葉遠(yuǎn)東，孫效禹，李俊頎，盛國(guó)福

(中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司，廣東 陽(yáng)江 529500)

0 引 言

核燃料組件的骨架由格架與導(dǎo)向管組成，利用格架與燃料棒之間的的過(guò)盈配合，固定燃料棒。而格架通過(guò)條帶上的裝配槽進(jìn)行定位、組裝。由此可見(jiàn)，裝配槽凸凹模設(shè)計(jì)、沖制精度對(duì)格架組裝精度至關(guān)重要。針對(duì)裝配槽沖制難度大，凸模加工難度高等問(wèn)題，筆者以某型號(hào)條帶為例，分析沖制難點(diǎn)，研究最適合的模具結(jié)構(gòu)與凸凹模加工方式。

1 沖制工藝分析

圖1為某型號(hào)條帶外形結(jié)構(gòu)示意圖，主體結(jié)構(gòu)為一長(zhǎng)條形薄片，厚度為0.425 mm，其上分布有16組裝配細(xì)槽，將整個(gè)條帶分隔為17個(gè)柵元，細(xì)槽寬度為0.46 mm。

圖1 條帶外形結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，裝配細(xì)槽的寬度分為兩段，開(kāi)口方向稱(chēng)為前段，其寬度為0.48±0.03 mm，后段寬度收窄為0.46±0.02 mm，兩段槽寬間的對(duì)稱(chēng)度要求為0.01 mm。如采用兩次沖裁分別沖制兩段細(xì)槽，則兩段槽寬間的對(duì)稱(chēng)度0.01 mm不易保證，且兩段槽寬間的過(guò)渡部分容易形成微小的棱角，不利于后續(xù)條帶的裝配，因此決定采用一次性整體沖制裝配細(xì)槽的方案，這樣模具的設(shè)計(jì)及制造難度就很高。

圖2 條帶裝配細(xì)槽

裝配細(xì)槽沖制的難點(diǎn)主要在于兩點(diǎn)：①槽寬較窄，這樣凸模的強(qiáng)度不高，在沖裁中凸模容易折斷；②細(xì)槽的形狀不是標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)長(zhǎng)方形，而是在細(xì)長(zhǎng)方形的兩端形成Φ0.8 mm的圓弧，如果采用將細(xì)槽形狀一次沖出的方案，則模具中凸模的加工較為困難，如果采用將細(xì)槽和圓弧分開(kāi)沖制的方案，模具加工的難度將大大降低，但同時(shí)增加了模具數(shù)量。經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析和評(píng)估后，最終決定采用將細(xì)槽形狀一次沖出的方案。

2 凸凹模間隙分析

模具中凸模和凹模的間隙取值對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量、沖裁力、模具壽命都有很大的影響，因此在設(shè)計(jì)模具前需要選擇一個(gè)合理的間隙，使沖裁件斷面質(zhì)量較好、所需沖裁力較小、模具壽命較高。根據(jù)Zr-4合金材料的硬度值和其它性能指標(biāo)，結(jié)合材料的厚度尺寸，對(duì)沖裁間隙值Z取材料厚度的8%～10%。為此首先采用一副簡(jiǎn)單的沖裁模對(duì)Zr-4合金材料帶材進(jìn)行沖裁試驗(yàn)，檢測(cè)沖件斷面的質(zhì)量，經(jīng)過(guò)三次試沖檢測(cè)和對(duì)凸、凹模間隙值的微量調(diào)整，取得了高質(zhì)量的沖裁斷面質(zhì)量，最終確定了一個(gè)精確合理的凸、凹模間隙值，帶材沖裁斷面質(zhì)量較好，毛刺高度小于0.02 mm。

3 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝分析

圖3為凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，A視圖為模具中凸模的前端工作部分，為保證兩段槽寬的精度，凸模的兩段寬度公差均按±0.005 mm控制，同時(shí)為保證兩段槽寬對(duì)稱(chēng)度，凸模兩段寬度間的對(duì)稱(chēng)度要達(dá)到0.002 mm，這樣就同時(shí)保證了槽寬的對(duì)稱(chēng)度以及兩段槽間的圓滑過(guò)渡。

圖3 裝配細(xì)槽凸模

為提高強(qiáng)度，凸模結(jié)構(gòu)采用變截面式設(shè)計(jì)，A視圖為凸模前端工作部分截面圖，兩端的圓弧和兩段寬度及兩段寬度的過(guò)渡部分，在保證有效長(zhǎng)度不小于8 mm后，通過(guò)不同的圓弧段過(guò)渡到厚度為2 mm的凸模中段，以增加凸模的整體強(qiáng)度。為降低凸模的沖裁力，減少凸模沖裁時(shí)承受的沖擊力，降低凸模在沖裁時(shí)拆斷的幾率，在凸模的前端設(shè)計(jì)為V形結(jié)構(gòu)，變平刃沖裁為斜刃沖裁，可降低沖裁力50%左右。

裝配細(xì)槽模具中的凸模是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高、制造難度較大的零件之一，采用精密工具磨床再配以高精度的光學(xué)曲線磨床，經(jīng)過(guò)多次試制，加工出了合格的凸模，保證了條帶裝配細(xì)槽的各項(xiàng)尺寸精度要求。

對(duì)于凸模的加工采用如下工藝：①材料熱處理后采用快走絲下料，切出掛臺(tái)和長(zhǎng)方形，留磨量；②成型磨床加工掛臺(tái)及長(zhǎng)方形尺寸到位；③光學(xué)曲線磨加工凸模前端工作部分形狀。至此零件加工完畢。在上述加工步驟中最重要的就是光學(xué)曲線磨，其加工方法是先在透明紙上繪制放大50倍的凸模前端工作部分形狀(曲線磨的光學(xué)投影倍數(shù)為50倍)，然后將透明紙放置于曲線磨機(jī)床的投影屏幕，半成品凸模的長(zhǎng)方形截面經(jīng)機(jī)床光學(xué)放大50倍投影于屏幕，與放大圖比對(duì)后沿輪廓線將多余的部分磨削后加工出凸模前端工作部分形狀。為保證凸模的加工精度，繪制的放大圖其輪廓線線寬不超過(guò)0.05 mm。

4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

如圖4所示，模具采用精密四導(dǎo)柱滾動(dòng)導(dǎo)向鋼模架，并設(shè)計(jì)有4根小導(dǎo)柱和小導(dǎo)套對(duì)固定板、卸料板和凹模板進(jìn)行精密導(dǎo)向，小導(dǎo)柱和小導(dǎo)套均采用耐磨性較好的GCr15材料，最終熱處理硬度為HRC60～64，單邊間隙設(shè)計(jì)為0.002～0.003 mm，從而更精確地保證凸、凹模間隙的均勻性。

圖4 主剖視視圖1.封口板 2.圓柱銷(xiāo) 3.浮動(dòng)定位釘 4.定位釘套 5.上模板 6.上墊板 7.圓柱銷(xiāo) 8.小導(dǎo)套 9.小導(dǎo)柱 10.襯管 11.墊圈 12.彈簧 13.螺塞 14.模柄 17.凸模(1) 18.凸模(2) 19.螺釘 21.螺釘 22.凸模固定板 23.卸料板 24.凹模板 25.螺釘 26.下模板 30.固定銷(xiāo) 31.彈簧(2)

為了提高凸模固定板、卸料板、凹模板、凹模鑲件和凸模等重要零件的沖擊韌性和耐磨性能，提高模具的壽命，采用了低溫冷處理技術(shù)。其中凸模材料選用W6Mo5Cr4V2，熱處理硬度達(dá)到HRC64～67。

模具中的凹模(見(jiàn)圖5)直接決定了沖件的形狀及尺寸精度，是非常重要的零件之一。

圖5 俯視圖27.凹模拼塊(1) 28.凹模拼塊(2) 29.凹模拼塊(3)

由于裝配細(xì)槽寬度很窄，因此采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，凹模鑲件采用沿裝配細(xì)槽中軸線剖開(kāi)，每個(gè)鑲件各有一半的裝配細(xì)槽形狀，采用高精度的光學(xué)曲線磨床加工，鑲件互相對(duì)接形成一個(gè)完整的裝配細(xì)槽型腔，共有17個(gè)鑲件拼裝成16個(gè)裝配細(xì)槽型腔，為保證條帶裝配細(xì)槽間位置度0.025 mm的嚴(yán)格要求，鑲件的裝配尺寸精度要求達(dá)到了較高的加工精度等級(jí)：±0.002 mm。

5 結(jié) 語(yǔ)

凸模加工精度、凸凹模間隙對(duì)裝配槽最終沖裁尺寸精度影響較大，最終影響格架尺寸精度。通過(guò)此次所述模具的試模及首批條帶產(chǎn)品的沖制結(jié)果表明，裝配細(xì)槽沖裁斷面良好，尺寸精度檢測(cè)符合圖紙要求，凸模工作狀態(tài)穩(wěn)定。該方法可用于類(lèi)似沖裁件的設(shè)計(jì)與加工。