可換凸凹模技術的應用研究

曹立林，李 楊，李寶清，張 飛

（中國航發西安動力控制科技有限公司，陜西西安710077）

1 引言

航空發動機企業的生產特點是多品種，小批量，一次性生產某個尺寸制件的數量一般不大，但制件種類多，按照傳統的設計思想，一副模具只能生產一個固定尺寸的制件，要生產其它尺寸的制件則要重新設計制造模具，致使重復類似設計多，模具設計周期長，模具制造成本高，閑置和強制報廢情況嚴重。為了減少生產中存在的上述缺陷，一模多用，能夠快速更換凸凹模的模具具有非常重要的意義。

分析各類沖壓件，很多制件成系列化，比如墊圈，品種規格上千種之多，但幾何要素一致，模具整體結構相同，僅工作元件尺寸大小變化而已。根據這一特點，可以將相同部件做成通用件，工作時裝配相應的工作元件，這樣可以用一套標準工裝組合裝配相應的凸凹模即可達到加工一定尺寸范圍內的多個制件的目的。

以內外徑尺寸相同、厚度尺寸不同的墊圈為切入點，摸索出一套可換凸凹模的復合模設計方法，在此成功的經驗上再加以推廣。

2 可換凸凹模復合模設計可行性分析[1~6]

曾在20世紀80年代，航空工業部推廣過配套式組合沖模，它是以典型的沖壓模具結構為基礎，采用標準的通用模架、導向元件、定位元件和固定元件，再配以專用的凸、凹模等工作元件組裝而成的。

配套式組合沖模的元件可以反復拆卸、互換、組裝，可以裝配成落料模、復合模和級進模等。由于選用了滾珠導柱導套、浮動模柄以及導向板結構，提高了模具的工作精度，因此配套式組合沖模可組合進行沖裁。但這種組合沖模的缺點是結構復雜，拆卸組裝的工作量大，且拆卸組裝技術要求高，不適合企業現狀。即便如此，從中還是給了可換凸凹模設計的構思，可以將常用模具結構輔以簡單的改造，固定大部分模具結構部件作為模具本體，通過可換凸凹模實現形狀尺寸一致而厚度不同的制件加工。

3 可換凸凹模沖模特點

可換凸凹模復合模是以典型的沖壓模具結構為基礎，采用標準的通用模架、導向元件、定位元件和固定元件，再配以若干數量的專用凸凹模組裝而成的，各凸凹模的定位部分具有良好的互換性，裝配位置保證一致，并且能方便地進行裝拆組合。

4 可換凸凹模復合模設計原則

在設計可換凸凹模復合模時，應考慮以下幾點：①模具剛性要好，使用可靠，保證被加工制件尺寸的穩定性；②模具結構力求簡單而又完善，要有可靠的導向、定位裝置；③模具上可換凸凹模的裝拆和調整要方便、快速、夾緊可靠；④模具使用和操作要安全。

5 可換凸凹模復合模結構設計

在沖裁模設計中，模具間隙的大小是影響沖裁制件斷面質量和沖裁力的主要原因，根據沖裁制件材料的性質及厚度不同，要求有各自的合理間隙。圖1所示復合模結構通過凸凹模的互換能夠實現內外形幾何尺寸相同而厚度不同的幾種規格制件的加工[7~9]。

圖1 可換凸凹模復合模結構圖

為了滿足可換性要求，并保證可換凸凹模位置的正確性，整個拆換過程必須保證固定板8與標準基體緊固?？蓳Q部件11（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的固定部分尺寸一致，并與固定板8成小壓量配合，同時，可換凸凹模的刃口工作部分與固定部分設計了同軸度要求，實現了互換后的少無調整，降低了對工人的裝配技術要求，如圖2所示。因可換凸凹模與固定板要反復裝配必然加速磨損，所以，設計時固定板材料選用45鋼，硬度35~40HRC，為防止互換部件軸向竄動而設計了壓板9，由螺釘5緊固于固定板。

圖2 凸凹模互換部件a——凸凹模Ⅰb——凸凹模Ⅱ

拆換操作過程如下：卸除卸料螺釘7，取出卸料板4，再擰開螺釘5，取出壓板9，由下模板上設定的小孔頂出凸凹模11進行更換后再壓上壓板9，擰緊螺釘5，裝上彈簧10、卸料板4，最后擰緊卸料螺釘7，這樣就完成了一次拆換。

6 可換凸凹模的加工[10]

為了滿足可換性要求，并保證工作部件位置的正確性，整個拆換過程必須保證固定板與模具基體緊固，可換凸凹模11（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的固定部分尺寸一致，并與固定板成小壓量配合，同時，刃口工作部分與固定部分同軸度要求0.005~0.006mm，其加工工藝如下：①車工：車全部，Ra0.8μm以上各處留磨，中孔精車留研0.02～0.04mm，落料孔不車，根部車空刀；②鉗工：按圖作標記Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；③熱處理：清洗，防變形氧化，變形不大于0.015mm；④鉗工：研中孔，達圖公差；⑤外圓磨：串芯棒，磨Ra0.8μm外圓，靠里端面，下端外圓配緊滑，上端外圓達公差，保證中孔、下端外圓對工作外圓◎φ0.006mm；⑥萬能磨：掉頭找正中孔，磨落料孔。

7 試模過程

（1）0.1~0.2mm厚度規格制件的試沖。首先將配有凸凹模Ⅰ的模具裝夾于25t沖床上，裝夾牢靠，調整滑塊使滑塊在下死點時上下模處于閉合狀態，且凸模剛剛進入凸凹模。凸凹模Ⅰ所沖切的材料厚度范圍是0.1~0.2mm，用事先準備的0.1mm的條料進行試沖，所得制件尺寸滿足制件圖要求，斷面毛刺很小，滿足要求。

（2）拆換凸凹模Ⅱ。將下模從沖床上拆除，并與凸凹模Ⅱ交模修。首先卸除卸料螺釘7，取出卸料板4，再擰開螺釘5，取出壓板9，由下模板上設定的小孔頂出凸凹模Ⅰ，更換壓配制件Ⅱ后再壓上壓板9，擰緊螺釘5，裝上彈簧10、卸料板4，最后擰緊卸料螺釘7，操作流程如圖3所示。下模裝配完成后交給試模人員重新在沖床上裝夾。

圖3 模具拆換流程圖

（3）0.3～0.4mm厚度規格制件的試沖。操作步驟同（1），所沖制件厚度為0.4mm，所得制件尺寸滿足制件圖要求，斷面毛刺均勻。

（4）拆換凸凹模Ⅲ。操作步驟同（2），取出凸凹模Ⅱ，換上凸凹模Ⅲ。

（5）0.5～0.8mm厚度規格制件的試沖。操作步驟同（1），所沖制件厚度為0.8mm，所得制件尺寸滿足圖紙要求，斷面毛刺均勻。

8 結論

以內外徑尺寸相同、厚度尺寸不同的系列化墊圈模具設計為切入點，分析了可換凸凹模復合模的可行性，形成了可換凸凹模復合模設計方案。對可換凸凹模的刃口工作部分與固定部分設計了同軸度要求，實現了互換后的少無調整，降低了對工人的裝配技術要求。生產實踐證明：通過0.1～0.8mm厚度規格制件的試沖加工，所得制件尺寸滿足設計圖紙要求，斷面毛刺均勻；打破了一副模具只能生產一個固定尺寸制件，不同尺寸制件要重新設計制造模具的傳統設計方法，縮短了模具設計制造周期。另外，此技術還可推廣應用于其它結構、尺寸制件的加工中。