模具设计的优劣,直接关系到工件能否达标,新产品能否顺利推向市场,其重要性不言而喻。一套模具,构造简单的不过几十个零件构成。然而,在初步构思阶段,需要抉择模具的具体构造方式,是采用凹模置于下模座的正装设计,还是选用凸模置于下模座的倒装设计?模具结构应该选择单工序式,还是复合式,这是一个值得仔细研究的问题。
在加工精度要求不严格,且生产数量有限的情况下,许多制造公司常会采用正装模具构造,因此,本探讨将仅限于不具备导向装置的单一工序模具类型
1.1 正装模具的结构特点
正装模具构造上的显著之处在于凹模设置在下模座上,因此无论是工件的裁切、穿孔,抑或是其它相关步骤,工件或边角料都能轻易滑落到冲床工作台面的落料口里,由此在设计正装模具时,无需特别关注工件或边角料的行进路径,进而使得模具构造相当简洁,且十分好用。
1.2 正装模具结构的优点
模具构造不复杂,能够减少制造所需时间,有助于新产品的研发和推出。
(2)使用及维修都较方便。
(3)安装与调整凸、凹模间隙较方便(相对倒装模具而言)。
(4)模具制造成本低,有利于提高企业的经济效益。
在持续施加压边力的整个过程中,这种方法适合于非旋转形态零件的拉伸,相关资料可参考五金科技,1997年第六期第42至44页的内容。
1.3 正装模具结构的缺点
因为工件或边角料在凹模腔里堆积,导致凹模腔内局部压力增大,所以凹模需要加厚外壁,才能增强其承压能力。
(2)当工件或废料在凹模孔中堆积时,通常需要为凹模刃口制作落料斜度,有时还需加工凹模刃口的反面孔,也就是出料孔,这样做延长了模具的制作时间,同时增加了模具的加工成本。
1.4 正装模具结构的选用原则
根据分析结果,我们在规划冲模时,需要遵循的指导方针是:必须首先选择正装模具布局。只有当正装模具布局能够符合零件的技术指标时,才可以将注意力转向其它类型的模具布局。
2 何时选用倒(反)装模具结构
2.1 倒装模具的结构特点
倒装模具的构造特点是凸模安放在下模座里面,因此需要借助弹压卸料装置才能将零件或边角料从凸模上取下。而它的凹模是固定在模座上,这就引出了怎样把凹槽内的零件或边角料从槽中清除出去的难题。图1这种倒装模具借助冲床的打料部件,由打料杆9将零件或边角料击落,在击落过程中,借助压缩空气将零件或边角料清除,防止其掉落在零件或毛坯上,从而避免模具受损。此外还须留意,当冲床滑块抵达极限位置时,卸料圈5的上表面,需比凸模高出大约0.20至0.30毫米。也就是说,必须先压实毛坯,然后才能实施冲切。以免坯料或工件在冲裁时移动,达不到精度要求。
2.2 倒装模具结构的优点
采用弹压卸料装置,可以确保冲制出的工件平整,表面质量优异。
通过使用击打杆将零件或边角料从凹模的孔道中击出,零件或边角料就不会在凹模的孔道里面堆积,能够降低零件或边角料对孔壁产生的压力。这样一来,就可以将凹模的壁厚减薄,让凹模的整体体积缩小,从而节省了模具的制作材料。
零件和边角料不会在凹模的孔洞里堆积,能够降低它们对模具锋利边缘的损耗,也能减少凹模需要磨砺的频次,因此使得凹模的耐用度得到了提升。
零件和边角料不会在凹模内部堆积,所以没有必要再加工凹模的背面出口。这样能够减少模具制造的时间,也能节省模具加工的开支。
压边力仅在平板坯料尚未全部进入凹模时发挥作用,这种条件适合于对旋转体进行拉伸成形,例如图2所示的圆筒形工件,其工艺参数可参考《五金科技》1997年第6期第42至44页的相关内容
2.3 倒装模具结构的缺点
(1)模具结构较复杂(相对正装模具而言)。
(2)安装与调整凸凹模之间的间隙较困难(相对正装模而言)。
(3)工件或废料的排除麻烦(最好使用压缩空气将其吹走)。
2.4 倒装模具结构的选用原则
根据分析表明,在以下几种情况下,才会采用倒装模具设计,包括零件表面需要光滑平整,或者其几何形状较为复杂,又或者形状分布不均匀,同时还有材料厚度较薄的冲切工艺,另外,对于回转类零件进行拉伸加工时,也会选用这种模具结构。
3 何时选用单工序模具结构
3.1 单工序模具结构的特点
单工序模具构造的特点在于,每次冲床运行过程中,仅能执行一个加工步骤。
3.2 单工序模具结构的优点
(1)模具结构简单,制造周期短,加工成本低;
该模具适用范围广泛,能够适配各种尺寸的冲压产品,既可以满足中小型冲压作业的需求;同时,它也能够胜任一些体积庞大、板料较厚的冲压加工任务。
3.3 单工序模具结构的缺点
(1)制件精度不高;
(2)生产效率低。
3.4 单工序模具结构的选用原则
根据分析表明,针对部分加工精度不高且生产数量有限的产品,使用单一工序的模具较为适宜。当前我国推行的是社会主义市场经济体制,新产品的研发与创造对企业具有决定性意义。对于需要经过冲压工艺的新产品,则产生了明确需求:要求研发周期尽可能短,产品开发效率要高,生产成本需控制。凭借这种研发出的摩擦制品才能迅速开拓市场,单工序模具在这方面表现更佳,因此更具实用性。
4 何时选用复合模具结构
4.1 复合模具结构的特点
复合模具构造指的是单次冲床运行即可实现两个或更多冲压步骤。操作时,工件材料无需额外进给。图2展示了一套用于加工圆形筒状零件的复合模具,包含落料和拉伸工序。该模具必须按顺序执行,先完成落料再进行拉伸,目的是防止筒形件在拉伸时发生破裂。要确保这个制作过程能顺利开展,落料凹模2的高度h1,需要比拉伸凸模4的高度h2,多出大约1.2t到1.5t(t代表材料厚度)。同时还要留意,当冲床滑块到达最高点时,压边圈3的上表面,应当比落料凹模2的高度h1,高出大约0.20到0.30毫米。也就是说,必须先把材料压紧,然后才能进行冲裁。冲压作业里,压边圈3的功能很特别,冲裁动作一开始,它先把材料给压实,等拉伸环节结束,它又把零件6从拉伸凸模4下面顶上来,这样一套模具里一个零件就能干两种活儿。打料板8在这个复合模具中的功能,同《对几种拉伸模具结构的探讨》一文里讲的打料板7的作用完全相同,这篇文章发表在《五金科技》1997年第6期第42到44页,因此不必再详细说明。总而言之,只有一个目的,就是要让设计的模具构造既简单又好用,必须尽可能让每个零件都发挥作用。
4.2 复合模具结构的优点
加工件精确度高,因为通过冲床的单次运行即可实现多个冲压步骤,因此不会有累积定位偏差,导致加工件内外轮廓的相对位置以及各部件的尺寸非常均匀,加工件表面平整,适合加工薄片以及易碎或柔软的材料。
(2)生产效率高。
(3)模具结构紧凑,面积较小。
4.3 复合模具结构的缺点
模具的凹凸壁厚度不可以过于单薄,无论是外部轮廓与内部轮廓之间,还是内部轮廓与内部轮廓之间,都需要保证足够的厚度,这样才能确保其强度不受影响。
加工凸凹模的刃口有时比较困难,特别是在这些模具既要执行冲裁任务又要承担成型功能的时候,以图2中的凸凹模5为例,如果生产数量多且具备相应条件,可以将刃口区域和盛开区域分别进行设计
4.4 复合模具结构的选用原则
由此可以明白,仅当零件的加工精度标准严格,制造数量众多,且对工件表面光滑度有较高标准时,才会采用组合模具的设计方案。