模具设计——工序料的卸料设计

工序料的卸料设计

冲压工序料的卸料装置,按其是否与凹模连接,可分为连接在凹模上的固定卸料装置和不与凹模连接的弹性卸料装置。前者通常只起卸料作用,后者往往还兼有其他作用。在拉深工序中，弹性卸料装置不仅能卸料,而且能压料防皱;在翻孔工序中,它具有卸料和压料的双重功能;在弯曲成形工序中,它除了能卸料,还能压料和帮助成形;在冲裁工序中,一般情况下,它具有压料和卸料作用,在凸模强度和刚度薄弱的小孔冲裁等特殊情况下,往往具有三种功能﹔压料、导向(凸模)和卸料。因此,卸料装置在模具中占有重要的位置。

一、固定卸料装置设计

(一）固定卸料装置的结构形式

固定卸料装置的结构形式有多种。图7-1～一7-6是用固定卸料板进行卸料的结构形式。当凸模回程时,卸料板硬性卸料,卸料力大,稳定而可靠,常用于t >0.8 mm的冲裁。

图7-1的卸料板是单独的一块,固定在凹模上,在卸料板①和凹模②之间有导料板(导尺).图7-2的卸料板①实际是将图7-1的卸料板和导料板设计成一个整体,构成为门式卸料板结构。二者相比,图7-1由于导料板是分开的,导料槽间距容易调节,适宜于宽条料或冲压件生产批量大,卸料板需要淬硬磨削加工的冲裁模。图7-2导料槽间距不能在装配中调节,并且磨削加工不如前者方便,因此适宜于条料宽度在50 mm 以下的窄条料和冲压件生产批量不大的冲裁模。

图7-3中的(b)、(d)是固定卸料板的偏置结构,(b)左右两块导料板宽度不等,适宜于宽条料的冲裁模。(d)料宽可以调节,只要更换左侧导料板即可。

图 7 -3 门式卸料板结构形式

图7-4的固定卸料板①的左侧与凹模②固定,右侧与下模座固定。这样可以减小凹模外形尺寸,节省贵重模具钢材。因此,适宜于坯料外形尺寸较大、单侧远离外轮廓的内孔冲裁模。例如对排排样时的内孔冲裁。

图7~5的固定卸料板两侧均与下模座固定，同样可以减小凹模外形尺寸,节约模具材料。它适宜于坯料外形尺寸较大、四周远离外轮廓的内孔冲裁模。另外,卸料板与凹模间的高度差(空间)大,可以利用压力机的倾斜或安装推件装置,使冲压件出模;同时,由于空间大给操作带来方便,易于观察。但是高度差大,导致凸模必须加长。为了克服此缺点,可设计成图7~-6所示的半固定式结构。图中左侧为开启状态,卸料板和凹模间有足够的空间.图中右侧为模具的闭合状态,卸料板下降使间距减少,此时所需的冲孔凸模长度不必加长。

图7–7和图7~8为悬臂式固定卸料形式。前者为单悬臂形式,适用于料厚大于或等于2 mm的大型冲压的边缘冲裁加工。后者为双悬壁形式，主要用于冲压件料厚大于或等于3 mm,外形尺寸大、内形尺寸也大的冲裁加工,由于中间空间大，故便于观察。

图7-9为钩形固定卸料结构,由悬臂形式演变而来。由于工件高度尺寸大,需要有较大的卸料空间。常用于拉深件的底部冲孔。

图7-10是无突缘筒形件拉深用的弹性分块环卸料装置,固定在凹模和固定板间.弹性分块受径向推力作用,向中心运动,凸模下行时,迫使弹性分块沿径向外移,拉深件一旦低于分块下表面,弹性分块“抱住”凸模。凸模上行时，卡在凸模上的拉深件上边缘,受弹性分块下表面的撞击而下落,实现了卸料。

图7-11是废料切刀卸料结构,废料①在凹模③和废料切刀②之间,一层压一层,上层迫使下层下移,受切刀②作用,废料被分断,从凸模上下滑脱落,完成卸料.废料切刀有圆形和方形,已列入冷冲模国家标准,设计者只要适当选用即可。该卸料结构主要用于切边模。

(二）固定卸料装置的有关尺寸设计

图7-1～7-3的门式固定卸料板,有关尺寸包括长度L(沿导料板长度方向的尺寸)、宽度B和厚度ho,内孔和凸模的单侧间隙等。由于卸料板四面与凹模平齐,所以L和B由凹模尺寸决定。h。则与宽度B和料厚t有关,因为要保证卸料板具有足够的刚度,其值可由表7-1查得。

单侧间隙C的大小与板料厚度t有关,以工序料不被拉入间隙内为原则,一般C=(0.1～0.5)t,板料软时取小值,硬时取大值,具体值见表7-2。卸料板的其他尺寸参见图7-12。

图7一4～7-6的卸料板沿长度方向的尺寸L与凹模相同,宽度B比凹模宽度大,通常由冲压件在该方向上的尺寸大小决定,然后再由表7-1决定厚度。孔口斜度和直壁段长度参照图7-12设计。

图7-7、图7~8的悬臂式卸料板,三面与凹模平齐,所以长度L由凹模确定,宽度由固定部分和卸料部分组成。此种卸料板,受力不对称,易于弯曲变形,因此,厚度要大一些,且要求淬火,提高硬度到HRC35~～40。

图7–9的钩形卸料板用板料弯制而成,板料厚度不可能太厚,因此刚性差一些,设计时其宽度可以加大一些。

图7-10的废料切刀刃口投影长度应大于废料边宽,切刃最高点到凸模工作端面的距离要给凸模留有适当的刃磨量,一般不小于3 mm.

二、弹性卸料装置设计

`固定卸料装置的卸料板与凹模间有较大的间距,没有压料功能,对于要求平整的薄料冲裁和突缘拉深件显得无能为力,必须使用弹性或可动卸料装置。弹性卸料装置是将卸料板通过螺钉(或限位块)弹簧(或橡皮.气动和液动等施力装置)装配在模具中的双功能(压料和卸料)装置,如图7~ 13~ 7-18所示。

(一）弹压卸料装置的结构

图7-13是利用紧套在凸模上的硬橡皮或聚氨酯橡胶进行卸料的.橡皮高度比凸模的自由段长度大,冲裁前,橡皮首先压住坯料,凸模进一步下行，-一边压缩橡皮、一边完成冲裁.橡皮中储存了弹性变形能。凸模回程中,弹性变形能要释放,对卡在凸模上的工序料施力,达到卸料目的.此结构非常简单,常用于薄料、试制或小批量生产的冲压件。

图7-14是中小型冲模常用结构,压缩弹簧装配在卸料板和上模座之间,垫板和固定板上设计有让位孔,对弹簧有横向支撑作用,以免横向失稳.卸料板依靠卸料螺钉连接在上模。垫板和固定板上设计了卸料螺钉通过孔,孔径比钉杆直径大0.5 mm左右,使卸料螺钉能吊挂在垫板上,从而限制了卸料板下表面(压料和卸料面)与凸模工作端面的高度差,使凸模工作端面凹入卸料板下表面l mm左右,以便冲裁前能够先压住坯料。在上模座中设计了卸料螺钉的退让孔,保证螺钉相对上模座上移时,有足够的空间高度,从而防止卸料螺钉上表面超出上模座上表面,与压力机滑块顶撞。卸料板下表面设计成反突形状,中间突出,两侧形成台肩,台肩高度比导料尺厚度大一些,以便中间突出部分能伸入到导料槽中实现压料.此结构卸料效果好，操作方便,广泛用于薄料的落料、冲孔模、工件要求平整的其他冲模。

图7-15与图7-14比较,主要差别在于用限位块代替了卸料螺钉,刃磨时,可以把限位块上下颠倒地固定在上模座中,限位块与凸模一起刃磨,磨去相同的高度,然后又按原来方向固定限位块,这样可以保证凸模与卸料板工作面的高度差不变。这种结构增强了卸料限位的刚性,适宜于速度较高的冲压。由于限位块在卸料板之外安装，一般用于较大尺寸的模具。

图7-16是图7–14的倒装形式,当凸模或凸凹模位于下模时,采用这种形式。

图7-17和图7-18也是倒装形式,不过作用在卸料板的卸料力和压料力由气动或液动装置提供,专门设计了传力杆–顶杆。

倒装形式的卸料板工作面是上平面,不必要设计台肩.对于拉深用卸料板结构形式,可参照第三章有关压料板结构进行设计。下面进一步说明图7-14的卸料板、压缩弹簧安装和卸料螺钉限位等内容。

(二）卸料板设计

弹性卸料板在模具中具有压料和卸料的双重作用,其总体要求;

(1）运动平稳;

(2〉刚度足够﹔

(3〉冲压件生产量大时耐磨损等。

为了达到上述要求,应如下设计。

1．卸料板型孔与凸模的单侧间隙C

卸料板型孔与凸模的单侧间隙C要适当,过大时工序料容易被拉入间隙之中,过小时与凸模的磨损加剧。通常取板料厚度的 1/10 ~ 1/5 。具体按表7-3设计。

2．卸料板台肩高度h

卸料板的台肩高度h如图7一19所示,可按下式计算:

h = H – t + k

式中 H——导料板厚度；

mm;t—-坯料厚度,mm;

k ——导料板上表面到卸料板下表面(非压料面)的安全距离,mm;

当t≤1. 0 mm时,k m0.3 t;当t>1.0 mm时,k=0.1 t。

3．卸料板厚度 h

为了获得足够的刚度,卸料板厚度h按表7–1设计。

4．型孔表面粗糙度

弹性卸料板型孔受凸模导向(这是只有压料和卸料功能的卸料板的导向关系,后面还会看到,导向卸料板与凸模的导向关系正好与此相反),二者虽然有间隙C，但难免发生接触而产生摩擦,特别是生产批量大时,摩擦更为严重。因此,要求型孔表面粗糙度通常为Ra0.4 um,甚至更低。

5．卸料板的硬度

卸料板在高速冲压时,要求型孔硬度高、耐磨﹐往往采用镶拼型孔块固定于卸料板基体中,如图7一20所示。型孔镶块采用高速钢或合金工具钢制造,淬火硬度为HRC56 ~58.速度不高的冲压,卸料板或卸料板型孔镶块可选用中碳钢以上或碳素工具钢制成,淬火硬度为HRC40~～45。低速冲压时,通常采用中碳钢制成整体(不用镶拼),其硬度不作要求。

(三）压缩弹簧安装

高径比较大的压缩弹簧,轴向载荷达到一定程度就会产生较大的侧向弯曲而失去稳定﹐破坏弹簧的性能。侧向弯曲的两种典型情况如图7-21所示,图(a)表示两端支承平面在产生侧向弯曲后仍然保持平行,图(b)表示两端支承中心在产生侧向弯曲后仍然重合。

图 7 – 21 弹簧的侧向弯曲

为了提高弹簧的稳定性,弹簧两端可采用支承结构,支承结构的形式如图7–22所示。

图 7 -22 弹簧支撑结构形式

(四）卸料螺钉设计

卸料螺钉的限位长度L在一副模具中应严格一致,否则安装后,卸料板工作面与凸模不垂直,运动不平稳,形成不平衡卸料,容易损伤凸模。图7-23是另外的两种卸料螺钉形式.图中(a)在卸料螺钉下部增加了沉窝垫圈。这种结构带来了两个好处,通过磨削垫圈下表面,可以弥补卸料螺钉长度L的误差,使L+l一L,并保持所有L大小一致;刃磨凸模后,通过磨削每个垫圈的下表面到同样的高度﹐使卸料板工作面与凸模工作端面保持设计的高度差。图中(b)便于控制卸料螺钉长度L,可以通过磨削端面保证L的一致性;同样能保持凸模与卸料板的高度差。在连续模中经常采用这两种结构形式。

图 7 – 23 卸料螺钉的形式

为了保持卸料力平衡和运动平稳,卸料螺钉应当均匀,对称地布置在工作型孔的外围,使卸料螺钉受力均匀,如图7一24所示。

在坯料需要较大压料力的时候,需要更大的弹簧顶压力,如果卸料板的刚度不足,会发生变形、损坏凸模。一方面要加大卸料板厚度﹐另一方面在压料区均匀增大压力,如采用硬橡胶等,参看图7一25。

如图7 -26 所示，螺钉沉孔深度可按下式计算：

h0 + h3 + h5 (3 ~ 5) < h

h = h1 + h2 + 0.5 – h4 – L

式中 h0——螺钉头部高度;

h1——模板厚度;

h2——凸(凸凹)模高度;

h3——刃口修磨量;

h4——卸料板厚度；

h5——入模量；

L ——卸料螺钉长度。