在汽车覆盖件冲压生产实际工况中,对于产品型面复杂、型面落差较大或者拉延深度大的冲压制件,常常会出现制件被吸附在凹模内的现象,造成取件困难。实际设计中可以考虑在模具上增加顶料芯,这种方式会增加模具空间与结构的复杂程度,如 额外使用压力源,增加了模具开发成本。在模具上 设置排气孔的方式也可以一定程度上防止卡料,但 效果甚微。如果使用机械进行人工强制卸料,会对 制件造成损坏,引起产品变形,影响冲压件后序程 形;同时,还会增加冲压生产周期,降低生产效率,影 响模具使用效果。
1 设计背景
目前常用的卸料装置为弹顶销(弹簧柱塞),结构如图 1 所示。其工作原理如下:顶杆 1 与基柱 3 通过弹簧 2 三者连接在一起,整个机构设置在凹模本体 4 上,基柱 3 的上表面会略低于凹模型面。在模具打开状态,弹簧 2 自然伸长,顶杆 1 伸出凹模型 面;在模具工作时,顶杆 1 受压往基柱 3 内运动,弹 簧 2 处于压缩状态;当模具闭合后,顶杆 1 的顶端与 板料接触,并与凹模型面平齐。冲压工作结束后,随着模具打开,弹簧 2 驱动顶杆 1 向外运动,将成形后 卡在凹模内的板料向外推动,从而实现退料。
此种机构是直接安装在凹模型面上的盲孔内, 一般盲孔不会设置太大,弹顶销的大小受到限制,弹 簧提供的退料力也受到限制。如果在增加弹簧退料 力的同时,还可以减少对模具型面的损伤,就可以进 一步增强退料效果,提高模具质量。为了满足这些 实际要求,设计了一种冲压模具退料机构。
2 技术方案与结构设计
2. 1 技术方案
该退料机构设计的技术方案是:在凹模本体上 设置一个带台阶的通孔;活动顶料杆一端带有凸台, 依据实际需要的顶料行程设置在台阶孔的细孔内, 长度上要使活动顶料杆伸出凹模型面;活动顶料杆 大头设置在弹簧上,安放在粗孔内,弹簧提供顶料 力。弹簧垫块通过螺钉固定在凹模本体上,用来固 定弹簧。整个退料机构以凹模本体作为安装基座、 以凹模本体上的通孔作为导向面。
2. 2 结构设计 设计的退料机构能提供足够的退料动力,减少 对模具型面的损伤,增强退料效果。此退料机构的 结构形式见图 2,忽略板料与模具其他非工作结构, 退料机构主要由活动顶料杆 1、凹模本体 2、弹簧 3、 弹簧垫块 4 和固定螺钉 5 等 5 个部分组成。实际模具结构设计中,在凹模本体 2 上设置一 个二级过孔,活动顶料杆 1 与弹簧 3 一起安装在过 孔内;弹簧垫块 4 通过固定螺钉 5 固定在凹模本体2 的下底面,
如果在凹模本体 2 的下底面上设计一 个沉台,弹簧垫块 4 固定在沉台内而不凸出凹模本 体 2 的下底面,可使整个机构美观。图 3 所示为退料机构各主要部件尺寸,因为机 构一般布置在废料区域,所以各部件尺寸没有严格 规定。活动顶料杆是直接工作部件,其尺寸决定了 整个机构的尺寸,顶料端的直径 d 一般为 准20 mm, 当冲压制件拉深深度较大、取件较为困难时可以增 大直径;其凸台高度 h = 10 mm,凸台直径 D = d+10 mm,一般为 30 mm;弹簧垫块厚度 t 一般为 10 mm 左右即可满足要求;固定螺钉的规格按照实际需要选用。
其中活动顶料杆与凹模本体之间的间隙δ、凹模通孔台阶到凹模型面的距离 H 两个尺寸相对重要:单边间隙δ = 0. 5 mm;为了保证模具强度,要求凹模通孔台阶到凹模型面的距离 H 不得小于 50 mm。另外,活动顶料杆伸出凹模型面的距离由实际顶料要求决定,最小不少于 1. 5 mm; 当需要的退料力较大时,活动顶料杆伸出凹模型面的距离可达 50 mm。则活动顶料杆的长度 L≥1. 5+H+h≥61. 5 mm。弹簧 3 也需要根据实际所需退料力要求选用合 适的规格。实际模具结构设计中,会根据所设计凹 模本体厚度与所需活动顶料杆长度来甄选弹簧的规 格。在满足使用条件与机构强度的范围内,弹簧越长,可以越好地降低弹簧的劳损机率,它的使用寿命也就越长,能够延长模具检修周期,节约生产成本。
3 机构工作原理
该退料机构具体的工作原理如下。
1) 模具处于打开状态时,弹簧 3 处于安装时的 初始状态,将活动顶料杆 1 顶到死点位置,见图 2。
2) 当模具工作时,随着模具闭合,板料成形完 成,活动顶料杆 1 被向内压缩至与凹模型面平齐的位 置,弹簧 3 被压缩,此时退料机构各部件位置见图 4。1. 活动顶料杆 2. 凹模本体 3. 弹簧 4. 弹簧垫块 5. 固定螺钉
3) 模具成形工作完成后,随着模具打开,弹簧 3 复位,将活动顶料杆 1 向外推动,活动顶料杆 1 将 凹模内的板料向外顶出,从而达到退料目的。
该退料机构在加工、使用过程中具有以下优点。
1) 机构直接安装在凹模上设置的通孔内,便于 加工;直接利用在凹模上加工的通孔导向;底端使用 弹簧垫块固定,可随时拆开,且便于部件的更换与模 具检修。
2) 通孔带有台阶,细孔安装活动顶料杆,可以 限制活动顶料杆的行程;弹顶销卸料装置中的基柱 直径是所设计退料机构中活动顶料杆直径的 2 倍以 上,单个机构相比,后者在安装时损伤的模具型面面 积至少可以降低 50% ;粗孔安置弹簧,孔径可以根 据弹簧规格来决定,因而可以根据实际需求来选择 合适的弹簧,以增加推料力,可以减少整套模具退料 机构的使用数量,进一步减小了对模具型面的损伤。
3) 退料效果显著,机构还可以形成不同规格以 供选用,形成企业标准。
4 结语
所述的退料机构相比常用的弹顶销退料装置, 具有结构更加合理、性能更为优越等特点。在实际使用中,能够满足不同退料力的要求,降低对凹模型面的损伤。一般一套冲压模具使用弹顶销的数量在 10 ~ 60 个,一个弹顶销的价格平均在 30 元左右;采用所述退料机构,能减少 1 / 3 的使用数量,且该机构 能够自制生产,价格相对低廉,能降低 30% 以上的 该项成本。另外,由于使用数量的减少,模具本体需 要加工退料机构的安装孔也减少,加工时间与费用 降低,对缩短模具交付周期、提升模具设计水平、提 升企业经济效益有显著意义。