一種半自動化組合模架設計

歐陽鵬

（九江金鷺硬質合金有限公司，江西九江 332500）

1 引言

普通的液壓手動粉末冶金模具一般只有上、下沖、中模、芯桿、限位器、脫模器、夾箍等。在液壓機臺的操作平臺上先將下沖手動置于中模內毛坯的成形位置，然后將RTP粉末倒入中模，再將上沖置入中模內，加上限位器；利用機臺的液壓壓力給上沖加壓，使粉末向下運動，致使粉末之間相互摩擦運動，達到各處密度基本均勻后再手動翻轉脫模取出產品。如此手動循環操作壓制動作不光效率低下，而且工人的人身安全存在隱患，產品質量難以得到保障，更不可量產于生產大型的模塊類產品。而本文設計的實用新型模架，可在機臺上直接置換上下沖和中模，就可以生產其它種類的大模塊產品。新設計的組合模架可大大降低工人的操作強度，并消除了安全隱患，適合大批量生產，能給公司創造價值。

2 結構原理

模架結構往往由壓機的類型和產品的結構特點所決定，粉末冶金模架也不例外。模架由底板、浮動板、導柱、彈簧和氣缸等零部件及其配件組成。原理是中模安裝在上浮動板上，下沖固定在下沖底座，上沖通過上沖法蘭來連接固定到液壓機臺的上底座上。整副模架通過導柱、導套來導向，毛坯的成形位置通過氣缸的行程和氣缸鎖緊塊下面的限位塊來約束。此套粉末冶金模架由非標的模板框架組成。上沖向下運動進入浮動板上的中模封口后一起向下運動；上沖和中模之間的封閉型腔構成毛坯的外形。上沖和中模同步運動形成后壓，粉末由下往上擠，毛坯底部的密度增大；而后上沖在機臺的液壓油缸作用下單獨向下運動形成頂壓，使模架上沖頂部給粉末加壓，促使毛坯上下密度均衡一致，在毛坯水平方向的中間位置形成強度較其它地方薄弱的中性區。

（1）彈簧和大小限位塊等零部件的功能。

上沖和中模在運動過程中需氣缸、彈簧、氣缸限位塊以及大小限位塊一起協同作業。因上沖和中模一起向下運動時，由氣缸和下沖底座之間的大小限位塊來限制中模，使其到達預定的工作位置，另外大小限位塊起到保護中模的作用，防止中模越過行程與下沖底板接觸，導柱上的彈簧約束上浮動板，使其和中模緩慢向下運動，同時起到保護模具的作用。

（2）氣缸及其限位塊等配件的功能。

在一個壓制流程完成后，中模需要復位進入下一循環，這需要氣缸來支撐起浮動板，由浮動板帶動中模一起向上運動完成復位動作，一個壓制行程氣缸的開關閥由人工操作一次完成。

3 使用方法

模架不同于模具，模架在場外裝配好后再用叉車移至機臺上。導柱與底板為過盈配合后置于一水平工作臺，再裝配彈簧底座和彈簧；下沖底座與底板用螺釘聯接，同時大小限位塊也一起用螺釘鎖護在底板上。在大小限位塊上放置安裝支撐塊后用電動葫蘆吊裝上浮動板，上浮動板在重力的作用下下降，但因為有彈簧和安裝支撐塊，所以其下降速度受彈簧和自重的影響。下降至安裝支撐塊高度位置之后，此時彈簧起支撐作用，而后再取走安裝支撐塊。最后用墊圈和螺絲將上浮動板固定限位，防止其脫離導柱的導向。場外裝配好模架后由叉車移至壓機平臺，同樣先用螺釘鎖緊氣缸及其固定墊片，再將氣缸組合鎖緊在其固定座上，而后將氣缸鎖緊塊套住氣缸活塞桿之后也用螺釘鎖緊，最后每一組用4個螺釘將氣缸鎖緊塊與上浮動板聯接在一起。氣缸鎖緊塊和上浮動板之間用限位塊來調節上浮動板，使其行程準確到達導柱中的預定位置，以此確定沖頭也在中模的實際裝粉深度位置，保證產品的高度滿足產品工藝要求。

考慮到后續可生產高度較高的毛坯，對應的中模深度設計也較深。產品頂出理論上由下沖決定，正常將下沖的高度設計成比中模高，但是下沖過高不利于模具裝配，所以將下沖拆分設計成兩段。其中一段變成下沖底座，在場外裝配時已將其鎖護在底板上，裝模時下沖只需用4個螺釘鎖緊在下沖底座上；這樣維修或裝模時只需鎖護4個螺釘即可，而且裝模時下沖的重量不到原來的一半，單個人工就可以搬運，極大的方便了工人的裝配運輸。中模根據外形的大小來確定鎖護螺釘的數量，一般8到10個螺釘就能滿足裝配要求，中模頂部帶法蘭盤，通過法蘭盤上的螺釘孔和上浮動板關聯在一起。上沖因為是運動件，又承擔主作用件的功能，為了保證壓制時中模各處粉末受力均勻，且垂直度要好，所以需要9個螺釘鎖護在上沖法蘭上，法蘭通過T型螺母與機臺的上底座聯接。

本模架結構的特點是將手動液壓無模架結構改為半自動帶模架結構，如圖1、圖2所示。手壓操作流程繁瑣，經常需要翻轉脫模，不光生產效率低下，而且工人在操作時面臨操作安全隱患；改為半自動帶模架結構后只需要更換上下沖和中模就可以生產另一組產品。且下沖與其底座只通過4個螺釘聯接，裝卸只需要安裝或拆卸掉螺釘就可以，非常方便返修和拋光，甚至無需卸模，在機臺上就可以完成拋光工序。

圖1 半自動模架結構

圖2 半自動模架爆炸圖

4 應用效果

彈簧線徑等規格尺寸的確定需根據其承重部件的重量決定。承重部件主要由上浮動板和中模組成。承重部件下降的最低位置為中模底部，停止在小限位塊上，最佳狀態是懸浮在小限位塊以上而不是靜止在小限位塊上。因為靜止在其上，意味著金屬部件之間已經發生碰撞，會造成模架的精度出現異常，彈簧線徑小支撐力也就跟著小起不了承重作用，小限位塊會頂住中模，造成中模鎖護在上浮動板上的螺釘松動，久之無法確定裝粉的深度，造成產品單重波動異常而出現質量問題；彈簧線徑越大其支撐力也越大，造成下沖與中模脫離后錯位而無法正常生產。

而且彈簧彈力過大，不利于脫模，因為脫模時氣缸除了需要克服上浮動板和中模的重力，還需要克服產品和中模之間的摩擦力，填料裝粉時氣缸的作用力也需大于彈簧的作用力，否則氣缸無法精確定位裝粉位置。

綜上作用力的大小應為：氣缸的作用力>上浮動板的重力+中模的重力+產品內壁摩擦力>圓柱壓縮彈簧的作用力>上浮動板的重力+中模的重力

經過生產實踐的反復驗證，該模具結構設計合理，空間緊湊，氣缸和彈簧促使生產實現半自動化，只需要更換上下沖和中模就能生產另外一組產品，而且裝模調試也比較簡便，為生產節約不少時間，效率提升可達40%以上，同時降低了工人的勞動強度，提高了生產時的安全系數，經濟效益顯著增加。