直线轴承外毂架侧槽精密冲裁模具设计

　　摘　要：直线轴承的主要部件钢制外毂架一般采用常规的机械冷加工方法生产，工艺繁琐、能源消耗大、生产周期长、质量稳定性差。为克服上述缺点，本文在分析直线轴承外毂架塑性成形工艺的基础上，利用模具冲压成形该零件，确定出了同时由外向内侧冲周向均布侧长槽的精密冲裁方案，并设计出一种可用于直线轴承外毂架侧长槽精密冲裁的模具，阐述了模具工作原理，指出了设计要点。实践证明，所设计的模具冲裁效率高，制件质量完全满足使用要求。
　　关键词：直线轴承；侧槽；精密冲裁；模具设计
　　1　引言
　　滚珠直线轴承以其运动速度高、阻尼小、灵活可靠、平稳准确等特点，被广泛使用在航空航天、机床、机械设备、加工控制、机器人、自动化装备、用料控制、包装、医疗和娱乐设备等生产或机电一体化产品中。传统直线轴承的主要部件钢制外毂架采用常规的机械冷加工方法生产，工艺繁琐、能源消耗大、生产周期长、质量稳定性差。为克服这些缺点，本文研制出直线轴承钢制外毂架冲压模具，实现了直线轴承钢制外毂架的无切削加工。钢制外毂架的成形分为两个过程：首先是筒形毛坯件的成形，其基本工序包括落料、拉深、冲底孔；其次是外毂架侧长槽的冲裁成形。由于外毂架侧长槽的精密冲裁难度大，模具设计较有特色，在此作以介绍。
　　2　成形工艺分析
　　成形零件如图1所示，材料为08F钢，料厚1mm。零件要求周向的7个长槽必须均匀分布，并要保证滚珠在槽内滚动顺畅、磨损小，槽内壁部位无毛刺。 　　零件成形的难点主要是如何保证周向多个长槽均匀分布以及提高零件的冲裁质量，减少毛刺和变形。根据零件的技术要求，可以有以下3个工艺方案供选择^[1]。方案一：使用分度装置，压力机滑块运动方向即为冲裁方向，筒形件平装在模具上，每冲完一槽，利用分度装置再冲下一槽，依次冲完7个槽。其优点是模具设计简单，加工制造方便，冲裁力较小，冲裁间隙容易控制，单个槽的光洁度易于保证。缺点是必须设计精密分度装置，工件装夹定位有一定难度，工作效率低，累计误差大，较难实现7个侧槽的均布。方案二：压力机滑块运动方向与筒形件轴线相同，凸模由内向外同时冲7个侧长槽。其优点是易于达到零件的技术要求，生产效率高，且冲裁毛刺在外，易于清理。但缺点是模具结构复杂，侧冲运动受工件尺寸的限制，尺寸过小的制件无法用该法加工。方案三：压力机滑块运动方向与筒形件轴线相同，凸模由外向内同时冲7个侧长槽。其优点是侧向运动容易实现，侧向运动不受工件尺寸的限制，容易达到轴向7个槽的均布。缺点是模具结构复杂，冲裁毛刺在内壁，较难清理。经过分析论证，决定采用第3种方案，为了减小冲裁毛刺和变形，满足使用性能要求，采用精密冲裁。
　　3　模具设计
　　3.1模具结构设计
　　根据第3种方案，设计的直线轴承外毂架侧长槽精密冲裁模具如图2所示^[2-5]。凹模21与凹模固定板2为过盈配合，凹模中放有花键形状的聚氨酯橡胶25，作为卸料及提供反压力用。凸模38通过圆柱销与滑块8连接在一起，压边圈22和压边橡胶23用螺钉连接到滑块上，滑块带动凸模、压边圈、压边橡胶一起在导滑槽5中滑动完成冲裁过程。压边圈内表面加工成圆柱面，使其能够更好的压住料。斜楔9通过螺钉和销钉固定在上模座12上，冲床压力作用在上模座上，斜楔的斜面与滑块的斜面接触，带动凸模向凹模移动，完成冲压工序。 　　模具工作过程为：将坯料定位在凹模21上，上模下行，压板20与斜楔9一同向下移动，斜楔接触滑块8，驱动滑块向凹模滑动，上模下行到一定距离时，压板接触凹模内的花键橡胶25并开始压缩，此时上模继续下行，凹模内橡胶压缩到一定程度时，压板肩部接触凹模上表面花键橡胶停止压缩，上模继续下行，滑块继续向凹模移动，压边橡胶23压缩使压边圈压住坯料，凸模继续前行，在花键橡胶25产生的反压力作用下完成精密冲裁过程。上模上行，斜楔脱离滑块，在橡胶19作用下压板20不运动，花键橡胶仍处于压缩状态，在压边橡胶23及拉杆弹簧7的作用下滑块后退，凸模从坯料中脱出，花键橡胶将冲孔废料顶出，上模继续上行，当橡胶19松开到一定程度时，压板向上运动，花键橡胶松开，上模上行到上死点位置，摇动手柄34，推件板26推出制件，完成一次冲裁。
　　3.2模具设计要点
　　直线轴承外毂架侧长槽精密冲裁模具的设计要点如下^[2，6]。
　　（1）凸模、凹模材料为Cr12，热处理硬度58~62HRC，为易于加工及提高加工精度，将其设计成组合结构，以凸模为基准件配做凹模，装配后必须保证双面冲裁间隙为0.01mm，且间隙均匀。
　　（2）斜楔与滑块倾角的选择应考虑压力机的压力及凸模行程两个方面，在保证凸模行程的前提下应尽可能的减小所需压力机的压力。此处权衡两方面因素，取倾角为30°。
　　（3）斜楔与滑块、滑块与滑道之间容易磨损，工作时表面均应涂上润滑油。其材质及热处理的要求都需具有较高的耐磨性，材料W18Cr4V，热处理硬度60~63HRC。模具工作一段时间后，会有一定磨损，通过增加一定的模具垂直行程并修改限位件尺寸便可恢复正常工作。
　　（4）为保证精密冲裁，冲裁时使用齿形压边圈，压边圈不仅具有压边作用，还能够对凸模起导向作用，增强凸模刚度。冲裁结束后，压边圈充当卸料板将制件从凸模上顺利卸下来，防止制件变形。
　　（5）为了保证废料能顺利排出，设计橡胶时应注意压缩后压板上橡胶19的压缩力要大于花键橡胶25的压缩力。为获得精密冲裁的效果，必须待花键橡胶压缩，从凹模内压住坯料后，冲裁才开始进行。
　　因此，必须严格控制上模下移距离与滑块水平滑动距离之间的关系。
　　4　结语
　　直线轴承外毂架侧槽冲裁是直线轴承外毂架冲压加工的一个难点，为了保证周向侧槽均匀分布、同时冲裁断面质量满足使用性能的要求。本文设计了一套利用斜楔滑块机构同时侧向冲裁周向均布侧槽的模具，并采用了精密冲裁技术。实践证明，该套模具冲裁效率高，制件质量完全满足使用要求，性能稳定，降低了直线轴承外毂架的生产周期及成本，目前已经开始推广生产。本文设计的模具对于同类零件成形具有一定的借鉴作用。
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