CN102974744B - 一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，其特征在于：所述的防屑型脱模结构包括固定基座，固定基座设有斜丝齿模套和模套压盖，斜丝齿模套和模套压盖之间依次设有上支撑平面滚针轴承垫片组、斜丝齿模圈、下支撑平面滚针轴承垫片组、弹簧上支承座、压缩弹簧、弹簧下支承座。本发明的防屑型脱模结构通过压力卸载结构设计转移有害作用力，既保持造币印花生产所需功能，同时完全消除装置本身对斜丝齿模圈脱模旋转所施加的有害摩擦阻力，以确保流通币（尤其是包覆材料）边部斜丝齿的应用，以及与边部斜丝齿组合的其它防伪特征的应用，保证产品表面质量和保持高效率生产，满足流通硬币防伪提升中组合防伪技术应用的需要和趋势。

Description

一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构

技术领域

本发明涉及流通币的技术领域，具体地说是一种避免制作流通币(尤其是包覆材料)边部斜丝齿时由于脱模装置本身局限对斜丝齿的拉伤、并产生丝齿金属屑的防屑型脱模结构。

背景技术

流通币边部斜丝齿作为一种大众防伪技术，不仅增加了一种硬币的防伪特征，而且美化了硬币边部和便于触摸辨认。流通币边部斜丝齿已在国外极个别国家的合金类材料上有应用，如日本的500日元流通硬币上的应用。但现有的边部斜丝齿脱模装置(美国专利：NO.5953950，“Method and apparatus formanufacturing disk products having helical ridges”)由于本身结构局限，该装置在斜丝齿模圈脱模的过程中对产品施加了有害作用力并产生有害摩擦阻力，使得在斜丝齿流通硬币产品制作后的脱模过程中，边部丝齿表面拉伤受损和产生丝齿金属屑。硬币边部斜丝齿表面拉伤受损不仅使包覆材料类硬币的耐腐蚀性下降影响限制了其应用、也降低流通币生产中斜丝齿模圈的使用寿命。而且该丝齿金属屑会粘附在印花模具上，直接影响斜丝齿与其它防伪特征组合的流通币产品生产应用，使应用进一步受到限制，影响到表面浮雕质量和表面隐形、微缩等防伪特征的清晰度和完整性，产生不必要的瑕疵废品和增加大生产上的控制难度，并使连续生产中需要不断停机清洁，降低了生产效率，使得生产应用的产品范围受到限制。

现有边部斜丝齿脱模装置(美国专利：NO.5953950，“Method and apparatusfor manufacturing disk products having helical ridges”)结构以及该装置在模圈脱模的过程中对产品施加的有害作用力分析如下：

图1中：斜丝齿模圈1(内壁型腔有斜丝齿阴文)，下印模3，上下支撑平面滚针轴承24和25，轴承垫片26，压缩弹簧5，固定基座9，硬币产品M。其中压缩弹簧5的作用是使下印模3脱模后回退以及印花过程中起到斜丝齿模套1发生过载时的下移保护。

斜丝齿脱模过程是：硬币产品M在上、下印模和斜丝齿模套形成的内腔中印花完成后，随着下印模3将硬币产品M不断轴向直线上顶运动，通过硬币边部斜丝齿的作用力使斜丝齿模套1被动对应跟随作径向旋转运动，而使硬币斜丝齿产品向上脱离斜丝齿模套1。

该脱模装置本身在斜丝齿模圈脱模的过程中对产品施加的有害作用力并产生有害摩擦阻力，使得在斜丝齿流通硬币产品制作后的脱模过程中，边部丝齿表面拉伤受损和产生丝齿金属屑。

斜丝齿硬币产品在模圈脱模的过程中，斜丝齿模套对斜丝齿产品施加的有害总摩擦阻力为f，其值为f₁与f₂之和，如图2、图3。在图2、图3中，斜丝齿模套脱模旋转时所受到的力为：F₂；N₁；f₁；f₂(斜丝齿模套本身的质量由于较小，忽略不计)。

其中：F₂-压缩弹簧组通过下支撑平面滚针轴承对斜丝齿模套的压力；N₁-上支撑平面滚针轴承对斜丝齿模套的弹力；f₁-斜丝齿模套脱模旋转时，上部所受到的有害摩擦阻力力；f₂-斜丝齿模套脱模旋转时，下部所受到的有害摩擦阻力。

具体计算如下：

平衡力计算：N₁＝F₂(大小相等，方向相反)

有害总摩擦阻力计算：f＝f₁+f₂

摩擦力计算f₁＝μN₁；f₂＝μF₂

弹簧力计算F＝kχ  弹簧刚度k＝Gd⁴/8nD³

有害总摩擦阻力为：

f_总＝f₁+f₂＝μN₁+μF₂＝μ(N₁+F₂)＝μ(βF+βF)

＝2μβF＝2μβkχ＝2μβχ(Gd⁴/8nD³)

(其中：μ-滚针轴承的滚动摩擦系数，β-弹簧数量，χ-弹簧压缩形变量，G-弹簧剪切弹性模数，d-弹簧钢丝直径，n-弹簧有效圈数，D-弹簧中径)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，它可克服现有技术中在斜丝齿模圈脱模的过程中对产品施加了有害作用力并产生有害摩擦阻力，使得在斜丝齿流通硬币产品制作后的脱模过程中，边部丝齿表面拉伤受损和产生丝齿金属屑的一些不足。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，其特征在于：所述的防屑型脱模结构包括固定基座，固定基座设有斜丝齿模套和模套压盖，斜丝齿模套和模套压盖之间依次设有上支撑平面滚针轴承垫片组、斜丝齿模圈、下支撑平面滚针轴承垫片组、弹簧上支承座、压缩弹簧、弹簧下支承座。

使用时本发明的防屑型脱模结构通过压力卸载结构设计转移有害作用力，既保持造币印花生产所需功能，同时完全消除装置本身对斜丝齿模圈脱模旋转所施加的有害摩擦阻力，从而达到：

1、避免斜丝齿流通硬币(尤其是包覆材料)产品制作中斜丝齿表面拉伤受损，保证边部斜丝齿的质量，提高了斜丝齿模圈的使用寿命。特别对保持电镀包覆类材料流通硬币边部应用斜丝齿后的耐腐蚀性能不受拉伤受损影响比较关键。

2、避免应为斜丝齿流通硬币(尤其是包覆材料)产品制作中产生丝齿金属屑并粘附在上印模或下印模表面，而使硬币表面精细浮雕图纹、表面隐形、微缩等防伪特征产品产生瑕疵废品，避免流通硬币大生产中的频繁停机清洁金属屑而降低生产效率，满足斜丝齿与其它防伪特征的组合应用。

3、通过进一步采用镶嵌硬质合金材料斜丝齿模圈，提高斜丝齿模圈型腔的耐磨性能，并通过整体珩磨模圈型腔的斜丝齿内壁，减小斜丝齿内壁表面粗糙度值，以减小与产品之间脱模的摩擦系数，减少正常脱模时丝齿金属屑的产生，保证流通硬币(尤其是包覆材料)边部应用斜丝齿后的耐腐蚀性能避免拉伤受损影响，也进一步提高斜丝齿模圈使用寿命。

4、斜丝齿的防屑型脱模结构还能适用于各种类型流通硬币印花生产设备。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图。

图2为现有技术中斜丝齿模套对斜丝齿产品作用力的结构示意图。

图3为现有技术中斜丝齿模套对斜丝齿产品作用力的又一结构示意图。

图4为本发明一实施例的结构示意图。

图5为本发明一实施例的局部结构示意图。

图6为本发明一实施例的斜丝齿模圈的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明的一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，其与现有技术的区别在于：所述的防屑型脱模结构包括固定基座9，固定基座设有斜丝齿模套1和模套压盖13，斜丝齿模套和模套压盖之间依次设有上支撑平面滚针轴承垫片组4、斜丝齿模圈2、下支撑平面滚针轴承垫片组15、弹簧上支承座7、压缩弹簧5、弹簧下支承座10。固定基座内设有下模座，下模座上方依次安装有模套压盖和下印模。斜丝齿模圈和斜丝齿模套在径向上为间隙配合，斜丝齿模圈的上下端分别通过上、下支撑平面滚针轴承垫片组与斜丝齿模套、弹簧上支承座形成间隙配合，间隙的范围为0.0025mm-0.02mm。弹簧上支承座的一侧设有上下贯通的凹槽，凹槽内设有内定位销，弹簧上支承座与斜丝齿模套之间通过内定位销6形成径向定位；斜丝齿模圈和斜丝齿模套通过螺钉固定连接形成斜丝齿模套组件，斜丝齿模套组件通过外定位销14与固定基座径向连接固定。斜丝齿模圈的模圈内型腔16采用硬质合金材料，模圈外体17采用轴承钢或合金钢材料，模圈内型与模圈外体通过过盈热压镶嵌的方法相连，模圈内型与模圈外体的过盈量为0.10-0.25mm。弹簧上支承座的下方设有过载保护信号拨片，上支撑平面滚针轴承垫片组由上支撑平面滚针轴承和上轴承垫片构成；下支撑平面滚针轴承垫片组由下支撑平面滚针轴承和下轴承垫片构成，上、下支撑平面滚针轴承的内侧均涂覆有润滑脂。

本发明的方案是：

1、通过压力卸载结构设计(即通过弹簧上支承座的法兰边设计，将压缩弹簧组对弹簧上支承座的作用力通过支承座的法兰边有效传递到斜丝齿模套上，而非直接传递到斜丝齿模圈上)转移有害作用力，既保持造币印花大生产所需功能，同时完全消除脱模装置本身对斜丝齿模圈脱模旋转所施加的有害作用力，即所产生的有害摩擦阻力，消除丝齿金属屑产生的原因之一。

2、通过径向定位结构设计，径向限定与斜丝齿模圈(含上下支撑平面滚针轴承与轴承垫片)接触的内外围组件不能径向转动，从而起到斜丝齿模圈脱模旋转时相对运动的稳定性和可靠性。

3、斜丝齿模圈采用钨钴类硬质合金材料(YG15)，充分利用其具有高耐磨性、优良的强度和韧性，同时具有高硬度、热硬性好等优点，以提高斜丝齿模圈耐磨性。避免在斜丝齿印花高速成型过程中不过早出现斜丝齿模圈磨损拉毛而在脱模过程中拉伤产品和产生丝齿金属屑的现象。

模圈采用镶嵌结构：模圈内腔采用钨钴类硬质合金材料，避开钨钴类硬质合金材料高硬度、不能进行切削加工、难以制成形状复杂的整体模圈的缺点，模圈外部采用一般轴承钢或合金钢材料，以节约控制模圈材料成本和便于加工制作。

4、模圈镶嵌制作工艺：镶嵌采用过盈配合，热套压配镶嵌工艺。以Φ25mm斜丝齿产品的镶嵌模圈为例，过盈配合采用基孔制常用配合H7/x6(或H7/y6)，保证具有足够的脱模镶嵌结合力。

5、斜丝齿模圈制作工艺：采用慢走丝精密线切割加工斜丝齿硬质合金模圈，直接在高硬度状态下直接加工成成品，达到高精度尺寸，斜丝齿面最小表面粗糙度Ra的值达到Ra3.2-1.6，特别是使丝齿表面和转折连接部位更光滑平整，没有明显的切削纹路。

斜丝齿模圈采用珩磨工艺：在慢走丝精密线切割加工的基础上，进一步在斜丝齿型腔丝齿的齿形整体表面采用珩磨制作工艺：珩磨制作工艺在研磨机密闭加压腔内，将珩磨抛光颗粒嵌入覆盖整个斜丝齿齿形表面进行研磨，使用240～320目抛光颗粒(对应抛光颗粒范围值为61μm～39.7μm)，使珩磨抛光颗粒完整嵌入覆盖整个斜丝齿齿形表面进行研磨，进一步降低斜丝齿表面粗糙度的Ra值。通过珩磨过程中的抛光颗粒顺沿斜丝齿齿形脱模方向上下往返挤压运动研磨抛光，使得整个斜丝齿齿形表面十分光滑，形状精度提高，斜丝齿齿形表面粗糙度Ra的值达到Ra0.4～0.2并保持整体粗糙度Ra值的均匀性，以降低摩擦系数值。

6、斜丝齿模圈齿形设计为圆弧形：齿形采用大圆弧光滑过渡，最小斜丝齿齿形半径R＝100μm，避免锐角，齿形整体强度好，抗脱模过程中拉丝，以提高产品质量和模具寿命。

最小斜丝齿齿形半径R＝100μm＞抛光颗粒范围＝(61～39.7)μm。

实施例

斜丝齿模套1与模套压盖13通过螺钉连接形成一个组件并与固定基座9之间间隙配合，其内部从上至下依次设有上支撑平面滚针轴承垫片组4、斜丝齿模圈2、下支撑平面滚针轴承垫片组15、弹簧上支承座7、压缩弹簧5、弹簧下支承座10。斜丝齿模圈2、弹簧上支承座7、弹簧下支承座10分别与斜丝齿模套1、模套压盖13的内孔径向之间间隙配合。其中压缩弹簧5的作用是使下印模3脱模后及时回退复原和在印花过程中起到斜丝齿模套1发生过载时的下移保护，过载保护信号拨片8紧贴于弹簧上支承座7的下方，过载时会及时拨动电控开关而停机。斜丝齿模圈2与斜丝齿模套1在径向上为间隙配合，在上、下支撑平面滚针轴承垫片组4、15的支撑下，斜丝齿模圈2在空载和脱模时均可自由灵活转动。斜丝齿模圈2型腔材料为镶嵌硬质合金材料，抗耐磨性能以及综合性能良好，模圈型腔的斜丝齿内壁通过整体珩磨，模圈型腔斜丝齿表面粗糙度值小、精度高、摩擦系数小。下模座11上方依次安装下模盖12和下印模3。斜丝齿模套1和模套压盖13通过螺钉连接形成一个组件，并与固定基座9之间精密间隙配合；固定基座9的尺寸L＝斜丝齿模套法兰端厚度+模套压盖厚度+(0.015～0.03)mm。

脱模过程是：硬币斜丝齿产品M在上、下印模和斜丝齿模套形成的内腔中印花完成后，随着下印模3将硬币产品M不断上顶，通过型腔内硬币边部斜丝齿的作用力使斜丝齿模圈2被动跟随作平面转动，而使硬币斜丝齿产品M向上脱离斜丝齿模圈2。

通过压力卸载结构设计，即通过弹簧上支承座7的法兰边设计，将压缩弹簧组5对弹簧上支承座7的作用力通过支承座7的法兰边有效传递到斜丝齿模套1上，而非直接传递到斜丝齿模圈2上。通过修配调整弹簧上支承座7的相关尺寸(H-h)，使得h＝斜丝齿模圈2的厚度+上、下支撑平面滚针轴承垫片组的厚度+(0.005～0.015)mm，达到斜丝齿模圈2轴向不受到额外作用力，无轴向窜动却可以灵活自由转动。同时，有利于上、下支撑平面滚针轴承垫片组4、15内润滑脂的粘附，改善润滑状态，延长轴承使用寿命。

通过径向定位结构设计，即在弹簧上支承座7边侧制有比内定位销6略大并上下贯通的凹槽，内定位销6的作用是将弹簧上支承座7于斜丝齿模套1上径向定位，使弹簧上支承座7径向限位不可转动而过载时可向下运动。通过外定位销14，将斜丝齿模套1组件与固定基座9径向固定。通过内定位销6、外定位销14的作用，径向限定斜丝齿模套1与模套压盖13通过螺钉连接所形成的组件不能转动，从而起到斜丝齿模圈2脱模旋转时相对运动的稳定性和可靠性。

通过镶嵌硬质合金材料斜丝齿模圈结构设计，即斜丝齿模圈的模圈内型腔采用硬质合金材料，模圈外圈采用轴承钢或合金刚材料，通过过盈热压镶嵌的方法，外圈和内圈的过盈量为0.10-0.15mm。

本发明提供一种新型的工程化制作流通币边部斜丝齿的防屑型脱模结构，与现有技术主要区别及其制作具体数据：

1、通过压力卸载结构，消除装置本身对斜丝齿模圈2脱模旋转所施加的有害作用力所产生的有害摩擦阻力f＝37.93N。

(本实施例：滚针轴承的滚动摩擦系数μ＝0.008，弹簧数量β＝8，弹簧压缩形变量(按直接作用在滚针轴承上的平均值)χ＝16mm，弹簧剪切弹性模数G＝79×10³N/mm²，弹簧钢丝直径d＝1.8mm²，弹簧有效圈数n＝15，弹簧中径D＝7.2mm)

有害摩擦阻力具体计算如下：

f＝f₁+f₂

＝μN₁+μN₂＝μ(N₁+N₂)

＝μ(βF+βF)＝2μβF＝2μβkχ

＝2μβχ(Gd⁴/8nD³)

＝2×0.008×8×16×(79×10³×1.8⁴/8×15×7.2³)

＝37.93N

2、斜丝齿模2在空载和脱模工作状态下能自由旋转，始终保持轴向间隙＝0.01mm。

在压缩弹簧5压紧弹簧上支承座7的状态下，弹簧上支承座7法兰面与斜丝齿模套1台阶面紧密接触状态时，斜丝齿模圈2始终保持轴向间隙＝0.01mm，无论空载和脱模工作状态下都能自由灵活旋转。

斜丝齿模圈2与斜丝齿模套1之间的径向间隙＝0.02mm，h＝斜丝齿模圈的厚度+上、下支撑平面滚针轴承垫片组的厚度+0.01mm。

3、斜丝齿模圈2采用外圈轴承钢与内镶嵌硬质合金材料的结构，整体珩磨斜丝齿内壁型腔的制作工艺。

模圈内斜丝齿型腔采用硬质合金材料YG15，模圈外圈采用轴承钢GGr15，通过过盈热压镶嵌的方法，内型腔和外圈的过盈量为0.16mm。在制作工艺上，使用240～320目抛光颗粒(对应抛光颗粒范围值为61μm～39.7μm)，整体珩磨模圈型腔的斜丝齿内壁2次，达到内壁斜丝齿表面粗糙度Ra0.4～0.2并保持整体粗糙度Ra值的均匀性，以降低摩擦系数值。

4、固定基座9的定位槽尺寸L比斜丝齿模套1的法兰端厚度与模套压盖13厚度之和大0.02mm。

本实施例中：L＝斜丝齿模套1法兰端厚度+模套压盖12厚度+0.02mm，保证工装定位准确和装拆操作的方便性。

5、斜丝齿模圈齿形设计为大圆弧光滑过渡，最小斜丝齿齿形半径R＝100μm，没有锐角，齿形整体强度好，抗脱模过程中拉丝，以提高产品质量和模具寿命。

6、本防屑型脱模装置制作流通币的印花生产效率≥550枚/分钟。

Claims (5)

1.一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，其特征在于：所述的防屑型脱模结构包括固定基座，固定基座设有斜丝齿模套和模套压盖，斜丝齿模套和模套压盖之间依次设有上支撑平面滚针轴承垫片组、斜丝齿模圈、下支撑平面滚针轴承垫片组、弹簧上支承座、压缩弹簧、弹簧下支承座，斜丝齿模圈和斜丝齿模套在径向上为间隙配合，斜丝齿模圈的上下端分别通过上、下支撑平面滚针轴承垫片组与斜丝齿模套、弹簧上支承座形成间隙配合，间隙的范围为0.0025mm-0.02mm，斜丝齿模圈中斜丝齿齿形表面粗糙度Ra的值达到Ra0.4～0.2，斜丝齿模圈齿形设计为圆弧形，齿形采用大圆弧光滑过渡，最小斜丝齿齿形半径R=100μm，斜丝齿模圈的模圈内型腔采用硬质合金材料，模圈外体采用轴承钢或合金钢材料，模圈内型与模圈外体通过过盈热压镶嵌的方法相连，模圈内型与模圈外体的过盈量为0.10-0.25mm。

2.根据权利要求1所述的一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，其特征在于：固定基座内设有下模座，下模座上方依次安装有模套压盖和下印模。

3.根据权利要求1所述的一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，其特征在于：弹簧上支承座的一侧设有上下贯通的凹槽，凹槽内设有内定位销，弹簧上支承座与斜丝齿模套之间通过内定位销形成径向定位；斜丝齿模圈和斜丝齿模套通过螺钉固定连接形成斜丝齿模套组件，斜丝齿模套组件通过外定位销与固定基座径向连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，其特征在于：弹簧上支承座的下方设有过载保护信号拨片。

5.根据权利要求1所述的一种流通币边部斜丝齿制作的防屑型脱模结构，其特征在于：上支撑平面滚针轴承垫片组由上支撑平面滚针轴承和上轴承垫片构成；下支撑平面滚针轴承垫片组由下支撑平面滚针轴承和下轴承垫片构成，上、下支撑平面滚针轴承的内侧均涂覆有润滑脂。