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摘要:針對導(dǎo)紗針針坯的成形難點(diǎn)和技術(shù)要求進(jìn)行了沖壓工藝設(shè)計(jì)和多工位級(jí)進(jìn)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳述了導(dǎo)紗針結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、沖壓工藝、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了防止條料塑性變形引起關(guān)鍵尺寸誤差，模具對塑性變形區(qū)域一次成形;為保證針孔與外圓弧的同心度和送料精度，模具采用了導(dǎo)正塊、導(dǎo)料銷和導(dǎo)正銷進(jìn)行精確定位;為保證沖孔凸模強(qiáng)度和剛度要求，模具采用保護(hù)套結(jié)構(gòu);為增加沖裁截面的光亮帶，采用了兩次整修工藝;為簡化模具結(jié)構(gòu)、便于修模，采用了嵌塊式凹模。生產(chǎn)實(shí)踐證明，沖壓工藝合理，模具結(jié)構(gòu)安全可靠，產(chǎn)量質(zhì)量穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞:導(dǎo)紗針;沖壓工藝;排樣;模具設(shè)計(jì);級(jí)進(jìn)模

在針織業(yè)中，決定織物質(zhì)量好壞、產(chǎn)量高低的關(guān)鍵因素是織針。只有不斷提升織針的質(zhì)量，才能避免在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)鉤絲、起球等缺陷，從而降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求。導(dǎo)紗針是經(jīng)編機(jī)必不可少的輔助用針，屬于易耗品，其尺寸一致性、沖裁面光潔程度對針織品的質(zhì)量有重要影響。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的導(dǎo)紗針，大多采用板料作為原料，材料利用率偏低;且采用復(fù)合模具沖出的針坯外輪廓撕裂帶占比大，針孔與外圓同心度低。本文根據(jù)導(dǎo)紗針的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求，結(jié)合導(dǎo)紗針的沖壓工藝難點(diǎn)，詳細(xì)分析了成形方法，制定了合理的沖壓成形工藝方案，并由此進(jìn)行了相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)。

1導(dǎo)紗針沖壓工藝性分析

圖1為某型號(hào)經(jīng)編機(jī)導(dǎo)紗針針坯零件，所用材料為退火狀態(tài)的SWP-B鋼，該種材料退火后具備較好的沖壓成形性能。選用厚度為0.44mm、寬度為0.96mm的扁絲作為毛坯板料，可以保證較高的材料利用率。從圖1可看出，導(dǎo)紗針針舌和針尾的塑性變形區(qū)(壓扁、壓印)，可直接沖壓成形得到，導(dǎo)紗針針舌部位的直徑為Φ1.260mm的孔和半徑為0.950mm的半圓邊可直接沖裁落料得到。采用多工位級(jí)進(jìn)模具成形該導(dǎo)紗針的難點(diǎn)在于該導(dǎo)紗針是在0.44mm×0.96mm的扁絲上沖壓成形的零件，其針舌部位圓孔直徑較小，沖孔凸模的強(qiáng)度和剛度需要通過相應(yīng)的措施來保證，且孔邊距很小，沖孔時(shí)極易引起針舌部位變形。對于針孔內(nèi)壁光亮帶要求占沖裁截面的85%以上，已經(jīng)達(dá)到精密沖裁的要求，扁絲在沖裁時(shí)只能通過合理調(diào)整模具沖裁間隙和凸凹模圓角半徑才能達(dá)到較高的光亮帶要求。另外，在塑性成形區(qū)(壓印、壓舌)，金屬的塑性流動(dòng)會(huì)影響扁絲送料的精度及針舌外部圓弧和針孔的同心度，這也增加了導(dǎo)紗針針坯沖壓成形的難度。

2導(dǎo)紗針沖壓工藝設(shè)計(jì)

多工位級(jí)進(jìn)模排樣的設(shè)計(jì)是多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。排樣圖的優(yōu)化與否，不僅關(guān)系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的難易程度和使用壽命等，而且直接關(guān)系到模具各工位加工的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定［1－3］。因?qū)Ъ嗎槍儆诰軟_壓件，其工位的設(shè)計(jì)必須與成形特點(diǎn)相適應(yīng)，圖2為導(dǎo)紗針多工位級(jí)進(jìn)模具沖壓排樣圖。導(dǎo)紗針的排樣設(shè)計(jì)共由6道工序、12個(gè)步距完成，依次為:壓扁壓印→沖孔定位→沖針孔→一次針孔整修→二次針孔整修→切斷工序。其各個(gè)工序起到的作用簡述如下。(1)本設(shè)計(jì)中采用SWP-B扁絲作為沖針坯料，不涉及到單排、對排、多排等排樣形式。在考慮材料的利用率、降低制件成本和保證材料強(qiáng)度的情況下，盡可能控制步距長度。經(jīng)計(jì)算，送料步距初步定為21mm，材料利用率達(dá)到91.28%。(2)第1道工序同時(shí)壓出針舌和尾印。沖壓時(shí)材料會(huì)出現(xiàn)伸長，考慮材料局部發(fā)生塑性變形的方式，需間接抵消多出的伸長量。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需將可能出現(xiàn)伸長量的部位統(tǒng)一為一道工序，一次加工成形。在該沖壓工序中，材料的伸長量由送料機(jī)收回多出長度，自動(dòng)抵消。(3)第2道工序?yàn)闆_定位孔。在第1道工序沖壓出的針舌上沖定位孔，采用導(dǎo)料塊和導(dǎo)料銷實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。由于步距僅有21mm，為了保證凹模強(qiáng)度、方便裝彈簧和連接螺栓等工件，在該工序后預(yù)留3個(gè)空位。(4)第3道工序?yàn)闆_針孔。該工序采用導(dǎo)料塊、導(dǎo)料銷和定位銷三向定位，準(zhǔn)確沖出針孔。設(shè)計(jì)時(shí)采用普通刃口沖裁，調(diào)試時(shí)根據(jù)實(shí)際需求修模調(diào)整沖裁間隙。考慮到模具強(qiáng)度且要便于加工，在該工序后留1個(gè)空位。(5)第4、5道工序?yàn)閮纱握迌?nèi)孔。由于針孔內(nèi)壁光潔無撕裂帶是導(dǎo)紗針重要工藝要求之一，考慮在沖孔后通過小球頂孔的方法，達(dá)到緊致內(nèi)壁的目的，但可能出現(xiàn)將毛刺頂入針孔內(nèi)壁的情況。因此，在本設(shè)計(jì)中，采用兩次整修內(nèi)孔的方式，使針孔內(nèi)部再次發(fā)生微量塑性變形，除去粗糙不平的沖裁斷面和錐度，增加光亮帶所占比例。(6)第6道工序?yàn)榍袛唷Ｔ摴ば蛲瑫r(shí)切出前一根針坯的尾部和后一根針坯的外圓。為了保證導(dǎo)紗針針孔與外圓弧同心度高的工藝要求，在切斷入塊時(shí)，使用定位針進(jìn)行定位。綜上所述，導(dǎo)紗針的排樣設(shè)計(jì)共由6道工序、12個(gè)步距完成，采用扁絲大大提高了材料的利用率;壓扁和壓印一次成形保證了送料的精度;導(dǎo)料塊、導(dǎo)料銷和定位針的設(shè)計(jì)，保證了定位精度;兩次整修工序保證了光亮帶的要求，總體符合導(dǎo)紗針的沖壓工藝要求。

3多工位級(jí)進(jìn)模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)紗針多工位級(jí)進(jìn)模具的總裝圖如圖3所示，扁絲沿著導(dǎo)正塊30、33的導(dǎo)向通道自左向右移動(dòng)，扁絲進(jìn)入第1個(gè)工位壓扁、壓印后由導(dǎo)料銷進(jìn)行導(dǎo)正，模具對坯料在各工序上加工，逐漸成形。最后一道切斷工序?qū)_件和坯料分離，每次行程完成后，上模上行，卸料板12在卸料彈簧5的作用下抵住坯料直至坯料脫離凸模，起到卸料作用。模具上的沖裁凸模選用多臺(tái)階和保護(hù)套結(jié)構(gòu)便于保證小凸模的強(qiáng)度和剛度，凹模都采用嵌塊式便于快速更換，以保證模具壽命。模架采用對角滾動(dòng)導(dǎo)向模架，并且用4個(gè)內(nèi)導(dǎo)柱對凸模進(jìn)行精確導(dǎo)向并起到保護(hù)小凸模的作用。定位裝置是采用6個(gè)導(dǎo)正塊、6對導(dǎo)料銷和9個(gè)導(dǎo)正銷對扁絲進(jìn)行精確定位，以防止扁絲因?yàn)闆_裁時(shí)受力而產(chǎn)生偏移。卸料裝置采用了3對卸料彈簧和卸料板組合而成，用于保證扁絲在送料過程中的平整度。整套模具工序流程中，沖孔廢料都由沖壓機(jī)臺(tái)盤處排出。切斷工序既需排出廢料，又需落料，廢料由臺(tái)盤直接排出，工件采用壓縮空氣機(jī)經(jīng)吹氣銷吹離模具。

4模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1整修部分凸、凹模設(shè)計(jì)

坯料經(jīng)過沖導(dǎo)紗針針孔后，為了除去粗糙不平的沖裁斷面和錐度，得到光滑平整的斷面，進(jìn)行了2次內(nèi)孔微量整修，如圖4所示。第1次整修凸模直徑比沖針孔凸模直徑大0.5mm，保證能夠切除沖針孔時(shí)的塌角和撕裂帶;第2次整修凸模安裝在凹模固定板上，凹模鑲嵌在卸料板上，主要對第1次整修進(jìn)行微量平整，并達(dá)到針孔直徑的要求。

4.2定位零件設(shè)計(jì)

本套模具定位零件中，導(dǎo)正塊、導(dǎo)料銷和導(dǎo)正銷采用SKD11模具鋼，淬火回火處理后，硬度可達(dá)到60～65HRC。在第1道工序前設(shè)計(jì)了鑲塊式的導(dǎo)正塊，用于扁絲送進(jìn)時(shí)橫向、縱向的初定位，塊中開1mm×1.3mm的槽口，便于扁絲通過，如圖5a所示。扁絲經(jīng)塑性變形(壓扁、壓印)后，扁絲局部變大，因此，后續(xù)導(dǎo)正塊槽口開為2.5mm×1.3mm，并將此規(guī)格的導(dǎo)正塊槽口修出倒角，便于送料。考慮模具強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)，在無導(dǎo)正塊定位的工位，采用導(dǎo)料銷和導(dǎo)正銷進(jìn)行定位。導(dǎo)料銷用于縱向定位，其斜對稱鑲嵌在凹模上，如圖3中31所示。導(dǎo)正銷(圖5b)用于沖定位孔后的各個(gè)工位，導(dǎo)正銷與導(dǎo)正孔間隙為0.02mm，既保證了扁絲的送料精度，又保證導(dǎo)正銷能順利地插入導(dǎo)正孔。

4.3凹模固定板設(shè)計(jì)

凹模固定板用于固定凹模及鑲件。由于該級(jí)進(jìn)模工位數(shù)較多，若模具送料誤差累積過大，會(huì)造成凸、凹模間隙偏差，影響沖壓質(zhì)量和模具壽命。考慮到凹模固定板上各工序凹槽多且位置精度要求高，結(jié)合加工的難易程度，確定如下:導(dǎo)正塊孔口尺寸按IT8級(jí)制造;壓扁、壓印和沖裁孔口尺寸按IT7級(jí)制造，各緊固螺栓孔、導(dǎo)料銷位置尺寸按IT5級(jí)制造。各型孔位置關(guān)系見圖6。

4.4模具沖壓精度調(diào)試

模具組裝后必須在生產(chǎn)條件下試沖，檢查沖壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量是否符合產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)要求，檢查模具使用性能是否合理、可靠地滿足批量生產(chǎn)的要求。同時(shí)，檢驗(yàn)工藝規(guī)程是否正確，選用的工藝裝備是否合理和適用，從而保證在批量生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、工藝成本低［5－6］。檢測不同批次導(dǎo)紗針針孔與外圓弧的同心度和針孔沖裁截面質(zhì)量，不斷對凸凹模進(jìn)行修正試模，直至沖制出符合設(shè)計(jì)要求的導(dǎo)紗針，如圖7所示。

5結(jié)語

提出了用多工位級(jí)進(jìn)模具沖壓導(dǎo)紗針的新工藝，通過對導(dǎo)紗針工藝性分析設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)，確定了一套多工位級(jí)進(jìn)模成形導(dǎo)紗針的工藝方法，即壓扁壓印→沖孔定位→沖針孔→一次針孔整修→二次針孔整修→切斷工序。壓扁、壓印工序一次成形，解決了金屬塑性流動(dòng)造成的坯料伸長;導(dǎo)正塊、導(dǎo)料銷及導(dǎo)正銷的使用實(shí)現(xiàn)了條料的精確定位和送進(jìn);二次整修工序大大提高了沖裁截面的光亮帶。模具投入生產(chǎn)后沖出的導(dǎo)紗針針孔光亮帶和同心度高，產(chǎn)品生產(chǎn)效率高、成本低，達(dá)到廠家的預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn):

［1］陳炎嗣．多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

作者:趙峰 范金輝 白云峰 朱世根 單位:東華大學(xué)