李鴻程

(晶日金剛石工業(yè)有限公司,河北 燕郊 065201)

新型金剛石分齒燒結(jié)鋸片的半自動(dòng)成型模具①

李鴻程

(晶日金剛石工業(yè)有限公司,河北 燕郊 065201)

文章介紹了新型金剛石分齒燒結(jié)鋸片半自動(dòng)成型模具的研發(fā)及應(yīng)用,對金剛石工具制造行業(yè)在效率、成本上的影響作了說明,對未來燒結(jié)鋸片成型方式的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

半自動(dòng)成型機(jī);成型模具;分齒燒結(jié)金剛石鋸片;模具壽命

Abstract:In the paper,it has introduced the development and applications of the new sem i-automated form ing mould for sintering diamond saw blade,the effect of the mould on the efficiency and cost of the diamond tool manufacture industry,and the form ing development trend of sintering diamond saw blade in the future.

Keywords:sem i-automated form ing machine;form ing mould;sintering diamond saw blade;mould life

1 前言

模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ),在金剛石制品的制造過程中除去電鍍、釬焊工藝外,幾乎所有的金剛石制品都必須使用模具才能完成,模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性、精度的高低、直接影響金剛石工具的質(zhì)量、效率和成本。所以可以說模具設(shè)計(jì)和制造水平的高低,在很大程度上制約著金剛石制品行業(yè)的發(fā)展水平。在目前,無論是在低端或者高端金剛石工具的制造上,每一個(gè)制造商都在效率、成本上想盡一切辦法來加以改進(jìn),方向是向自動(dòng)化,節(jié)省人工的方面發(fā)展。隨著我國金剛石工具企業(yè)與國際上知名工具企業(yè)的交流以及合作的不斷進(jìn)行,以及各種用于金剛石工具制造設(shè)備的引進(jìn),我們在制造金剛石工具的效率上得到快速的提高,同時(shí)成本得以降低。而新型金剛石分齒燒結(jié)鋸片的半自動(dòng)成型模具的開發(fā)就是基于這種情況進(jìn)行的。

2 傳統(tǒng)金剛石燒結(jié)片的成型制造方法

我國傳統(tǒng)的金剛石燒結(jié)片的成型制造方法完全依賴手動(dòng)模具,如圖1所示,這種模具的使用方法是在操作臺上將模具的外環(huán)、下壓頭、下模芯組裝到一起后倒入粉料,然后旋轉(zhuǎn)刮平。再搬運(yùn)到四柱壓機(jī)上加壓、退模,再搬回操作臺上拆卸模具、取出壓坯。此種模具從開始生產(chǎn)金剛石燒結(jié)鋸片延用至今,仍然被廣泛使用,其優(yōu)點(diǎn)在于模具的制造成本低廉、組裝方便。

但是其最大的缺點(diǎn)在于:

(1)效率低下、因頻繁組裝模具導(dǎo)致模具使用壽命低。

(2)操作人員多,在使用過程中需要三個(gè)人以上的配合才能完全發(fā)揮其效能。

(3)人均產(chǎn)量低,一般人均8小時(shí)的產(chǎn)量在350片到400片左右。

(4)勞動(dòng)強(qiáng)度大、用工成本高,因?yàn)槌尚蜁r(shí)人工來回搬運(yùn)模具,勞動(dòng)強(qiáng)度大,所以消耗的體力多,即使加班生產(chǎn),產(chǎn)能的提高也非常有限。況且隨著用工成本的增加,過多的人員造成因模具落后而導(dǎo)致的人工成本的增加。

圖1 傳統(tǒng)金剛石燒結(jié)鋸片成型模具Fig.1 Form ing mould of traditional sintering diamond saw blade1-上壓頭 2-外環(huán) 3-下壓頭 4-墊塊 5-下模芯6-墊叉 7-退套 8-上模芯 9-壓緊螺栓

3 新的成型設(shè)備和模具的開發(fā)運(yùn)用

隨著成型設(shè)備的改進(jìn),半自動(dòng)成型機(jī)和全自動(dòng)成型機(jī)的出現(xiàn),新型的燒結(jié)片成型模具實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)上質(zhì)的改變,成型工作不再是重體力,人員多的工作,模具成本也得到很好的控制。但是全自動(dòng)成型設(shè)備因?yàn)樵靸r(jià)高、可壓制的規(guī)格范圍窄而被絕大多數(shù)廠家放棄。而半自動(dòng)成型機(jī)因造價(jià)相對便宜,壓制范圍寬受到極大的歡迎,目前發(fā)展趨勢相當(dāng)?shù)难该?相信兩年之內(nèi),國內(nèi)中等規(guī)模的金剛石工具企業(yè)都會(huì)大批購進(jìn)此種設(shè)備進(jìn)行燒結(jié)鋸片的成型。

半自動(dòng)成型壓機(jī)得以短時(shí)間內(nèi)風(fēng)靡整個(gè)金剛石工具行業(yè)的根本原因是因?yàn)橐环N可壓制分齒燒結(jié)鋸片模具的出現(xiàn)。分齒片在整個(gè)金剛石燒結(jié)鋸片中的比例大概在65%,但在國內(nèi)和印度市場卻超過90%。

2004年,晶日金剛石工具有限公司與韓國曉成金剛石工具株式會(huì)社合資成立晶成金剛石工具有限公司,從韓國引進(jìn)了半自動(dòng)燒結(jié)片的成型壓機(jī),實(shí)現(xiàn)了渦輪及連續(xù)邊燒結(jié)片的半自動(dòng)成型,帶來成型效率的成倍增長和人工、模具成本的降低。但是因?yàn)闆]有開發(fā)出分齒片的成型模具,分齒片的生產(chǎn)還是沿用傳統(tǒng)的模具,韓國曉成公司制作熱壓分齒片的方法甚至還是將連續(xù)邊用激光切割冷卻槽,成本非常高。2007年,隨著晶成公司與蘇州博格自動(dòng)化機(jī)械公司聯(lián)合開發(fā)的同類壓機(jī)的成功,晶成公司開始開發(fā)用于半自動(dòng)成型壓機(jī)上的分齒片成型模具并取得成功,從此開啟了燒結(jié)片成型工藝的又一次全面革新。目前此項(xiàng)技術(shù)已申請國家實(shí)用新型專利。

4 新型模具的結(jié)構(gòu)和原理

因?yàn)槔鋲耗＞叩慕Y(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)部分組成:定位件、導(dǎo)向零件;開、合模機(jī)構(gòu);卸料機(jī)構(gòu);送料機(jī)構(gòu)等。所以設(shè)計(jì)者巧妙利用了分齒片基體形狀以及模具的上、下壓頭和外環(huán)形狀,實(shí)現(xiàn)了鋸片基體的定位、壓頭的導(dǎo)向和成型后的卸料。

4.1 技術(shù)方案:見圖2

(1)基體定位:在模具上內(nèi)芯17上安裝基體固定銷13,與上內(nèi)芯對基體進(jìn)行定位的中軸7一起對基體進(jìn)行定位并防止轉(zhuǎn)動(dòng),保證成型時(shí)基體與陰模6之間的配合。用磁鐵10將基體吸緊在上內(nèi)芯17上。

(2)內(nèi)模芯定位:在上內(nèi)芯外圓安裝與上壓頭2分齒槽相配合的導(dǎo)向鍵14,防止上內(nèi)芯轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)工件取出:在上內(nèi)芯安裝2～4個(gè)微型氣缸4,通過手動(dòng)換向閥頂出基體從而頂出工件。防止撬動(dòng)取片造成壓坯損壞。

圖2說明

(1)工件安裝:中軸7穿入基體中孔,通過磁鐵10靠緊上內(nèi)芯,用手旋轉(zhuǎn)基體,使基體定位銷13穿入基體冷卻孔后,基體得到固定。保證基體的冷卻水口與外套6配合。

(2)壓制:用刮板將粉料12刮平后只需按動(dòng)壓制按鈕就可自動(dòng)壓制成型。

(3)工件取下:當(dāng)成型保壓后,上下壓頭自動(dòng)回程并扳動(dòng)手動(dòng)換向閥,三個(gè)微型氣缸4克服磁力將工件從上內(nèi)芯17上頂下。

圖2 新型模具總裝圖Fig.2 A ssembly draw ing of new mould1-上內(nèi)芯復(fù)位油缸活塞 2-上壓頭 3-壓縮空氣管 4-氣缸5-基體 6-陰模 7-中軸 8-下壓頭 9-下內(nèi)芯復(fù)位油缸活塞 10-磁鐵 11-下內(nèi)芯 12-金屬粉料 13-基體固定銷 14-導(dǎo)向鍵 15-彈簧 16-上內(nèi)芯固定螺栓 17-上內(nèi)芯

其它說明:

(1)導(dǎo)向鍵14鑲在上內(nèi)芯17中,與上壓頭的分齒縫滑動(dòng)配合,保證上內(nèi)芯17不在上壓頭2中轉(zhuǎn)動(dòng),從而保證了基體的冷卻水口與外套6配合。

(2)基體定位銷13由彈簧15壓緊。保證基體的快速安裝。

(3)主要部件材質(zhì):上下壓頭和外環(huán)采用Cr12M oV并真空熱處理,要求硬度為HRC60-62,保證使用壽命上下內(nèi)模芯采用Gr15熱處理硬度HRC55-58。

圖2的各零件圖見圖3到圖7。

圖3 上壓頭零件圖Fig.3 Part draw ing of the upper pressure head1-上壓頭分齒縫 2-上壓頭安裝孔 3-3個(gè)用于壓縮空氣管路孔

圖4 上內(nèi)芯零件圖Fig.4 Part draw ing of the upper inner core1-磁鐵安裝孔 2-導(dǎo)向鍵安裝孔 3-基體定位銷安裝孔

圖5 基體固定銷Fig.5 The pin for fixing substrate

圖6 氣缸與氣管接頭連接螺帽Fig.6 The nut connecting cylinder and w indpipe

圖7 導(dǎo)向鍵Fig.7 Guidance key

5 新型模具的優(yōu)點(diǎn)及效益分析

(1)成型效率高:傳統(tǒng)手動(dòng)模具要3個(gè)人以上配合才能完全發(fā)揮其效能,熟練的員工3人每天8小時(shí)生產(chǎn)1150～1250片(Ф125以下),而新型設(shè)備和模具只需要一人,在8小時(shí)工作日內(nèi)輕松生產(chǎn)1200～1300片。

(2)勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低:操作人員只需將基體安裝到上模芯上,將工作臺上的粉料用刮板刮入型腔內(nèi)后按下壓制按鈕即可進(jìn)行成型工作;壓制完成后由氣缸頂下成型后的鋸片即完成。原來操作工只能依賴男性員工,現(xiàn)在女性員工也可輕松勝任。目前經(jīng)過改進(jìn),采用安裝于上壓頭內(nèi)的液壓缸自動(dòng)頂下,效率更高,但是對于超薄片和壓坯強(qiáng)度低的鋸片,刀頭容易破損。

(3)人工成本大幅度降低,原來分配到一片鋸片中的2～3個(gè)人的壓制人工費(fèi)用降低到一個(gè)人的費(fèi)用。

(4)模具成本降低:原來每片Ф125以下鋸片的成型模具成本在0.1元范圍內(nèi),甚至對外觀要求嚴(yán)格的企業(yè)因模具過早淘汰成本更高。而采用新型模具后經(jīng)過中間修復(fù)壽命可達(dá)到35000～40000次。單片模具成本下降到0.04～0.05元。

綜合以上幾點(diǎn),采用新型成型模具的某企業(yè)人工和模具成本對比見表1。

表1 新型成型模具與人工模具成本比較Table 1 Comparison of the cost between the new form ing mould and traditionalmould

6 設(shè)計(jì)模具的要點(diǎn)

除去公差配合上的要求與傳統(tǒng)模具相同以外,在設(shè)計(jì)模具上還需要注意如下的事項(xiàng):

(1)因?yàn)榛w的冷卻孔穿入定位銷,所以基體的冷卻孔中心距ФD公差要嚴(yán)格要求,防止因孔距不一致造成基體無法安裝。

(2)冷卻孔的孔徑Фd要每批基體保持一致,防止固定銷與冷卻孔配合過緊或過松導(dǎo)致的基體在壓制過程中與外環(huán)無法配合。

(3)冷卻孔槽寬H與外環(huán)的配合公差要注意不能過緊和過松,以免壓制成型時(shí)基體損壞和刀頭不美觀。

7 發(fā)展趨勢

(1)自動(dòng)送料:目前已經(jīng)在半自動(dòng)成型壓機(jī)上采用了自動(dòng)送料的機(jī)構(gòu),因?yàn)樵诘额^上的金剛石分布不均勻現(xiàn)象還太嚴(yán)重,所以技術(shù)還有待改進(jìn),相信解決這一問題的時(shí)間不會(huì)太長。

(2)雙工位排列壓機(jī):因自動(dòng)化程度的提高,將兩臺壓機(jī)90度排列,可實(shí)現(xiàn)一人同時(shí)操作兩臺壓機(jī)。更能發(fā)揮設(shè)備和模具的潛能,大幅提高效率和降低成本,達(dá)到每人8小時(shí)生產(chǎn)Ф105～Ф125分齒片2500～2800片是完全有可能的。

(3)自動(dòng)安裝基體和取出壓坯:目前正在研制,一旦開發(fā)成功,將完全取代現(xiàn)在的全自動(dòng)成型機(jī)。做到無人看管。

New sem i-automated form ing mould for sintering diamond saw blade

L IHong-cheng
(J ing ri D iam ond Industrial Co.,L td.,Yanjiao,H ebei065201)

TQ 164

A

1673-1433(2010)02-0028-04

2010-03-10

李鴻程(1966-),男,高級工程師,主要從事金剛石工具方面的研發(fā)工作。