碎纸机刀片级进模设计

陈黎明

（湖南财经工业职业技术学院机电工程系，湖南 衡阳 421002）

1 刀片的工艺分析

图1所示为碎纸机刀片零件图，年产量2000万件。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。

图1 两齿刀片零件图

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。

2 排样设计

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，如图2所示。

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。

图2 排样方案一

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。

图3 排样方案二

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。

3 模具结构

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。

图4 模具结构

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。

4 结语

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。