侧冲孔技术在海钓线辘产品模具的应用

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【摘要】通过对海钓线辘产品的冲压加工工艺分析，本文着重介绍圆周侧冲孔模具的结构设计、工作原理与加工制造特点。根据在运动器材企业的实践证明，该模具的结构比较合理，工艺与制造不太复杂，冲压生产操作方便，生产效率相比其他加工方式有显著提高。

【关键词】海钓线辘；圆周侧冲孔；模具

海钓系一种户外休闲运动器材，主要有钓竿和储线组件构成，其中钓竿由碳纱线和优质胶水经缠绕定型、烘烤制成，而线辘是储线组件的主要构件，铝合金材质，此类钓具轻质而耐用。线辘零件示意图如下，材料为AL 6063T，产品经原棒材料锯割、退火、机械冷挤压、表面加硬热处理、机加工和表面氧化着色而成。零件料厚在冲压前为1mm，16个d3.8mm孔在圆周上均匀分布，零件在冲压工序前是数控车床半精加工内外圆，以保证在冲压工序的精确定位，保证加工装夹的可靠性。零件在冲压工序是一次性冲压加工16个侧向圆周孔，提高生产效率。

一、 零件工艺分析

线辘上圆周孔主要系精美外观的需要，停止状态可以看出精致的机械加工痕迹，转动状态下显出两道美观的虚拟结构线，所以大部分海钓线辘的圆周设计十余个均度小孔，有些是两排。圆周孔的加工方法主要有钻孔、铣孔和冲孔。普通钻利用钻夹具逐个钻孔，分度不均，效率极低。铣孔利用简易夹具和简易数控分度功能，解决了分度不均问题，而且铣削面好，但效率仍然不高。一次性侧冲孔分度精准，生产效率高，缺点是孔刃口圆角，凸显加工低廉。综合企业既有生产设备配置与产品加工成本考虑，在零件的样件加工阶段，适用于批量小的特点用数控铣削的方法加工零件，此孔加工工序可以安排在最后的表面处理之前。在后续大批量生产计划中，用普通冲压一次性侧冲方法，提高生产效率，降低加工成本，但在后续的数控车床精加工外圆时，必须考虑断续切削问题和圆周孔边残留毛刺问题。

二、侧冲孔模具结构设计

通常冲压模具结构是凸模在上模，工件和凹模在下模，此冲孔模具的结构采用斜楔结构方式，即工件、凹模和凸模全在下模，上模仅起压块作用，利用压力机的上下垂直运动，通过斜楔的作用，使上下垂直运动变成凸模冲孔的水平运动，以进行侧冲孔冲压工序。此模具的斜楔机构采用平动式斜楔装置，工件的出入口在下模的正上方。为降低成本，方便模具的日后维修与零配件更换，凹模设计成镶拼式。根据铝质零件的质软特点，凹模材料可以采用Cr12Mo合金材料，该材料在热处理后可以达到较高的硬度（HRC56左右），材料淬透性好，且有较好的耐磨性。

工件在冲压过程中，针状凸模在圆周刃口承受工件材料的拉磨，对刃口有一定的影响，同时更要考虑铝质材料工件较软，容易起毛刺的特点，因此考虑凸凹模之间的双边间隙为0. 02～0 . 03 mm ，这间隙值可以保证切口的平滑。初定生产冲压次数5千次，实际使用由于间隙值小，凸模与工件的摩擦导致凸模刃口磨圆，在凸模长度够用前提下修磨刃口，如磨损严重或工作长度不够则更换新针。模具结构如下示意图，模具的导向装置采用二导柱式模架。工件的加工定位由工件内径和凹模外径决定，定位间隙双边0.08—0.10mm.因为工件材料厚度t=1mm，属于较小厚度的软质铝材，且制件外径尺寸不大（D58mm），故整套模具的工作面尺寸在350mm以内，凸模在径向的实际冲压行程约3—4mm。冲孔后工件仍在下模部分的凹模外，无需卸料装置。凸模等分定位后安放在滑块固定板上。后面加放橡胶块或压簧。滑块固定板需适时，防止过度摩擦，保证滑块在固定板上的可靠滑动，以提高模具使用寿命和冲压次数。为防止压力机行程较大时模具斜楔块撞击下模，亦方便模具的校装，可以加装2个定位块（图中未有示意）。

模具结构简略示意图

1.下模架 2、4、8、20、23、25、30.内六角圆柱头螺钉 3.下模固定板 5、6、7、12、29.圆柱销 9.套杆 10、26.垫圈 11.圆柱螺杆压缩弹簧 13.凸模 14.凸模固定板 15.导柱 16.上模板 17.上垫板 18.斜楔 19.上模固定板 21.凹模固定板 22.凹模 24.滑块 27.聚胺酯橡胶 28.固定板 31.滑块固定板

设计考虑模具的工作过程如下，压力机在停止时装好工件， 当冲压机由上止点向下止点运动时，上模固定板把工件紧贴在下模固定板。同时上模上面斜楔（ 16等分的角度）下压下模上的滑块，使固定在滑块上的凸模得到径向压力后冲向工件圆周，以冲孔方式，废料在凹模的出料口排出，压力机回程至上止点时， 凸模靠橡胶块的张力迅速复位。废料由废料孔向下直接排出。模具冲压力小，但由于下模镶拼式结构，模板尺寸相对较大。充分考虑冲压行程，根据模板尺寸300mm左右，选用25T普通压力机进行零件生产。

3、 模具制造。为提高生产效率， 保证零件质量，需设计合理的模具结构， 选用比较好的模具材料和热处理工艺， 以保证模具零件的技术要求。在装配时要注意所有凸、凹模之间的同轴度，并与固定板紧配合，防止偏心和松动引起间隙不均， 影响精度和加快模具磨损。该模具利用小厚度的软质铝材冲压力小的特点而采用侧冲的方式，整套模具制造中要求较高的是滑块固定板在下模底板的精确分度定位、滑块与滑块固定板慢走丝线割后配作装配、凹凸模的间隙配合装配。在模具的实际制作中，考虑线辘零件侧冲孔的位置是在圆周壁上，相邻两装饰孔的中心距离在12mm左右，而凹模外径D56mm，落料在凹模中心孔内，所以中心孔的大小在模具制作中很重要。根据实际经验和设计要求，凹模有效厚度在3—4倍料厚的情况下可正常工作，在保证凹模有效工作厚度（径向厚度）5mm以上前提下，凹模中心落料孔径定为D40mm（通过凹模厚度计算，工作值5mm，排料位2—3mm，则废料排出孔径向向尺寸为56—8×2=40mm），此时凹模内每侧有4块废料，第5块才能全部进入排出孔。考虑到由于冲孔毛刺及油污等因素，废料进入排出孔后可能不及时排出易出现事故，所以在凹模厚度方向上的排料孔径可以稍大些。

在凹模圆周上要分度均布16个D3.8mm孔，通常考虑两个问题，一是能否排下16个孔，二是凹模强度是否足够。有如下计算：