文/楊良文，高宏廷·陜西渭河工模具總廠模架分廠

卷圓成形級進模的設(shè)計

文/楊良文，高宏廷·陜西渭河工模具總廠模架分廠

實際生產(chǎn)情況下，在級進模中夾入芯棒，實現(xiàn)卷圓成形難度較大。一般情況下，排樣時將成形圓環(huán)軸線與送料方向設(shè)計成一致，盡量使模具結(jié)構(gòu)簡化利于實現(xiàn)。若是與送料方向相垂直，模具結(jié)構(gòu)就會復雜得多，設(shè)計難度也會增加不少。本廠在設(shè)計研發(fā)鏈節(jié)級進模時，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?，F(xiàn)將本廠的經(jīng)驗與模具同仁共享。

模具設(shè)計背景

在本廠承接的鏈節(jié)級進模的設(shè)計開發(fā)制造項目中，M9鏈節(jié)是一個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)在想要升級為級進模生產(chǎn)。

圖1M9鏈節(jié)零件的結(jié)構(gòu)

模具設(shè)計思路

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

經(jīng)過反復考慮，設(shè)計方案制定如下：為滿足模具安裝條件，同時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)置縱向載體增加強度，條料剛性差并伴有載體變形，運行當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)計芯棒及抽送機構(gòu)。并且，模具上下運動，條料橫向送進，芯棒縱向進退，各個部分的運動要相互配合得很協(xié)調(diào)，才能使模具得以安全運行。

圖2零件排樣情況

圖3模具結(jié)構(gòu)

模具設(shè)計遇到的問題及解決方案

卷圓成形級進模在設(shè)計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，為強制性擴大兩同心圓檔距，使得載體向外張開變形，前后兩個體環(huán)要保持同心，由于在折彎起始點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)計成前小后大。導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，又要盡量減小送料阻力。如果出現(xiàn)變形較大情況，預備方案是人為地設(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、退出，在不妨礙條料送進的前提下，經(jīng)計算水平位移距離為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，正好等于指定機床滑塊行程。另外，芯棒還必須設(shè)計成浮動式的，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)點是使得芯棒前后運動和上下運動各自獨立、互不干涉，分別由斜楔和卸料板推動。滑座后端設(shè)有滾輪轉(zhuǎn)動，可以降低磨損、延長使用壽命。缺點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)置空位增加強度。所以在設(shè)計此板件時，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，應力集中的尖點處也要做好技術(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保護作用。

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）做同步運動，這樣便于觀察各部件的運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個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，浮料釘上的導料槽開距較大，且導正釘在第7工步之后就失去作用，到13工步切除載體時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直角彎，到13工步時先卡在下模限位鑲件上做初步定位，前后兩個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)導入斜面，在下行當中逐步夾緊鏈節(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)并依然保持兩個同心體環(huán)檔距不變，切口整齊美觀不留一點尖刺。

⑸定位不夠精準，模具的運行穩(wěn)定性難以保證，安全性能也受到影響，制件前端導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)置一個檢測銷是不可能充分保證模具運行安全的，所以在下模上也裝有一個探頭，條料稍有異常變形即可引發(fā)停機。這還是不夠的，現(xiàn)場調(diào)試模具時為預防卷圓限位失效產(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行安全。

⑹撕切的斷面復位時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，不要吹進敞開的滑座導向槽里從而引起擦傷故障。

結(jié)束語

模具設(shè)計要靈活應變，針對不同的情況應當采取不同的措施給予解決。事先將整個運行過程，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施設(shè)計，即使是過去從來沒有制作過的試制模具，只要不違反設(shè)計原則，成功的機會還是較大的。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)的狀況做好預防措施，就能讓設(shè)計更加成熟、完美。

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