王洋
爱姆卡（天津）工业五金有限公司 天津市 301700
【摘 要】模具是工业生产的重要工艺装备，是用来将金属或非金属材料形成制品的特殊工具。在绝大多数情况下，模具企业必须针对各种各样的特定要求来对模具进行独特的设计和单一的生产。在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。本文分析了五金件生产时简易压板模具的设计与应用。
【关键词】五金件；简易压板模具；设计；应用
近年来，随着体制改革的不断深入，产品的竞争越来越激烈。怎样利用本国现有的设备和相应的工艺，生产进口产品的易损件，在保证质量的前提下，降低成本，增加国有企业的市场竞争力，是当前首要的工作。
一、概念和有限元模型
1.概念。现代生产中，产品更新换代的速度也越来越快，致使对模具设计和制造提出更高的要求。特别是样品的生产，充分体现了效率的重要性。几何特征在冲压件中比较常见，特别是一些尺寸很小，厚度较薄，因此对模具间隙、凸模、凹模的要求极严，从而给模具制造带来了一定的困难。但实践证明，利用简易压板模具生产冲压件中的特殊成型部分，而其余的部分利用冲裁模具生产，是一种比较理想的加工方法。所谓简易压板模具就是由几块钢板叠合而成，用来在压力机或冲床上成型扳金件上的压花、压包、压字、压加强筋等部分的简易模具。
2.有限元模型。本研究使用隐式两维商业有限元模拟软件建立轴对称模型来分析精冲过程，板料为黄铜，板料直径5mm，板料厚度1．5mm，冲裁间隙为板料厚度的1%，板料设置为塑性；凸模、凹模、顶杆和压边圈设置为刚性，板料上大约生成网格，且在剪切带区域进一步细化网格来保证模拟精度，在有限元模型求解过程中，为了克服单元过度变形引发的计算不收敛问题，每间隔10步重新划分网格，板料的流动应力－ 应变曲线由拉伸实验得到，设置工具与板料之间摩擦种类为库伦摩擦。在生成剪切面撕裂比最大的凸模冲裁板料过程中，微裂纹首先萌生在凹模剪切刃口附近，而后向凸模扩展，当裂纹向凸模扩展至一定程度时，凸模刃口附近也开始萌生裂纹而后向凹模刃口附近发展，最后两个裂纹结合，形成剪切面上的撕裂带。
二、简易压板模具的设计
1.滑动铆接治具。一是工作原理。由于压块和滑座都有滑轨线，当滑块放在滑座上的滑块槽时，滑块在外界的受力作用下，沿着滑座的滑轨线可以上下移动。在这里注意的是滑块和滑轨线必须平行，当滑块上升到一定的高度就会受到滑座限定而停止移动，从中可以看出滑块在滑座既可以移动但又被滑座限制行程。二是在设计时应该了解清楚产品特点，根据铆钉的形状把滑动铆接治具里滑块和滑座尺寸形状大小确定好之后设计出图和原材采购。在这里注意治具材质都是用到硬料，一般来说滑块用到硬料是 Cr12MoV，最好用到 GBD2 和 SKD11，而滑座用到比较多的是 Cr12和 Cr12MoV 等。采购回来的原材经机械粗加工之后再热处理，热处理要求硬度一般在 HRC58-60，把热处理的材料经过平面研磨，研磨平面度要求在 0.02~0.03mm。再把研磨好的材料分别线割加工，滑块和滑座最好用在慢走丝加工，滑块与滑座滑动间隙在0.015~0.02mm之间，而铆钉过孔与铆钉单边间隙线割加工在 0.005mm。线割出来的滑块拿到加工中心精铣压线和压边槽，而压线高度一般是 0.15mm，大小根据铆钉大小而定，压边槽也是根据铆钉形状而定。加工好的滑块和滑座需组装一起，检查滑块是否可以在滑座移动，然后装在模具上。
2.二次加工时的定位部分设计。为保证首次加工与二次加工过程中的位置精度，在首次加工时采用套板定位方式。套板结构包括固定工件本体的内孔及与上下模对齐定位的三个销孔。套板的外形尺寸由工件本体最大外形尺寸向外偏移一定距离获得，而固定工件本体的内孔则由工件本体最大外形尺寸向外偏移0.05mm 获得；三个定位孔分布到任意三个角上。有时，为防止将工件放反，一般切去套板的一角。至于套板的厚度一般与工件本体的厚度相同。
3.结构设计。图1为模具结构。带料采用浮动抬料钉导向及抬料，利用3mm 导正钉精确定位，在压凹坑及弯曲成形及整形处均采用浮动结构，浮动压力由底部弹簧37及卸料螺钉头部弹簧3 提供。模具工作时，先预压再成形，以尽量保证弯曲成形时弯曲部分的平稳。浮动抬料钉42比抬料顶块32 及28 高出0.5～1mm，以免带料被顶块挡住，影响带料的送进。图1为浮动打弯结构，当模具合模时，卸料板26、打弯凸模16与顶块32 在上、下弹簧提供的压力作用下，首先在零件不打弯成形部分产生一定的预压力，随着上模向下运动，打弯变形越来越大，弹簧也被压缩得越来越历害，提供的压力也越来越大。当弯曲头部时，带料载体部分也被卸料板26及凹模板39 紧紧压住，最大限度地限制了头部偏转的可能性，后面的整形工序也采用同样结构。实践证明，这种结构是可行的，保证了产品质量，尺寸5.5mm在公差范围之内。模具结构对解决定位柱被拉断、表面拉伤及顶部破裂等难题有较大的帮助。模具结构应该保证凸模同定位柱的凹模脱料杆一起下行及回程，在模具运行的一个成形及卸料的行程中，模具凸模不能脱离定位柱顶部的内表面，脱料杆不能脱离定位柱顶部的外表面。否则会出现定位柱被拉断、表面拉伤及顶部破裂等缺陷。
（图1）
三、应用
冲压速度对产品的质量稳定性有一定的影响。冲压速度过快，会导致定位柱顶部裂纹，甚至破裂或拉断定位柱，凸模及凹模的粗糙度值对定位柱的影响较大。凸模光滑利于凸模从定位柱的空腔中脱出，凹模光滑有利于材料流动及定位柱从凹模内顶出。应用时，将制作好的简易压板模具通过手工进行装配，然后通过销钉固定。装配好的简易压板模具，放置到压力机或冲床上，合模后即可成型冲压件中的特殊成型部分。从压力机或冲床上取出模具，通过手工拆开，卸下工件，然后将此工件通过冲裁模具等方式完成后面的生产。针对样品试制或小批量产品，这种分散生产方式可以显著降低生产成本和提高效率。这种模具的缺点是劳动强度大。
实践证明，由于简易压板模具具有成本低，制造迅速、能够保证质量和适用方便的特点，所以很适合在电器、通讯和仪器仪表等行业的样品制作和中小批量生产中推广使用。特别是激光切割机、数控冲床和数控折弯机的应用更加体现了这种简易压板模具在生产中的地位。而冲压生产中的特殊成型工序的模具制作周期较长，成本也较高。为适应现代产品的快速更新换代和降低模具设计和制造成本，或当现有设备不能成型或不能很好成型时，设计简易压板模具就显得尤为重要。简易压板模具在生产上的实际应用，为冲件的小批量生产和样品试制生产开辟了一条比较经济有效的途径。
参考文献：
［1］熊惟浩.模具表面处理与表面加工［M］.北京：化学工业出版社，2015.01.
［2］王佞，苏慧，王锐.模具工业技术的发展趋势［J］.装备制造技术，2015：112-113.
［3］王新华，袁联富.冲模结构图册［M］.北京：机械工业出版社，2014.
［4］高军，李熹平，修大鹏.冲压模具标准件选用与设计指南 ［M］.北京：化学工业出版社，2015.
论文作者:王洋
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/9/1
标签：模具论文; 压板论文; 板料论文; 简易论文; 滑块论文; 工件论文; 卸料论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;