新型金刚石分齿烧结锯片的半自动成型模具①

李鸿程

(晶日金刚石工业有限公司,河北 燕郊 065201)

新型金刚石分齿烧结锯片的半自动成型模具①

李鸿程

(晶日金刚石工业有限公司,河北 燕郊 065201)

文章介绍了新型金刚石分齿烧结锯片半自动成型模具的研发及应用,对金刚石工具制造行业在效率、成本上的影响作了说明,对未来烧结锯片成型方式的发展趋势进行了展望。

半自动成型机;成型模具;分齿烧结金刚石锯片;模具寿命

Abstract:In the paper,it has introduced the development and applications of the new sem i-automated form ing mould for sintering diamond saw blade,the effect of the mould on the efficiency and cost of the diamond tool manufacture industry,and the form ing development trend of sintering diamond saw blade in the future.

Keywords:sem i-automated form ing machine;form ing mould;sintering diamond saw blade;mould life

1 前言

模具是制造业的重要工艺基础,在金刚石制品的制造过程中除去电镀、钎焊工艺外,几乎所有的金刚石制品都必须使用模具才能完成,模具设计结构的合理性、精度的高低、直接影响金刚石工具的质量、效率和成本。所以可以说模具设计和制造水平的高低,在很大程度上制约着金刚石制品行业的发展水平。在目前,无论是在低端或者高端金刚石工具的制造上,每一个制造商都在效率、成本上想尽一切办法来加以改进,方向是向自动化,节省人工的方面发展。随着我国金刚石工具企业与国际上知名工具企业的交流以及合作的不断进行,以及各种用于金刚石工具制造设备的引进,我们在制造金刚石工具的效率上得到快速的提高,同时成本得以降低。而新型金刚石分齿烧结锯片的半自动成型模具的开发就是基于这种情况进行的。

2 传统金刚石烧结片的成型制造方法

我国传统的金刚石烧结片的成型制造方法完全依赖手动模具,如图1所示,这种模具的使用方法是在操作台上将模具的外环、下压头、下模芯组装到一起后倒入粉料,然后旋转刮平。再搬运到四柱压机上加压、退模,再搬回操作台上拆卸模具、取出压坯。此种模具从开始生产金刚石烧结锯片延用至今,仍然被广泛使用,其优点在于模具的制造成本低廉、组装方便。

但是其最大的缺点在于:

(1)效率低下、因频繁组装模具导致模具使用寿命低。

(2)操作人员多,在使用过程中需要三个人以上的配合才能完全发挥其效能。

(3)人均产量低,一般人均8小时的产量在350片到400片左右。

(4)劳动强度大、用工成本高,因为成型时人工来回搬运模具,劳动强度大,所以消耗的体力多,即使加班生产,产能的提高也非常有限。况且随着用工成本的增加,过多的人员造成因模具落后而导致的人工成本的增加。

图1 传统金刚石烧结锯片成型模具Fig.1 Form ing mould of traditional sintering diamond saw blade1-上压头 2-外环 3-下压头 4-垫块 5-下模芯6-垫叉 7-退套 8-上模芯 9-压紧螺栓

3 新的成型设备和模具的开发运用

随着成型设备的改进,半自动成型机和全自动成型机的出现,新型的烧结片成型模具实现了设计上质的改变,成型工作不再是重体力,人员多的工作,模具成本也得到很好的控制。但是全自动成型设备因为造价高、可压制的规格范围窄而被绝大多数厂家放弃。而半自动成型机因造价相对便宜,压制范围宽受到极大的欢迎,目前发展趋势相当的迅猛,相信两年之内,国内中等规模的金刚石工具企业都会大批购进此种设备进行烧结锯片的成型。

半自动成型压机得以短时间内风靡整个金刚石工具行业的根本原因是因为一种可压制分齿烧结锯片模具的出现。分齿片在整个金刚石烧结锯片中的比例大概在65%,但在国内和印度市场却超过90%。

2004年,晶日金刚石工具有限公司与韩国晓成金刚石工具株式会社合资成立晶成金刚石工具有限公司,从韩国引进了半自动烧结片的成型压机,实现了涡轮及连续边烧结片的半自动成型,带来成型效率的成倍增长和人工、模具成本的降低。但是因为没有开发出分齿片的成型模具,分齿片的生产还是沿用传统的模具,韩国晓成公司制作热压分齿片的方法甚至还是将连续边用激光切割冷却槽,成本非常高。2007年,随着晶成公司与苏州博格自动化机械公司联合开发的同类压机的成功,晶成公司开始开发用于半自动成型压机上的分齿片成型模具并取得成功,从此开启了烧结片成型工艺的又一次全面革新。目前此项技术已申请国家实用新型专利。

4 新型模具的结构和原理

因为冷压模具的结构由以下几个部分组成:定位件、导向零件;开、合模机构;卸料机构;送料机构等。所以设计者巧妙利用了分齿片基体形状以及模具的上、下压头和外环形状,实现了锯片基体的定位、压头的导向和成型后的卸料。

4.1 技术方案:见图2

(1)基体定位:在模具上内芯17上安装基体固定销13,与上内芯对基体进行定位的中轴7一起对基体进行定位并防止转动,保证成型时基体与阴模6之间的配合。用磁铁10将基体吸紧在上内芯17上。

(2)内模芯定位:在上内芯外圆安装与上压头2分齿槽相配合的导向键14,防止上内芯转动。

(3)工件取出:在上内芯安装2～4个微型气缸4,通过手动换向阀顶出基体从而顶出工件。防止撬动取片造成压坯损坏。

图2说明

(1)工件安装:中轴7穿入基体中孔,通过磁铁10靠紧上内芯,用手旋转基体,使基体定位销13穿入基体冷却孔后,基体得到固定。保证基体的冷却水口与外套6配合。

(2)压制:用刮板将粉料12刮平后只需按动压制按钮就可自动压制成型。

(3)工件取下:当成型保压后,上下压头自动回程并扳动手动换向阀,三个微型气缸4克服磁力将工件从上内芯17上顶下。

图2 新型模具总装图Fig.2 A ssembly draw ing of new mould1-上内芯复位油缸活塞 2-上压头 3-压缩空气管 4-气缸5-基体 6-阴模 7-中轴 8-下压头 9-下内芯复位油缸活塞 10-磁铁 11-下内芯 12-金属粉料 13-基体固定销 14-导向键 15-弹簧 16-上内芯固定螺栓 17-上内芯

其它说明:

(1)导向键14镶在上内芯17中,与上压头的分齿缝滑动配合,保证上内芯17不在上压头2中转动,从而保证了基体的冷却水口与外套6配合。

(2)基体定位销13由弹簧15压紧。保证基体的快速安装。

(3)主要部件材质:上下压头和外环采用Cr12M oV并真空热处理,要求硬度为HRC60-62,保证使用寿命上下内模芯采用Gr15热处理硬度HRC55-58。

图2的各零件图见图3到图7。

图3 上压头零件图Fig.3 Part draw ing of the upper pressure head1-上压头分齿缝 2-上压头安装孔 3-3个用于压缩空气管路孔

图4 上内芯零件图Fig.4 Part draw ing of the upper inner core1-磁铁安装孔 2-导向键安装孔 3-基体定位销安装孔

图5 基体固定销Fig.5 The pin for fixing substrate

图6 气缸与气管接头连接螺帽Fig.6 The nut connecting cylinder and w indpipe

图7 导向键Fig.7 Guidance key

5 新型模具的优点及效益分析

(1)成型效率高:传统手动模具要3个人以上配合才能完全发挥其效能,熟练的员工3人每天8小时生产1150～1250片(Ф125以下),而新型设备和模具只需要一人,在8小时工作日内轻松生产1200～1300片。

(2)劳动强度大大降低:操作人员只需将基体安装到上模芯上,将工作台上的粉料用刮板刮入型腔内后按下压制按钮即可进行成型工作;压制完成后由气缸顶下成型后的锯片即完成。原来操作工只能依赖男性员工,现在女性员工也可轻松胜任。目前经过改进,采用安装于上压头内的液压缸自动顶下,效率更高,但是对于超薄片和压坯强度低的锯片,刀头容易破损。

(3)人工成本大幅度降低,原来分配到一片锯片中的2～3个人的压制人工费用降低到一个人的费用。

(4)模具成本降低:原来每片Ф125以下锯片的成型模具成本在0.1元范围内,甚至对外观要求严格的企业因模具过早淘汰成本更高。而采用新型模具后经过中间修复寿命可达到35000～40000次。单片模具成本下降到0.04～0.05元。

综合以上几点,采用新型成型模具的某企业人工和模具成本对比见表1。

表1 新型成型模具与人工模具成本比较Table 1 Comparison of the cost between the new form ing mould and traditionalmould

6 设计模具的要点

除去公差配合上的要求与传统模具相同以外,在设计模具上还需要注意如下的事项:

(1)因为基体的冷却孔穿入定位销,所以基体的冷却孔中心距ФD公差要严格要求,防止因孔距不一致造成基体无法安装。

(2)冷却孔的孔径Фd要每批基体保持一致,防止固定销与冷却孔配合过紧或过松导致的基体在压制过程中与外环无法配合。

(3)冷却孔槽宽H与外环的配合公差要注意不能过紧和过松,以免压制成型时基体损坏和刀头不美观。

7 发展趋势

(1)自动送料:目前已经在半自动成型压机上采用了自动送料的机构,因为在刀头上的金刚石分布不均匀现象还太严重,所以技术还有待改进,相信解决这一问题的时间不会太长。

(2)双工位排列压机:因自动化程度的提高,将两台压机90度排列,可实现一人同时操作两台压机。更能发挥设备和模具的潜能,大幅提高效率和降低成本,达到每人8小时生产Ф105～Ф125分齿片2500～2800片是完全有可能的。

(3)自动安装基体和取出压坯:目前正在研制,一旦开发成功,将完全取代现在的全自动成型机。做到无人看管。

New sem i-automated form ing mould for sintering diamond saw blade

L IHong-cheng
(J ing ri D iam ond Industrial Co.,L td.,Yanjiao,H ebei065201)

TQ 164

A

1673-1433(2010)02-0028-04

2010-03-10

李鸿程(1966-),男,高级工程师,主要从事金刚石工具方面的研发工作。