冲裁模具设计（共9篇）
冲裁模具设计 篇1
1 概述
连接片制件如图1所示,材料08F钢板,料厚0.5±0.05mm,生产批量80万件/年,属大批量生产。技术要求:毛刺小于0.03mm;表面无刮伤、无压印;表面无油污。
2 工艺方案确定及分析
08F钢塑性好,冲压成形工艺性较好。零件是一个L形的弯曲件,同时在正面和侧面都冲有圆孔和腰形孔。经过分析计算,圆形孔和侧面的腰形孔都不在弯曲变形的区域内,所以可以采用先冲孔,再弯曲工艺方案,从而简化了排样方案和模具结构。考虑到生产批量较大,同时各冲压孔与外形之间也没有很高位置精度要求,所以选择采用冲裁、弯曲多工位连续模来生产较为合适[1]。
3 排样方案的设计
3.1 零件的展开
利用UG钣金模块对零件进行造型,如图1所示。图2所示为利用(板料展开)工具对零件进行展开结果示意图。展开尺寸如图3所示。
3.2 毛坯布局
通过毛坯布局功能对零件进行排样。考虑到材料利用率,以及送料、成形的便利,采用了如图4所示的对排布局形式。查阅冲压工艺手册[2],确定合理搭边值,最后优化布局尺寸。料带宽度42mm,步距16mm,材料利用率在53.34%左右。
3.3 废料设计与条料排样
根据图4所示毛坯布局,设计需要冲裁切割的废料如下:(1)导正孔:由于该连接片为弯曲件,考虑导正操作的准确与方便,结合零件的特点,模具将导正孔设计在尴4mm孔中心处,尺寸定位尴2mm,而尴4mm孔等最后冲出。(2)零件上的成形孔:该零件上有两处腰形孔需要冲出。(3)零件外形:除载体以外的外形需要冲出。(4)载体设计:考虑到零件的两边需要弯曲,为了送料方便起见,采用中间载体设计。
利用条料排样工具对以上冲裁工序和弯曲成形工序综合排样,结果见图5所示。条料仿真结果见图6所示[4]。
4 工艺力以及压力中心的确定
(1)冲压力:根据冲裁力的计算公式:F=KpLtτ[1][2]可以将工序1、2、3、5、6、7、9的冲裁力逐一计算出来。再根据弯曲力计算公式:[1][2]将工序8的成形弯曲力计算出来。两者相加即为总的冲压力F冲。
(2)压力中心:根据级进模具压力中心的计算方法,需由每一个冲压单元的中心与冲压力用合力矩定律来求解[1][2]。即:
(3)顶件力、卸料力等辅助力:
F辅=0.4～0.8F冲。
这里,我们采用UG中的辅助设计功能,可以很方便地计算出冲压力和压力中心,计算结果如图7所示。
5模具结构设计
冲压模具在设计过程中,合理安排模具结构也是实现模具设计,保证模具寿命的关键所在。模具在结构方面,既要保证薄料的送进及步距精度,还要保证产品的外观质量。经过分析决定采用滑动导向模架和侧刃初定位、导正销精定位,集冲孔、落料、弯曲多工序于一体的级进模成形。考虑到对弯曲成形的控制,采用向上弯曲,并用浮料销(图8)将工件抬起送料[3][4]。
设计的多工位连续模见图9所示。
1.下模座板2.下模垫板3.凹模4.冲导正销凸模5.卸料板6.上模紧固件7.凸模固定板8.上模垫板9.上模座板10.模柄11.卸料螺钉12.弹性元件13.小导柱14.导套15.螺钉16.弯曲凹模17.导柱导套18.侧刃凸模19.弯曲凸模20.托料钉21.切外形凸模22.冲腰形孔凸模23.导正销24.浮料销
模具结构主要特点:
(1)模具采用对称式四导柱滑动导向模架,上、下模座为铸铁模座经调质处理,平行度误差小于0.02mm,在模板上采用4根12mm小导柱滑动导向,以保证模具导向精度和相对位置。
(2)定距侧刃。由于零件尺寸精度要求高,尺寸又较小,通常采用导正销很难保证冲裁精度,故采用定距侧刃粗定位,导正销精定位,保证步距精度。
(3)浮料销设计。模具因有弯曲工序,所以板料需要用浮料销顶起来往前送料。这里采用两种形式的浮料销:一种带槽的用在切外形工序之前,用在条料的边缘,既做浮料又作为导料使用。第二种用在条料的中间,只起托料作用。
(4)送料方式为手工送料。为避免操作时造成人员的伤残,故建议在机床上安装相应的感应装置,或者在模具上安装相应的保护装置。
(5)模具采用弹压卸料板结构。模具装配完成后,要保证冲裁卸料板先压到板料,然后是弯曲凸模接触板料,最后是冲裁凸模工作。
(6)模具材料及热处理。模具上下模架采用优质铸铁经时效处理,其余板料均采用45钢调质处理,凸模及凹模镶块以及导正销、浮料销均采用Cr12MoV进行淬火回火处理,以提高使用性能。
6 结束语
采用UG软件进行级进模具设计,大大提高了设计效率。尤其在排样设计、工艺力及压力中心的计算上,能做到既简便又直观,且准确率高。采用此方案设计的模具经生产调试,已交付使用,冲裁件的合格率达99%以上,满足设计要求。
参考文献
[1]丁松聚.冷冲模设计[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]王孝培.实用冲压技术手册[M].北京:机械工业出版社,2001.
[3]张寒.34工位IC引线框架级进模设计[J].锻压装备与制造技术,2005,40(4):101-103.
[4]陈永兴,葛正浩.基于Pro/E—PDX的焊片连续模设计[J].锻压装备与制造技术,2009,44(4:)79-82.
冲裁模具设计 篇2
近年来，伴随着制造业的迅速发展，我国的模具工业一直以15%左右的增速快速发展，在世界模具产值中所占比例显著提高。模具制造的首要问题是模具材料。制造模具及其零件的材料有很多，如钢，铸铁，非铁合金及其合金、高温合金、硬质合金、钢结硬质合金、有机高分子材料、无机非金属材料、天然或人造金刚石等。但其中钢是用的最多，应用范围最广的材料。目前我国模具用钢广泛，除了工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多，但常用的只有20余种，而用量最多的是Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、45、40Cr等。
一．模具钢的分类及发展
模具用钢主要分三大类，冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢。
目前我国常用的冷作模具钢仍多是碳素工具钢（T7A、T8A、T10A、T12A）、低合金工具钢CrWMn、高碳高铬钢Cr12、Cr12MoV、高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等传统的典型钢种，不过也引进。研制了多种新的钢种以适应不断提高的要求。
热作模具钢主要用于制造高温状态下进行压力加工的模具，如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦模具等。随锻压机械能力的加大、加工件形状的复杂化，尤其是被加工材料加工难度的增大，如加工钛合金、高合金钢、不锈钢和耐热钢，模具趋向大型化、高性能。对热作模具用钢性能的要求也越来越高，传统的热作模具钢5CrNiMo和5CrMnMo钢由于热强性、热稳定性较低、易龟裂和塌陷，使用寿命短。3Cr2W8V钢由于钨含量高、耐热振性较差、易热疲劳，导致龟裂等缺陷。近年来，一些具有较高的热强性、高的热疲劳性和良好的韧性的新型热作模具钢相继问世。
由于塑料模具的快速发展，目前塑料模具材料已逐渐形成了较独立的体系,但国内塑料成型模具材料尚未形成系列，一般塑料模具常采用正火态的45钢或40Cr钢经调质制造。硬度要求较高的塑料模具采用CrWMn或Cr12MoV等钢制造。近年来，我国新型塑料模具钢的研制取得了一定进展，并引进了一些在国外已通用的钢种，以满足塑料模具钢多方面的性能要求。
二．冲裁模
冲裁模具，是在冷冲压加工中，将金属或非金属加工成零件或半成品的一种特殊工艺装备。是沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。
当被冲裁加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性，故多采用低碳钢表面渗碳淬火。又如，碳素工具钢的主要不足是淬透性差，在冲模零件断面尺寸较大时，淬火后其中心硬度仍然较低，但是，在行程次数很大的压床上工作时，由于它的耐冲击性好反而成为优点。对于固定板、卸料板类零件，不但要有足够的强度，而且要求在工作过程中变形小。另外，还可以采用冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模具零件的性能。对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。
所以在制造冲裁模具的材料应有一定的选择，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。
1.碳素工具钢：在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。
2.低合金工具钢：低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV、6CrNiSiMnMoV等。
3.高碳高铬工具钢：常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1，它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。
4.高碳中铬工具钢：用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。
5.高速钢：高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。
6.基体钢：在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo2V2Si、5Cr4Mo3SiMnVAL等。
7.硬质合金和钢结硬质合金：硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 ~ 73HRC。
8.新材料：冲裁模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13，等。
为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。
间隙对厚板小孔冲裁质量的影响 篇3
冲裁间隙是厚板小孔冲裁（t>4，d/t≤1）过程中影响孔断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗等的重要工艺参数之一。冲裁间隙的大小对光亮带、断裂带、毛刺、翘曲和斜角等都会产生不同的影响。冲裁过程的变形力、最终得到的孔的质量及模具的寿命等都与间隙有很大的关系。间隙过小时，塑性剪切区中的拉应力小，静水压应力大，而压应力大使板料塑性好，裂纹的产生受到抑制，从而使光亮带增大，塌角和翘曲等较小，但所需剪切力和冲裁力也较大，导致凸、凹模刃口应力增大。同时，板料对凸、凹模的侧压力和侧向摩擦力也随间隙减小而增大，导致凸、凹模侧壁磨损加剧。因而适当增加间隙，可减轻不利影响。但当间隙过大时，材料中的拉应力就将增大，模具的刃磨寿命反而降低。本文采用仿真模拟和现场实验相结合的方法，分析了厚板小孔冲裁间隙对冲裁力、孔径和废料等的影响，得到最佳相对冲裁间隙。
二、仿真模拟
模拟参数：材料为LF2，冲孔直径为d=Ф4mm，板料厚度为t=5mm，采用平底凸模，模拟温度为20℃、凸模速度为lOmm/s，摩擦系数为0.12，步距为0.02mm。
1 间隙对冲裁力的影响
凸、凹模相对间隙值分别取2%t、6%t、11%t三种情况，不同间隙条件下的冲裁力 行程曲线如图1所示。由图1可以看出，不同间隙下的冲裁力 行程曲线的变化趋势基本相同。相对间隙不同时，所需的冲裁力不一样。随着间隙的增大，最大冲裁力逐渐减小，且发生断裂时的凸模行程逐渐增大。这是因为当间隙增大时，虽然增大了变形区域，但也增加了其他变形成分，不利于剪切过程的进行，所需冲裁力增大。但同时也使变形区拉应力增大，有利于裂纹的扩展，另一方面又可能使冲裁力减小，关系非常复杂。
因此，在此基础上又取了2%-12%t的相对间隙分别进行模拟，结合图1得到了最大冲裁力与相对间隙之间的关系曲线，如图2所示。
由图2可以看出，刚开始最大冲裁力是随着间隙的增大而逐渐减小的，而且在后一段曲线中，下降的趋势逐渐平缓。但间隙值从9%t开始，最大冲裁力又随着相对间隙的增大而逐渐增加。
2 间隙对废料厚度的影响
在整个冲裁过程中，材料受到三向静水压力作用，且在冲孔的开始阶段，材料被压缩而挤向孔的周围，废料厚度必定小于原材料厚度。通过图3我们发现，最终的废料厚度小于原材料厚度。当相对间隙为2%t时，废料厚度为3.97mm，材料变薄了1.03mm，这说明材料被挤入了凹模孔周围，厚板小孔冲裁具有深孔镦挤特性。从图中我们还可以发现，随着相对间隙的增大，废料厚度逐渐减小，这说明间隙值越大，被挤入凹模孔的材料越多。
3 间隙对光亮带长度的影响
由图4不难发现，与普通冲裁相比，厚板小孔冲裁加工出的孔光亮带所占比例要大的多。当凸、凹模相对间隙约为7%t时，光亮带所占比例最小，约为板厚的61%。当间隙值大于7%t时，光亮带长度随着间隙值的增大而增大。
4 最佳间隙值的确定
取每一种相对间隙下材料发生断裂时的凸模行程，得到图5所示的材料发生断裂时的凸模行程与相对间隙的关系曲线。
由图5可以看出，发生断裂时的凸模行程随着间隙的增大而逐渐增大，而材料发生断裂时的凸模行程即反映了制件的圆角带和光亮带，因此可以反映厚板小孔冲裁制件质量的好坏。从图5可以看出，材料发生断裂时的凸模行程并不是随着相对间隙的增大而成正比增加，而是呈缓慢的趋势上升，由此可见它们的关系也非常复杂。
在设计模具时一般要选择一个合理的间隙，使得到的冲裁件的质量较好、所需的冲裁力较小且模具寿命高。但分别从质量、精度和冲裁力等方面的要求各自确定的合理冲裁间隙值并不相同。由于模具的制造会有偏差，在使用时又会产生磨损，合理冲裁间隙应该在一定的范围内，而不是一个确定的值。这样，合理冲裁间隙的确定就是一项相对复杂又有一定困难的工作。
为了寻找相对间隙对厚板小孔冲裁的影响规律，以便从中找到最小冲裁力下的最佳冲裁间隙，结合图2与图5，运用冲裁功来进行分析。整合以上两个函数关系，结合冲裁力 行程曲线，得出冲裁功与间隙的函数关系曲线（冲裁功即为冲裁力 行程曲线下面所包围的面积）。
从冲裁力 行程曲线可以看出，当相对间隙偏小或偏大时，冲裁功增大许多，而合理的间隙应使冲裁功最小。由于上、下裂纹重合而能保证较好的断面质量。由图6可以看出，在其他条件相同的情况下，当凸、凹模相对间隙取2%t左右时，冲裁功达到最小值，因此可初步确定该条件下的厚板小孔冲裁的最佳相对间隙约为2%t。
三、实验设计
实验材料：LF2。材料规格：t×L×w=4.5×150×150（mm），t×L×w=5×150×150（mm），t×L×w=6×150×150（mm）。实验设备：J23-6.3型开式可倾压力机、游标卡尺和小孔冲裁模一副。
为了节省材料，我们在凹模上制作了9个直径大小相同的孔，使相同间隙值对应不同厚度板料时有不同的相对间隙值（例如当间隙值为0.32mm时，对于4mm的钢板，相对间隙为8%t；而对于6mm的板，相对间隙为5.4%t），这样既节约了材料，又利于模具更换。
在厚板小孔冲裁过程中，凸模所受的力是最恶劣的。在凸模的设计上，鉴于做实验需要频繁更换凸模，凸模采用快换式。凸模通过凸模固定板固定，在更换过程中，凸模固定板不动，只需通过螺钉更换凸模，因此，凸模的固定部分设计成与凸模固定板相配合的统一尺寸，本实验凸模的固定部分尺寸为ФlOmm，凸模直径d=Ф4mm。在实验中，由于凸模细小部分过长，抗弯强度过小，将凸模设计成阶梯状，台阶之间采用弧面圆滑过渡，这样可以避免热处理时应力集中和冲孔时应力急剧变化，有利于提高凸模的寿命。
四、结果与讨论
图7所示为不同材料厚度下的冲孔直径和废料厚度变化曲线。从图中可以看出，冲裁结束后，孔径尺寸变大。板厚t=5mrri时，冲后的孔径为4.14mm，孔径尺寸增大了0.14mm。这主要是因为凸模受到纵向的弹性压缩，同时凸模下端面附近的材料在冲压开始阶段向孔的四周流动，但材料是一整体，下面流动的材料对上面已冲成孔的材料产生附加拉应力，也使孔径增大。冲后废料厚度为4.42mm，材料厚度减少了0.58mm，而且冲出的孔几乎没有毛刺；光亮带所占比例达到整个板料的70%，且废料上有很多条光亮带和断裂带，这些都与有限元模拟分析的结果相符。
图8所示为相对间隙对冲后孔直径和废料厚度的影响。从图中可以看出，在其他条件相同的情况下，随着相对间隙值的增大，冲裁后的孔径直径也相应增大。当相对间隙值约为2%t时，最终冲出的孔无论从光亮带，还垂直度来看，都是最理想的。图9所示为压入2.5mm时的冲孔断面质量情况，图10所示为不同间隙条件下冲出的废料情况。此外，在其它条件相同的情况下，随着相对间隙值的增大，废料厚度随之减小，但减小趋势不明显。
五、结语
（1）对于料厚5mm，冲孔直径为4mm的厚钢板小孔冲裁，通过仿真和实验所得的最佳相对冲裁间隙约为2%t。
冲裁模具设计 篇4
现代机械制造行业中冲压加工占据重要位置,相比其它加工工艺,低工件成本、好的表面质量、高生产率、高精度尺寸、良好互换性是其特点。依托装置在压力机上的模具,冲压加工对模具内板料施加压力,致板料发生塑性变形或被分离,最终得到所需制造产品的形状与尺寸。
1 冲压中的机械运动概论
冲压时,会执行有效分离不同类型的板料与各种坯料的工作,并对上述原料进行变形操作,以构成预想的部件。模具与冲压设备是主要冲压工具,冲压工作原理是借助模具与冲压设备施加压力至板料与坯料上,以致转变板料与坯料形状,最终得到性能、形状与尺寸都达到机械标准的部件。在生产当中,立式冲床是主要使用的设备,而冲压当中,上下运动与互相运动是主要的冲压运动方式。
从机械运动角度来看,它参与整个冲压过程,因为有不同的机械运动形式,也就有不同的冲压。此外,冲压的不同,机械运动形式也就不同,也就有相对较多的数量,这就决定在设计冲压模具时,务必依据不同的机械运动间产生的作用力,有效控制机械运动,以保证冲压模具设计实现有效化与合理化。此外,设计冲压模具当中,要结合实际状况,操作与管理不同类型的机械运动,让产品可以达到实际所需要求。
从冲压运动角度来看,上下运动是主要运用的运动类型。但是,采用运动形式需要根据实际情况来确定。在设计模具的楔结构与转销结构时,不适合运用上下运动方式。所以,需要于模具当中,变上述结构的主运动方式为水平运动方式,于模具内转变运动方式。通常来说,设计模具之时,难免会碰到结构复杂的类型,由于结构设计较为复杂,所以所包括的内容也就很多,所以,需要投入大量的物力与财力,方可确保模具设计的合理性与科学性。尽管设计复杂结构,需要较高成本,但是可以有效规定产品形状与尺寸,以利于生产的部件达到实际要求,就这点来看,这些复杂的结构本身还是有着不少的应用价值。
2 把控冲裁模具的机械运动
冲裁工艺拥有的基本运动就是实现卸料板与板料的最先接触性处理,并实施压实处置于卸料板与板料间。在冲裁运动当中,尤其要注意的就是卸料板运动,冲裁质量的优劣直接受到卸料板运动情况的好坏的制约。所以,需要有效控制卸料板的运动情况,最大程度上确保其优先板料实现接触。接着需要保证压实处理做到位,让冲裁工件切断面的质量得到保证,从而可以较好提高冲裁工件尺寸的精准度,并让工件表面平整度得到保持,以延长模具的使用年限。
在部分区域会有显著突出的冲压件,针对这种情况,如果要保证这些冲压件的质量,就得在相应的凹模上,实施加设压型凸模处置。此外,需要注意的是配备对应的弹簧力,以保证凹模上设定的压型凸模可以最早接触到板料,增加压实力度,让板料得以顺利完成变形工序。再下来,通过虫孔运动处置落料,在这一过程当中,为减少投入的资金,就要参考实际情况,恰当地取消某个模具,以保证局部凸起的冲压件的质量。
部分弯曲冲压件的孔,会有更高的孔位精准度的标准。因此,就这些冲压件来说,要想较好保证它们的孔位精准度,就务必要设计斜楔结构。设计当中,需要注意弯曲度的保证,再实施冲孔处置,从水平方向开始冲孔运动,这样以来,孔位就可以保证在最佳的方位上。
3 优化冲裁模具机械运动设计
在保证冲裁件质量的基础之上,要想处理好模具的问题,就需要于凸凹模卸料板上增加凸出限位块数量,以致待冲裁完成之后,凹模卸料板可以优先从落料凹模中推出冲裁件,然后再由凸凹模卸料板从凸凹模中推出废料,成功分离工件与废料。针对部分冲裁件有局部较大凸起的问题,就需要于落料冲孔模的凹模卸料板上增加压型凸模数量,同时施于充分的弹力,以保障卸料板上压型凸模与板料成功接触后,让板料发生变形,以实现压型目标,再开始落料冲孔运动,从而让工步模具减少一个,以提升效率,减少成本。针对部分同一模具之中会出现多个冲孔凸模的情况,由于冲裁当中,各个凸模都会同时运作,所需冲裁力也就更大,不利于冲裁,甚至没有吨位足够的压力机,可以运用长度不等的凸模(以阶梯方式布置),当冲裁时,可以分时段开展冲孔运动,以显著减少冲裁力。如图1所示。
4 结束语
模具设计质量会直接影响到国家工业化发展水平。实施冲压工艺时,务必遵循机械运动原理,并较好控制相应的机械运动,让冲压件的质量得到提高,以生产出满足实际要求的产品。
摘要：冲压当中必定会有机械运动产生,为确保冲压件质量,让模具充分完成冲压当中所产生的机械动动,设计模具务必要严格掌控好机械运动。本文从冲压中的机械运动概论、把控冲裁模具的机械运动、优化冲裁模具机械运动设计等三个方面进行阐述,以期为控制与设计工作提供可借鉴意见。
关键词：冲裁模具,设计,机械运动,控制,优化设计
参考文献
[1]谢晓丽.冲裁模具设计中机械运动的控制与优化设计[J].科技资讯,2012(16):96.
[2]殷秋菊.试析冲压模具设计中对机械运动的控制和运用[J].科技与企业,2015(15):247.
[3]韩顺连.浅谈冲压模具设计中对机械运动的控制和运用[J].网友世界,2013(Z1):37.
支架板与压板套料冲裁模设计 篇5
所谓套料冲裁, 就是将两种以上材料相同、厚度相同而尺寸大小不同的零件组合在一起, 并将其中的小零件用大件的废料套冲的冲裁工艺[1]。套料冲裁模就是一次同时完成大小冲压组合件的模具。套冲不仅节省材料, 而且可以提高生产效率, 节约成本, 提高经济效益。
2 套料冲裁成因
在冲压生产线中, 有许多零件使用相同牌号、相同厚度的材料。为了提高材料的利用率, 有些尺寸较大零件冲下来的边角废料, 还可以用来冲制其他较小的零件。通常是将大零件冲过的边料收集起来, 然后放到另一副模具上冲制小零件, 不但增加模具数量, 而且由于边角料尺寸较小, 送料时需要将工具放到工作区, 非常不安全。另外收集边角料需要存放器具和堆放场地, 在管理上很不方便, 许多边角料因而得不到充分利用。因此, 在大批、大量生产中, 最好的办法就是采用套料冲裁模进行冲裁, 即将所冲的两种零件进行合理的组合、排列, 设计在同一副模具上, 进行多件冲压。提高了材料利用率, 提高了生产效率。下面以两个尺寸大小不同的支架板和压板零件为例, 介绍套料冲裁模的结构和设计要点。
3 套料冲裁模设计
3.1 支架板与压板冲裁工艺性分析
如图1所示为支架板和压板两种零件, 图1a为压板, 图2b为支架板。两种零件材料都是Q235, 材料厚度3mm。从两个零件的尺寸来看, 支架板在底板的中间有一个矩形孔, 尺寸为80mm×70mm, 而压板外形也为矩形, 尺寸为60mm×25mm。两个零件在长度方向上相差20mm, 单边是10mm, 大于两倍的材料厚度6mm。宽度方向上两个零件相差45mm, 可以并排压板两个零件, 压板与压板之间, 压板与支架板之间, 零件间相距约7mm, 大于两倍的材料厚度6mm的条件。根据冲裁件最小边距的要求, 符合复合模冲裁最小间距的冲裁工艺条件。因而, 压板可以由支架板套冲而成。如图2所示为其排样图, 搭边值取2mm, 送料步距为62mm。
3.2 支架板与压板的冲裁工艺
支架板与压板的冲裁工艺是:将钢板裁剪成条料, 在压力机上切断成块料, 然后在压弯模上压弯成形。将块料放置在冲孔、落料复合模上, 冲支架板底的矩形孔, 同时落两件压板并冲压板上的孔。这样, 压力机在一次行程当中, 同时完成支架板和两件压板的冲裁。
3.3 支架板与压板的冲裁模结构设计
图3为两种零件套冲冲裁模的模具结构。该模具结构采用两组正装、一组倒装式复合模的组合。工件由定位板5定位。上模工作刃口由件7和件15两个零件组成。件7的刃口为压板的冲孔凸模。零件15为凸凹模, 即其外刃口为支架板冲孔凸模, 内刃口为压板的落料凹模。下模部分工作刃口由件3和17构成。件3为凸凹模, 即既是压板的落料凸模, 也是压板的冲孔凹模, 件17为支架板的落料凹模。冲裁时, 支架板的冲孔废料被凸凹模15推入凹模17孔内, 然后由顶件板4向上推出。压板被凸凹模3向上顶进凸凹模15中, 当上模回程时, 由推件板6向下推出。而压板冲孔的废料直接由凸凹模3的凹模洞口漏下。
1.下模座2.下模固定板3.压板落料、冲孔凸凹模4.顶件板5.定位板6.推件板7.冲孔凸模8.冲孔、落料凸凹模9.上模固定板10.垫板11.上模座12.模柄13.打料杆14.上模座15.凸凹模16.导套17.冲孔凹模18.导柱
4 模具使用效果
用该模具制造的产品特点是材料利用率高, 经计算材料利用率高达78%。而如果不用套料进行冲裁, 其材料利用率只有62%左右。在生产率方面, 由于压力机一次冲裁可以得到两个以上的零件, 因此, 套料冲裁模比普通复合模具生产率提高一倍以上。另外, 由于模具数量的减少, 模具成本也有所降低。总体来看, 降低了零件成本, 提高了经济效益。
5 模具设计要点
(1) 由于该冲裁模要同时冲制两种三个零件, 模具结构十分复杂。因此, 在考虑方案时, 要求制件几何形状不要过分复杂, 材料不宜太厚, 通常用于料厚小于3mm[2]的中小冲件。
(2) 由于模具刃口分布密集, 当材料较厚时, 冲裁力较大, 因此, 设计模具的结构时要注意零件的强度和刚度, 要适当增加导柱的尺寸和模板的厚度, 并采取措施减小冲裁力, 如采用斜刃, 或将上模设计成阶梯型凸模。
(3) 模具结构要便于装拆, 便于调整间隙, 便于维修。刃口与刃口间的位置度与同轴度尽可能用台阶定位来保证。
(4) 由于该类模具同时将几只零件或废料推出模具, 因此模具的卸料装置和打料机构必须有足够的强度与刚度, 某些薄弱部位要通过强度计算决定其结构尺寸, 保证定位可靠。
(5) 由于模具结构复杂, 制造困难, 因此要尽可能提高模具的使用寿命。上、下模要选用强度高、韧性好的材料[3], 或者在模具的刃口部位进行表面强化处理。
参考文献
[1]李硕本.冲压工艺学.北京:机械工业出版社, 1982.
[2]王孝培.冲压设计资料 (修订本) .北京:机械工业出版社, 1990.
[3]欧阳桥桢.一种新的薄料冲裁模.锻压装备与制造技术, 1985, 20 (4) :27-28.
冲裁模具设计 篇6
开题报告是指开题者对毕业设计课题的一种文字说明。通过它, 开题者可以把自己对课题的认识理解程度和准备工作情况加以整理、概括, 以便使具体的研究目标、步骤、方法、措施、进度、条件等得到更明确的表达, 也为评审者提供一种较为确切的开题依据。弓形托架冲裁模具设计的完成, 可以为以后在工作中掌握冲压工艺与模具的设计的基本方法和步骤、模具零件的常用加工方法及工艺规程编制、模具装配工艺制定打下基础, 并能自己独立解决在设计冲压模具结构中出现的问题。弓形托架冲裁模具设计的开题报告具体内容如下:
一、本课题的研究目的及意义
1.目的:模具是现在制造业的重要方面, 研究模具的结构、类型、材料变形分析及计算机CAD、CAM、建模仿镇。让自己熟悉冲压模具的设计流程;结合理论知识, 突出专业知识的使用性, 掌握冲压工艺与模具的设计的基本方法和步骤、模具零件的常用加工方法及工艺规程编制、模具装配工艺制定;并能自己独立解决在设计冲压模具结构中出现的问题。
2.意义:冲压模具设计是冲压生产准备工作的基础, 是冲压生产不可少的工艺装备, 是技术密集型产品。冲压设计水平标志着冲压生产工艺的先进性、合理性以及生产成本的经济性, 它在很大程度上反映了生产技术水平。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等, 与冲压模具设计和制造有直接关系。
二、本课题的国内外的研究现状
改革开放以来, 随着国民经济的高速发展, 市场对模具的需求量不断增长。近年来, 模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展, 模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化, 除了国有专业模具厂外, 集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一, 模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志, 并在很大程度上决定企业的生存空间。
三、本课题的研究内容、拟解决的主要问题
1.研究内容:可以保证设计的产品有好的成型工艺。
2.解决问题: (1) 从模具的设计、制造工艺和模具使用方面寻找原因, 防止模具开裂、折断、涨开等。 (2) 冲压过程中, 一旦模具合模不灵活, 甚至卡死, 就必须立即停止生产, 找出卡模原因, 排除故障。否则, 将会扩大故障, 导致模具损坏。 (3) 检查、核对模具的设计, 排除设计和制造的原因。如果超差尺寸和材料厚度有关, 应检测冲压材料的厚度和材质、硬度, 防止尺寸超差。 (4) 冲压制件的表面质量问题, 主要是毛刺过大。造成制件毛刺过大的原因, 首先是模具刃口的磨损, 应重新研磨模具, 确保刃口锋利。其次是凸、凹模的间歇不合理, 间隙过大使侧面大部分为擦光带, 间隙太小会出现二次剪切面。如果材料硬度太高, 则应更换材料或加大间隙。冲裁搭边尺寸过小或切边材料过少时, 材料会被拉入模具间隙内而成为毛边。此时必须加大冲裁的搭边尺寸或切边余量。
四、本课题的研究思路和方法
1.研究和确定模具设计方案。
2.收集整理相关设计资料完成开题报告。
3.工艺计算及有关工艺参数校核。
4.模具设计和根据设计方案和计算机结果运用AutoCAD软件绘图。
5.编写设计计算机说明, 并附带中西文摘要。
6.翻译一篇有关冲压工艺或模具设计、设备等方面的英文资料。
7.整理检查打印设计计算说明书, 整理出图, 答辩准备与答辩。
五、本课题的预期效果
通过毕业设计可以让学生查阅大量的典型模具结构图册, 并能认真分析自己的零件图, 总结多种设计方案, 通过比较选择最佳方案, 确定模具结构, 画出草图。然后将冲压成形加工原理、冲压设备、冲压工艺、冲压设计与冲模设计制造有机融合, 实现重组和优化。系统地掌握冲压工艺与模具设计的基本方法和步骤、模具零件的常用加工方法及工艺规程编制、模具装配工艺制订;独立解决在制订冲压工艺规程、设计冲压工艺规程、设计冲压模具结构、编制模具零件加工工艺规程中出现的问题。并与AutoCAD模具设计软件相结合, 提高了自己机械模具设计能力。
六、本课题研究的进度安排
七、最后是毕业设计指导老师的评价及签字、专家组的签字和系领导的签字
五年制高职学生通过开题报告的书写, 知道自己在以后如何去进行目标研究, 知道设计的步骤、方法、措施、进度、条件等。五年制高职学生通过毕业设计的锻炼, 从而使自己能够更贴近企业, 适应企业, 符合企业的用人要求。
摘要：“项目化团队式”毕业设计模式是针对五年制高职的一种探讨, 通过对实际生活中已经使用的项目, 让学生自己体验产品设计制作的全过程。详细介绍了如何做好单片机的路灯照明控制系统设计与应用设计的开题报告。
关键词：“项目化团队式”,五年制高职,开题报告,弓形托架,冲裁模具
参考文献
[1]马文丽.托架冲压工艺及模具设计.机械工程师, 2010 (7) .
冲裁模具设计 篇7
模具冲裁间隙是指凸、凹模刃口间缝隙的距离, 常用符号c表示, 俗称单面间隙, 而双面间隙用z表示。冲裁间隙值的选取, 主要有理论确定法和经验确定法两种, 在生产实践中以后者为主。在变压器制造中, 我们主要以国家标准《冲裁间隙》 (GB/T16743-1997) 中Ⅱ类 (中等间隙) 为主选取, 单面间隙c=单面间隙比值×t (料厚) 。间隙比值通常是一个范围, 最小值称为最小合理间隙 (cmin) , 最大值称为最大合理间隙 (cmax) , 考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大, 故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙 (cmin) 。另外, 在同样条件下, 非圆形比圆形间隙大, 冲孔间隙比落料大;凹模为斜壁刃口时, 间隙应比直壁刃口小。还有要考虑以往同类型模具的使用情况, 综合以上各种因素, 最后确定比较合理的模具间隙。表一是变压器制造中常用材料和与之对应的单面间隙比值, 以供参考。
如表1所示。
要探讨冲裁间隙合理性, 首先我们来认识一下冲裁件剪切面的特征。冲裁是利用模具使板料产生分离的工序, 因此冲裁过程分为弹性变形, 塑性变形, 断裂、分离三个阶段。整个过程除了剪切变形外, 同时还存在压缩、拉伸、弯曲等多种变形和极大的摩擦力, 使冲裁件剪切面有明显的塌角 (圆角) 、光亮带、断裂带和毛刺四个部分。同时, 在冲裁件上留有翘曲 (塌角高度) f和斜角 (断裂角) β等冲裁件的特征, 如图所示。硅钢片只有0.3mm厚 (毛刺≤0.02mm) , 剪切面特征不明显, 间隙是否合理, 主要用毛刺来验证纸板无光亮带。
1冲裁间隙大小的判别
模具制造完成后, 我们都要冲制一批零件进行试模, 根据冲裁件剪切面的特征就可判断间隙值的大小。光亮带约占板料厚度的25%~40%, 翘曲约占板料厚度的6%~8%, 斜角约7~80, 断裂带的宽度中等, 毛刺最小的, 间隙值较合理。间隙值偏小时, 光亮带增加, 甚至出现第二光亮带, 这时塌角、断裂带、翘曲和斜角等均减小, 但毛刺增加, 此时毛刺容易去除, 模具尚可使用。当间隙值偏大时, 光亮带减小, 断裂带、翘曲和毛刺均增大, 斜角也随着间隙的增大而变得较大。
2冲裁间隙均匀性的判别
(1) 冲裁件剪切面上的光亮带宽度分布不均匀, 且最大处与最小处不对称, 其主要原因是凸、凹模制造过程中就未能保证间隙的均匀。这时, 某些地方光亮带较宽且毛刺薄而尖锐, 可以判断此处间隙偏小。而某些地方光亮带较窄, 塌角和斜角等较大且毛刺较厚, 则可以判断此处间隙偏大。制造时的间隙不均匀性主要是由于凸、凹模的加工精度不够, 加工工艺选择不当所致。在试模时, 若出现这种情况, 首先判断一下是否有可能重新装配, 若有可能的话, 重新调整一下凸、凹模间隙的分配情况, 将间隙偏大处的间隙调小一点, 因为间隙偏大处的修复较困难。对于间隙偏小处, 可用油石修磨, 修凸模较容易, 调整间隙。
(2) 当凸、凹模制造时已较好地保证了冲裁间隙的均匀性, 这时间隙的不均匀性主要是由于模具装配不当所致, 其主要特征是间隙偏大处与间隙偏小处是对称分布的。表现在冲裁件上是某处的光亮带较宽甚至出现第二光亮带, 且毛刺薄而尖锐。而对称位置处的光亮带又较窄, 塌角和斜角较大, 毛刺较厚。装配时的间隙不均匀, 主要是由于操作者的技术水平不高所致, 需重新装配。若在模具的正常使用过程中出现了上述情况, 则有可能是凸、凹模的紧固螺钉松动, 模具的螺钉需经常紧固的。还有一种情况, 同一批次冲裁件的光亮带宽度位置变化不定, 有时某处光亮带大, 但另一个冲裁件上又是其他处光亮带大。这种情况主要是由于导向件的磨损或松动所致一般与模具的使用时间有关, 这时需要更换导向件了。当然, 机床的运动精度较差也会出现这种情况。
冲裁间隙是冷冲模设计和制造中的一个极其重要的工艺参数, 间隙的大小对冲裁件的质量、冲裁力和冲模寿命等都有很大的影响。冲模制造和使用过程中, 冲裁间隙的正确选取与判断, 是模具工作者必掌握的基本技能。这是一项经验性极强的工作, 不仅要有一定的理论功底, 还要有较强的实际工作经验, 即在实际工作中要对出现的问题及时进行记录和总结, 不断积累实践经验。另外不同行业、不同国家的冲裁间隙取值存在一定的差异, 作为模具工作者必须有所了解, 学会灵活应用。
参考文献
冲裁模具设计 篇8
公司6S管理需要所有分厂工具箱统一, 七千多个工具箱, 要求3个月内完成。试制批工具箱外形、锁孔全部手工完成, 效率低, 满足不了大批量工具箱的需求;尤其是对于外形尺寸不一样的抽屉锁孔、左右门板锁孔的加工制造, 工序更是麻烦, 很难按计划完成工具箱的制造任务。传统的设计方案, 需要4套冲模完成该项任务, 模具制造周期长、费用高。经笔者分析研究, 针对不同的定位外形, 设计柔性可换定位挡板, 合理选择冲裁间隙, 一套简易冲裁模就可完成该项任务, 为公司节约了生产成本。实践证明, 该模具结构简单, 生产率高, 能满足大批量生产需要, 冲压的零件互换性好, 对同类产品的加工具有一定的参考价值。
1 冲压工艺分析
公司工具箱锁孔尺寸为104 mm×34 mm, 需要在两种尺寸规格的抽屉上和门板上冲制。材料为Q235, 料厚t=1.5mm。抽屉外形尺寸为380 mm×170 mm和340 mm×140mm;门板外形尺寸为810 mm×390 mm, 有左、右门之分;抽屉锁孔在外形的对称中心, 门板锁孔在左、右门板的边缘偏上位置。要解决的问题难点是:要减少投资, 节约成本;要使模具正常而平稳地工作, 必须使压力中心与模柄的轴线重合 (或偏离不大) 。否则会产生偏心负载荷弯矩, 加快压力机滑块与导轨及模具的磨损, 凸、凹模刃口迅速变钝 (无导向装置的冲裁模特别突出) 。由于零件外形尺寸差异大, 要放在一套模具上冲压, 合理地定位才能保证4种零件锁孔在压力机压力中心冲裁。
2 模具结构设计
模具结构如图1所示, 模具的主体结构由凹模、凸模、模柄、下模板、4组柔性定位板构成。模具特点:冲裁凸模与模柄对中后用螺钉连接成一体, 不需要模夹板就解决凸模的固定难题;这样设计的凸模外形简单, 更换方便, 而且也克服了模夹板与凹模型孔位置误差所引起的凸、凹模间隙不均的弊病, 更重要的是保证了冲裁中心通过模柄与压力机滑块中心的重合度。凹模在下模板中安装固定, 根据定位需要在凹模上设计3组螺栓孔, 用于定位板的安装更换;下模板设计两组螺栓孔, 配合凹模上的定位板4完成左、右门板锁孔的冲制。4组定位板都采用螺钉连接, 更换迅速。
1.模柄2, 8, 15.螺钉3.凸模4, 7, 10.定位板5.凹模6.弯头定位板9, 17.双头螺栓11.带肩螺母12.扁螺母13.下模板14.内六方螺钉16.销钉
模具工作过程:模柄1安装在压力机滑块的孔内, 压力机滑块下行, 模柄带动凸模向下运动, 凸模穿过板料后进入凹模5实现锁孔冲裁加工;压力机滑块上行, 凸模抬起, 卸下工件, 完成一个工作循环。冲压外形尺寸为380 mm×170 mm抽屉锁孔时, 2个定位板7形成的 (1) 尺寸即 (190±0.1) mm× (85±0.1) mm定位冲压;冲压抽屉外形尺寸为340mm×140 mm锁孔时, 更换为弯头定位板6, 用 (2) 即 (170±0.1) mm× (70±0.1) mm定位完成冲压;冲压左右门板锁孔时, 卸掉件6、件7, 安装件4、件10, 保证 (3) 、 (4) 即尺寸 (355±0.1) mm× (34.5±0.1) mm, 完成冲压加工。
3 模具设计特点
1) 该简易冲裁模没有导向机构, 所以要保证凸、凹模刃口尺寸的对称度、均匀的间隙, 否则凸模极易折断, 所以凸模、模柄用螺钉连接为一体, 确保冲裁中心在压力机中心。
2) 要求冲制的锁孔尺寸为104 mm×34 mm, 自由公差。由于冲裁时, 材料的弹性变形不易控制, 冲裁件离开模具时, 内孔会缩小, 这样将落料凹模工作部位尺寸增大0.2~0.3mm保证冲切回弹后零件合格。凹模刃口尺寸设计为104.3H7和34.3H7, 凸模刃口尺寸结合Q235材料性能, 保证单面间隙0.025~0.035mm配制。
3) 模具的整个设计结构开放, 在冲制锁孔尺寸不变的情况下, 多种外形的尺寸规格可以通过调整更换定位板实现。定位板用螺钉连接, 更换方便, 定位尺寸可以通过加垫片等调整方式实现, 模具加工范围可以随时扩展。
4) 模具更换方便, 在合模状态下, 将模柄安装在压力机滑块孔中, 固定下模板在压力机工作台, 这样安装的目的是保证凸、凹模冲裁时的间隙均匀。磨损后的凸模, 拆掉模柄上的螺钉, 再装上新凸模, 整个更换工作冲压操作工就可以自行实现, 无需修模工更换。
4 结语
该模具投入生产后, 通过更换定位板实现了多种外形锁孔的冲压加工, 且效率高, 提前完成了工具箱批产的要求。开放式的结构设计, 拓展了模具加工范围。实践证明:模具结构简单, 制造周期短、成本低, 调整、维修方便, 能满足以外形定位的多种锁孔的冲压加工, 为同类零件的冲压加工提供了新的设计思路。
参考文献
[1]冲模设计手册编写组.冲模设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2000.
[2]王孝培.冲压手册[M].北京:机械工业出版社, 1988.
冲裁模具设计 篇9
压铸(压力铸造)是一种生产效率快、尺寸精度高、适合大规模生产的铸造方式。压铸产品应用行业广泛,机械化程度较高,工艺过程规范,重复的简单动作较多,对铸件精度要求较高。随着CAMCAE软件的模拟与仿真在铸造行业的应用,铸造条件如温度、流速、压力等的要求越来越精确,促使铸造机器人在铸造行业迅速发展。
1.1国际上压铸生产的自动化程度已经达到较高水平
早在1970年,瑞士就已经成批生产一种带自动浇注装置、自动取件机械手和辅助切边装置的全自动400铝合金压铸机,基本实现了无人操作。美国Unimatoin公司生产的专用铸造机器人,其机械手臂的工作半径可达5m,可以操作2台1200t的压铸机。此款机器人除了压铸外,还可以按照程序设定对模具喷涂料、取铸件和检查等,从而实现铸造自动化。国际上比较成熟的压铸机器人,如应用在铸造行业的FANUC铸造专家型系列机器人等,都基本实现了生产能力以及动作精巧度的极大突破。
1.2国内压铸生产自动化与国际的差距
我国的压铸生产始于20世纪40年代中后期。1956年起,我国开始拥有自己设计制造的压铸机;20世纪90年代以后,我国压铸机的发展非常迅速,压铸机的设计水平、技术参数、性能指标、机械结构、制造品质等都有不同程度的提高,有的已经达到或接近国外先进水平。江苏中联铝业有限公司2011年开始导入重力铸造机器人系统,现已有10多组浇铸机器人系统投入生产。另外,力劲科技集团的压铸自动化单元也提供了很好的压铸产品自动化解决方案。总之,我国压铸配套生产线的自动化程度还非常低,与发达国家尚存在较大差距。一些大的压铸企业,自动化生产线往往从国外成套进口;而一些中小型压铸企业,由于资金问题,无力购买昂贵的自动化设备,很多工序依然依靠人工操作,严重影响其工作效率和生产效益。因此,如何吸取国际先进工艺经验、技术方法,开展与其相关的理论和实验研究,使我国的压铸产品生产自动化水平与国际接轨,最终到达国际领先水平,迫在眉睫。
2基于压铸产品水口冲裁自动化生产线的设计
2.1我国中小型压铸企业生产现状———半自动化压铸生产线
目前,我国国内中小型压铸企业还属于半自动化生产,即使用自动化的压铸机进行产品成型,而其产品的取出、运输、切边、分拣仍为人工操作。一般压铸产品生产线流程如图1所示。
此种半自动压铸生产线存在部分问题:第一,生产现场条件恶劣,高温、油雾等严重影响工人健康;第二,随着整个社会人工成本剧增,使企业的生产成本不断上升;第三,因为这种生产配套设备自动化水平不高,产品质量不稳定,生产效率较低,所以企业利润直线下降。因此,这种半自动的压铸产品生产方式已不能满足企业生产需要,企业迫切需要完成压铸生产的全自动化产业升级。
2.2实现压铸产品全自动化———设计压铸产品水口冲裁自动化生产线
根据我国大多数中小型压铸企业的具体情况,设计一套压铸产品水口冲裁自动化生产线。将原来复杂的功能要求分解成不同的动作组合———取出机械手、定位机械手、分拣机械手等,使得整个动作流程清晰,操作周期缩短,降低生产成本。压铸产品水口冲裁自动化生产线如图2所示。
压铸产品水口冲裁自动化生产线的主要优点为:第一,充分体现人本主义,改善压铸产品生产线工人的工作状况,把工人从繁重和危险的工作环境中解放出来;第二,在生产过程中剔除人为的不确定性,提高产品质量的稳定性,提高产品生产效率;第三,实现机器代人,减少用工人数,降低生产成本,提高企业生产利润。压铸产品水口冲裁自动化生产线流程如图3所示。
2.3压铸产品水口冲裁自动化生产线的研究内容和设计分析
压铸产品自动化生产线主要涉及制品取出、定位、运输、冲裁、分拣等各个环节,要求定位精准,运输过程平稳,同时进行有效冷却、冲裁制品外形精准以及制品分拣正确迅速等。
主要研究内容包括:取件机械手的设计制造、仿真与优化的研究;机械手精细动作控制研究;制品取出后,顺利放入下一道工序的二次定位研究。如图4所示。
定位机械手的设计制造、仿真与优化研究,定位方式及精准度的研究,滑块式缓冲运输线的设计制造、仿真与优化研究,运输制品定位方法和冷却方式的研究,如图5所示。
分拣机械手的设计制造、仿真与优化研究,机械手动作精准度的研究和残次品的辨别与分拣研究,如图6所示。
2.4压铸产品水口冲裁自动化生产线的试制
通过和宁波某铸件生产公司合作,开发了一套压铸产品水口冲裁自动化生产线。
(1)压铸机。完成产品的压铸机,由客户自行提供。
(2)取件机械手。本装置完成产品的压铸模内取出工作,并准确移送至下一操作位置。本机械手采用两轴伺服配置,取出主臂可提供制品旋转功能;垂直手臂辅助将产品放置在缓冲线上。
主要技术参数:X轴行程1300mm;Z轴行程400mm;Y轴行程120mm;R轴角度90°;驱动方式为X、Z轴伺服,Y轴(引拔)、R轴(旋转)气动;最大载荷5kg;最小取出时间1.5s;工作气压5~7Bar;耗气量10n L/cycle;电源AC380V,50Hz。
(3)定位机械手。本装置接取取件机械手上的产品,并将其定位于缓冲线上。缓冲线采用滑块式输送,每个滑块对产品都采取仿形定位。机械手将适当位置上的产品放置到冲压模具上。本机械手采用单轴伺服配置。
主要技术参数:Y1轴行程500mm;Z1轴行程120mm;缓冲滑块7Piece;驱动方式为Y1轴伺服,Z1轴(上下)气动,滑块气动;最小放件时间1.0s;工作气压5~7Bar;耗气量15n L/cycle;电源AC380V,50Hz;耗电量0.5k VA。
(4)液压机。本机对产品实行冲裁操作。主要技术参数:冲压行程300mm;容模间距450mm×300mm;模板间距100mm×400mm;驱动方式为液压(快速设计);冲压力3Ton;冲压时间3.0s;吹气气压5~7Bar;耗气量30n L/cycle;系统压力6.3MPa;电机功率7.5k W;电源AC380V,50Hz。
(5)分拣机械手。本装置在液压机冲裁完成后,将产品和水口一并夹取并移出液压机,分别将其放置在相应的物流通道上,完成对产品的分类处理。本机械手采用单轴伺服配置。
主要技术参数:Z2轴行程120mm;驱动方式为Y2轴伺服,Z2轴(上下)气动;最小取件时间1.0s;工作气压5~7Bar;耗气量5n L/cycle;电源AC380V,50Hz;耗电量0.5k VA。
2.5压铸产品水口冲裁自动化生产线试制结果
该压铸产品水口冲裁自动化生产线投产以后,将使每条生产线工人由原来的5人减少为1人,大大降低了用工数量,同时将生产效率提高50%左右,且大大提高了产品质量的稳定性。
3结论
研究应用压铸产品水口冲裁自动化技术,用自动化设备代替人工劳动。具体地,用取出机械手、定位机械手、分拣机械手等模拟人的动作完成制品取出、冲裁、分拣等动作,真正实现压铸生产流程的全自动化,从而提高产品质量的稳定性,缩短生产周期,以达到减少人工、提高压铸产品的生产质量和生产效率的目的,最终提高企业的市场核心竞争力。
参考文献
[1]付宏生.压铸成型工艺与模具[M].北京:化学工业出版社,2008.
[2]郭平.自动化生产线安装与调试[M].北京:中国水利水电出版社,2015.