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 國內(nèi)有不少中小型粉末冶金企業(yè),仍在采用普通國產(chǎn)液壓機(jī)及手動模來生產(chǎn)一些不含臺階、精度和性能要求較低的簡單粉末冶金零件,設(shè)備利用率低,工人勞動強(qiáng)度大,產(chǎn)品質(zhì)量差。隨著粉末冶金產(chǎn)品使用范圍日益擴(kuò)大,對粉末冶金產(chǎn)品性能、精度要求及形狀復(fù)雜程度越來越高,用目前國內(nèi)大多數(shù)廠家現(xiàn)有設(shè)備來生產(chǎn)這些粉末冶金產(chǎn)品相當(dāng)困難,若在現(xiàn)有相應(yīng)的模具工裝,在不需要投入新設(shè)備情況下可順利地生產(chǎn)出復(fù)雜的粉末冶金結(jié)構(gòu)件。現(xiàn)將這廠在這方面所做的工作總結(jié)如下。
2　通用型半自動模架設(shè)計
2.1　模架設(shè)計時需分以下幾步
(1)由額定噸位推算壓形制品截面積,由截面積估算模腔直徑及模板尺寸,然后根據(jù)工作臺面大小及方便于操作的空間,確定模架的長度和寬度。
(2)由壓機(jī)的行程及開檔設(shè)計模架的高度,由此可推算出模架適合壓制產(chǎn)品的最大高度。
(3)考慮到模架在使用過程中下模板承受全部壓制壓力的零件,在設(shè)計時應(yīng)對下模板進(jìn)行強(qiáng)度及剛度校核[1]。
(4)設(shè)計出的模架還應(yīng)便于模具的安裝、調(diào)試和拆換。
2.2　通用型半自動模架結(jié)構(gòu)
圖1為通用型半自動模架結(jié)構(gòu)簡圖。它由上模板(1)、中模板(5)、下模板(9)、上下二組導(dǎo)柱(2)與(6)及兩側(cè)兩付定位立柱組成。上模板通過Ｔ型塊與壓機(jī)上缸相連,下模板固定在壓機(jī)工作臺面上。下面簡要說明該模架中主要組成部分的作用及要求。
圖1　液壓機(jī)通用半自動模架1.上模板　2.上導(dǎo)柱　3.下墊塊　4.調(diào)節(jié)桿　5.中模板　6.下導(dǎo)柱　7.調(diào)節(jié)套　8.彈簧　9.下模板　10.上脫模塊　11.下脫模塊
導(dǎo)柱:通常粉末冶金模具各零件之間配合精度要求高于Ｈ7/ｇ6、形位公差(如平行度、垂直度、同軸度等)≤0.02ｍｍ。
為實現(xiàn)模具的上述使用要求,模架上各模板之間應(yīng)有導(dǎo)柱導(dǎo)向,并且上下導(dǎo)柱與導(dǎo)套配合精度應(yīng)高于模具的配合精度以及上中下三塊模板相互間的平行度≤0.02ｍｍ,才能確保上模沖順利進(jìn)入模腔后和脫模后模腔順利復(fù)位。
浮動機(jī)構(gòu):中模板靠套在下導(dǎo)柱上的四根彈簧(8)實現(xiàn)壓形浮動閾和上下脫模塊(10、11)一同實現(xiàn)脫模及復(fù)位,從而克服了普通液壓機(jī)無下缸而難以實現(xiàn)自動脫模的不足。
限位機(jī)構(gòu):下導(dǎo)柱上端設(shè)計有螺母、螺釘,可調(diào)節(jié)中模板高度和限位。除適應(yīng)不同高度制品的要求外,還可因原材料不同引起的微小變化而實現(xiàn)微量調(diào)節(jié)以滿足制品的尺寸精度要求。
定位立柱:兩側(cè)定位立柱用于高度限位,以提高粉末冶金的高度方向的尺寸精度。立柱調(diào)節(jié)桿(4)及調(diào)節(jié)套(7)設(shè)計為細(xì)牙同時調(diào)節(jié)桿上端設(shè)計有等分的調(diào)節(jié)孔,不但任意調(diào)節(jié)而且準(zhǔn)確。立柱下墊塊(3)與調(diào)節(jié)桿之間為壞面配合,可自由復(fù)位。
3　應(yīng)用實例
3.1　健身器材用粉末冶金連桿
粉末冶金連桿的形狀復(fù)雜(見圖2),在薄的支承板兩端各有一個帶孔的圓臺。過去采用手動模,如圖3所示。手動模存在下列問題:
下模沖為分體結(jié)構(gòu)(如圖3中所標(biāo)4),各模沖之間配合要求高,模具制造困難。另外,中間模沖有四個棱邊,為提高其使用壽命,將四個棱邊倒鈍時勢必在圓臺柱面上產(chǎn)生接縫毛刺,影響產(chǎn)品質(zhì)量。同時,由于圓臺柱面成形于兩個下模沖之間,在使用過程中,各模沖之間易夾粉,每壓一件都要清模方可繼續(xù)使用。
圖2　連桿產(chǎn)品圖
圖3　連桿手動模1.上模沖　2.模套　3.陰模　4.下模沖　5.浮動套　6.調(diào)節(jié)套　7.下沖墊
圖4　連桿半自動成形�？倛D1.上墊板　2.上模沖　3.模腔　4.下模沖　5.壓形墊　6.下墊板　7.底座
圖5　變速凸輪產(chǎn)品圖
手工裝粉不均勻,使壓坯各部分密度不均,其結(jié)果壓坯高度尺寸過于分散,閾且臺階根部產(chǎn)生裂紋,造成很高的廢品率。
每次脫模、裝模時間長達(dá)3～5ｍｉｎ,一個班次最多只能生產(chǎn)一百多件,效率低,勞動強(qiáng)度大。
為克服上述不足,將該產(chǎn)品模具按通用型半自動模架設(shè)計,如圖4所示。上模沖(2)通過上墊板(1)與模架上模板相連,模腔(3)固定在模架中模板上,下模沖由底座(7)、底座墊板(6)固定在下模板上。其結(jié)構(gòu)特點為:
(1)將兩圓柱臺設(shè)計成一個整體形腔,減少分體下模沖所帶來的圓柱臺面上的分形毛刺。
(2)模腔上口設(shè)計有臺階,用于成形5ｍｍ厚的支承板。
(3)因支承板較長,靠左右兩模沖無法頂出脫模。為此在支承板中間位置增設(shè)了一個中模沖。
此模具工作過程為:裝粉(見圖ａ),此時左、中兩根下模沖由各自彈簧浮動實現(xiàn)裝粉。壓形(見圖ｂ),上缸下行,上模沖進(jìn)入模腔,模腔向下浮動閾由限位塊(5)限位,各下模沖均落到底座墊板上限位而壓實制品。脫模:上缸帶著上模沖固升,取出限位塊,在模腔上放上開口座,上缸下行,扒著開口座及模腔下行脫出壓坯,完成連桿成形過程。
采用帶有模架的連桿壓形模,可實現(xiàn)班產(chǎn)量700件以上,廢品率降低到2%以下。
摩托車變速凸輪(見圖5)有二個臺階,每成形一個臺階就需要一個模沖浮動和壓形限位,因此需要三個下模沖[2],要有二個下模沖實現(xiàn)各自的浮動和限位才能使該產(chǎn)品直接成形。
原通用型半自動模架只能通過使用臺階模腔的方法(如前述連桿半自動成形模)生產(chǎn)有一個臺階的產(chǎn)品,而且無法調(diào)節(jié)臺階處裝粉量,因而對原材料粉的松裝比和壓制性能控制很嚴(yán)。同時,這種臺階腔成形法僅用于壓坯法蘭寬度較小的情況,無法實現(xiàn)寬法蘭邊產(chǎn)品的成形。
為此需對上述通用型半自動模架進(jìn)行改進(jìn),其結(jié)構(gòu)如圖7所示,在現(xiàn)有模架中設(shè)計了一個小模架,即由二根導(dǎo)柱(3)和一塊浮動板(4)組成。再利用中間彈簧(6)支承另一塊小浮動板(5),將需要浮動的外下模沖(1)和中下模沖(2)分別安裝在這兩塊浮動板上,并分別給予壓形限位,從而壓成有二個下臺階的變速凸輪壓坯。
圖6　變速凸輪模具1.外下模沖　2.中下模沖　3.浮動板　4.導(dǎo)柱　5.小浮動板　6.　彈簧
圖7　花鍵齒套
3.3　摩托車用粉末冶金花鍵齒套
普通四柱式液壓機(jī)及上述半自動模架均無上輔助缸,無法實現(xiàn)上端面有臺階的粉末冶金產(chǎn)品的成形。在采用彈簧浮動組合上模沖時,因彈簧力無法任意調(diào)節(jié),且彈簧穩(wěn)定性差,不能直接成形上端面帶有臺階的粉末冶金制品。如圖7所示的花鍵齒套是典型一例。
圖8為上模板帶有脫模機(jī)構(gòu)的花鍵齒套成形模局部圖。其脫模機(jī)構(gòu)的工作過程是:壓形時,上模擋塊(1)隨上模沖下行,強(qiáng)行通過活動擋塊(8)后,活動擋塊在壓縮彈簧作用下回到原位,上外模沖(5)首先進(jìn)入模腔。隨粉末密度的不斷提高使反壓增加,上外模沖與上內(nèi)模沖(4)之間、下中模沖(12)與下外模沖(11)、上內(nèi)模沖(13)之間產(chǎn)生相對運(yùn)動,當(dāng)各浮動模沖限位后而壓實制品。脫模時,上缸回升,同時上模擋塊承受活動擋塊給予的阻力,即上模內(nèi)沖(4)運(yùn)動受阻,上缸上行時首先帶動上外沖上行,使壓坯臺階脫出上外模沖。上缸進(jìn)一步上行,上模擋塊強(qiáng)行通過活動擋塊,上模沖及上模擋塊均復(fù)位�？梢钥闯�,此脫模機(jī)構(gòu)為機(jī)械結(jié)構(gòu),運(yùn)動平穩(wěn)、可靠。通過上述實例3.2、3.3可以看出,對通用型半自動模架進(jìn)行改進(jìn),可以在國產(chǎn)普通四柱壓機(jī)上成形上有一個臺階,下有二個臺階的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。
圖8　花鍵齒套成形模局部圖1.上模擋塊　2.限位套　3.限位墊　4.上內(nèi)沖5.上外沖　6.上芯棒　7.下芯棒　8.活動擋塊9.陰模　10.模套　11.下外沖12.下中沖　13.下內(nèi)沖墊桿
5　結(jié)論
1)液壓機(jī)用模具工裝的使用提高了產(chǎn)品精度,降低勞動強(qiáng)度,可普遍推廣。
2)在普通液壓機(jī)用半自動模架上可以成功地生產(chǎn)各類復(fù)雜的粉末冶金結(jié)構(gòu)件。