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小規(guī)格沖模機(jī)械強(qiáng)度的工藝試驗(yàn)與檢測(cè)分析

2014-09-02查看:

小規(guī)格沖頭的沖模（沖頭直徑≤Ф6mm）在壓片過(guò)程中沖頭頸部（沖頭工作長(zhǎng)度段）的機(jī)械強(qiáng)度非常重要，此處...

1問(wèn)題的提出

　　在片劑生產(chǎn)企業(yè)，壓片機(jī)和藥片沖模是將顆粒狀制劑直接壓制成片劑的設(shè)備。而沖模作為壓片工序的主要消耗品，用量非常大，國(guó)內(nèi)年消耗量上百萬(wàn)付。

在壓片過(guò)程中，由于沖頭頸部所承受的主要為軸向交變負(fù)荷和較小的徑向負(fù)荷。在同等條件下，特別是沖頭直徑≤Ф6mm的小規(guī)格沖模比大規(guī)格沖模其沖頭頸部機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較弱，更由于下沖桿沖頭頸部結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，易發(fā)生彎曲或斷裂現(xiàn)象。比如在一臺(tái)雙壓輪式壓片機(jī)上裝35付沖模，若其中有3支下沖桿沖頭頸部發(fā)生彎曲，則產(chǎn)生如下問(wèn)題：

1)下沖桿工作長(zhǎng)度變短，藥粉充填量增多。從而造成壓片機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周所壓制的70片藥片中將有6片片重超差；另外，藥片硬度不夠，形成不合格酥片。

2)沖頭、沖身的同軸度增大超差。從而造成沖頭在中模孔內(nèi)上下摩擦力增大，再加上粉塵的阻塞，盡而使下沖桿在轉(zhuǎn)臺(tái)沖桿孔中上下滑動(dòng)不靈活（塞沖），引起壓片機(jī)整機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，影響壓片速度與產(chǎn)量。

　　當(dāng)沖頭發(fā)生斷裂時(shí)，將對(duì)壓片機(jī)上、下軌導(dǎo)之零件造成損壞，使壓片機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。

　　影響沖頭頸部機(jī)械強(qiáng)度的因素很多，經(jīng)分析篩選主要因素集中在硬度和頸部結(jié)構(gòu)上。為尋找解決如何改善沖頭頸部的機(jī)械強(qiáng)度，防止發(fā)生彎曲或斷裂問(wèn)題的方法，本文重點(diǎn)從沖桿熱處理硬度和沖頭頸部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)兩方面入手，采用工藝試驗(yàn)驗(yàn)證的方法研究分析其硬度值的最佳范圍和沖頭頸部最佳結(jié)構(gòu)。其工藝試驗(yàn)與驗(yàn)證的步驟為: 沖頭頸部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及熱處理硬度的設(shè)定--車(chē)加工--分類(lèi)打編號(hào)--熱處理--硬度檢測(cè)--磨加工--尺寸檢測(cè)--壓片試驗(yàn)--尺寸檢測(cè)（壓片后）--檢測(cè)分析與驗(yàn)證結(jié)論匯總。

2沖桿熱處理硬度和沖頭頸部結(jié)構(gòu)的工藝試驗(yàn)

　　行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB20022-2004《壓片機(jī)藥片沖?！泛蚃B/T20080.1-2006《高速壓片沖模（T系列）尺寸與片形》中規(guī)定沖桿熱處理硬度55HRC～60HRC。對(duì)于沖桿選用的材料不同，沖頭直徑大小不同，熱處理硬度值控制在中上限或中下限的不同，再加上沖頭頸部結(jié)構(gòu)的不同，所對(duì)應(yīng)的沖頭頸部的機(jī)械強(qiáng)度就會(huì)有一定的差異。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定的硬度值范圍55HRC～60HRC是一個(gè)推薦性指標(biāo)。據(jù)我們掌握的情況來(lái)講大規(guī)格的沖模硬度值控制在此范圍內(nèi)，沖頭頸部機(jī)械強(qiáng)度還可以；但小規(guī)格的沖模硬度也控制在此范圍內(nèi)，特別是中下限時(shí)，沖頭頸部機(jī)械強(qiáng)度就較差些，易發(fā)生彎曲現(xiàn)象。

　　目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)沖模生產(chǎn)企業(yè)多采用中溫鹽浴爐加熱--油淬火--井式爐回火工藝進(jìn)行熱處理，其熱處理工藝規(guī)程已屬成熟技術(shù)。如何掌握好其硬度最佳值范圍是關(guān)鍵。本工藝試驗(yàn)驗(yàn)證依沖桿選用的材料為GCr15軸承鋼,典型小規(guī)格ZP型Ф5.5淺下沖桿為例，來(lái)研究分析沖頭頸部機(jī)械強(qiáng)度最佳時(shí)所對(duì)應(yīng)的熱處理硬度值的最佳范圍和沖頭頸部最佳結(jié)構(gòu)。

2.1沖頭頸部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及熱處理硬度的設(shè)定

　　為便于以下各步工藝試驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，首先將沖頭頸部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為四種類(lèi)型，每種沖頭頸部結(jié)構(gòu)的下沖桿各加工9件，共加工36件，并在沖身上打編號(hào)。同時(shí)將設(shè)定的熱處理硬度值范圍分兩個(gè)數(shù)據(jù)段與編號(hào)、數(shù)量相對(duì)應(yīng)。詳見(jiàn)圖1～圖4和表1所示（其中圖1為常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，圖2～圖4為改進(jìn)的結(jié)構(gòu)）。

表1 沖頭頸部結(jié)構(gòu)、編號(hào)、熱處理硬度與數(shù)量對(duì)應(yīng)表

圖1頸部結(jié)構(gòu)

圖2頸部結(jié)構(gòu)

圖3頸部結(jié)構(gòu)

圖4頸部結(jié)構(gòu)

編號(hào)1～4

58～61HRC，4件

編號(hào)10～13

58～61HRC，4件

編號(hào)19～22

58～61HRC，4件

編號(hào)28～31

58～61HRC，4件

編號(hào)5y～9y

61～64HRC，5件

編號(hào)14y～18y

61～64HRC，5件

編號(hào)23y～27y

61～64HRC，5件

編號(hào)32y～36y

61～64HRC，5件

　　表1說(shuō)明：由于我們已有當(dāng)硬度值控制在中下限55～58HRC時(shí)，沖頭頸部易發(fā)生彎曲、無(wú)斷沖現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)。故本次驗(yàn)證就直接將硬度值設(shè)定為中上限58～61HRC和超標(biāo)準(zhǔn)(編號(hào)帶“y”的)61～64HRC兩個(gè)熱處理硬度范圍數(shù)據(jù)段進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.2沖桿熱處理及硬度檢測(cè)

　　按照表1中設(shè)定的兩種熱處理硬度值范圍要求分別制訂相應(yīng)的熱處理工藝規(guī)程進(jìn)行熱處理。用洛氏硬度計(jì)分別在沖身、沖頭部位各檢測(cè)三點(diǎn)，并記錄硬度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 沖身、沖頭硬度（HRC）實(shí)測(cè)值對(duì)照表

沖桿編號(hào)	沖身硬度	沖頭硬度	硬度差	對(duì)應(yīng)沖頭頸部結(jié)構(gòu)
1	58/59/58.5	57.5/57/58		見(jiàn)圖1
1	平均:58.5	平均:57.5	1.0
2	59/60/60	58.5/57.5/58.5
2	平均:59.67	平均:58.17	1.5
3	59.5/60.5/60	58/59/59
3	平均:60	平均:58.67	1.33
4	59.5/58.5/59	58.5/58/58
4	平均:59	平均:58.17	0.83
5y	62/63/62.5	61.5/61.5/61
5y	平均:62.5	平均:61.33	1.17
6y	62.5/63/63	62/61/61.5
6y	平均:62.83	平均:61.5	1.33
7y	62.5/61/62.5	61/62/61
7y	平均:62	平均:61.33	0.67
8y	62.5/62/62.5	61.5/61/62
8y	平均:62.33	平均:61.5	0.83
9y	63/64/63.5	62/62.5/63
9y	平均:63.33	平均:62.5	0.83
10	59/59.5/60.5	57/57.5/58		見(jiàn)圖2
10	平均:59.67	平均:57.5	2.17
11	59/59/60	58/58.5/58.5
11	平均:59.33	平均:58.33	1.0
12	58.5/59.5/59.5	56/57.5/57.5
12	平均:59.17	平均:57	2.17
13	58.5/59/59.5	58/58.5/58.5
13	平均:59	平均:58.17	0.83
14y	62.5/62.5/62	61/61.5/61
14y	平均:62.33	平均:61.17	1.16
15y	63/62.8/63	61.5/61.5/62
15y	平均:62.93	平均:61.67	1.26
16y	61/62.5/62.5	60/61.5/61
16y	平均:62	平均:60.83	1.17
17y	62/62/63	61/60.5/61.5
17y	平均:62.33	平均:61	1.33
18y	62.5/61.5/63	60/61.5/62.5
18y	平均:62.33	平均:61.33	1.0
19	59.5/60/59.5	58/58/57.5		見(jiàn)圖3
19	平均:59.67	平均:57.83	1.84
20	59.5/59.5/59.5	58/58.5/57.5
20	平均:59.5	平均:58	1.5
21	60/60/58.5	57.5/58/58.5
21	平均:59.5	平均:58	1.5
22	59.5/59/59	57/57.5/56
22	平均:59	平均:56.83	2.17
23y	62.5/62.5/62	60.5/61.5/61.5
23y	平均:62.33	平均:61.17	1.16
24y	62/62.5/62.5	61/61.5/61.5
24y	平均:62.33	平均:61.33	1.0
25y	63/63.5/64	62.5/62.5/61.5
25y	平均:63.5	平均:62.17	1.33
26y	61/61.5/60.5	59/58.5/59.5
26y	平均:61	平均:59	2.0
27y	62/61/62.5	59/61/60
27y	平均:62	平均:60	2.0
28	59.5/59.5/59	57/57.5/57.5		見(jiàn)圖4
28	平均:59.33	平均:57.33	2.0
29	59/59/59	57./57/58.5
29	平均:59	平均:57.67	1.33
30	59.5/59/60	59/58.5/58.5
30	平均:59.5	平均:58.67	0.83
31	59.5/60/60	58/57.5/58
31	平均:59.83	平均:57.83	2.0
32y	61/61.5/61	58.5/59.5/59
32y	平均:61.17	平均:59	2.17
33y	61.5/62/62	61/61.5/59
33y	平均:61.83	平均:60.5	1.33
34y	62/62.5/62.5	61/61.5/62
34y	平均:62.33	平均:61.5	0.83
35y	64/63.5/63	62.5/62.5/62.5
35y	平均:63.5	平均:62.5	1.0
36y	63/63.5/63	62/62.5/61.5
36y	平均:63.17	平均:62	1.17

　　從表2中可以看出,沖頭部比沖身部硬度值低,平均低1.35HRC。為什么同一根乃至同一批沖桿熱處理后會(huì)出現(xiàn)沖頭部硬度比沖身部硬度低的現(xiàn)象呢？經(jīng)分析研究，其原因是由于沖頭直徑比沖身直徑小，當(dāng)沖桿在鹽浴爐中加熱到可以出爐時(shí)，從出爐至進(jìn)入油池淬火前的時(shí)間段沖頭部位比沖身部位溫度降得快，在進(jìn)入油的一剎那溫度稍低，從而形成沖頭硬度比沖身硬度稍低的現(xiàn)象。

2.3磨加工與尺寸檢測(cè)

　　按照沖模圖紙及改進(jìn)的沖頭頸部結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1～圖4）進(jìn)行磨削精加工，并將實(shí)測(cè)的沖頭對(duì)沖身的同軸度、下沖桿總長(zhǎng)公差值記錄在表4中。

2.4壓片試驗(yàn)與壓片后尺寸變化檢測(cè)

2.4.1壓片試驗(yàn)設(shè)備: 聊城萬(wàn)合工業(yè)制造有限公司生產(chǎn)的ZP35D旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)。

2.4.2壓片所用沖模:上述已編號(hào)的下沖桿35支,并配齊上沖桿、中模各35支。

2.4.3壓片狀態(tài): 模擬片劑生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)。

2.4.4為保證試驗(yàn)具有一定的規(guī)律性，不形成偏壓。將編號(hào)1～35的下沖桿（剩余36y號(hào)備用）按兩種硬度間隔裝在轉(zhuǎn)臺(tái)沖桿孔1～35編號(hào)孔內(nèi)。見(jiàn)表3。

表3 轉(zhuǎn)臺(tái)孔編號(hào)與下沖桿編號(hào)對(duì)照表

轉(zhuǎn)臺(tái)孔編號(hào)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
下沖桿編號(hào)	1	5y	2	6y	3	7y	4	8y	9y	10	14 y	11
轉(zhuǎn)臺(tái)孔編號(hào)	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
下沖桿編號(hào)	15 y	12	16 y	13	17 y	18 y	19	23 y	20	24 y	21	25 y
轉(zhuǎn)臺(tái)孔編號(hào)	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35
下沖桿編號(hào)	22	26 y	27 y	28	32 y	29	33 y	30	34 y	31	35 y

2.4.5壓片試驗(yàn)分3次進(jìn)行，試驗(yàn)壓片力逐次增大。第一次轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，時(shí)間45分鐘；第二次轉(zhuǎn)速28轉(zhuǎn)/分，時(shí)間45分鐘；；第三次轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/分，時(shí)間45分鐘。檢測(cè)并記錄每次壓片后的尺寸變化值。壓片后尺寸變化檢測(cè)值見(jiàn)表4。

表4 下沖桿同軸度、總長(zhǎng)變化實(shí)測(cè)值對(duì)照表單位:mm

項(xiàng)目編號(hào)	同軸度（Ф0.02）				總長(zhǎng)公差（0～0.05）
項(xiàng)目編號(hào)	試壓前	試壓后①	試壓后②	試壓后③	試壓前	試壓后①	試壓后②	試壓后③
1	0.01	0.01	0.01	*0.03*	0.05	0.05	0.05	*0.025*
2	0.01	0.01	0.01	*0.015*	0.05	0.05	0.05	*0.0*
3	0.005555	0.005	0.005	*0.04*	0.05	0.05	0.05	*-0.015*
4	0.01	0.01	*0.02*	*0.03*	0.05	0.05	0.05	*-0.01*
5y	0.005	0.005	0.005	*0.015*	0.05	0.05	0.05	*0.01*
6y	0.005	0.005	*0.01*	*0.015*	0.05	0.05	0.05	*0.015*
7y	0.005	0.005	0.005	*0.015*	0.05	0.05	*0.045*	*0.0*
8y	0.01	0.01	0.01	*0.015*	0.055	0.055	*0.05*	*0.0*
9y	0.005	0.005	0.005	*0.02*	0.05	0.05	*0.04*	*0.0*
10	0.005	0.005	0.005	*0.015*	0.05	0.05	*0.04*	*0.025*
11	0.005	0.005	*0.02*	*0.04*	0.05	0.05	*0.04*	*0.02*
12	0.005	*0.02*	*0.035*	*0.035*	0.05	0.05	*0.04*	*0.03*
13	0.005	*0.01*	*0.01*	*0.02* *002*	0.045	0.045	*0.03*	*0.03*
14y	0.005	0.005	0.005	0.005	0.05	0.05	0.05	0.05
15y	0.01	0.01	0.01	0.01	0.045	0.045	0.045	0.045
16y	0.01	0.01	0.01	*0.015*	0.04	0.04	0.04	*0.035*
17y	0.015	0.015	0.015	0.015	0.05	0.05	0.05	0.05
18y	0.005	0.005	0.005	0.005	0.045	0.045	0.045	0.0458
19	0.005	*0.01*	*0.01*	*0.02*	0.04	*0.03*	*0.03*	*0.0*
20	0.005	0.005	*0.01*	*0.02*	0.02	*0.01*	*-0.015*	*-0.025*
21	0.012	*0.015*	*0.015*	*0.04*	0.05	*0.035*	*0.035*	*0.005*
22	0.005	*0.01*	*0.015*	*0.02*	0.04	*0.02*	*0.02*	*0.0*
23y	0.005	0.005	0.005	*0.01*	0.05	0.05	*0.045*	*0.0*
24y	0.01	*0.02*	*0.02*	*0.02*	0.035	*0.015*	*0.02*	*-0.02*
25y	0.01	*0.015*	*0.02*	*0.05*	0.05	*0.03*	*0.04*	*0.01*
26y	0.01	*0.03*	*0.04*	*0.02*	0.05	*0.02*	*0.02*	*-0.01*
27y	0.01	0.01	0.01	0.01	0.03	*0.015*	*0.02*	*-0.005*
28	0.012	*0.025*	*0.03*	*0.03*	0.05	*0.03*	*0.035*	*-0.01*
29	0.01	0.01	*0.012*	*0.03*	0.045	0.045	*0.01*	*0.0*
30	0.01	0.01	*0.015*	*0.02*	0.04	0.04	*0.035*	*0.01*
31	0.012	0.012	*0.025*	*0.04*	0.05	0.05	*0.03*	*0.01*
32y	0.015	0.015	0.015	*0.03*	0.04	0.04	0.04	*0.02*
33y	0.01	0.01	0.01	*0.02*	0.035	*0.03*	*0.03*	*0.03*
34y	0.005	0.005	*0.05*	斷裂	0.045	0.045	*0.01*	斷裂
35y	0.008	*0.01*	*0.06*	斷裂	0.03	*0.02*	*0.01*	斷裂
36y	0.01	未用			0.04	未用

說(shuō)明:表4中的數(shù)字為粗斜體,且下面帶“--”者為壓片試驗(yàn)后尺寸有變化,表示下沖桿已發(fā)生彎曲變形。

3檢測(cè)分析與檢測(cè)結(jié)果匯總

3.1沖桿熱處理硬度值最佳范圍的確定

3.1.1從表2《沖身、沖頭硬度（HRC）實(shí)測(cè)值對(duì)照表》中可以計(jì)算分析出，沖頭部硬度比沖身部硬度值平均低1.35HRC。

3.1.2從表4《下沖桿同軸度、總長(zhǎng)變化實(shí)測(cè)值對(duì)照表》中可以分析出，大部分編號(hào)的下沖桿都已發(fā)生不同程度的彎曲現(xiàn)象（同軸度放大、總長(zhǎng)變短）。其中第34y號(hào)、35y號(hào)下沖桿發(fā)生斷裂現(xiàn)象。只有5支編號(hào)為14y、15y、16y、17y、18y的下沖桿同軸度、總長(zhǎng)尺寸基本沒(méi)有發(fā)生變化，即基本沒(méi)有發(fā)生彎曲變形。這5支下沖桿所對(duì)應(yīng)的平均硬度值為：沖身（62.33+62.93+62+62.33+62.33）÷5=62.38HRC；沖頭（61.17+61.67+60.

83+61+61.33）÷5=61.2HRC。

3.1.3將以上沖身、沖頭平均硬度值進(jìn)行修正處理后，沖桿熱處理硬度值最佳范圍：沖身60～64HRC；沖頭59～63HRC。

3.2沖頭頸部最佳結(jié)構(gòu)的確定

　　從圖1～圖4、表2和表4中同樣可以分析出，只有編號(hào)為14y、15y、16y、17y、18y的5支下沖桿基本沒(méi)有發(fā)生彎曲變形，其所對(duì)應(yīng)的沖頭頸部結(jié)構(gòu)為圖2所示結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)為最佳結(jié)構(gòu)。其余3種結(jié)構(gòu)都有不同程度的彎曲變形或斷裂現(xiàn)象。

4結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)以上工藝試驗(yàn)與檢測(cè)分析，找出了影響小規(guī)格沖模機(jī)械強(qiáng)度的主要因素，檢測(cè)分析后得出了沖桿熱處理硬度值的最佳范圍和沖頭頸部的最佳結(jié)構(gòu)。這無(wú)論是對(duì)模具生產(chǎn)企業(yè)還是模具使用單位，都具有良好的指導(dǎo)意義。聊城萬(wàn)合工業(yè)制造有限公司從事片劑制藥設(shè)備和模具的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)已有四十多年的歷史。自2006年驗(yàn)證結(jié)束至今，按上述驗(yàn)證的硬度最佳值范圍和沖頭頸部的最佳結(jié)構(gòu)所生產(chǎn)的小規(guī)格沖模經(jīng)用戶(hù)使用，沖頭頸部未發(fā)生過(guò)彎曲變形和斷裂現(xiàn)象，效果顯著。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 中華人民共和國(guó)制藥機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《壓片機(jī)藥片沖?！罚琂B20022-2004

作者簡(jiǎn)介：龐玉申（1964-），男，山東聊城人，工程師，研究方向：制藥設(shè)備和藥片模具的設(shè)計(jì)與工藝。

上一條:提高新產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本...下一條:旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)強(qiáng)制加料系統(tǒng)的使用性與常見(jiàn)問(wèn)...

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