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摘要:針對導紗針針坯的成形難點和技術要求進行了沖壓工藝設計和多工位級進模具結構設計，詳述了導紗針結構特點、沖壓工藝、模具結構設計和工作零件的結構設計。為了防止條料塑性變形引起關鍵尺寸誤差，模具對塑性變形區域一次成形;為保證針孔與外圓弧的同心度和送料精度，模具采用了導正塊、導料銷和導正銷進行精確定位;為保證沖孔凸模強度和剛度要求，模具采用保護套結構;為增加沖裁截面的光亮帶，采用了兩次整修工藝;為簡化模具結構、便于修模，采用了嵌塊式凹模。生產實踐證明，沖壓工藝合理，模具結構安全可靠，產量質量穩定。
關鍵詞:導紗針;沖壓工藝;排樣;模具設計;級進模
在針織業中，決定織物質量好壞、產量高低的關鍵因素是織針。只有不斷提升織針的質量，才能避免在生產過程中出現鉤絲、起球等缺陷，從而降低生產成本、提高生產效率，滿足人們日益增長的物質需求。導紗針是經編機必不可少的輔助用針，屬于易耗品，其尺寸一致性、沖裁面光潔程度對針織品的質量有重要影響。目前，國內生產的導紗針，大多采用板料作為原料，材料利用率偏低;且采用復合模具沖出的針坯外輪廓撕裂帶占比大，針孔與外圓同心度低。本文根據導紗針的結構特點及技術要求，結合導紗針的沖壓工藝難點，詳細分析了成形方法，制定了合理的沖壓成形工藝方案，并由此進行了相應的模具設計。
1導紗針沖壓工藝性分析
圖1為某型號經編機導紗針針坯零件，所用材料為退火狀態的SWP-B鋼，該種材料退火后具備較好的沖壓成形性能。選用厚度為0.44mm、寬度為0.96mm的扁絲作為毛坯板料，可以保證較高的材料利用率。從圖1可看出，導紗針針舌和針尾的塑性變形區(壓扁、壓印)，可直接沖壓成形得到，導紗針針舌部位的直徑為Φ1.260mm的孔和半徑為0.950mm的半圓邊可直接沖裁落料得到。采用多工位級進模具成形該導紗針的難點在于該導紗針是在0.44mm×0.96mm的扁絲上沖壓成形的零件，其針舌部位圓孔直徑較小，沖孔凸模的強度和剛度需要通過相應的措施來保證，且孔邊距很小，沖孔時極易引起針舌部位變形。對于針孔內壁光亮帶要求占沖裁截面的85%以上，已經達到精密沖裁的要求，扁絲在沖裁時只能通過合理調整模具沖裁間隙和凸凹模圓角半徑才能達到較高的光亮帶要求。另外，在塑性成形區(壓印、壓舌)，金屬的塑性流動會影響扁絲送料的精度及針舌外部圓弧和針孔的同心度，這也增加了導紗針針坯沖壓成形的難度。
2導紗針沖壓工藝設計
多工位級進模排樣的設計是多工位級進模設計的關鍵。排樣圖的優化與否，不僅關系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的難易程度和使用壽命等，而且直接關系到模具各工位加工的協調與穩定［1－3］。因導紗針屬于精密沖壓件，其工位的設計必須與成形特點相適應，圖2為導紗針多工位級進模具沖壓排樣圖。導紗針的排樣設計共由6道工序、12個步距完成，依次為:壓扁壓印→沖孔定位→沖針孔→一次針孔整修→二次針孔整修→切斷工序。其各個工序起到的作用簡述如下。(1)本設計中采用SWP-B扁絲作為沖針坯料，不涉及到單排、對排、多排等排樣形式。在考慮材料的利用率、降低制件成本和保證材料強度的情況下，盡可能控制步距長度。經計算，送料步距初步定為21mm，材料利用率達到91.28%。(2)第1道工序同時壓出針舌和尾印。沖壓時材料會出現伸長，考慮材料局部發生塑性變形的方式，需間接抵消多出的伸長量。因此，設計時需將可能出現伸長量的部位統一為一道工序，一次加工成形。在該沖壓工序中，材料的伸長量由送料機收回多出長度，自動抵消。(3)第2道工序為沖定位孔。在第1道工序沖壓出的針舌上沖定位孔，采用導料塊和導料銷實現精準定位。由于步距僅有21mm，為了保證凹模強度、方便裝彈簧和連接螺栓等工件，在該工序后預留3個空位。(4)第3道工序為沖針孔。該工序采用導料塊、導料銷和定位銷三向定位，準確沖出針孔。設計時采用普通刃口沖裁，調試時根據實際需求修模調整沖裁間隙?？紤]到模具強度且要便于加工，在該工序后留1個空位。(5)第4、5道工序為兩次整修內孔。由于針孔內壁光潔無撕裂帶是導紗針重要工藝要求之一，考慮在沖孔后通過小球頂孔的方法，達到緊致內壁的目的，但可能出現將毛刺頂入針孔內壁的情況。因此，在本設計中，采用兩次整修內孔的方式，使針孔內部再次發生微量塑性變形，除去粗糙不平的沖裁斷面和錐度，增加光亮帶所占比例。(6)第6道工序為切斷。該工序同時切出前一根針坯的尾部和后一根針坯的外圓。為了保證導紗針針孔與外圓弧同心度高的工藝要求，在切斷入塊時，使用定位針進行定位。綜上所述，導紗針的排樣設計共由6道工序、12個步距完成，采用扁絲大大提高了材料的利用率;壓扁和壓印一次成形保證了送料的精度;導料塊、導料銷和定位針的設計，保證了定位精度;兩次整修工序保證了光亮帶的要求，總體符合導紗針的沖壓工藝要求。
3多工位級進模具總體結構設計
導紗針多工位級進模具的總裝圖如圖3所示，扁絲沿著導正塊30、33的導向通道自左向右移動，扁絲進入第1個工位壓扁、壓印后由導料銷進行導正，模具對坯料在各工序上加工，逐漸成形。最后一道切斷工序將沖件和坯料分離，每次行程完成后，上模上行，卸料板12在卸料彈簧5的作用下抵住坯料直至坯料脫離凸模，起到卸料作用。模具上的沖裁凸模選用多臺階和保護套結構便于保證小凸模的強度和剛度，凹模都采用嵌塊式便于快速更換，以保證模具壽命。模架采用對角滾動導向模架，并且用4個內導柱對凸模進行精確導向并起到保護小凸模的作用。定位裝置是采用6個導正塊、6對導料銷和9個導正銷對扁絲進行精確定位，以防止扁絲因為沖裁時受力而產生偏移。卸料裝置采用了3對卸料彈簧和卸料板組合而成，用于保證扁絲在送料過程中的平整度。整套模具工序流程中，沖孔廢料都由沖壓機臺盤處排出。切斷工序既需排出廢料，又需落料，廢料由臺盤直接排出，工件采用壓縮空氣機經吹氣銷吹離模具。
4模具主要零部件的結構設計
4.1整修部分凸、凹模設計
坯料經過沖導紗針針孔后，為了除去粗糙不平的沖裁斷面和錐度，得到光滑平整的斷面，進行了2次內孔微量整修，如圖4所示。第1次整修凸模直徑比沖針孔凸模直徑大0.5mm，保證能夠切除沖針孔時的塌角和撕裂帶;第2次整修凸模安裝在凹模固定板上，凹模鑲嵌在卸料板上，主要對第1次整修進行微量平整，并達到針孔直徑的要求。
4.2定位零件設計
本套模具定位零件中，導正塊、導料銷和導正銷采用SKD11模具鋼，淬火回火處理后，硬度可達到60～65HRC。在第1道工序前設計了鑲塊式的導正塊，用于扁絲送進時橫向、縱向的初定位，塊中開1mm×1.3mm的槽口，便于扁絲通過，如圖5a所示。扁絲經塑性變形(壓扁、壓印)后，扁絲局部變大，因此，后續導正塊槽口開為2.5mm×1.3mm，并將此規格的導正塊槽口修出倒角，便于送料?？紤]模具強度和結構，在無導正塊定位的工位，采用導料銷和導正銷進行定位。導料銷用于縱向定位，其斜對稱鑲嵌在凹模上，如圖3中31所示。導正銷(圖5b)用于沖定位孔后的各個工位，導正銷與導正孔間隙為0.02mm，既保證了扁絲的送料精度，又保證導正銷能順利地插入導正孔。
4.3凹模固定板設計
凹模固定板用于固定凹模及鑲件。由于該級進模工位數較多，若模具送料誤差累積過大，會造成凸、凹模間隙偏差，影響沖壓質量和模具壽命?？紤]到凹模固定板上各工序凹槽多且位置精度要求高，結合加工的難易程度，確定如下:導正塊孔口尺寸按IT8級制造;壓扁、壓印和沖裁孔口尺寸按IT7級制造，各緊固螺栓孔、導料銷位置尺寸按IT5級制造。各型孔位置關系見圖6。
4.4模具沖壓精度調試
模具組裝后必須在生產條件下試沖，檢查沖壓件的尺寸精度和表面質量是否符合產品零件設計要求，檢查模具使用性能是否合理、可靠地滿足批量生產的要求。同時，檢驗工藝規程是否正確，選用的工藝裝備是否合理和適用，從而保證在批量生產中產品質量穩定、工藝成本低［5－6］。檢測不同批次導紗針針孔與外圓弧的同心度和針孔沖裁截面質量，不斷對凸凹模進行修正試模，直至沖制出符合設計要求的導紗針，如圖7所示。
5結語
提出了用多工位級進模具沖壓導紗針的新工藝，通過對導紗針工藝性分析設計及模具設計，確定了一套多工位級進模成形導紗針的工藝方法，即壓扁壓印→沖孔定位→沖針孔→一次針孔整修→二次針孔整修→切斷工序。壓扁、壓印工序一次成形，解決了金屬塑性流動造成的坯料伸長;導正塊、導料銷及導正銷的使用實現了條料的精確定位和送進;二次整修工序大大提高了沖裁截面的光亮帶。模具投入生產后沖出的導紗針針孔光亮帶和同心度高，產品生產效率高、成本低，達到廠家的預期目標。
參考文獻:
［1］陳炎嗣．多工位級進模設計與制造［M］．北京:機械工業出版社，2006.
作者:趙峰 范金輝 白云峰 朱世根 單位:東華大學
