冲压及送料装置及其楔传动零部件等,尚无标准零部件可选等。
3.冲模“三化”企业标准的制定
(1)冲模“三化”企业标准的内容 由于上述及更多其他原因,使得冲模生产企业在推行“三化”过程中,经常以冲模相关国家标准和机械行业标准为基础,结合自身规模、行业与服务对象特点,考虑自己的核心技术实力与发展,制定自己企业的成套冲模标准。这些标准一般包括以下内容:
1)《冲模典型结构组合》。
2)《冲模零部件》。
3)《冲模典型结构图册》。
4)《冲模设计与制造守则》。
(2)冲模“三化”企业标准的编制 编制企业的成套冲模标准,主要目的是在冲模设计、制造、使用与修理过程中,推行其零部件标准化、系列化,冲模的结构形式典型化、通用化,冲模的工艺技术功能扩大化、通用化。编制前要对已生产过的冲压零件及其冲模进行汇总、分类,列出常用的冲模类型及结构形式;考虑用户需求和发展趋势,依市场需求为导向,适当增减已选定的冲模类型及结构形式,兼顾企业技术提升、规模增减以及其他可知与可预见因素,确定企业要生产冲模的标准典型结构,编制出《冲模典型结构组合》整套企业标准;还可从成套的冲模典型组合标准规格中,选取适合企业使用的典型组合类别、结构形式及规格大小范围,并按实际需要随时取舍与增减。
根据确定的《冲模典型结构组合》企业标准,还可从成套的冲模相关标准中,选择为典型组合按规格配套的零部件标准,再经筛选、增补后,编制出《冲模零部件》企业标准。
为了更好宣传,并使有关设计、制造、使用与修理人员,深入了解和切实执行上述冲模企业标准,还要按《冲模典型结构组合》企业标准,每一类、每一种、每一个典型结构组合,从已生产和使用过的冲模中,寻找1~2个实例,将其冲模总装配图汇编成册,逐套加以结构设计与制造要点说明,编制出企业的《冲模典型结构图册》。
为了顺利推行企业的成套冲模标准,执行好冲模的“三化”工作,要分别编写出《冲模设计守则》与《冲模制造守则》。
在《冲模设计守则》中,应说明以下内容:
1)设计程序及设计管理方法。包括冲模设计任务的承接、下达、设计、校对、审核、标准检查、批准、图样入库等整个流程如何运作。复杂特殊的结构,在设计前要有“结构论证”与可行性研究等协商会议纪要与书面报告。
2)设计图样的表达深度。选用企业的《冲模典型结构组合》标准,通常只需出一个简化总装图,简单结构的不用出总装配图,但要按规定在其排样图上,写出选用冲模结构类型、标准规格,以及冲模的制造技术要求与主要技术规格,并配齐工作零件凸、凹模加工图,各类模板的相应模孔加工图,非标准零件加工图等。
3)冲模设计质量的控制与管理。冲模是一种非标准的精密机械产品,应对用户执行质量终身承包制。设计者对于没有把握的冲模结构,一经研讨会和可行性研究报告确定,设计人员应对冲模的设计质量,包括冲模选型,技术功能符合要求,整体结构合理、先进、操作安全,图面质量好,无数字、图形表达的遗漏与差错等,负主要责任。图样上的错误及与会议、可行性研究报告不符之处,由校对人负责检查出来并纠正。审核人员只对冲模整体结构的合理性、实用性及先进性负责。不符合标准及其遗漏或错误,由标准检查人员指正。最后批准人要对冲模设计质量负全面责任。
除上述三项主要内容,还有一些具体要求,如设计图样幅面大小、格式、允许差错率、设计说明的内容、图样交付方式、份数等,都要详细写入《冲模设计守则》中。
在《冲模制造守则》中,主要写入以下内容:
1)标准零部件制造的定型标准制造工艺。主要是成套标准零部件制造的工艺文件,包括工艺流程图、工艺过程卡、验收规程、主要零部件(如标准模架、模座、导柱、导套、始用挡料装置、挡料销、侧刃等)的制造与检验操作细则。
2)半标准零部件的加工工艺。主要是固定板、卸料板、导板、凹模板等半标准件,待加工紧固孔、模孔等的加工工艺。
3)冲模的装配工艺及技术要求。配套零件弹簧、聚氨酯橡胶块、螺钉、垫圈、销钉、垫板、定距套、限位柱、防护栅等,经检验全部零部件合格、无遗缺后进行总装。
4)试模及验证程序及要求。
5)入库规定及手续。
6)非标准零件的通用加工工艺。如凸模、凹模、凸凹模、顶件器、卸件器、压边圈、非标准成形侧刃、定位板等常用零件的通用加工工艺。
将上述设计与制造冲模规定与有关文字汇编在一起,构成企业的《冲模设计与制造守则》。
2.6.2 冲模“三化”后的结构设计方法
冲模“三化”后的结构设计方法与选用典型组合标准进行冲模的结构设计方法相同。不过冲模“三化”后的结构设计方法,是在设计中完全采用冲模成套企业标准,而冲模成套企业标准源于典型组合标准(GB、JB),仅根据企业的需要与市场导向进行了删减、增补,并对其使用进行规范,使用起来更具针对性。
以冲制薄料、超薄料高精度小尺寸冲压零件为例,其料厚t为0.05~<0.5mm,尺寸精度一般高于IT10,通常采用原JB/T 8068.3—1995、原JB/T 8068.4—1995两个标准作为企业标准,进行这种结构形式冲模设计,见图2-22、图2-23。
因冲模“三化”所使用的冲模企业标准,是冲模生产企业,按其服务对象及其产品特色、有的放矢地对冲模相关国家标准和机械行业标准进行筛选与简化的产物,故其进行冲模结构设计的步骤、程序与方法,与2.4节所述典型组合标准设计法相同。
多数模具生产企业以制造冲模为主,积累了丰富的设计与制造经验。其冲模企业标准内容更细,品种类型更多、更丰富,可操作性强。与相关冲模典型组合相关国家标准与机械行业标准相比,有以下不同:
1)冲模典型结构分类进一步细化,并分别制定了企业的典型结构组合标准。
①对冲裁模按冲压工艺工序(步)组合程度与方式细化分类:单工序冲模,包括落料模、冲孔模、切口模、切边模等;连续模,又按挡料系统构成不同分为用固定挡料销配始用挡料装置的连续模、用侧刃的连续模;复合模,主要增加了未纳入机械行业标准的顺装结构复合冲裁模,包括圆形与矩形凹模的顺装结构复合冲裁模及厚、薄凹模的顺装结构复合冲裁模。
②对各种成形模按其工艺技术功能分别给定一种或几种典型结构组合标准。弯曲模包括V形与形弯曲模、形与形弯曲模、Z与M形弯曲模、与形弯曲模、形及形弯曲模等,每类弯曲模都有多种结构形式,但都是单工序冲模。拉深模包括用压边圈及不用压边圈的不变薄圆筒形、方形、矩形拉深模。其他成形模包括压窝(沉孔)模、打凸模、压波压筋模、冲百叶窗模、翻边模等。
2)配用模架的规定更详细、更具体。
①冲裁料厚t≤1mm的零件,应配用模架。
②冲裁料厚t≤0.5mm的零件,应配用I级精度滑动导向导柱模架。
③冲裁料厚t≤0.2mm的零件,应配用滚动导向导柱模架。
图2-22 冲模导板模弹压纵向送料典型组合(摘自原JB/T8068.3—1995)
1—垫板 2—固定板 3—上模座 4—导料板 5—凹模 6—承料板 7、10、11—螺钉 8、9—圆柱销 12—卸料螺钉 13—弹簧
3)各类典型结构使用范围规定明确。
①采用弹压卸料的冲裁模,其许用冲裁料厚tmax<3mm。
②采用固定卸料的冲裁模,其许用冲裁料厚tmax>3mm。
③连续冲裁模采用弹压卸料时,其许用冲裁料厚tmax<2.5mm。
④复合冲裁模无论顺装还是倒装,其许用冲裁料厚tmax<3mm。
4)各种常用冲压零件用冲模的企业标准定型结构如下所述:
①中、小型电机的转子片、定子片及中小型电机用其他通用冲压零件的各种冲模定型结构。
②仪表、电工仪器等使用的各种变压器用山字形、E字形、一字形与日字形硅钢片复合冲裁模。
③各种规格的接线头连续复合模。
④仪表仪器用接触片、弹簧片、焊片一模成形连续冲裁与连续复合模。
图2-23 冲模导板模弹压横向送料典型组合(摘自原JB/T 8068.4—1995)
1—垫板 2—固定板 3—上模座 4—导料板 5—凹模 6—承料板 7、10、11—螺钉 8、9—圆柱销 12—卸料螺钉 13—弹簧
5)多数企业增补典型结构组合,没有给定具体的标准规格。
由于冲模企业标准的典型结构分类细化,选型条件具体,使用规定很细,故其可操作性很强。虽然有一些增补的典型结构没有给定具体的标准规格,但可仿照与对比设计,十分简便可行。
2.6.3 用企业冲模“三化”成套标准设计高精度冲模
实例1
图2-24所示连续冲裁模,采用了原JB/T 8068.3—1995中的典型结构组合(见图2-22),但其连续冲裁排样与模芯结构设计有如下特点:
1)采用无搭边有沿边双列交错对称排样,一模两件,节省材料,生产率高。
2)同时冲出两个工件的切口,使两个切口组成一个稍大一点的长圆孔,使冲切口凸模变成冲长圆孔凸模,断面增大一倍,不易折断,也便于制造、修理。
3)弹压导板加厚并加了一块压板(件5),使小凸模导向及横向支承加长,既提高了导板模孔对小凸模的导向精度,加固了凸模,也便于修理。
图2-24 焊片弹压卸料导板式纵向送料少废料连续冲裁模
1—凹模 2—承料板 3—导料板 4—导正销 5—压板 6—切槽凸模 7—落料 8—冲孔凸模 9—落料凸模 10—固定板 11—垫板 12—上模座 13—模柄 14—弹簧 15—导套 16—弹压导板 17—导柱 18—下模座
实例2
图2-25所示连续复合模,是一种冲制带小孔的小尺寸弯曲件,用带料经冲孔—落料并弯曲成形的精密冲模。冲压零件的材料为QSn6.5锡青铜带料,厚度t=0.2mm,冲小矩形孔四个,孔尺寸为:(1+0.160)mm×(0.8+0.160)mm,孔边距仅0.5mm。
该冲模虽采用原JB/T 8068.4—1995弹压导板式横向送料冲模典型结构组合(见图2-23)。但在其模芯结构设计上,采取了一些具有创新性方法。
1)因为冲压零件尺寸很小,展开平毛坯尺寸仅为长×宽=9mm×5mm,在两头有四个对称的长×宽=1+0.160mm×0.8+0.160mm的矩形孔。孔中心距=(3±0.1)mm,孔边距仅0.5mm,冲压难度很大。为使冲孔凸模承载后不弯曲折断,设计了一个可伸缩超短凸模冲孔组件,见图2-25模具图第I工位上模,由件5、6、7、9、20等零件组合而成,装在导板内。
图2-25 夹边弹压卸料导板式横向送料连续复合模
1—上模座 2—冲头 3—固定板 4—限位柱 5、22—盖板 6—凸模固定板 7—橡胶块 8、24—垫板 9—凸模 10—承料板 11—导板 12、20—镶块 13—凹模固定板 14—压弯 15—挡料板 16—凹模 17—压料块 18—压板 19—压料杆 21—切断凸模 23—压弯凸模
2)设置了切断弯曲成形的复合冲压工位为第Ⅲ工位,第Ⅱ工位为空挡,拉开两个工作工位的距离。否则,在凸模固定板和导板上就没有足够的供凸模安装的位置。
3)加厚弹压导板,除结构设计需要外,还加固并保护凸模。
该冲模冲压动作原理如下:装在弹压导板内的冲小矩形孔凸模9,通过冲头2拼块,冲击凸模9,使冲孔凸模完成冲孔。橡胶块7的压缩量很小,就足以使凸模完成在0.2mm料厚上冲孔。送料到Ⅲ工位由件21先切断带料,并推压工件至切断凹模刃口下部的件14处,继续下行,由件23压弯凸模,实施弯形并将工件推出件14模口下方,落入零件箱。60°张开角靠材料回弹达到,故要将弯模间隙做大一些,合适的弯曲间隙通过工艺试验和试模修准。
2.6.4 冲模“三化”后的成套企业标准应用与完善
对于以制造中小型冲压零件用普通全钢冲模为主的模具专业生产企业,在冲模设计、制造与修理中,推行以宣贯冲模相关国家标准和机械行业标准为基础,运用冲模企业标准,进行冲模的标准化、典型化与通用化工作,设计各种冲模更为简便。
1.通用冲压零件用冲模
通用冲压零件用冲模是不同用户都需要的各种规格、不同材料的垫圈,电机与变压器用各种形状、不同尺寸的转定子片、硅钢片、接线头、焊片等用冲模。这类冲模类型很多,结构繁简差别很大。同一类型、同样结构、用于冲制同一种冲压零件的冲模,重复生产次数多、制模工人对其结构及技术要求、制模重点与难点都十分熟悉。不仅结构定型,尺寸也接近或相同,完全可借用、套用已生产过的这类标准定型结构冲模,设计只需按要求,修改尺寸。
实例1
图2-26所示为普通垫圈标准定型倒装结构复合冲裁模。凡是尺寸相同或接近的各种材质垫圈均可套用这种结构进行设计。
图2-26 普通垫圈标准定型倒装结构复合冲裁模
1、9、16—螺钉 2—固定板 3—凸凹模 4、15—垫板 5—打料杆 6—导料销 7—下模座 8、12—卸料板 10—导柱 11—压簧 13—凹模 14—上模座 17—模板 18—凸模 19—推板 20—导套
将这类标准定型结构的垫圈复合冲裁模全套图样,存入计算机图形库,设计时调出,在其屏幕上进行图形修改处理,即可出图。如有图样底图档案,也可复晒一份供修改成图。
图2-26所示冲模结构可用于料厚t≤3mm的各种材质、不同尺寸的垫圈,以及类似或接近垫圈形状的冲压零件的冲制。该冲模图示出一模3件,采用3列错开有搭边排样,对于尺寸更小的垫圈,可用5列或7列错开排样,一模5件或7件;而当垫圈尺寸更大时,也可用2列错开或单列直排,一模2件或1件。问题的关键是,依排样后确定使用的料宽,确定采用的凹模周界L×B,在标准规定的系列尺寸范围内,才能实施。
通常情况下,模具的定位系统都采用固定挡料销配单侧挡料柱。冲压精度一般时,大多采用滑动导向Ⅱ级精度导柱模架。
实例2
图2-27所示是冲制尺寸稍大一些的山字形硅钢片用倒装式复合冲裁模。冲压零件料厚t≤0.5mm,冲裁间隙很小,一般都采用Ⅰ级精度的滑动导向模架或滚动导向滚珠导柱模架。由于采用弹压卸料板、Ⅰ类小间隙冲裁,硅钢片冲裁质量较好,尺寸精度高,毛刺少,平整,互换性好。对于产量很大的山字形硅钢片,可采用硬质合金高寿命复合冲裁模结构。
实例3
与图2-27所示冲模相比,图2-28采用了矩形薄凹模倒装式复合冲裁结构形式。将YG15钨钴系硬质合金镶块装在凹模容框内,凸凹模也只有刃口工作段为硬质合金镶块。为了冲制料厚t<0.35mm甚至更薄的硅钢片,要提高模架导向精度确保凸模对准凹模,并保持微小的均匀一致的冲裁间隙。在这种情况下,选配标准滚动导向滚珠导柱模架更合适。这种模架的导柱与其滚珠导套采用0.010~0.020mm过盈配合,可实现零误差导向。
实例4
图2-29所示连续式复合冲裁模可一模冲制两种套裁排样的硅钢片零件,而且是一模各两件,属于一种高效连续复合冲裁模。
分析其冲压零件图及排样图可以看出,两种硅钢片的形状适合套料冲裁,按并列对称排样,进行有搭边套裁冲制。第Ⅰ工位复合冲裁两件一字形硅钢片,第Ⅱ工位以第Ⅰ工位冲出零件的孔定位,进行复合冲裁,冲出两件形硅钢片。
冲模的整体结构采用钢板模座对角导柱模架,模芯还采用倒装结构,但为矩形薄凹模结构形式,与图2-28结构类似。
图2-26~图2-29所示仅仅是这类冲模的一种常用的倒装式复合冲裁模结构形式。从中可以看出其具有如下共同结构特征:
1)都是倒装式复合冲裁模。
2)大多采用矩形厚凹模。
3)多采用对角导柱模架。
4)横向送料与纵向送料的形式都有采用。
5)最大冲裁料厚tmax<3mm。
2.多工位连续模与多工位连续式复合模的结构设计
采用冲模企业标准,进行不同类型多工位连续模的结构设计,虽然比采用冲模相关国家标准和机械行业标准更具针对性和实用性。《冲模典型结构组合》企业标准,不仅选用的冲模类型与种类更多,而且每种典型结构标准规定更细,内容更丰富,可操作性更强。但目前对于多工位连续模,大多仍只给定2~3工位的连续式冲裁模,给定标准典型结构的多工位连续式复合模较少。因为一模成形的立体形冲压零件的传统冲压工艺多为分序多模冲制,能否直接由原材料一模成形冲制出成品冲压零件,受以下多种因素制约:
图2-27 山字形硅钢片用倒装式复合冲裁模
1—推杆 2—模柄 3、7、14、29—圆柱销 4、6、8、13、27、28、30—螺钉 5—打料板 9、10—冲孔凸模 11—上模座 12—垫板 15—固定板 16—凹模框 17—导套 18—导柱 19—支承板 20—凹模 21、22—卸料板 23—凸凹模 24—固定板 25—垫板 26—下模座
1)冲压零件的材料种类、力学性能及其供应状态。
2)冲压零件形状结构、尺寸大小及要求的冲压加工精度等,即冲压零件的连续冲压加工的适应性,即冲压工艺性。
3)冲压工艺的合理性与可操作性,尤其是连续冲压的可能性与优越性。
4)连续模冲压排样的正确性、合理性与先进性。
5)连续模结构设计的实用性、先进性及制造工艺性。
图2-28 E字形硅钢片硬质合金滚珠导柱模架标准定型结构复合冲裁模
1、2、3、27—内六角螺钉 4—推板 5—凹垫 6—凸垫 7、35—推杆 8—浮动模柄 9—固定圈 10、11、12、28—圆柱销 13—上模座 14、17、25—垫板 15、24—固定板 16、20、21—冲孔凸模 18—凹模框 19—凹模 22—卸料板 23—卸料螺钉 26—下模座 29—凸凹模座 30—凸凹模 31—半圆头螺钉 32—片弹簧 33—挡料销 34—卸料块 36—滚珠套 37—滚珠 38—导柱 39—导套
因此,连续式冲裁模结构设计的标准化程度较高,特别是形状简单、冲圆孔多的平板冲裁件更是如此;连续式复合模往往要从冲压零件的展开平毛坯冲裁考虑,一旦成形工步多或需要进行横向施力冲压时,模具结构便趋于复杂化,难以实现标准化。
图2-29 形和一字形硅钢片标准定型结构连续式复合冲裁模
1—下模座 2、14、19、28、32—各种螺钉 3、20、22—圆柱销 4—下垫板 5—凸凹模固定板 6—橡胶块 7—卸料板 8—凹模 9—空心垫板 10—凸模固定板 11—上垫板 12—衬板 13—上模座 15、21—凸模 16、23、24—推件块 17—推杆 18—模柄 25—导套 26—导柱 27—承料板 29—定位销 30、31、33—凸凹模
实例5
图2-30所示的电表指针支片连续式冲裁模属于标准典型结构。经工艺分析可以看出,其冲裁加工的难点、重点如下:
图2-30 电表指针支片滑动导向对角导柱模架弹压卸料三工位连续式冲裁模
1—模柄 2、10、13、21—各种螺钉 3—上模座 4—垫板 5—固定板 6—导套 7—橡胶块 8—卸料板 9—导柱 11—顶件器 12—凹模 14—弹簧 15—螺塞 16—下模座 17—导料板 18—圆柱销 19—导正销 20—承料板 22、23、24、25、26—冲孔凸模 27—落料凸模
1)材料为硬铝合金带2A10,料厚t=0.6mm。
2)冲菱形孔两个,最大的长达27mm,而边距仅1mm;还有矩形孔3个,最小边距仅为0.7mm。
3)有宽为2mm、长约15mm的两个互呈90°夹角的细长枝芽。
4)冲压零件总长度达53mm,主体宽仅10mm,由1mm的孔边条支承。
5)群孔及枝芽均有尺寸要求,孔转角有小圆角过渡,最小圆角半径R=0.6mm。考虑冲压零件5个孔形状与尺寸各异,而且孔边壁厚仅0.7~1mm,排样设计为两次冲孔后落料,计三个工位。零件5个孔沿其中心线布置,为提高冲孔凹模强度,使细小冲孔凸模在加粗杆部后,在其固定板上有宽裕的安装位置,可先冲相距稍远一点的3个矩形孔。第二工步再冲两个菱形孔,第三工步落料。
考虑到冲压零件窄又长,冲制孔型大小悬珠,排样采用单列横置直排,送料进距不大而5孔均在中心线上,所以安排三个冲裁工位。
这类结构的连续冲裁模适于冲制内缘与外缘尺寸相差很小,即工件孔缘壁厚很小的薄料冲压零件。由于工件群孔的孔距较小,故分三个工步冲出。为了保证工件的同轴度,除用双边侧刃切边定位外,还在第一工步搭边上,用冲孔凸模24冲出两个工艺定位用孔,以便在下一工步用装在固定板5的导正销19对送进材料的进距校准定位。
从冲压零件图上可以看出,工件边壁很小,整体结构刚度不好,而其料厚又仅为0.6mm,故成品冲压零件非常容易扭曲或弯折变形。为了避免在落料时工件扭曲、弯折变形,冲模结构设计采用弹顶上出件。用顶件器11,借助弹簧14,在落料时将材料压紧,落料后将成品冲压零件平稳顶出凹模并于模上出件。同时,为了使工件平整和便于操作,保证送料顺畅,采用以橡胶块为弹性元件的弹压卸料板。
为了保护细长小凸模,将其杆部加粗进行加固,而将其工作刃口段压缩至加厚了的卸料板厚料一半,用凸模杆部为凸模导向。
实例6
图2-31所示为标针用一模成形连续式复合模。该工件形状较简单,是一个直角弯曲件。鉴于其展开平毛坯是个细长柄的铁锹形,排样必然有较多的结构废料。经多方案对比,采用双列对排无废料排样较合适,见图2-31排样图。
冲压工艺工步安排为:冲除结构废料、弯曲成形、切断分离三个工步。考虑冲模结构设计需要,在第Ⅰ工位(第Ⅰ工步)后,加两个空挡工位,变成五工位三工步连续复合模。
该冲模在结构上设计的要点如下:
1)第Ⅰ工步切除结构废料与第Ⅱ工步弯曲相邻,如不将两工步拉开距离,在结构上会出现两工步凹模、凸模紧相连。凹模壁厚太小,凸模在固定板上的安装位置不够。考虑第Ⅰ工步冲切凸模断面很窄又长,从承载强度不足考虑,应予加粗杆部、压缩刃口工作段长度,需要在其固定端增大两倍的安装宽度。故在其第Ⅰ工位后加两个空挡工位。同时,也为增大其匹配凹模争取到充足的空间。
2)对称弯曲避免了单角弯曲必然产生的偏载。两件同时弯曲使弯载在模内得到平衡。不会因单向偏载使下模滑移。
3)第Ⅴ工位切断分离为单边剪截,必须在切断凸模端设计一个台阶导向头。在剪截开始之前,导头先插入凹模孔并紧靠在剪切刃口对面的侧壁上,用于平衡剪截产生的侧向力。
4)采用补偿法消减回弹。在弯曲的第Ⅳ工位凹模上,紧贴90°弯角的凹模可制成小于90°的角,具体小多少度合适,一般经试模后修准,这里为89°15′。
图2-31 标针滑动导向对角导柱模架弹压卸料横向送进五工位连续式复合模
1—导料板 2—凹模 3—凹模框 4—切断凹模刃口镶块 5—切断凸模 6—上模座 7—弹簧 8—垫板 9—模柄 10—固定板 11—导套 12—导柱 13—凹模框 14—下模座
实例7
图2-32所示为电表指针接片一模成形连续式复合模。该冲模采用了原JB/T 8066.2—1995中凹模周界L×B=125mm×80mm的标准规格,模具闭合高度为150mm。
根据冲压零件及其排样图要求,该冲模的结构设计考虑,冲压零件材料为H62黄铜带,料厚t=0.15mm,要采用GB/T 16743—2010《冲裁间隙》国标I类小间隙冲裁和落料,故采取了以下技术与结构措施:
1)冲压零件尺寸精度虽然不高,但其料厚很小。为确保凸模对小冲裁间隙还有较高精度的导向,采用了高精度I级滑动导向对角导柱模架。同时,采用加厚卸料板,使卸料板对细小凸模加粗后的杆部及刃口工作段导向,达到保证凹模具有均匀冲裁间隙的目的。
2)凹模采用镶拼结构,利于制模及磨损或损坏后修理更换。
图2-32 指针接片滑动导向对角导柱模架、高精度横向送进三工位连续式复合模
1—模柄 2—上模座 3、12、15、23、29—各种螺钉 4—垫板 5—固定板 6、24—弹簧 7—导套 8—导柱 9—卸料板 10—凹模框 11—下模座 13、14—圆柱销 16、17、18、19、20—凹模拼块 21—导料板 22—凹模拼板 25—弹顶垫 26—顶件板 27—侧刃 28—承料板 30、31、32、33、34—凸模
3)为提高铸铁模座的抗疲劳能力,采用加强型模架,即上下模座加厚、导柱加粗。
4)对于料厚t小于0.5mm的薄料、超薄料的送料进距控制,应优先选用侧刃节制送料并用切料边定位,使送料进距精度小于±0.15mm;对于料厚虽大于0.5mm,但送料进距很小,安装和使用固定挡料销,采用经济的固定挡料系统有困难的,应优先采用侧刃切边定位;要求连续(开机连闸)冲压,提高生产率的情况下,用侧刃切边定位,送料不用抬起,较适宜快速送料;对于精密小尺寸冲压零件,使用侧刃定位精度高。结合本例,上述几个选用侧刃的条件都已具备,故采用双边侧刃。