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摘要:针对导纱针针坯的成形难点和技术要求进行了冲压工艺设计和多工位级进模具结构设计，详述了导纱针结构特点、冲压工艺、模具结构设计和工作零件的结构设计。为了防止条料塑性变形引起关键尺寸误差，模具对塑性变形区域一次成形;为保证针孔与外圆弧的同心度和送料精度，模具采用了导正块、导料销和导正销进行精确定位;为保证冲孔凸模强度和刚度要求，模具采用保护套结构;为增加冲裁截面的光亮带，采用了两次整修工艺;为简化模具结构、便于修模，采用了嵌块式凹模。生产实践证明，冲压工艺合理，模具结构安全可靠，产量质量稳定。
关键词:导纱针;冲压工艺;排样;模具设计;级进模
在针织业中，决定织物质量好坏、产量高低的关键因素是织针。只有不断提升织针的质量，才能避免在生产过程中出现钩丝、起球等缺陷，从而降低生产成本、提高生产效率，满足人们日益增长的物质需求。导纱针是经编机必不可少的辅助用针，属于易耗品，其尺寸一致性、冲裁面光洁程度对针织品的质量有重要影响。目前，国内生产的导纱针，大多采用板料作为原料，材料利用率偏低;且采用复合模具冲出的针坯外轮廓撕裂带占比大，针孔与外圆同心度低。本文根据导纱针的结构特点及技术要求，结合导纱针的冲压工艺难点，详细分析了成形方法，制定了合理的冲压成形工艺方案，并由此进行了相应的模具设计。
1导纱针冲压工艺性分析
图1为某型号经编机导纱针针坯零件，所用材料为退火状态的SWP-B钢，该种材料退火后具备较好的冲压成形性能。选用厚度为0.44mm、宽度为0.96mm的扁丝作为毛坯板料，可以保证较高的材料利用率。从图1可看出，导纱针针舌和针尾的塑性变形区(压扁、压印)，可直接冲压成形得到，导纱针针舌部位的直径为Φ1.260mm的孔和半径为0.950mm的半圆边可直接冲裁落料得到。采用多工位级进模具成形该导纱针的难点在于该导纱针是在0.44mm×0.96mm的扁丝上冲压成形的零件，其针舌部位圆孔直径较小，冲孔凸模的强度和刚度需要通过相应的措施来保证，且孔边距很小，冲孔时极易引起针舌部位变形。对于针孔内壁光亮带要求占冲裁截面的85%以上，已经达到精密冲裁的要求，扁丝在冲裁时只能通过合理调整模具冲裁间隙和凸凹模圆角半径才能达到较高的光亮带要求。另外，在塑性成形区(压印、压舌)，金属的塑性流动会影响扁丝送料的精度及针舌外部圆弧和针孔的同心度，这也增加了导纱针针坯冲压成形的难度。
2导纱针冲压工艺设计
多工位级进模排样的设计是多工位级进模设计的关键。排样图的优化与否，不仅关系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的难易程度和使用寿命等，而且直接关系到模具各工位加工的协调与稳定［1－3］。因导纱针属于精密冲压件，其工位的设计必须与成形特点相适应，图2为导纱针多工位级进模具冲压排样图。导纱针的排样设计共由6道工序、12个步距完成，依次为:压扁压印→冲孔定位→冲针孔→一次针孔整修→二次针孔整修→切断工序。其各个工序起到的作用简述如下。(1)本设计中采用SWP-B扁丝作为冲针坯料，不涉及到单排、对排、多排等排样形式。在考虑材料的利用率、降低制件成本和保证材料强度的情况下，尽可能控制步距长度。经计算，送料步距初步定为21mm，材料利用率达到91.28%。(2)第1道工序同时压出针舌和尾印。冲压时材料会出现伸长，考虑材料局部发生塑性变形的方式，需间接抵消多出的伸长量。因此，设计时需将可能出现伸长量的部位统一为一道工序，一次加工成形。在该冲压工序中，材料的伸长量由送料机收回多出长度，自动抵消。(3)第2道工序为冲定位孔。在第1道工序冲压出的针舌上冲定位孔，采用导料块和导料销实现精准定位。由于步距仅有21mm，为了保证凹模强度、方便装弹簧和连接螺栓等工件，在该工序后预留3个空位。(4)第3道工序为冲针孔。该工序采用导料块、导料销和定位销三向定位，准确冲出针孔。设计时采用普通刃口冲裁，调试时根据实际需求修模调整冲裁间隙。考虑到模具强度且要便于加工，在该工序后留1个空位。(5)第4、5道工序为两次整修内孔。由于针孔内壁光洁无撕裂带是导纱针重要工艺要求之一，考虑在冲孔后通过小球顶孔的方法，达到紧致内壁的目的，但可能出现将毛刺顶入针孔内壁的情况。因此，在本设计中，采用两次整修内孔的方式，使针孔内部再次发生微量塑性变形，除去粗糙不平的冲裁断面和锥度，增加光亮带所占比例。(6)第6道工序为切断。该工序同时切出前一根针坯的尾部和后一根针坯的外圆。为了保证导纱针针孔与外圆弧同心度高的工艺要求，在切断入块时，使用定位针进行定位。综上所述，导纱针的排样设计共由6道工序、12个步距完成，采用扁丝大大提高了材料的利用率;压扁和压印一次成形保证了送料的精度;导料块、导料销和定位针的设计，保证了定位精度;两次整修工序保证了光亮带的要求，总体符合导纱针的冲压工艺要求。
3多工位级进模具总体结构设计
导纱针多工位级进模具的总装图如图3所示，扁丝沿着导正块30、33的导向通道自左向右移动，扁丝进入第1个工位压扁、压印后由导料销进行导正，模具对坯料在各工序上加工，逐渐成形。最后一道切断工序将冲件和坯料分离，每次行程完成后，上模上行，卸料板12在卸料弹簧5的作用下抵住坯料直至坯料脱离凸模，起到卸料作用。模具上的冲裁凸模选用多台阶和保护套结构便于保证小凸模的强度和刚度，凹模都采用嵌块式便于快速更换，以保证模具寿命。模架采用对角滚动导向模架，并且用4个内导柱对凸模进行精确导向并起到保护小凸模的作用。定位装置是采用6个导正块、6对导料销和9个导正销对扁丝进行精确定位，以防止扁丝因为冲裁时受力而产生偏移。卸料装置采用了3对卸料弹簧和卸料板组合而成，用于保证扁丝在送料过程中的平整度。整套模具工序流程中，冲孔废料都由冲压机台盘处排出。切断工序既需排出废料，又需落料，废料由台盘直接排出，工件采用压缩空气机经吹气销吹离模具。
4模具主要零部件的结构设计
4.1整修部分凸、凹模设计
坯料经过冲导纱针针孔后，为了除去粗糙不平的冲裁断面和锥度，得到光滑平整的断面，进行了2次内孔微量整修，如图4所示。第1次整修凸模直径比冲针孔凸模直径大0.5mm，保证能够切除冲针孔时的塌角和撕裂带;第2次整修凸模安装在凹模固定板上，凹模镶嵌在卸料板上，主要对第1次整修进行微量平整，并达到针孔直径的要求。
4.2定位零件设计
本套模具定位零件中，导正块、导料销和导正销采用SKD11模具钢，淬火回火处理后，硬度可达到60～65HRC。在第1道工序前设计了镶块式的导正块，用于扁丝送进时横向、纵向的初定位，块中开1mm×1.3mm的槽口，便于扁丝通过，如图5a所示。扁丝经塑性变形(压扁、压印)后，扁丝局部变大，因此，后续导正块槽口开为2.5mm×1.3mm，并将此规格的导正块槽口修出倒角，便于送料。考虑模具强度和结构，在无导正块定位的工位，采用导料销和导正销进行定位。导料销用于纵向定位，其斜对称镶嵌在凹模上，如图3中31所示。导正销(图5b)用于冲定位孔后的各个工位，导正销与导正孔间隙为0.02mm，既保证了扁丝的送料精度，又保证导正销能顺利地插入导正孔。
4.3凹模固定板设计
凹模固定板用于固定凹模及镶件。由于该级进模工位数较多，若模具送料误差累积过大，会造成凸、凹模间隙偏差，影响冲压质量和模具寿命。考虑到凹模固定板上各工序凹槽多且位置精度要求高，结合加工的难易程度，确定如下:导正块孔口尺寸按IT8级制造;压扁、压印和冲裁孔口尺寸按IT7级制造，各紧固螺栓孔、导料销位置尺寸按IT5级制造。各型孔位置关系见图6。
4.4模具冲压精度调试
模具组装后必须在生产条件下试冲，检查冲压件的尺寸精度和表面质量是否符合产品零件设计要求，检查模具使用性能是否合理、可靠地满足批量生产的要求。同时，检验工艺规程是否正确，选用的工艺装备是否合理和适用，从而保证在批量生产中产品质量稳定、工艺成本低［5－6］。检测不同批次导纱针针孔与外圆弧的同心度和针孔冲裁截面质量，不断对凸凹模进行修正试模，直至冲制出符合设计要求的导纱针，如图7所示。
5结语
提出了用多工位级进模具冲压导纱针的新工艺，通过对导纱针工艺性分析设计及模具设计，确定了一套多工位级进模成形导纱针的工艺方法，即压扁压印→冲孔定位→冲针孔→一次针孔整修→二次针孔整修→切断工序。压扁、压印工序一次成形，解决了金属塑性流动造成的坯料伸长;导正块、导料销及导正销的使用实现了条料的精确定位和送进;二次整修工序大大提高了冲裁截面的光亮带。模具投入生产后冲出的导纱针针孔光亮带和同心度高，产品生产效率高、成本低，达到厂家的预期目标。
参考文献:
［1］陈炎嗣．多工位级进模设计与制造［M］．北京:机械工业出版社，2006.
作者:赵峰 范金辉 白云峰 朱世根 单位:东华大学
