凸模是沖壓模具中最重要的零件之一,其設(shè)計中有結(jié)構(gòu)、安裝、加工、材質(zhì)和成本等多項指標(biāo)。正確、有效、合理且經(jīng)濟(jì)地設(shè)計凸模,不僅能夠提高模具壽命,降低制造成本,提高量產(chǎn)能力,還有利于加工,方便維修,使后續(xù)沖壓生產(chǎn)高效、順暢地進(jìn)行。
前言
模具被稱為工業(yè)之母,是制造精度和質(zhì)量保證的基礎(chǔ),德國和日本對模具在工業(yè)及經(jīng)濟(jì)中的作用和重要性都有非常高的評價。2002年,英特爾公司因為某電腦連接器端子模具的歐洲供應(yīng)商技術(shù)不過關(guān),生產(chǎn)的零件不合格,讓深圳某臺資企業(yè)用11臺高速沖床日夜同時生產(chǎn)該端子,連續(xù)數(shù)月每月產(chǎn)值超過10億新臺幣,這對于一個3000余人的制造業(yè)工廠來說堪稱奇跡。
如今連續(xù)精密沖壓模具在現(xiàn)代零件生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越多,地位也越來越突出,薄材的精密沖壓成形是現(xiàn)代電子產(chǎn)品零件生產(chǎn)的必要工序,其凸模設(shè)計尤為重要。
凸模設(shè)計
2.1 凸模的結(jié)構(gòu)形式
凸模結(jié)構(gòu)分為鑲拼式(見圖1)和整體式。鑲拼式凸模將多個小凸模組合在一起[1],其裝配誤差較大且不方便維修,在現(xiàn)代高速沖壓模具中使用較少。
圖1鑲拼式凸模 整體式凸模主要有以下4種結(jié)構(gòu)形式。
(1)掛肩型凸模(見圖2)
在過去的工程模(單工序模與復(fù)合模的合稱)中應(yīng)用非常多,其刃口尺寸足夠大,下部做成直通型,上部做出掛肩以防止卸料時凸模被抽出固定板。掛肩設(shè)計成不對稱的形式,避免安裝出錯。但是掛肩會導(dǎo)致維修保養(yǎng)時模具拆裝不方便,必須拆開模板才能取出凸模,而模板的分拆會讓模具精度受到嚴(yán)重影響,因此這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)在極少使用。
圖2掛肩型凸模
(2)直通型凸模(見圖3)
這種凸模刃口尺寸足夠大,其結(jié)構(gòu)是掛肩型凸模的改進(jìn),即掛肩型凸模不再做掛肩部分,刃口與固定部分形狀尺寸完全一樣。該改進(jìn)使直通型凸模的應(yīng)用率增加。
圖3直通型凸模
(3)補(bǔ)強(qiáng)型凸模(見圖4)
現(xiàn)代模具生產(chǎn)零件越來越精密,下料刃口部分尺寸較小,直通型凸模的剛性與強(qiáng)度較弱,過去常增加凸模護(hù)套。現(xiàn)在為了提高凸模的剛性與強(qiáng)度,在下部設(shè)計刃口直通部分L1(6~10mm),中間用R40mm圓?。?a href="http://www.1cnz.cn/v/tag/4854/" target="_blank">光學(xué)磨床砂輪最小半徑)補(bǔ)強(qiáng),上面安裝部分設(shè)計成矩形,方便維修移位。
因為有壓板槽位置防呆[2],所以不另設(shè)計防呆結(jié)構(gòu)。在設(shè)計時最好讓刃口靠近補(bǔ)強(qiáng)型凸模兩側(cè),方便安裝定位,降低加工難度,節(jié)約成本。補(bǔ)強(qiáng)型凸模是現(xiàn)在應(yīng)用最多的凸模結(jié)構(gòu)。
圖4補(bǔ)強(qiáng)型凸模
(4)圓型凸模(見圖5)
圓型凸模的應(yīng)用較多,基本每套模具都有使用。當(dāng)凸模直徑非常小時,多軸肩型凸模和單軸肩型凸模加工非常困難。粘頭凸模是把小直徑凸模材料(CD650)直接裁成需要的長度尺寸,在安裝部位外用合金模具鋼(SKD11)做一個套筒,將二者用厭氧膠粘在一起,這樣與單軸肩型圓型凸模使用效果一樣,價格卻不到前者的1/3。由于圓型凸模不利于維修時移位,所以經(jīng)常在安裝部位設(shè)計一個長方體的凸模鑲件套在凸模上。
a)多軸肩型 b)單軸肩型 c)粘頭凸模
圖5圓型凸模
2.2 凸模的固定安裝方式
凸模的安裝是在凸模固定板上進(jìn)行的,有定位與固定兩方面的要求。凸模定位是通過凸模與固定板上孔的配合來實現(xiàn),固定可通過掛肩、螺栓、鉚接、環(huán)氧樹脂膠、側(cè)銷、橫銷和壓板等完成。直通型凸模由于外形不規(guī)則,所以需要在安裝部位加設(shè)一個長方體的凸模鑲件進(jìn)行輔助。
固定板固定凸模位置與凸模刃口工作位置有一定距離,易使凸模失穩(wěn)造成失效,如果凸模刃口尺寸較小,根本不可能正常量產(chǎn)。凸模做成壓板固定時加設(shè)一個卸料鑲件,凸模穿過卸料鑲件與凹模進(jìn)行沖裁時,卸料鑲件可以引導(dǎo)凸模進(jìn)入凹模,保護(hù)凸模免受側(cè)向力。
該凸模與卸料鑲件的單邊間隙設(shè)計成0.003~0.005mm甚至更小,凸模工作時露出卸料鑲件3mm左右,不易受到損害。凸模安裝部位尺寸設(shè)計成與固定板方孔尺寸一致或者略小一點,壓板槽比固定板低0.02~0.05mm,讓凸模在固定板里有一點活動余地,真正定位依靠卸料鑲件,避免固定板與卸料鑲件二者定位產(chǎn)生相互干涉。
由于卸料鑲件定位處就是凸模刃口工作位置,因此效果最佳。卸下壓板螺釘,拔出壓板就可以取出凸模,凸模拆卸方便,能實現(xiàn)凸模的快速保養(yǎng)與維修。
2.3 凸模的材質(zhì)選擇
凸模既要能承受一定的沖擊力,又要具有較高的耐磨性,因此應(yīng)選擇具有一定韌性的高硬度材質(zhì)。連續(xù)精密沖壓模具為了滿足其量產(chǎn)能力,在凸模材料選擇上更是優(yōu)中選優(yōu)。Cr12MoV、Cr12和SKD11等過去常用的凸模材料在連續(xù)精密沖壓模具中只能用來制作模板或鑲件,連續(xù)精密沖壓模具凸模最常用的材料是國外鎢鋼材料CD650,其表面質(zhì)量高,非常耐磨,最佳使用硬度達(dá)90HRA;其次是國外高鉻鉬釩粉末材料ASP-23,最佳使用硬度在63HRC左右[3]。
2.4 凸模的加工方法
直通型凸模外形不規(guī)則,一般采用慢走絲線切割加工,割一修一或修二,慢走絲線切割雖然加工精度較高,但是表面高溫生成的薄氧化層也會對其產(chǎn)生影響,能達(dá)到的尺寸精度為±0.003mm。掛肩型凸模采用普通小平磨床(G)加工,需要注意將掛肩設(shè)計在不影響加工的位置。補(bǔ)強(qiáng)型凸模采用光學(xué)磨床(PG)加工,成本較高。后兩者加工能達(dá)到的尺寸精度為±0.002mm。
結(jié)束語
連續(xù)精密沖壓模具對模具壽命要求高,電子通信類的小五金沖壓模具壽命一般需達(dá)到100kk(1億)沖次,而端子模具壽命需達(dá)到500kk(5億)沖次。凸模設(shè)計時需要綜合考慮產(chǎn)品精度、生產(chǎn)綱領(lǐng)、模具壽命、加工難易、維修方便及經(jīng)濟(jì)性能等因素,根據(jù)實際情況正確、合理且靈活地設(shè)計凸模,以滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求,有利于進(jìn)行適時改良并保證順利生產(chǎn)。
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:連續(xù)精密沖壓模具的凸模設(shè)計
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