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高精度薄板冲压模具的设计与加工

发表时间:2015/5/26 作者:赵艳龙 齐晓冬 
关键字:冲压模具 数控加工 
根据现代化冲压模具生产的实际需要,以一种具有代表性的高精度薄板冲压级进模具为例,从模具设计和加工的角度出发,分析了高精度薄板冲压模具的设计、加工和生产中经常出现的问题点,并相应提出了解决方案。生产实际证明,改造后的模具不但提高了加工制件的精度,而且使模具的生产性能大幅提高,减少了模具的维修时间,提高了冲压设备的利用率。

1 、引言

  压盘簧片是我公司N2系列产品中的冲压制件,如图1所示,制件材料为不锈钢,料厚t=0.1mm,形状比较简单,但是制件尺寸公差、毛刺高度和平面度都有很高的要求。制件的料厚和严格的公差要求决定了模具必须有很高的加工精度,而且由于冲压车间更新了日本产的高速冲床,性能参数也得到了很大的提高,因此先前的模具结构和制造工艺就有了一定的缺陷,影响了模具的生产性。为了适应频率更高(300 件/min)的冲压设备,必须在模具结构和模具加工工艺上进行改进。

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2 、改进前的模具结构

  压盘簧片的模具结构如图2所示。其中卸料板和凹模板的材料为Cr12MoV,经过热处理后,硬度为58~63HRC;垫板采用CrWMn材料,经过热处理后硬度为52~57HRC;固定板使用45钢材料,冲裁凸凹模使用HAP40材料,经过热处理后硬度为63~67HRC。固定板、卸料板和凹模板的重要尺寸加工精度在±0.003mm内。


3 、改进前的问题点

  压盘簧片模具属于薄板级进冲压模具,按照冲裁间隙=料厚×5%的一般公式计算[1]。本文介绍的模具冲裁间隙为0.005mm,模具加工和装配的精度要求很高,而且要求在生产频率为300件/min的冲床上生产,就会出现以下问题:

  (1)改造前采用的是精密级自润滑型卸料导柱、导套,可保证导柱外径,导套内径公差范围在2μm以内。由于卸料导柱和导套相互运动时是面接触,产生的摩擦力大,在高速冲压运动过程中,摩擦产生的热量就会使导柱发热膨胀、变形,从而产生由于导柱胶着、烧结导致的模具故障。  

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  (2)由于制件的冲裁间隙小,要求模具的冲裁、定位、导向机构必须具有较高的位置精度和尺寸精度。为了保证加工后的模具符合高精度的要求,在模具的加工过程中就要使用到很多的放电、精铣等精密加工方法,导致模具的加工工期长,加工费用高。

  (3)模具正常生产一段时间后,凸模和凹模的刃口就会产生磨损,需要定期的磨刃口,一般情况下,磨凸模刃口时,由于导正钉的长度高于凸模,需要拆卸导正钉。本文介绍的模具在装配结构上讲属于倒装模具,拆卸导正钉时需要将卸料板和上模部分分离,再次装配时就会产生二次装配误差,影响冲裁精度。

  (4)小孔冲裁采用的是加强型的凸模,凸模在加工过程中不可避免地会产生加强部分与冲裁部分的同轴度的偏差,产生偏心的现象,虽然同轴度的公差可以控制在0.006mm之内,但是再加上由于其他相关部分造成的偏差就会产生冲裁间隙不均的情况,以至于形成较大的毛刺。

  (5)模具生产过程中,料带在经过送料钉的过程中会产生微小的冲击,使材料产生颤动。由于本文介绍的制件料厚只有0.1mm,而且还要在高速冲压设备上达到300件/min的生产速度,料带在送料过程中产生的振动对高速生产的影响很大。

  (6)模具生产过程中,凸模与固定板长时间处于高频作用过程中,固定板由于材料硬度低,会产生变形,导致模具生产一段时间后凸模松动,产生冲裁间隙不均匀的情况。

  由于上述的原因造成生产时出现下列问题:

  a.由于掉渣、毛刺大、废料上浮由此造成大量带有压痕、毛刺的不良品,每月造成材料损失大约35kg左右。

  b.精密级自润滑型卸料导柱、导套限制了冲床的生产频率,造成极大的资源浪费。

  c.模具频繁修理,增加了钳工的维修工时和机加工的工时,浪费了大量的人力和物力。

  4 、模具结构的改进

  模具改进前后对比如图3所示。

  针对模具生产过程中发现的问题点,对模具的结构和加工工艺作了以下相应的改进:

  (1)使用带钢珠衬套的导套,把滑动摩擦化为滚动摩擦,减少摩擦生热产生的导柱胶着,烧结的模具故障,有利于高速生产。模板上卸料导柱、导套的安装孔公差采用过度配合,模具装配合适后,使用厌氧胶粘合固定。

  (2)凹模板、卸料板和固定板按照加工精度等级要求,采用销钉定位,螺丝固定后一次定位线切割放电加工导向、定位、冲裁等重要尺寸,保证了加工形状的一致性和位置精度。

  (3)导正钉和易损件都采用快换,易拆卸的结构,在模具维修的时候,可以在不拆卸模具的前提下更换,消除二次装配对模具精度的影响。

  (4)小孔冲裁采用直杆凸模,避免阶梯凸模在加工过程中产生的加强部分与冲裁部分的同轴度的偏差,减轻了由于冲裁间隙不均形成的毛刺,便于整体加工。

  (5)把送料钉换成送料板,送料板和料带之间的运动为连续的,稳定的,减少了送料过程中的冲击,达到高速生产的要求。

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  (6)将固定板的材料由45钢改为CrWMn,经过热处理后硬度为52~57HRC,固定板的抗冲击性能和耐磨性能大大提高,从而提高了整副模具的使用寿命。


5 、模具改造后的经济效益

  (1)生产性能得到极大的改善(冲床稼动率提高了35%)。冲床由120件/min左右提高到300件/min左右。

  (2)维修工时大幅度减少,节约了成本。钳工以前每月修理8次,每次大约5h,现在每月2次,每次4h左右;机加工工时以前大约需要12h/月,现在每月需要4h左右,线切割需要15h/月左右,现在每月需要3h左右。

  (3)不良品大幅度减少,节约了材料和能耗。改造前由于掉渣、毛刺大、废料上浮由此造成大量带有压痕、毛刺的不良品,材料每月损失35kg左右,现在每月损失5kg左右。


6 、结束语

  金属板料冷冲压是一种在工业生产中应用广泛的加工方法。模具作为冲压生产的基本要素,其设计制造技术受到普遍重视。本文介绍的模具改造方案具有普遍意义,满足了压盘簧片制件每月几百万件的生产需要,为以后其他高速,高精度冲压模具的设计、加工和生产提供了宝贵经验。