高速经编机导纱针针坯冲压模具设计

摘 要

　　导纱针是经编机必不可少的辅助用针，其尺寸一致性、冲裁面光洁程度要求都极高。目前，国内生产的织针性能，与格罗茨等公司的产品相比，仍存在一定差距。在针织生产中，仍需大量进口国外织针弥补国产织针性能的不足。国产的导纱针，在针坯制造中大多存在针坯外轮廓冲裁断面撕裂带大，针孔与外圆弧同心度低，针孔内壁光洁度不高等问题，容易引起针织产品出现钩丝、起球等缺陷。国内大量学者和技术人员一直致力于提高导纱针针坯质量，设计冲压模时，大多数工程人员选用板料作为原料。但是，在多工位级进模中，冲裁的外轮廓不可能达到精冲的效果，后处理也只能减少冲裁断面的毛刺，但无法减少撕裂带。因此，通过这种方法冲出的导纱针针坯，其断面质量与国外导纱针针坯相比，还存在一定的差距。

　　本文主要研究了织针产品对导纱针针坯的工艺要求，设计并制造了某型导纱针的多工位级进模。该级进模不仅涉及冲裁，还涉及材料的锻压，因而具有一定的难度。为了实现所冲针坯达到光洁度高、同心度好的工艺要求，与多方技术人员进行多次探讨，设计了多套模具加工方案。通过分析比较几套方案的优缺点，综合保留两套，本文将对其进行详尽阐述。本课题主要做了以下工作：

　　1.了解影响冲裁断面质量的因素，了解目前级进模的研究现状及其优缺点。分析通过如何设计级进模中的零、部件，冲裁出断面质量优良且尺寸稳定性、一致性好的针坯。

　　2.根据导纱针针坯的工艺要求，即针坯外轮廓无锋利边缘、针孔与外圆弧同心度高、针孔内壁光洁度高，选择冲裁材料，设计排样方案。根据导纱针的外形尺寸精度要求，配合所使用的精密冲床，设计整体模具结构。在多套方案中进行对比取舍，将实用工位保留下来，适当增加空位，并将每个工位零件都设计为镶块式。调试时，根据冲裁出的针坯的实际断面质量，使用空工位，弥补设计时考虑的欠缺。

　　3.冲裁材料不选用常规板材，而选用日本铃木 SWP-B 的扁丝进行加工。因为扁丝断面为 1.05×0.44mm 的非标尺寸，经计算比较后，决定使用直径为 0.75mm 的圆丝进行轧制。由于关于 SWP-B 材料的硬度并不能查到确切数值，通过实测，测出其圆丝洛氏硬度为50.5~59HRC，轧制成扁丝后，洛氏硬度为 52.3~60.5HRC，为后续的模具材料选择做参考。

　　4.挑选新型优良模具材料，根据每一个零、部件的功能，选择与之对应的性价比高的原材料。通过查找文献资料，确定材料的热加工工艺方案。

　　5.联系各扁丝加工厂，希望轧制出尺寸公差精度在 0.03mm 的扁丝；联系各模具加工厂，探讨模具方案，不断改进，根据厂家加工设备选择最终加工厂家。目前，模具已制作完成，并进入试冲阶段，对试冲出的导纱针针坯进行综合分析，结果表明导纱针针坯基本符合工艺要求。

　　关键词：导纱针针坯；级进模；排样；模具结构设计及制作

ABSTRACT

　　Guide needle is a kind of essential needle for warp knitting machine. The consistency of the size of the guide needle is very high as well as the smooth degree requirement of the punching surface. At present, there is still a certain gap between the performance of the needles produced by domestic factories and foreign factories like GROZ. To make up for the lack of the performance of knitting needles, knitting enterprises rely on a large number of foreign imports. There are three very important process requirements for guide yarn needle which domestic needles can’t meet, the outer contour of the needle blank must have no burr, pinhole and outer circle concentric degree must be high, the inner wall of the pinhole must be smooth and bright. These elements are used to ensure that no hooking yarn, pilling and other defects will appear during the knitting process. A large number of scholars and technicians have been studying how to improve the quality of yarn guide for a long time. During the design, the board material is used as the raw material. However, in the multi-position progressive die, the outer contour can not achieve the effect of fine blanking. Post-processing can only reduce the outline of the burrs, it does not work for the tear tape. Therefore, hrough this method, the quality of the domestic guide needle has a certain gap compared with the import needle.

　　This paper mainly studied the process requirements of the guide needle of knitting industry.

　　The progressive die is designed and manufactured for a type of the yarn guide needles. The progressive die involves not only punching, but also forging. So, it is quite difficulty to design. To meet the process requirements of the needle, we and the technical staff discussed the design for several times. Several programs were designed. Through the analysis and comparison of the advantages and disadvantages of these plans, they were integrated to retain two sets, this article will elaborate on them. The main work of this thesis is as follows.

　　1. To learn the influencing factors of the blanking section, to understand the current status, advantages and disadvantages of the progressive die. Analyzing how to ensure the good quality of the punching section and good stability and consistency during the punching process by designing components.

　　2. By considering the process requirements of the yarn guide needle, the blanking material is selected and the layout plan is designed. According to the dimensional accuracy requirements of the needle and the precision punch used in punching, the overall mold structure was designed. After comparing multiple sets, the useful work stations were retained, the appropriate space was left, and each station part was designed as insert blocks. When debugging, according to the actual cross-section quality of the needle, using the empty station, to make up the lack of consideration during the designing.

　　3. Different from conventional choice, SWP-B of the flat wire was selected as the blanking material. Because the cross section of the flat wire is 1.05×0.44mm, it needs the round wire with diameter of 0.75mm for rolling after calculation. Due to the exact value of the hardness of the SWP-B material can not be found, we did the experiment to determine its Rockwell hardness, so that we could choose material for the mold. It is 50.9~59HRC and becomes 52.3~60.5HRC after rolling.

　　4. According to the function of each component, we selected the corresponding cost-effective materials in the new high-quality mold materials. And determining the thermal processing of materials program by looking for literature.

　　5. Contacting flat wire processing plants which can roll out flat wire that its size can be precision controlled in 0.03mm. Contacting with mold processing plants, discussing the mold design and improving the scheme, and selecting the final processing factory in accordance with its factory processing equipment. At present, the mold has been finished and in the debugging period, the yarn guide needle blanked by the mold can meet its basic process requirements.

　　KEY WORDS: yarnguideneedles;progressivedie;punching;molddesignandmanufacture

　　针织业，是国民生产中不可或缺的重要产业。机器针织具有工艺流程短、原料适应性强、机器噪音小等众多优点，其产品逐步涉及服用、装饰、产业用多个领域，服用类也从普通单一原料向舒适、保健、卫生等功能性多样原料发展。因此，对于人口基数巨大的我国，针织业的重要性不言而喻[1]。

　　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，是易耗品，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。

　　国外自百余年前，就已出现了织针制造相关的企业。德国的格罗茨·贝克特公司（GROZ BECKERT），是当今首屈一指的织针大公司。该公司历经了 140 余年的发展，已经积累了丰富的制针经验，凭借着先进的工艺制造技术水平以及严谨的研发创新精神，该公司生产出大批量高端、高品质的织针，占领了世界高端市场的绝大部分[2]。

　　加拿大的艾赛特公司（EXELTOR），是历史悠久的织针制造公司之一。该公司的织针选用优质钢材，生产出的针舌轻且薄，针舌内侧通过特殊工艺抛光，能使用在高速运转的纺机中，因其具有较高的耐磨性，生产中纱线不易断损[2]。

　　而我国整体织针制造水平与国外相比，差距较大，生产出的织针不能满足高速、高级织物的要求，处于中低档水平。存在的差距主要表现在以下几个方面：

　　冲裁模具是生产织针针坯的重要工具。历经数十年的发展，我国冲压模具总量跃居世界第三，仅次于日本、美国。同时，我国的织针加工技术、设备也日益提升，逐步向世界先进水平看齐。如今，传统的手工作业逐渐被高速精密的自动化设备取代，运用 SolidWorks 或 CAD/CAM/CAE 软件设计、模拟，能生产出较优质量的模具。但在模具精度、模具寿命、模具复杂程度等方面仍相差甚远，因此高质量的精密冲裁模具仍需进口[4-5]。

　　冲裁模具设计的好坏，可根据冲出的针坯进行判断。冲裁断面存在塌角、光亮带、撕裂带、毛刺等断面特征，其中撕裂带和毛刺会影响针坯的尺寸精度[6]，投入生产使用中会导致拉毛，甚至勾断纱线，是严重的冲裁缺陷。导纱针作为各类织针中较小的针型，加工工艺相对复杂，在冲压过程中，冲孔内壁要求高光洁度，尺寸精度也要求较高，若加工不当，易产出废品。因而设计制造出一套有合理的冲裁间隙[7]、模具结构的高精密多工位级进模，冲压锻制出高精度的针坯，对整个纺织业的发展都有重要的现实意义。

　　精密冲裁制件的尺寸稳定性和互换性都很好，精密冲裁模具使用次数高，适用于批量生产，特别适用于异形轮廓制件的加工[8]。国内外生产实践均证明，精冲工艺不仅优质高产、低消耗、绿色环保；同时，在冲压生产过程中，自动化程度高、噪声小、安全性能高。

　　精密冲裁包括：强力压边冲裁、整修、光洁冲裁[9]、对向凹模冲裁、上下往复冲裁等。1923 年，德国人 F·Schiess 通过试验，成功获得精冲工艺的专利技术。20 世纪 50 年代前，精冲技术被秘密用于钟表行业制造小零件，直到 1957 年该技术才被公布于众，随后迅速在全世界传播，并获得快速发展[10]。1960~70 年代逐步应用到办公机械、照相机、缝纫机、计算机和家用电器等领域；1970~80 年代进入汽车、摩托车工业领域，并开始向厚板和立体成型件方向发展[11]；1990 年代，50~60%的精冲件用于汽车工业。目前，精冲技术主要在德国、瑞士、日本等少数发达国家被广泛应用。

　　虽然早在 1965 年我国便对精冲技术开始研究，但该技术在我国的发展仍有不尽如人意之处，如精冲机数量少、精冲技术应用范围窄等[12]。

　　如今，在我国，精冲技术已从最初的手表、照相机工业逐步扩大到机械工业。为了更透彻地理解精冲过程，提升冲裁件的精度和质量，华南理工大学的黄毅宏等人[13]通过观察精冲过程金属晶体的变形情况对精冲机理进行了研究，对精冲件剪切面上的撕裂现象作了解释，并提出将精冲变形区划分为大变形区和小变形区的新观点；香港理工大学的 Lee T C 等人[14]运用大变形理论对精冲过程进行了研究，并指出刚性转动对精冲件剪切面的质量影响很大；北京机电研究所的袁贺强等人[15]提出了往复成形精冲方法；重庆理工大学的邓明等人[16]提出了闭挤式精冲并已成功运用到齿轮等零件的加工中；河南矿山抢险救灾中心的冯清泉等人[17]提出了精密无毛刺塑性冲裁成形技术。此外，Sutasn Thipprakmas 等学者对负间隙冲裁和台阶式凸模冲裁进行了研究，验证了这两种精冲方法能够获得较好的剪切面。

 　　高速经编机导纱针针坯冲压模具装配与调试：

级进模上模结构

级进模下模结构

导纱针针坯及料带

针坯外圆弧

针孔冲裁截面

目录

　　摘 要
　　ABSTRACTV
　　第一章 绪论
　　　　1.1 研究背景及意义
　　　　1.2 模具的研究进程
　　　　　　1.2.1 精密冲裁模具
　　　　　　1.2.2 多工位精密级进模
　　　　1.3 精密冲裁要素
　　　　　　1.3.1 影响冲裁件冲裁质量的因素
　　　　　　1.3.2 多工位级进模中影响冲裁质量的要素
　　　　1.4 课题研究介绍
　　　　　　1.4.1 本课题的研究内容
　　　　　　1.4.2 本课题的研究方法
　　　　　　1.4.3 本课题的难点
　　第二章 多工位级进模设计
　　　　2.1 关键技术介绍
　　　　2.2 冲裁材料介绍
　　　　2.3 冲压设备
　　　　2.4 排样设计
　　　　2.5 模具整体结构设计
　　　　2.6 关键零件
　　　　　　2.6.1 横向定位零件
　　　　　　2.6.2 轴向定位零件
　　　　　　2.6.3 纵向定位零件
　　　　　　2.6.4 制楔形件
　　　　　　2.6.5 凹凸模设计
　　　　　　2.6.6 顶孔零件
　　　　　　2.6.7 压尾印零件
　　　　　　2.6.8 切断零件
　　　　2.7 凸模的强度校核
　　　　　　2.7.1 冲定位孔凸模强度校核
　　　　　　2.7.2 冲孔凸模强度校核
　　　　2.8 本章小结
　　第三章 多工位级进模改进设计
　　　　3.1 可能出现问题的分析
　　　　3.2 排样设计
　　　　3.3 模具整体结构设计
　　　　3.4 关键零件
　　　　　　3.4.1 横向、纵向定位零件
　　　　　　3.4.2 轴向定位零件
　　　　　　3.4.3 成型块件
　　　　　　3.4.4 凸凹模设计
　　　　　　3.4.5 吹气销
　　　　3.5 凸模强度校核
　　　　　　3.5.1 冲孔凸模强度校核
　　　　　　3.5.2 切断凸模强度校核
　　　　3.6 本章小结
　　第四章 模具材料选择及热处理
　　　　4.1 SKD11
　　　　　　4.1.1 材料特点
　　　　　　4.1.2 热处理.
　　　　4.2 DC53
　　　　　　4.2.1 材料特点
　　　　　　4.2.2 热处理
　　　　4.3 SKH51
　　　　　　4.3.1 材料特点
　　　　　　4.3.2 热处理
　　　　4.4 本章小结
　　第五章 级进模模具装配与调试
　　　　5.1 级进模模具装配
　　　　5.2 模具调试
　　　　5.3 本章小结
　　第六章 结论
　　参考文献
　　附录
　　攻读学位期间发表的学术论文
　　致谢

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