條帶裝配細槽沖制結構和工藝設計*

葉遠東，孫效禹，李俊頎，盛國福

(中廣核鈾業發展有限公司，廣東 陽江 529500)

0 引 言

核燃料組件的骨架由格架與導向管組成，利用格架與燃料棒之間的的過盈配合，固定燃料棒。而格架通過條帶上的裝配槽進行定位、組裝。由此可見，裝配槽凸凹模設計、沖制精度對格架組裝精度至關重要。針對裝配槽沖制難度大，凸模加工難度高等問題，筆者以某型號條帶為例，分析沖制難點，研究最適合的模具結構與凸凹模加工方式。

1 沖制工藝分析

圖1為某型號條帶外形結構示意圖，主體結構為一長條形薄片，厚度為0.425 mm，其上分布有16組裝配細槽，將整個條帶分隔為17個柵元，細槽寬度為0.46 mm。

圖1 條帶外形結構圖

如圖2所示，裝配細槽的寬度分為兩段，開口方向稱為前段，其寬度為0.48±0.03 mm，后段寬度收窄為0.46±0.02 mm，兩段槽寬間的對稱度要求為0.01 mm。如采用兩次沖裁分別沖制兩段細槽，則兩段槽寬間的對稱度0.01 mm不易保證，且兩段槽寬間的過渡部分容易形成微小的棱角，不利于后續條帶的裝配，因此決定采用一次性整體沖制裝配細槽的方案，這樣模具的設計及制造難度就很高。

圖2 條帶裝配細槽

裝配細槽沖制的難點主要在于兩點：①槽寬較窄，這樣凸模的強度不高，在沖裁中凸模容易折斷；②細槽的形狀不是標準的細長方形，而是在細長方形的兩端形成Φ0.8 mm的圓弧，如果采用將細槽形狀一次沖出的方案，則模具中凸模的加工較為困難，如果采用將細槽和圓弧分開沖制的方案，模具加工的難度將大大降低，但同時增加了模具數量。經過仔細的分析和評估后，最終決定采用將細槽形狀一次沖出的方案。

2 凸凹模間隙分析

模具中凸模和凹模的間隙取值對沖裁件斷面質量、沖裁力、模具壽命都有很大的影響，因此在設計模具前需要選擇一個合理的間隙，使沖裁件斷面質量較好、所需沖裁力較小、模具壽命較高。根據Zr-4合金材料的硬度值和其它性能指標，結合材料的厚度尺寸，對沖裁間隙值Z取材料厚度的8%～10%。為此首先采用一副簡單的沖裁模對Zr-4合金材料帶材進行沖裁試驗，檢測沖件斷面的質量，經過三次試沖檢測和對凸、凹模間隙值的微量調整，取得了高質量的沖裁斷面質量，最終確定了一個精確合理的凸、凹模間隙值，帶材沖裁斷面質量較好，毛刺高度小于0.02 mm。

3 凸模的結構設計和制造工藝分析

圖3為凸模結構設計圖，A視圖為模具中凸模的前端工作部分，為保證兩段槽寬的精度，凸模的兩段寬度公差均按±0.005 mm控制，同時為保證兩段槽寬對稱度，凸模兩段寬度間的對稱度要達到0.002 mm，這樣就同時保證了槽寬的對稱度以及兩段槽間的圓滑過渡。

圖3 裝配細槽凸模

為提高強度，凸模結構采用變截面式設計，A視圖為凸模前端工作部分截面圖，兩端的圓弧和兩段寬度及兩段寬度的過渡部分，在保證有效長度不小于8 mm后，通過不同的圓弧段過渡到厚度為2 mm的凸模中段，以增加凸模的整體強度。為降低凸模的沖裁力，減少凸模沖裁時承受的沖擊力，降低凸模在沖裁時拆斷的幾率，在凸模的前端設計為V形結構，變平刃沖裁為斜刃沖裁，可降低沖裁力50%左右。

裝配細槽模具中的凸模是結構較復雜、精度要求較高、制造難度較大的零件之一，采用精密工具磨床再配以高精度的光學曲線磨床，經過多次試制，加工出了合格的凸模，保證了條帶裝配細槽的各項尺寸精度要求。

對于凸模的加工采用如下工藝：①材料熱處理后采用快走絲下料，切出掛臺和長方形，留磨量；②成型磨床加工掛臺及長方形尺寸到位；③光學曲線磨加工凸模前端工作部分形狀。至此零件加工完畢。在上述加工步驟中最重要的就是光學曲線磨，其加工方法是先在透明紙上繪制放大50倍的凸模前端工作部分形狀(曲線磨的光學投影倍數為50倍)，然后將透明紙放置于曲線磨機床的投影屏幕，半成品凸模的長方形截面經機床光學放大50倍投影于屏幕，與放大圖比對后沿輪廓線將多余的部分磨削后加工出凸模前端工作部分形狀。為保證凸模的加工精度，繪制的放大圖其輪廓線線寬不超過0.05 mm。

4 模具總體結構設計特點

如圖4所示，模具采用精密四導柱滾動導向鋼模架，并設計有4根小導柱和小導套對固定板、卸料板和凹模板進行精密導向，小導柱和小導套均采用耐磨性較好的GCr15材料，最終熱處理硬度為HRC60～64，單邊間隙設計為0.002～0.003 mm，從而更精確地保證凸、凹模間隙的均勻性。

圖4 主剖視視圖1.封口板 2.圓柱銷 3.浮動定位釘 4.定位釘套 5.上模板 6.上墊板 7.圓柱銷 8.小導套 9.小導柱 10.襯管 11.墊圈 12.彈簧 13.螺塞 14.模柄 17.凸模(1) 18.凸模(2) 19.螺釘 21.螺釘 22.凸模固定板 23.卸料板 24.凹模板 25.螺釘 26.下模板 30.固定銷 31.彈簧(2)

為了提高凸模固定板、卸料板、凹模板、凹模鑲件和凸模等重要零件的沖擊韌性和耐磨性能，提高模具的壽命，采用了低溫冷處理技術。其中凸模材料選用W6Mo5Cr4V2，熱處理硬度達到HRC64～67。

模具中的凹模(見圖5)直接決定了沖件的形狀及尺寸精度，是非常重要的零件之一。

圖5 俯視圖27.凹模拼塊(1) 28.凹模拼塊(2) 29.凹模拼塊(3)

由于裝配細槽寬度很窄，因此采用鑲拼式結構，凹模鑲件采用沿裝配細槽中軸線剖開，每個鑲件各有一半的裝配細槽形狀，采用高精度的光學曲線磨床加工，鑲件互相對接形成一個完整的裝配細槽型腔，共有17個鑲件拼裝成16個裝配細槽型腔，為保證條帶裝配細槽間位置度0.025 mm的嚴格要求，鑲件的裝配尺寸精度要求達到了較高的加工精度等級：±0.002 mm。

5 結 語

凸模加工精度、凸凹模間隙對裝配槽最終沖裁尺寸精度影響較大，最終影響格架尺寸精度。通過此次所述模具的試模及首批條帶產品的沖制結果表明，裝配細槽沖裁斷面良好，尺寸精度檢測符合圖紙要求，凸模工作狀態穩定。該方法可用于類似沖裁件的設計與加工。