閆航偉,趙 峰

(陜西渭河工模具總廠,陜西蔡家坡 722405)

隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展,模架已作為其最重要的標準件之一,在模具行業(yè)中得到了廣泛應用。然而,目前介紹模架導向系統(tǒng)的設計、應用、驗算方法等方面的資料很少,不利于對模架的了解和應用?，F就這一問題,結合我廠多年來在模架導向系統(tǒng)設計、制造中所摸索出的比較成熟的經驗,與大家一起進行探討。

1 模架導向系統(tǒng)的種類和特點

現在市場上所提供的導向系統(tǒng)按其配合形式可分為滑動導向件和滾珠導向件,其結構有很多種。為了讓大家有所了解,特介紹如下。

1.1 滑動導向系統(tǒng)的種類及其特點

圖1～圖 4所示為滑動導向系統(tǒng),由導柱、導套、襯套及壓板組成,按結構可分為非可拆拆卸式和可拆卸式兩種。非可拆卸式大致可分為3種(圖1～圖3)。其中圖1為直通式,是我廠根據市場的實際需求而開發(fā)的;圖2和圖3為臺階式,已有相關國家標準;圖4為可拆卸式。它們的共同特點為:導柱和導套配合間隙都采用間隙配合,一般配合間隙為0.006～0.015 mm;不同點為:A型導套為了防止縮孔在使用時要采用粘接的方式,而B型、C型和可拆卸式都采用沖壓的方式。這兩種方式的區(qū)別在于:采用沖壓方式對上下模板孔的精度和中心距要求較嚴格,所以加工難度大,效率低,廢品率高,適合精度較高的模架;使用粘接方式對上下模板孔的精度和中心距要求不高,加工難度低,效率高,廢品率低,適合精度要求較低的模架?？刹鹦妒降牧硗庖粋€特點為:模具在刃磨凸凹模刃口時,只要拆下導柱或導套,就可方便地對凸凹模進行磨削,重裝導柱或導套后,仍可保持模架的原裝配精度,方便實用,適用于經常更換導向件或對凸凹模進行磨削的模具。

1.2 滾動導向系統(tǒng)的種類及其特點

滾珠導向系統(tǒng)是由導柱、滾珠架、導套、襯套、彈簧等幾部分組成。滾珠架中的滾珠在運動中作純滾動,導套與珠架、珠架與導柱之間的配合性質是過盈配合,一般過盈量為0.01～0.02mm,這與滑動模架導向件中導柱、導套間為間隙配合有著本質的區(qū)別。滾珠模架的使用特點是:在沖裁中,由于導向件中無間隙,能精確保證運動中模板上各模具零部件的相對位置,保證各工位的位置精度,滾動摩擦力小,運動輕快,壽命長,適應高速運動。由于具備了這些特點,滾珠模架一般用在小間隙或無間隙沖裁、高速精密沖裁、硬質合金沖裁、薄件材料沖裁、多工位級進模等模具上。其結構形式大致可分為以下幾種,如圖2～圖8所示。

圖6是在原滾珠導向系統(tǒng)的基礎上增加了滾珠架的防脫裝置,它除了具有滾珠導向件的優(yōu)點和性能外,還具備有上模座和導套能夠脫開導柱的性能,并能復位后仍保持精度,是所裝模具不受沖床滑塊行程的限制,因而也適用打彎、引伸模的使用。圖7具有滾珠導向系統(tǒng)的優(yōu)點也具有可拆卸的優(yōu)點。圖8具有滾珠、可脫開、可拆卸3種性能,但是制造較麻煩,造價較高,可根據模具的實際需要進行選擇。

圖1 A型滑動導向件

圖2 C型滑動導向件

圖3 B型滑動導向件

圖4 可拆卸滑動導向件

圖5 一般滾動導向件

1.3 模架滾珠防脫系統(tǒng)的種類和區(qū)別

圖6 脫開式滾動導向件

圖7 可拆卸式滾珠導向件

圖8 可脫開可拆卸式滾珠導向件

目前,常用的滾珠架防脫裝置有3種,如圖9～圖10所示,分別為脹銷式、擋圈式和鉚接式?！皳跞κ椒烂撗b置”易加工,缺點是:安裝拆卸較麻煩,需用專門的工具;如果裝擋圈的槽加工不規(guī)范,擋圈質量差,可能在使用過程中造成擋圈脫落,致使工作中限程盤、滾珠架彈出,造成模具損壞?！般T接式防脫裝置”易加工,安裝和拆卸最簡單,缺點是:在鉚接時,易造成導軸被砸彎,與限程盤平面不垂直,從而造成珠架滾動不平穩(wěn)的現象;其次擋塊的螺紋在震動下易松動退出,從而造成珠架的脫落?！懊涗N式限程裝置”加工略顯麻煩,但脹銷是標準件,插入導軸槽中,可控制限程盤在K值范圍內上下運動,安全穩(wěn)定性好。

圖9 脫開式滾珠模架(脹銷式限程裝置)

圖10 限程裝置

2 模架導向系統(tǒng)的選用和計算

2.1 模架導向系統(tǒng)的選用

在設計模具時,可根據工件的精度要求選用導向系統(tǒng)的的配合性質。對精度要求不太高的模具,可選用價格相對低廉的滑動導向系統(tǒng);對精度要求高的模具,可選用滾珠導向系統(tǒng);對精度要求高且需經常修模的模具,可選用可拆卸式滾珠導向系統(tǒng)。

2.2 模架導向系統(tǒng)的驗算

在設計模具中,要正確地設計或選用導向系統(tǒng),無論何種導向系統(tǒng),都要進行必要的驗算。比如:要知道導套、滾珠架在沖裁中的位置;有效配合長度;各件所處位置是否發(fā)生干涉;沖床滑塊在上死點時,滾珠架能否脫落;最小閉合高度時,壓縮后的彈簧與滾珠架下端的距離是多少等;為了保證模具的安全運行的導向精度等,這些都要進行驗證。顯然,驗算公式對設計或選用滾珠模架是十分有用的?；瑒訉蛳到y(tǒng)較簡單,計算較容易,這里不再贅述。下面重點論述下滾動導向系統(tǒng)的計算方法。

2.2.1 普通滾珠導向系統(tǒng)的計算方法(圖11和圖12)

(1)通用公式

以下這些公式適用于普通型滾珠模架和脫開式滾珠模架。

滾珠模架中導向件的運動原理:在沖裁運動中,滾珠在導柱、導套的‘夾持'下,作純滾動運動(無滑動)。

在圖4中,用理論力學的‘瞬心法'可求出 VB(導套)與 VA(滾珠架)的關系。由于基點C的速度瞬間等于零,A、B點的絕對速度就等于瞬時繞C點轉動,根據公式:VA/VB=CA/CB,代入 r得:

由式(1)可看出,VB速度是VA的2倍,在單位時間內,導套所行的距離是滾珠架的2倍,找出它們之間的關系,可容易地推出滾珠模架所需要的驗算公式,這個運動原理也適用其他類型的滾珠模架。

圖11 鋼珠運動方式

模具的閉合高度應在模架最小閉合高度和最大閉合高度之間。即:式中:Hmin為模架最小閉合高度;Hmax為模架最大閉合高度;H模為模具設計閉合高度;Hmin為模架最小閉合高度。

式中:L柱為導柱長度。

導向件中導柱、滾珠架、導套的配合過盈量為:

d柱≤直徑32 mm的為 0.01～0.02mm,d柱＞直徑 32～50mm的為0.015～0.03mm。d柱為導柱直徑。

導向件中導柱、滾珠架、導套各直徑的關系:

式中:D套孔為導套孔徑;d珠為滾珠直徑。

圖12 滾珠模架運動狀態(tài)

2.2.2 脫開式滾珠模架的設計驗算公式(結構形式見圖3)

2.3 注意事項

(1)普通型滾珠模架、脫開式滾珠模架在最小閉合高度 Hmin時,即在沖床滑塊在下死點時的沖裁瞬間,導柱、滾珠架、導套配合長度為最長,應大于2倍的導柱直徑值,這時的導向性能、精度為最佳。

(2)普通型滾珠模架在最大閉合高度 Hmax時,導柱、滾珠架、導套三者的配合長度要≥1.5d柱。這樣,沖模工作在有效的配合長度中,確保了滾珠架安全、不彈出。

(3)彈簧在壓縮后的高度,不應大于或等于滾珠架在最小閉合高度時,它的下端面距下模座上平面的高度,要保持有一定的距離。否則,在沖裁力的作用下,壓縮后的彈簧,將阻止?jié)L珠架作向下運動,而使?jié)L珠架中滾珠的滾動運動成為滑動運動,由于導向件是過盈配合,易造成各配合面的拉傷,使模架喪失精度。

(4)普通型滾珠模架彈簧的自由高度,是保證滾珠架的初始定位高度;脫開式滾珠模架中導軸K的尺寸,也是保證滾珠架的初始定位高度。所以,彈簧在負重滾珠架后,仍要保證它們的設計高度,否則將影響導柱、滾珠架、導套三者的配合長度。

(5)為了使圖和公式表達得較清晰、直觀,各件的倒角、滾珠架兩端第一排滾珠到頂部的距離、組裝導套的上端面到上模座上平面和組裝導柱下端面到下模座下平面的距離,未在圖和公式中表示出來,如要精確計算,在應用中應考慮。

3 主要件設計要求和制造工藝

(1)導套所選用的材料是GCr15,淬火硬度為61～65HRC,孔圓柱度允差0.003mm,表面粗糙度Ra0.2,壓配合導套外圓公差為n5,粘接用導套外圓與配合孔作成間隙配合,間隙值視粘接劑性能而定。比如:我們現在使用的是‘厭氧膠'粘接,效果不錯,孔與外圓同心度允差0.005 mm。主要工藝是:淬火后,精車內孔留珩量0.10～0.12mm;珩內孔時,珩磨內孔留研量用公式D孔=d柱+2d珠-0.05 mm算出,珩磨工序加工允差為±0.0 1 mm;精研時與同組導柱、滾珠架配作,保證過盈量,用氣動量儀、指示千分尺對各件進行測量。

(2)導柱所選用的材料是GCr15,淬火硬度為62～65HRC,公差采用h5,圓柱度允差0.003mm,表面粗糙度 Ra0.2μm。主要工藝是:淬火后經無心磨粗精磨,留研量0.01～0.012mm;用雙盤研磨機加工成。

(3)滾珠架中使用的滾珠應符合:d柱≤直徑25 mm,選用直徑3 mm的滾珠;d柱＞直徑 25～38 mm,選用直徑 4mm的滾珠;d柱＞直徑 38mm,選用直徑5 mm滾珠。滾珠應符合GB308-77Ⅱ級以上標準要求,滾珠架體材料以黃銅(H62)為好?，F滾珠架已標準化,外購很方便。

4 結束語

以上介紹了模架導向系統(tǒng)的結構、設計要求,計算公式和主要制造工藝、注意事項等,希望對從事冷沖模具設計中選用合理的導向系統(tǒng)有些參考作用。