机械设备中卡环的工艺分析及级进模
【摘要】卡环是机械设备中的重要零部件之一，其主要功能是定位和固定。

本文简单介绍机械设备中的卡环成形工艺和排样设计，并就其模具结构和特点进行简要分析。

【关键词】卡环；模具；工艺；排样设计；特点
卡环作为一种固定零件，在机械设备中有广泛应用，机械设备常用卡环来进行定位、固定、防止脱销和轴向窜动，需求量大，各种规格和型号的卡环产品需求量都较大。

那么，如何提高卡环的工作效率和降低成本则是卡环生产厂家需要解决的问题，下面就简单介绍一下卡环的工艺和级进模。

1.卡环工艺分析及排样设计
1.1 连续模具
先冲导正孔和小孔，然后再落料分步完成，这样生产生产出来的模具使用寿命长，且产品的精度高，基本能满足客户的需求，维修管理也非常简单，但其材料利用率非常低，卡环生产成本高，不利于企业提高经济效益。

1.2 单冲模具
单冲模具然后复合落料一次性完成卡环成形，这种工艺生产出来的差评精度也较高，但模具使用寿命短，维修麻烦，且维修成本较高，材料利用率低。

1.3 锥形卡环成形工艺
如图1所示为锥形卡环，这种卡环的成形工艺具有这样几个特点：1、采用的是平面冲裁再拉深成形工艺，但这个圆周上的缺口尺寸和形状难以得到保证，必须经过多次试模方可确定较为理想的缺口尺寸和形状。

若是卡环拉深成形后再切出缺口，那模具的结构就变得更加复杂了。

2、采用的拉深成形工艺类似于阶梯式拉深成形，而实践经验表明一般需要经过三次拉深才能顺利成形。

3、先拉深，后进料，为了保证零件质量，采用侧冲的进料方法。

图1 锥形卡环
1.4 弯曲成形工艺
如图2所示为卡环零件，其采用10钢材料，厚度为1mm，其完全成形的形状为圆管形，这种卡环的应用多，市场需求大。

弯曲圆管形零件的工艺方法很多，模具的结构也各有不同，下面就简单介绍几种弯曲成形方法。

当弯曲圆管形零件的直径在φ10mm以内时，我们可以采用图3所示的模具结构，第一道工序是将零件压弯成一个U形结构，然后再将U形零件弯成圆形。

这种弯曲方法适用于小管径的弯曲成形。

当弯曲圆管形零件的直径大于φ40mm 时，也就是我们俗称的大管径弯曲成形，可以采用图4所示的模具结构，先将零件弯曲成两个半圆，形成一个简单的波浪形状，然后再用轴形凸模挤压中间部位，最终压成一个圆形。

当管径在φ10-φ40mm之间时，一般采用摆块式弯曲模具，这种模具结构较为复杂，成形也相对较为麻烦。

图2 卡环图3 小管径弯曲成形
图4 大管径弯曲成形
1.5排样设计
卡环排样设计的合理与否不仅会影响到材料的利用率，还会影响到零件的制作质量、模具的使用寿命、模具的生产成本等，所以说，排样设计必须遵循以下几个基本原则：以提高材料利用率为基础，在不改变卡环质量和使用价值的前提下可以适当改变卡环的形状。

尽量简化排样方法，降低劳动强度，减少工作量。

简化模具的结构，尽量延长模具的使用寿命。

总的来说，根据材料利用率高低可将排样方法分成废料、少废料和无废料这三种；根据卡环在条料上的布置形式又可分成直排、斜排、对排、混合排等。

图5所示为一种材料为弹簧钢1/4H，厚度为1.2mm的卡环排样设计图，该排样的料宽为70mm，料厚1.2慢慢，步距为5.2mm。

第一道工序为冲孔和切边，冲的两个孔既是模具中的导正孔，同时也是卡环制品中的孔。

由于排样设计的步距太小，故而第2-15道工序为空步。

第16道工序为落料，接下来的17-21步又是空步，第22步就是将落料下的产品通过汽缸送进、侧推滑块成形，然后再使其从下模座中掉出。

实践证明，这种排样设计的废料率为39.2%，也就是说，材料的利用率高达60.8%，材料利用率大大提高，有效降低了卡环的生产成本，有利于企业增加收益。

图5 排样设计图
图6为锥形卡环的排样设计，该条料宽为42mm，步距为40.5mm，一共设置15道工序，其中：第六、七和十四为空工序。

第一道工序是冲一个φ4mm的导正孔，第二步是冲废料并冲另外一个导正孔，第三步和第四步都是冲裁废料，第五步是第一次拉深，接着有两道空工序，然后就进行第二次拉深，第九步和第十步为冲凸耳，然后就是第三次拉深，接着冲一个φ11mm的孔，侧冲锥形卡环的缺口，接着是一个空工序，最后就是落料。

图6 排样设计
2.模具结构及其特点
不同的卡环成形工艺有不同的模具结构，前文中提到的卡环弯曲工艺中，不同的工艺有不同的模具结构，下面简单介绍一下弯曲工艺中的摆块式弯曲模一次
成形的模具结构及其特点。

图7所示为模具结构，其工作过程为：先将坯料放在定位架上，使其固定住，然后开始压弯。

上模开始下行的过程中，坯料在定位架和凸模的作用下被压成U形，然后上模继续下行，凹模则在凸模的作用下向下摆动，这时，摆块的上半圆形作业面就将U形坯料逐渐完成圆管形。

上模到达下止点时，凹模摆块的上部使得坯料的2个凸耳弯曲成形。

然后，上模再沿着来时的道路上升，顶出器将凹模的摆块推起，而卡环在凸模上，只要推开支架块，就可以将卡环取出来了，弯曲的工序也完成了。

模具工作过程中，卡环进入弯曲成U形阶段时，卡环的左右两侧就会脱离定位架，这时就会很容易出现偏移现象，影响卡环弯曲成形质量。

对此，我们在卡环的中心设计了一个4mm的工艺孔，模具凸模上设置了一个导正销，这样就可以有效规避偏移现象，φ保证冲压工艺的顺利进行，确保卡环质量。

图7 模具结构
注：1.导套，2.模柄，3.上模座，4.凸模支架，5.支撑块，6.轴形凸模，7.导柱，8.定位架，9.凹模摆块，10.凹模支架，11.卸料板螺钉，12.弹簧，13.推板，14.下模座。

（1-6组成上模，7-14组成下模）
前文所提的锥形卡环模具结构如图7所示，该模具具有以下几个特点：第一，卸料板的结构为整体式，固定板上安装有8个φ16mm的小导柱，其与卸料板和凹模配合作业，模架采用滚动导向结构，这样的结构设计是为了避免出现卸料板的倾斜和卸料板与凹模相对位置的变化等现象。

第二，采用H7/k6配合拉深凸模、冲孔凸模和固定板，用螺钉和压板固定。

凹模采用的是镶拼式结构，与固定板进行H7/m6配合。

由于镶拼式凹模的加工精度要求较高，其内外形孔中心的轴度最大误差为0.02mm，这样就可以提高凹模的维修效率，也便于互换。

第三，压力机有一个自动送料装置，条料就是先通过这个自动装置送料，接着就使用定位芯和导正销定位，严格控制条料的步距精度。

同时，该模具上还有一个自动检测装置，上面的传感器和检测销能检测出条料的步距是否发生误差，并将信息反馈给压力机的制动装置，促使其发出报警信号，实现送料的自动保护。

图8 模具结构
3.结束语
本文从卡环的作用说起，分析其成形工艺和排样设计，简单介绍几种排样设计方法和模具结构，提出排样设计的原则。

只有简化模具结构，科学合理的进行排样设计，才能有效提高材料利用率，提高卡环生产效率。

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