碎紙機刀片級進模設計

陳黎明

（湖南財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術學院機電工程系，湖南 衡陽 421002）

1 刀片的工藝分析

圖1所示為碎紙機刀片零件圖，年產(chǎn)量2000萬件。刀片材料采用抗剪強度為310～380MPa，屈服強度為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、表面光滑無毛刺；整個刀片平面度公差不超過0.1mm，厚度不超過2mm。

圖1 兩齒刀片零件圖

根據(jù)該刀片的結構特點和使用要求，如果采用單工序沖裁模或復合沖裁模進行生產(chǎn)會出現(xiàn)如下問題。

（1）模具中刀齒成形處應力集中，模具容易在此處開裂，模具壽命短。

（2）一套模具無法到達刀齒齒尖厚度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，由于各工序之間的定位誤差，會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合模具沖裁是不合適的。而級進模雖然存在模具結構復雜、模具制造精度高、模具維修困難等缺陷，但可將復雜沖壓工序分解為簡單工序，同時通過沖壓設備與自動送料機構配合，實現(xiàn)高速自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。此外可利用級進模上設計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，結合產(chǎn)品的生產(chǎn)批量，確定該產(chǎn)品采用級進模生產(chǎn)是合適的。

2 排樣設計

排樣在級進模的設計中起著至關重要的作用，其決定零件成形過程中的工位數(shù)、不同工序先后次序、步距大小和定位方式等。對大批量生產(chǎn)來說，在排樣設計時除了考慮產(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。

本套模具采用自動送料機構控制送料步距，由導正銷精確導正。為達到刀齒形狀和尺寸要求，對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。整個刀片的成形共設計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，具體設計了兩種排樣方案。

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

該方案在刀片刀軸安裝孔處先沖一個φ8工藝孔作為導正銷導正孔，采用單排導料銷導正。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%。共設計11個工位，其各工位完成的工序如下：工位1沖導正孔；工位2沖工藝缺口；工位3刀齒壓形；工位4刀齒一側修邊；工位5、工位6刀齒另一側修邊；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°進行排樣，這樣在不影響模具強度的情況下，使得材料利用率會進一步提高，如圖3所示。

該方案在兩排刀片刀軸安裝孔處各先沖一個φ8工藝孔作為導正銷導正孔，采用雙排導料銷導正。條料寬度為63mm，步距為31mm，材料利用率為69.2%。也設計11個工位，其各工位完成的工序如下：工位1沖2—φ8導正孔；工位2沖工藝缺口（三處）；工位3刀齒壓形（三處）；工位4刀齒一側修邊（四處）；工位5（兩處）、工位6（一處）刀齒另一側修邊；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，且采用兩排導正銷導正，定位精度高，盡管模具結構略復雜，但生產(chǎn)效率提高了一倍。考慮到該產(chǎn)品屬于大批量生產(chǎn)，且精度要求較高，故選用方案二進行生產(chǎn)。

3 模具結構

兩齒刀片級進模結構如圖4所示。模具通過壓力機上配有的自動送料機構送料來滿足自動生產(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、浮動銷、導料板等組成。為確保刀齒壓形和修邊時上、下模能保持正確的位置，模具采用了內(nèi)、外雙重導向，即外導向采用 4 套滾珠鋼球外導柱、導套；內(nèi)導向采用4套精密的小導柱，小導套。條料送進時，先沿外導料板38送入，進入內(nèi)導料板后，由于未設計初始擋料銷，只能由人工控制其起始位置，然后開啟自動送料機構進行自動送料。在調(diào)節(jié)自動送料機構的送料步距時，應使每次的送料步距比所需的實際送料步距多大約0.1mm，以便導正銷導正。當條料到達工位1時，由沖導料孔凸模4沖出兩導料孔，上模回程時，由浮動銷31將條料抬起，條料在自動送料機構作用下，向前送進一個步距，上模下行，先由導正銷10實現(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，完成零件的沖壓成形。

圖4 模具結構

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

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

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

4 結語

該產(chǎn)品成形的關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切工藝孔和刀齒合成切邊的方法，達到了刀齒的設計要求；在模具設計上采用雙斜排方式，不但節(jié)約了材料，提高了生產(chǎn)效率，同時通過雙導正銷導正，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)量達到了圖紙要求，模具生產(chǎn)穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，該模具達到了預期效果。