冲压模具根据构造分为三大类,分别是单工序模、复合模和连续模。前两类模具需要较多人力投入,不符合经济原则,而连续模适合大批量生产,效率显著。另外,设计一套高速精密连续冲模时,必须充分考虑你所生产的产品,涵盖所有采用冲压加工制造的产品。设计连续模时,必须关注各组件间的空间距离,同时要保证零件的加工准确度,还要注重组装的精确度,并且处理好配合的紧密程度,避免出现相互阻碍的情况,这样才能实现连续模自动批量制造的目标。
二、单元化设计的核心思想在于冲压模具整体构造分为两个主要构成:固定不变的部分、随产品特性而调整的部分。固定不变的部分能够实现统一化或规范化管理,而与产品相关的部分则难以进行标准化处理。
三、模板之构成及规格:
1、模板之构成
冲压模架的组成会根据模具类型和构造的不同而有所差异,分为顺序布置结构和逆向布置结构两种类型。前者是应用最为普遍的结构,后者结构主要适用于拉伸成形模或与特殊模配合使用。
从事的主要工作包括:
通过数字化手段绘制图纸,把立体造型的物件和模具构造,转变为平面图纸,以便于普通制造过程使用。
运用数字化手段进行模具设计,依据产品构造与设计理念,构建对应的模具立体图形,形成三维实体模型,用以展现其形态与功能。
对模具进行数字化模拟评估,依据产品成型制作的环境,开展模具构件的构造剖析、温度研究、抗疲劳检测以及模具运作情形的考察,各个分析环节均需细致进行,确保全面掌握其性能表现
(4)产品成形过程模拟——注塑成形、冲压成形;
(5)定制适合本公司模具设计标准件及标准设计过程;
(6)模具生产管理。
2、模具之规格
(1)模具尺寸与锁紧螺丝
模板尺寸需超过作业范围,且要选用规范的模板规格。锁紧螺栓的布置点与模具类型及模板规格相关联。单工序模具普遍将锁紧螺栓安装在四角位置,这种布局最适合标准作业空间。长条形模具和连续式模具常在四角及中部位置配置锁紧螺栓。
(2)模板之厚度
模板的厚度与模具的构造、冲压工艺的类型、冲压工艺施加的力度、冲压工艺达到的精确度等有直接联系。通过理论计算来确定模具的厚度比较复杂,通常情况下依靠经验来决定,设计时模板厚度种类应该尽量简化,配合模具的高度和夹持的高度进行标准化,这样有利于采购和库存的维护。
四、模板之设计:
长模架的核心板件包括凸模安装板、施压板、基板等,其结构规划须考量零件的精细度、制造规模、设备工艺与维护措施,主要有三种布局:整体式、框架式、嵌入式。
1、整块式
整块式模板也被称作整体式结构,它的加工形态必须是封闭的。这种模板主要适用于构造简单的模具,或者对精度要求不高的模具,它的加工方法以切削为主(不需要进行热处理)。如果模板需要热处理,那么必须再进行线切割、放电或者研磨的加工。当模板尺寸较长(适用于连续模具)时,会采用两块或者更多块整体式模板组合使用。
2、轭式
轭式模具的中间部分被制作成凹陷的槽形,用于安装模块化部件。根据实际使用需求,这个凹槽区域可以由其他模具组合而成。这种轭式模具的设计特点在于:凹槽部分制作简便,槽口尺寸能够灵活变动,加工出来的精确度高;不过它的不足之处在于刚性较差。
轭式模板之设计注意事项如下:
轭板结构部分和整体部件的结合采用适中或松散的匹配方法,如果使用强力挤压对接,会导致轭板产生形变。
轭板具备支撑块状部件的作用,需要能够承受部件的侧向推力和表面压力,因此必须拥有充分的刚性。同时,为了使轭板的凹槽与块状部件紧密贴合,凹槽的边角需要实施避让加工。如果轭板的凹槽边角无法进行避让加工,那么块状部件就必须相应地实施避让加工。
分割块状部件时,需兼顾其内部构造,基准面要清晰界定。为防止冲压作业引发形变,同样要关注各个部件的形态。
组装多个块状部件时,因为各部件加工积累误差导致间距出现变化,应对方法是让中间部件设计成可调节类型。
这种模具构造用于并排组合块状部品,在冲切加工时,块状部品会承受侧向压力,导致各块之间出现空隙,或者使块状部品发生倾斜现象。这种情况是造成冲压尺寸偏差、冲屑堵塞等冲压问题的重要原因,所以必须采取周全的应对措施。
轭板内部块状部件的安装方式,根据其尺寸和形态,具体有以下五种:通过紧固螺栓实施固定,借助键连接实现固定,利用形键完成固定,采用肩部进行固定,借助上压件如导料板施加压力完成固定。
3、镶入式
模板上制作圆形或方形之凹陷,将块状零件嵌入模板,这种模板称作嵌入式结构,这种结构加工累积误差小、强度大,拆解和组装时精度保持性佳。因为具备易于机械加工、加工精度由设备决定、最终调整工序少等好处,嵌入式模板结构已成为精密冲压模架的主流,但它的不足之处是需要高精度的孔穴加工设备。
这种冲压模具在应用该模板时,为了确保模板具备足够的强度,需要设置中空结构,其嵌入式模板的构造要点包括:
模板上孔洞的制作:制作模板上的孔洞需要用到立式铣床、专用铣床、专用镗床、专用磨床以及线切割机床等设备。孔洞加工的基准,在使用线切割机床时,为了提升加工的精确度,会进行两次或多次的线切割操作。
嵌入件如何安装取决于加工精度是否需要保持,组装和拆卸是否方便,调整是否可行等条件。安装嵌入件的方式有四种:用螺丝固定,靠肩部固定,借助趾块固定,上面用板件压紧。母模板的嵌入件固定方式也有采用挤压结合的,这种情况下要防止加工时因热量导致膨胀而出现松动现象,在用圆形模套嵌入件加工形状不规则的孔洞时,需要考虑设置防止旋转的措施。
嵌入件组装和拆卸需要注意,它的加工精度很高,这样才能方便进行组装工作。要确保即使存在轻微的尺寸偏差也能在组装时进行修正,需要提前规划应对方案,针对嵌入件的加工有五个具体要点:设置压入引导部分,利用隔离片来调整嵌入件的压入情况并确定其准确位置,嵌入件的底部设有用于顶出的孔洞,在用螺丝固定时最好采用相同规格的螺丝,这样有利于紧固和拆卸,为了防止组装方向出错,应该设计防错倒角加工。
连续冲模设计技术
五、单元化之设计:
1、模具对准单元
对准单元也称作刃件合模引导机构。为了准确维持上模和下模的配合,同时减少其调试时长,根据产品精度与生产规模等具体需求,此类对准单元主要有五种类型:
无导引型模具在冲床上安装时,直接进行刃件的对合作业,不借助引导装置。
外导引型是这类装置最普遍的结构,其引导部件安装在顶模座和底模座上,不经过各个模板,通常叫做模座式。
这种结构是连续模具中常见的构造,冲头固定板和压料板之间配置了内部导向部件。冲头与凹模的结合依靠固定销和外部导向组件。内部导向部件的另一个功能是避免压料板发生偏斜,同时也能保护形状细小的冲头。
这种装置是精密快速连续模具的运用方式,内部导向组件穿过冲头固定板、压料板和母模固定板等部件。内部导向组件自身也有模具刀口配合及保护微小冲头的功能。外部导向组件的主要目的是确保模具在分解和组装到冲床上时能够顺畅进行。
这种结构无需外部引导部件,内部引导组件穿过冲头固定板、压料板以及母模固定板等,准确维持各板之间的相对位置,以此保护冲头。
2、导注及导套单元
模具的导向方式及其附件包括导注和导套单元,分为两种类型:外部导向型(模座型或称为主导向),内部导向型(或称为辅助导向)。根据精密模具的要求,需要同时使用外部导向和内部导向的情况较为普遍。
外导引型通常用于精度要求不高的模具,多数与模座组合成套出售,主要功能是当模具安装在冲床上时,确保刃件能够准确对齐,但在冲压过程中,它几乎无法维持动态加工精度。
内导引式结构,得益于成型设备技术的提升,近期得到广泛采用。它的核心功能,包含模具在压力机固定时刀口部件的吻合,同时还能在冲压过程中维持动态的加工精度。
这种模具组合了外部引导和内部引导两种结构,一个模具上安装了外部引导部件,同时配备了内部引导装置。
3、冲头与母模单元 (圆形)
冲头单元分为两种形状,一种是肩部型,另一种是平直型,它们的长度各不相同,维修的便利程度也有差异,安装冲头单元时,最好与压料板导套单元协同使用。
圆形凹模单元又叫做母模导套单元,这种单元有两种构造,一种是完整的一体式,另一种是分成几部分的结构,选择哪种类型要根据生产规模、使用年限以及加工零件或处理碎屑的便利性来决定,母模单元的组合方式有很多种,比如采用模板直接制作母模的轮廓,带有两个倾斜角度的排屑区域,是否需要设置背板,对于形状不规则的母模,必须要有防止旋转的装置。
4、压料螺栓与弹簧单元
压料螺栓单元包括不同类型的压料板螺栓,具体有外螺纹式,套筒式,内螺纹式。为了确保压料板在指定位置保持平行,压料螺栓的限位方式有:模座凹槽的承压面,冲头固定板的顶端,冲头背板的顶部。
压料弹簧组件,活动式压板弹簧组件,主要分为两种类型,一种是独立应用模式,另一种是与压紧螺栓配合使用的模式。
选择压料弹簧单元时最好考虑下列要点再决定之:
弹簧的初始长度要准确,同时要保证足够的压缩程度,特别是对于压缩量较大的弹簧,最好安放在压料板的凹陷部位。
初期的弹簧压缩量 (预压缩量)或荷重之调整有无必要;
考量模具组立或维护保养之容易性;
考量与冲头或压料螺栓长度之关系;
考量安全性 (防止弹簧断裂时之飞出)。
5、导引销单元 (料条送料方向之定位)
导引销组件:导引销的核心功能在于确保连续冲压时送料间隔精准无误,冲压模具中的导引组件存在两种构造,一种是让导引销独立运作的间接式,另一种是将导引销设置在冲头内部的直接式。
组装长条形工具的方法和设置在冲头固定板上的冲孔装置相似,都是安装在冲头固定板上的,借助弹簧来固定在冲头固定板上。
导引销以特定方式安装在压料板上,其突出量需符合标准,目的是避免模具上升时夹带加工材料,因此压料板的刚性及导引设计必须仔细考量。
导引销单元存在直接式,这种安装在冲头里面,主要用来进行外形冲切,也就是下料加工,或者是引伸过程中的切边工序,它的位置是通过制品的孔以及引伸部位的内径来确定的。
6、导料单元
在实施轮廓切割,或是进行连续式冲压作业时,需要引导材料在宽度方向上稳定移动,并且确保进给步距精准无误,因此会配备导向装置。
料条宽度方向的引导设备,引导方法包括:固定板引导销式,活动引导销式,板隧道引导式(单一板件),板引导式(由两块组成),升料销引导式(含活动型,固定型及两者组合型)。
引导启停的装置,种类包括:滑动块形、活动销形等,主要功能是使物料安放在模具的初始位置上定位。
送料控制设备能够精确判定进料间隔,主要适用于人工加料的情况,其构造类型包括:固定型挡块、活动型挡块、边缘切割控制、钩挂式控制装置、自动控制装置。模具人杂志微信 模具行业第一微信平台
这种导料装置在冲压过程中,会将材料推向特定方向,有助于避免材料因条带宽度与导向部件宽度不一致而出现的弯曲扭曲情形。
定位胚料位置需要借助导向装置,该装置存在多种构造,包括依靠胚料轮廓进行引导的固定销式结构,依靠胚料内部空洞进行引导的固定销式结构,适用于大型部件的导向板式结构,整体成型的导向板式结构,以及分割式导向板结构。
7、升料与顶料单元
升料销单元,主要用来把料条送到母模上,这个高度叫送料高度,目的是为了顺利送料,它的种类有,一种叫升料销型,是圆形的,专门用来升料,这种最常见,另一种叫升料销型,也是圆形的,上面有导料销用孔,这种可以防止材料被导料销弄变形,也能让导料销更好地工作,还有一种叫升料及导料销型,既能升料也能导料,连续模具导料时经常用这种,如果是方形升料销型,根据需要可能会带空气吹孔,方形升料及导料销型也是有的。
顶料单元,在自动冲压加工过程中,要防止冲切制品或冲屑跳到母模表面,否则会损坏模具,并产生不良冲压件。
顶出装置的核心功能是每次进行冲压操作时,将成型品或边角料从模腔中推出。该装置的安装位置有两种情况:在逆向布局的模具中,它被安装在动模区域;而在顺向布局的模具中,则设置在定模区域。
8、固定销单元
固定销单元的形态和大小按照标准要求来制定,使用时要注意这些方面:固定销孔最好是通孔,如果不是这种情况,就要考虑设计成方便用螺丝拆卸的结构;固定销的长度要适宜,不能超过必需的尺寸;固定销孔需要有必要的脱险空间;在上模部分安装时,应该设计防止其掉落的装置;在一端压入配合另一端滑动配合的情况下,滑动那一端的固定销孔要略大于固定销本身;固定销的个数以两个为标准,尽量选用相同的规格。
9、压料板单元
压料板组件的关键之处在于,其接触面必须和模面保持精确的平行关系,同时缓冲压力的施加需要均匀稳定。
10、失误检出单元
冲压连续模具时,必须设置错误检测装置,用以判断送料间隔的偏差是否超出标准,若超出则需终止冲床工作。该检测装置内置模具之中,根据检测方式分为两种配置方式:一种是在上模安装检测销,当其偏离材料孔洞时会与材料接触从而发现异常;另一种是在下模安装检测销,当材料某部分碰到检测销时即可察觉问题。近期,检测接触手段的方法将出现调整,采用接近传感器的应用场景呈现增长态势。
上模内置的检测销属于常规的检测设备,该装置在接近行程底部时进行检测,从检测启动到冲床停止存在时间差,因此难以完全实现失误防范目的。安装在底模的检测装置,在材料送进动作结束后立即直接执行检测,这种方案正获得广泛关注。
11、废料切断单元
连续压制过程中,料带会不断从模腔中退出,处置途径有两种,一是借助卷取设备进行收卷,二是通过模具上的剪切装置将其分割成小块,后者又存在两种具体实现方法,一种是在冲压设备外部配置专用废料剪断机,另一种是在连续模具的最终工序环节加装剪切功能模块。
12、高度停止块单元
高度停止块组件的核心功能在于精确确定上模底部死点位置,其构造形态主要有两种:一种是冲压作业中频繁使用的类型;另一种是仅在装配环节接触,冲压加工时无需接触的样式。此外,在模具搬运或存储期间,为避免上模与下模直接接触,建议在上模和下模之间放置缓冲件。如果对精度没有特别高的标准,可以选择采用螺栓调节式的标准配置。
连续冲模设计技术
六、主要模具元件之设计:
1、标准部品及规格
挑选模具规格时需注意这些方面:规格范围不受限制的话,应选用最大尺寸的;一般情况以标准值为准;若标准模具部件没有该尺寸,则选最接近的尺寸后再加工。
2、冲头之设计
冲头根据其作用主要分为三个部分:切削材料的部分位于最前端,这个部分称为切刃部,它的外形可能是各种不同的形状,比如不规则形状、方形或者圆形;与冲头固定板相连接的部分,这个部分被称为固定部或者柄部,它的横截面也可以是不规则形状、方形或圆形;刃部和柄部相连接的中间部分,这个部分就是中间部。
冲头各个组成部分的设计依据,可以从切刃的长度、切刃的打磨方向、冲头的安装方式以及把手的形态等多个角度进行说明。
切刃的尺寸需要精心规划,要确保在加工过程中不会出现横向变形,同时保证与压料板的移动部分之间有合适的空隙。压料板和冲头刀刃的配合方式分为引导式和非引导式,这两种方式下刀刃的直线部分长度会有所区别。
切刃部磨削方向有两种选择,一种是平行于轴部,另一种是垂直于轴部。前者用于上削加工,后者用于穿越加工。为了增强冲头的抗磨损能力和抗烧蚀能力,推荐使用平行于轴部的磨削方式。当切刃部为凸形时,适合采用穿越加工。如果切刃部是凹凸形状,则可以结合上削加工和穿越加工两种方法进行。
冲头固定方法及柄部构造分为两种类型,一种是直杆式,另一种是带肩式,选择固定方式需考虑产品与模具的精确度,同时也要看冲头和固定板是如何加工的,以及如何进行维护保养。
冲头柄部的规格和准确度,会依据冲头安装方法的不同而设定不一样标准,具体规格需视安装方式而定。
冲头长度需要重新设定,因为经过再次打磨,冲切工具的尺寸会变小,为了与其他工序,比如弯曲和引伸等,使用的工具尺寸保持一致,同时也要保证工具的设计规格不变,就必须对冲头的尺寸进行修正。
配合冲压工艺的冲头规划:要实现批量制造时零件的可靠性与零缺陷,模具设计需关注这些方面:冲头磨削方向必须统一,表面最好进行光洁处理;为避免碎屑堆积,可在冲头内部配置顶出装置或开设排气通道;为降低剪切阻力,对落料冲头应采用倾斜设计,同时大尺寸冲头周边的小型冲头宜做得短一些,这样能降低受力的冲击强度。
冲头造型构思与制作复杂程度密切相关,若轮廓过于相似,则冲头安装板加工将变得棘手,这种情况下,冲头最好采用分解方式(以拼合形式实现)。
3、冲头固定板之设计
冲头固定板的厚度跟模具的规格和承载的重量相互关联,通常来说,这个厚度大约是冲头总长度的百分之三十到四十,另外,冲头导引部分的长度应该比冲头的直径大出一倍半以上
4、导引销 (冲头)之设计
导引销的引导部分直径和材料导向孔之间的空隙,大小以及超出压料板的程度是根据材料厚度来确定的,导引销的顶端形态基本上有两种:炮弹状、锥形。
(1)炮弹形是最普通之形式,市面上亦有标准部品。
圆锥体具有特定的倾斜度,非常适宜对细小物品进行快速冲压加工,影响倾斜度设定的因素包括冲压行程,待加工材料的属性,导向孔的尺寸,以及加工的速率等,当倾斜度较大时,调整被加工物位置会更为便捷,不过此时锥形部分的长度会相应增加,锥形部分与圆柱形部分相接的地方应当保持流畅衔接。
5、母模之设计
(1)冲切母模之设计