4.7耳环集成多工位级进模的优化方案

1.工艺分析

图4-25所示是显像管防爆带上的一个耳环。其材料为SPCC冷轧钢带，料厚1.8mm。外形和尺寸精度都有一定要求。虽然制件冲压后还需滚磨加工，但要求冲压件的毛刺≤0.05mm，三个鼓包直径和高度要一致。尤其是鼓包高度要求严格，必须控制在（0.8±0.1）mm；压弯后角度控制在89°±30′。R弧面是制件的关键位置，不仅尺寸要合格，还要求孤面光滑，无凹坑、拉伤等缺陷，否则在防爆带焊接时，容易产生溅点、虚焊，最后影响整机的质量。由于三个鼓包是在直立的弧面上，如何加工是个难点。

该制件生产批量很大，每年要求1000万件以上。因此，不仅要求模具生产率高，而且要求模具使用寿命长，还要求模具便于维修、调整和使用方便。

生产初期，为了满足使用急需和基于对该制件形状尺寸等技术要求，严格控制还不是太有把握，曾采取单工序，经落料→压弯→压包→冲孔四道工序、四副模具，分别由四个生产工人占用四台冲压设备，还要有一名检验人员随时巡回抽检，一遇到质量问题便停机待工。由于效率低，严重地影响了生产任务的完成。经分析，决定采用多工位级进模生产。

图4-25 耳环

2.排样设计

为了提高生产效率和节约材料，采用了对称排，在压力机冲一次行程中出二件的排样形式。根据制件的特点，为了保证制件的质量，在工序的顺序方面，冲切外形废料、压弯工序在前，打包工序在中间，最后为冲孔、切断载体分离制件。排样图见图4-26，共设有十七个工位。其冲压内容由冲切外形废料、压弯成形、打包及冲孔切断四个单元组成。考虑到这四个单元的模具都采用独立的子模具，安装在一大模架上，安装子模具必须有足够的空间；又因为冲切外形废料、打包、切断单元在冲压过程中，凹模平面基本保持同一水平，工作工位排列可以紧凑些。成形部分有一高度差，当推板顶起时，高于其他三部分一个成形高度，所以压弯成形部分应离切外形和打包部分稍远比较好，这样有利于带料的送进和运行，减少带料运行过程中的变形。因此，排样中有较多的工位是空工位。具体工位如下：

工位①：借用制件孔φ（12.8±0.2）mm冲导正销孔φ6.5mm，作为以后工位定距导正用；并在两制件切断的中间废料处，冲一长方孔14mm×12mm，此孔也是为后面工位定位用。

工位②：冲异形双侧刃定距兼冲切制件间多余废料。

工位③～⑥：空工位。

工位⑦：向上压弯89°。

工位⑧～(11)：空工位。

工位(12)：打包（由内向外打）。

工位(13)、(14)：空工位。

工位(15)：冲三个圆孔，冲φ12.8mm孔的废料。由于其上已冲过φ6.5mm孔，因此冲下的废料为一圆垫圈，不仅废物利用，也提高了材料的利用率。

工位(16)：空工位。

工位(17)：冲切载体，制件与载体分离。

图4-26 排样图

3.模具结构设计

图4-27 耳环集成式多工位级进模结构

Ⅰ—冲切外形子模具 Ⅱ—压弯子模具 Ⅲ—打包子模具 Ⅳ—冲孔切断子模具 1—独立滚动导向副 2—导料柱 3—外导料板 4—下垫脚 5—大模架下模座 6—凹模 7—大模架上模座 8—安全检测销 9—下推板 10—弹顶器

图4-27所示为耳环集成式多工位级进模结构。此模具的结构不同于常规的多工位级进模结构。这是在一套大模架上装有四副（Ⅰ～Ⅳ）独立的子模具。根据排样安排，四副独立子模具分别完成冲切外形废料、压弯成形、打包及冲孔切断分离制件的冲压任务。各子模具由圆柱销定位，并由螺钉分别固定在大模架上。各子模具间均保持一定的距离，并符合步距不变的原则，调整好它们之间相互位置，符合级进冲压的要求。

大模架的上、下模座较厚，上面装有四对独立式滚动导柱，每副子模具也都装有滚珠导柱，因而模具在使用过程中，刚度、导向性、稳定性较好。小模具的拆装比较方便，对维修十分有利。各子模具圆柱销的位置孔由坐标镗加工保证精度。(www.xing528.com)

大模架下模座5的底面，左、中、右分别垫有下垫脚4。其主要作用是增大模具闭合高度，使模具的最小闭合高度达到大于压力机的最小装模高度范围，否则模具不能使用。并且有了下垫脚4以后，大模架下模座5与压力机台面之间存在一定空间，有利于观察冲压过程中的漏料情况。

模具安装在1100kN开式压力机上，冲压速度为50～60次/min。

（1）冲切外形废料子模具

这部分实际上是一副简单的小型冲裁级进模。结构完全和常规的三板式级进模相同，卸料板为弹压式结构，凹模为整体结构，采用强度和耐磨性较高的高铬工具钢Cr12MoV制造，淬硬至60～62HRC。刃口有效高度小于10mm，冲压时凸模进入凹模适当多一些，正常情况下使凹模内的料不超过三片，这样对凹模寿命有利。凸模采用W18Cr4V高速钢制造，淬硬至62～66HRC。

冲压时，带料由自动送料装置经导料板和导料柱沿正确方向送入模具后，完成在制件的φ6.5mm孔（作为以后的导正销孔使用），冲长方孔和在带料的两侧通过异形侧刃切去废料等冲切任务。第③工位设有安全监测装置，一旦料不到位，探头缩回，机床停止工作。

（2）压弯成形子模具

这是一副带有压料和推料装置的压弯成形模。自由状态下，下推板9高出Ⅰ子模具凹模6平面约7mm；压弯成形开始时，利用圆孔的导正定位，上凸模将料压紧状态下，两侧边料向上弯成89°，并形成弧面；压到底时，即下推板9底平面与Ⅱ子模具下模座平面压死，起到整形作用。此时的下推板9的上平面比凹模6平面低7mm，以减少带料在冲制过程中的弯曲变形。

下推板下设专用弹顶器，固定在大模架的下模座上（伸出部分正好在压力机台面孔里）。弹压力大小不仅要足够，而且能可调。弹顶器是由十几块φ80mm×20mm的真空橡皮组成。

压弯凹模的工作部分镶有硬质合金，凸模采用Cr12或Cr12MoV制造，硬度为58～62HRC。凸、凹模之间间隙取料厚加0.01～0.02mm。弯曲凹模圆角为2～3mm，表面粗糙度Ra≤0.4μm。

（3）打包子模具

图4-28所示为打包模的侧剖面结构简图。在图4-27中的安装位置为Ⅲ所示。其动作过程是上模板9下行，在左、右斜楔5的作用下，推动左、右滑块3，随同凹模2送到位，上模继续下行，中间斜楔12开始起作用，将中间滑块4带动打包凸模1用力往外挤压，完成打包工序。上模上行，各滑块在复位弹簧的作用下迅速回到原位，然后进行下一循环。

弹簧11有四个，其外径为φ30mm。自由状态下，弹簧外露上模板9平面约30mm，并且要求四个弹簧齐平。

卸料板7采用SKD11钢制造，淬硬至58～60HRC，由六个螺钉连接，通过固定板8吊在上模板9上。卸料板7与固定板8之间的有效空间为25mm。

图4-28 打包模的侧剖面结构简图

1—打包凸模 2—凹模 3—左滑块 4—中间滑块 5、10—斜楔 6—导轨 7—卸料板 8—固定板 9—上模板 11—弹簧 12—中间斜楔 13—挡块 14—复位弹簧 15—导板挡块 16—下模板 17—右滑块

为了挡住斜楔5，10，免受侧向力，卸料板7上装有挡块13。每块挡块用二个φ8mm圆柱销及螺钉固定。

打包工作过程中力量较大（约有60kN），除靠斜楔5、10、12自身的刚性外，导板挡块15分别对两侧斜楔5、10和中间斜楔12起到定位和稳定作用。打包时挤压力较大，又是自动化连续生产，斜楔和滑块间产生的摩擦热不可避免，其中滑块3、4、17负载最大，为此，滑块的材料选用W18Cr4V，淬硬到60～63HRC；并且在卸料板中间加有油槽，保证运动副及时得到润滑，使生产顺利进行。

中间滑块4在导轨6中运行，必须保持松紧合适、活动自如，它们间应有良好的间隙配合。复位弹簧14要能使中间滑块4复位到预定位置，这样在斜楔12工作时，做到滑块受力均匀，左右滑块3和17同时工作，不会出现有先有后的不正常现象。

打包凸、凹模采用镶件结构，对保证包的大小、高低及角度等控制过程中，维修、调整较为方便。

（4）冲孔和切断分离子模具

此部分工作工位有二个，即冲二个φ3mm孔和φ12.8mm大孔为一个工作工位，另一个工作工位即切断废料分离制件。冲下φ12.8mm孔的废料正好是一个可利用的垫圈。

模具的凹模全部采用YG20硬质合金，做成镶拼件，刃口有效高度为4～5mm。镶拼件通过凹模固定板固定，并由导板紧压，导板上有气孔，每冲一次把切断分离后的成品耳环吹入到容器内。

凸模采用SKD11，淬硬至60～62HRC。