王洋
（爱姆卡（天津）工业五金有限公司 天津 301700）
摘要：随着现代科学技术的迅速发展和社会的进步,近年来,小型的冲压件在各行业中得到广泛的应用。特别是一些小的五金件,由于其体积较小,韧性好,不易断裂等优点逐步代替易硬化、易断裂的塑料件,而且这些小型的五金件在表面处理上可以按用途要求采取电镀、喷涂或喷漆等工艺灵活选择,达到美观、实用、成本低等目的。针对生产情况,设计了集冲孔、落料、成形于一体的复合模具,配制不同的模芯便可冲制不同的工件,这样大大节约了模具制作成本,提高了生产率。本文分析了小型五金件通用复合模具设计方法。
关键词：五金件；复合模具；设计方法；
通用模架和模芯复合制成应用到生产中,大大减少了制造模具的费用,节约了生产成本的同时,提高了生产率,收到了良好的经济效益，这些优势已广泛运用于五金模具，而这些结构特点也可以运用到其它冲压，使得模具更简单化，加工成本也越来越低，周期越短，从而使得五金模具得以更好发展和提高。
一、简介
1.功能和优势包括以下几方面。一是对于五金模具、端子模具、连续模、光电模具、家电模具和汽车模具都适合，从展开、排料、自动生成模板、拆图可以节省模具设计50%以上时间，大幅度提高冲模设计效率，节省成本，提高生产力；二是模具图完成，即可产生详细的加工说明资料及零件、材料明细表。自动检测冲头位置可避免发生不当的设计，可轻松检测零件位置，避免干涉现象的产生；三是具有超强的重复线删除功能及数十个模具设计辅助功能。
2.有限元模拟。图1所示为定位柱模型在不同时刻的累计速度场，从图1中可以清晰地看出，定位各区域都能顺利完成金属填充；整个填充饱满平滑，未出现颈缩断裂现象，也未产生金属相互折叠缺陷。同时从图1中可以看出，模型的初始变形速度基本等于凸模的压下速度，随着时间的推移，由于被挤压毛坯外层与模壁边缘接触存在着较大的接触摩擦阻力，而中间层不与凸模发生摩擦，所以造成任意时刻金属在外层的流动滞后于中间层，最终导致成形出的截面形状呈现出中间凹陷。进入变薄挤压阶段，此时金属的各成形区域由于流动速度基本相等，其中间凹陷渐趋缓和；至最后阶段，中间凹陷得以完全填充。整个成形过程中，毛坯各节点流动速度矢量变化均匀，没有速度突变，金属填充顺利、合理，应力分布较为平滑，未出现成形缺陷。
（图1）
二、复合模具设计方法
1.零件工艺分析及初步工艺方案。突起的空心柱即为定位柱，其定位柱为齿轮的传动轴，传统的工艺是通过旋铆经过车床精加工的轴，现在通过冷冲锻技术来成形具有以前同样功能的定位柱，这样可以大幅度降低材料成本、生产成本及人力成本等。该零件加工的难点在于在1mm的冷轧钢板上成形直径为?3（h9）mm、高度为4.5mm的定位柱，该定位柱表面要求光滑且顶部不能破裂。考虑到该支架零件的其他部分属于普通冲压技术，根据材料塑性流动规律与体积不变原理，设想了定位柱分一步、二步、三步或四步成形方案。经过简单实验，一步成形及二步成形方案被否定，主要原因为卸料困难、定位柱顶部破裂、定位柱被拉断、较难寻找到环保的润滑油及级进模生产时载荷过于集中。三步工艺虽然能成形定位柱，但表面光洁度较难达到要求。初步确定分四步成形定位柱，在局部体积成形过程中既要保证材料能够流向预期部位，又要防止因工件内部的拉应力超出其自身抗拉应力从而造成拉裂，所以要控制好凸、凹模的设计参数。为了验证初步工艺方案的可行性，节省试模时间。采用有限元模拟技术进行分析与模拟，并在模拟过程中结合实验调整工艺参数与凸、凹模参数，优化工艺方案，缩短产品的开放周期。
2.复合模芯的设计。落料、成形复合的模芯设计在生产钢木家俱时,经常用到无缝钢管,为了使切口平整、光滑、美观,孔口经常加一个垫片(经常用厚度1-2mm的冷板),垫片拉伸变形程度不大,尺寸精度要求不高,为了提高生产率,可进行一次落料、成形,复合模芯设计:凸模固定板,凸凹模固定板; 凹模镶两个锥度为1:10的衬套; 凸模固定板和凹模固定同时固定在通用模架的上模板上,用模架的2根长定位销和5根短定位销定位,凸凹模固定板固定在下模板上,因下模板只有一个,用短定位销定位。在工作时,上模下落,首先由凸凹模切落工件外圆直径中36尺寸,然后由凸模浅拉件成φ3Omm高4mm的垫片,使用复合模芯就可一次完成。
3.冲孔、落料复合模芯的设计。在生产铁柜过程中,经常遇到小工件(厚度1-2mm)，若一次冲孔落料,则凸凹模孔壁太薄.影响模具寿命，因此将模芯设计成分级进行,分三个工位，首先,冲3-φ5孔;第二是空工位,目的加大一、三工位两形腔的距离,设置导正料距机构;第三工位,冲外形.模芯中凸模固定板固定在通用模架的上模板上,用短定位销定位,凹模因要排出3-φ5孔料,需垫一开有斜模的厚垫板,用长定位销定位.这样就达到了冲孔、落料复合成一次完成的目的。
4.小孔新结构镶件加工过程。
（1）所谓小孔镶件就是根据产品的形状分别把小孔分成一个个小单元，把这小单元根据模具的自身情况分别加工成小孔镶件，而新结构是在旧的基础上进行改善，在日常工作经验中总结出来的。在设计时就应该了解清楚产品特点， 需要做小孔加工的应单独分开出来， 将小孔 T 形圆形入子和小孔镶件分别制作板料加工，注意原材的材质，一般来说小孔镶件都是硬料，模具厂上用的比较多是 Cr12、Cr12MoV 等，而 T 形 圆 形 入 子 一 般 用 GBD2 和SKD11。 采购时应根据设计的图纸要求严格采购，粗加工的时候可以先钻孔加工螺纹。热处理要求硬度一般在 HRC58-60，把热处理的原材研磨到要求的平面度，一般要求在 0.02-0.03mm。线割加工注意镶件与模板装配间隙，T 形圆形入子与小孔镶件的间隙，间隙过大容易造成镶件错位，冲裁时小孔刃口崩裂。小孔 T 形圆形入子与小孔镶件的间隙最好在上公差 0.01mm，割出的 T 形圆形入子和小孔镶件可以一起装配锁到模板上， 注意 T形圆形入子需多做备品，以便更换使用。
（2）小孔新结构镶件应用例子。如果使用旧的传统结构，在生产较大的产品模具时，模具极易出现问题，需要将整个模具从冲床拆卸下来，极其浪费时间和人力，提高了维修成本。改善了小孔的结构镶件，避免了小孔冲裁在生产中的刃口磨损，此结构可以让模具从生产冲床上快速拆卸下来，也可以在短时间内大批量加工以便更换。某背板上许多抽芽预冲小孔，在大批量产品冲压的时候，小孔容易崩裂或者冲头断在小孔镶件里，需快速拆换镶件。 而 T 形圆形入子与小孔镶件组合的新镶件在这里就能满足需要，维修师傅只需在现场将冲床上的模具冲孔镶件拆下，并快速装上去，使生产得以稳定持续，以满足生产需求。
五金模具制造行业在产品制造体系中占有特殊地位，其发展水平决定了制造业整体水平。近 10 年来，我国模具工业一直保持着快速发展的态势。未来，国内模具产品将朝着更加精密、复杂，模具尺寸更大，制造周期更短的方面发展，模具制造技术将更好地体现出信息化、数字化、精细化、高速化和自动化。
参考文献：
[1]杨程，杜红星，刘晓平. 镁合金在产品中应用现状及前景展望[J]. 铸造设备研究，2015，（6）
[2]蔡盛祺，吴春甫. 高精度零件板材冲锻工艺技术的开发[J].塑性工程学报，2012，（4）
论文作者:王洋
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/4
标签：小孔论文; 模具论文; 冲孔论文; 加工论文; 工艺论文; 圆形论文; 凸凹论文; 《电力设备》2016年第9期论文;