我国碎纸机刀片的年产量2000万件。碎纸机刀片材料采用抗剪强度为310~380MPa, 屈服强度为235MPa, 厚度为2mm的Q235生产;刀片上的两齿用于碎纸, 两齿尖厚度为0.2mm, 前角为50°, 后角为5°, 刀齿要求锋利、表面光滑无毛刺;整个刀片平面度公差不超过0.1mm, 厚度不超过2mm。

根据该刀片的结构特点和使用要求, 如果采用单工序冲裁模或复合冲裁模进行生产会出现如下问题。

(1) 模具中刀齿成形处应力集中, 模具容易在此处开裂, 模具寿命短。

(2) 一套模具无法到达刀齿齿尖厚度0.2mm的要求, 需多套模具成形, 生产效率低, 不利于大批量生产。

(3) 多套模具冲裁时, 由于各工序之间的定位误差, 会造成零件的精度难以保证。

(4) 冲裁所形成的塌角, 成形不了锋利的刀齿。因此该零件采用单工序模具和复合模具冲裁是不合适的。而级进模虽然存在模具结构复杂、模具制造精度高、模具维修困难等缺陷, 但可将复杂冲压工序分解为简单工序, 同时通过冲压设备与自动送料机构配合, 实现高速自动化生产, 提高生产效率。此外可利用级进模上设计的精确定位装置提高材料利用率, 稳定产品质量。根据上述分析并综合产品的形状和要求, 结合产品的生产批量, 确定该产品采用级进模生产是合适的。

排样在级进模的设计中起着至关重要的作用, 其决定零件成形过程中的工位数、不同工序先后次序、步距大小和定位方式等。对大批量生产来说, 在排样设计时除了考虑产品质量、模具寿命、生产效率等因素外, 提高材料利用率、降低制件成本非常重要。

本套模具采用自动送料机构控制送料步距, 由导正销精确导正。为达到刀齿形状和尺寸要求, 对刀齿的成形采用了冲工艺缺口、刀齿压形、刀齿合成切边4道工序, 最后采用整形工序满足刀片平面度和厚度要求。整个刀片的成形共设计9道工序。为提高材料利用率, 本产品采用了将产品旋转的斜排方式, 具体设计了两种排样方案。

方案一采用单排斜排的方式, 即将产品旋转40°后进行排样。

该方案在刀片刀轴安装孔处先冲一个φ8工艺孔作为导正销导正孔, 采用单排导料销导正。条料宽度为33mm, 步距为31mm, 零件由CAD查为676.5mm2, 材料利用率为66.1%。共设计11个工位, 其各工位完成的工序如下:工位1冲导正孔;工位2冲工艺缺口;工位3刀齿压形;工位4刀齿一侧修边;工位5、工位6刀齿另一侧修边;工位7空步;工位8冲刀轴安装孔;工位9切断;工位10空位;工位11整形。

方案二采用双排斜排方式, 即将其中的一排旋转40°, 另一排旋转45°进行排样, 这样在不影响模具强度的情况下, 使得材料利用率会进一步提高, 如图3所示。

该方案在两排刀片刀轴安装孔处各先冲一个φ8工艺孔作为导正销导正孔, 采用双排导料销导正。条料宽度为63mm, 步距为31mm, 材料利用率为69.2%。也设计11个工位, 其各工位完成的工序如下:工位1冲2—φ8导正孔;工位2冲工艺缺口 (三处) ;工位3刀齿压形 (三处) ;工位4刀齿一侧修边 (四处) ;工位5 (两处) 、工位6 (一处) 刀齿另一侧修边;工位7空步;工位8冲刀轴安装孔 (两处) ;工位9切断;工位10空位, 工位11整形。

与方案一相比, 方案二的材料利用率高, 且采用两排导正销导正, 定位精度高, 尽管模具结构略复杂, 但生产效率提高了一倍。考虑到该产品属于大批量生产, 且精度要求较高, 故选用方案二进行生产。

两齿刀片级进模结构如图4所示。模具通过压力机上配有的自动送料机构送料来满足自动生产的要求。

该模具上模部分由上模座、上垫板、固定板、卸料板垫板、卸料板及凸模、导料销、弹顶销等组成, 下模部分由下模座、下垫板、凹模、凹模镶件、浮动销、导料板等组成。为确保刀齿压形和修边时上、下模能保持正确的位置, 模具采用了内、外双重导向, 即外导向采用4套滚珠钢球外导柱、导套;内导向采用4套精密的小导柱, 小导套。条料送进时, 先沿外导料板38送入, 进入内导料板后, 由于未设计初始挡料销, 只能由人工控制其起始位置, 然后开启自动送料机构进行自动送料。在调节自动送料机构的送料步距时, 应使每次的送料步距比所需的实际送料步距多大约0.1mm, 以便导正销导正。当条料到达工位1时, 由冲导料孔凸模4冲出两导料孔, 上模回程时, 由浮动销31将条料抬起, 条料在自动送料机构作用下, 向前送进一个步距, 上模下行, 先由导正销10实现条料的精确定位, 再由冲工艺孔凸模5在刀齿部分周围切出工艺孔, 如此往复, 完成零件的冲压成形。

为便于条料顺利送料, 模具采用了内、外导板导正条料的送进方向, 同时设计了多个浮动销在条料送进前将条料从凹模面上抬起, 避免冲裁时产生的一些缺陷影响条料的送进。为防止上模上行时条料黏附在导料销上, 在卸料板上设有弹顶销, 便于将条料与导正销脱离, 以免条料随上模上行由导料板挂脱时产生变形, 影响条料送进。

该产品冲裁时由于材料厚度较厚, 冲裁力较大, 为避免凸模在冲裁时被拔出, 圆形凸模采用阶梯式结构, 异形凸模采用挂台式结构。同时, 为防止凸模冲裁时弯曲变形或折断, 卸料板与凸模的单边间隙不超过0.02mm, 以便对凸模起到护套式的保护作用。

凹模中的冲裁部分均采用镶件, 便于磨损或损坏时更换。在凹模的产品脱离部位开设斜面, 以便于产品整形后脱离凹模, 避免产品重复整形时压坏或造成安全隐患。

该产品成形的关键是要保证刀齿部分的形状和功能要求, 为此在工艺上采用了预切工艺孔和刀齿合成切边的方法, 达到了刀齿的设计要求;在模具设计上采用双斜排方式, 不但节约了材料, 提高了生产效率, 同时通过双导正销导正, 满足了条料的定位精度, 保证了产品质量。经生产, 刀片质量达到了图纸要求, 模具生产稳定, 生产效率高, 该模具达到了预期效果。