種樹機腳輪支架多工位級進模設(shè)計＊

朱明浩，張 輝，韓 果

（鄭州科技學(xué)院機械工程學(xué)院，河南鄭州 450064）

1 引言

多工位級進模具有工位多、細小零部件多、鑲塊多、機構(gòu)多、動作復(fù)雜、精度高、效率高等特點，與傳統(tǒng)的單工序模具或復(fù)合模相比，多工位模具存在著制造成本高、材料利用率較低的弱點[1]。其零部件的設(shè)計，除應(yīng)滿足一般沖壓模具的設(shè)計要求外，還應(yīng)依據(jù)多工位級進模的成形特點和成形要求合理安排沖壓工序[2]。

種樹機腳輪支架如圖1所示，該制件材料為08F，具有較好的可塑性，此外該類型的材料在韌性上相對較好，在特定的條件下，較為容易發(fā)生變形。所以，在加工的時候能夠適用于熱沖、拉伸、彎曲以及冷沖等各種不同類型的加工方式。由于制件為中心對稱，為了提高生產(chǎn)效率，設(shè)計一副可同時完成沖孔、落料和彎曲工序的級進模。

2 制件工藝分析

在沖壓模具中，沖裁加工的工藝主要包含形態(tài)、構(gòu)造、公差、大小等方面。通過圖1的制件圖，可以得出該種樹機腳輪支架制件的在結(jié)構(gòu)尺寸上與常見的制件大小相似，在形態(tài)上呈現(xiàn)U形結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上一共有兩個彎曲位置，在進行成形加工的時候，該部位會十分容易與相鄰端面產(chǎn)生干涉作用，但由于制件精度要求并不高，因此該制件的中間U形彎曲位置的彎曲可以在沖裁后通過一次彎曲工序來完成成形過程，采用這種類型的加工方式，一方面可以較好的避免不同工序的干涉；另一方面也可以確保生產(chǎn)的高效率，同時還能夠使得模具在結(jié)構(gòu)上更加穩(wěn)定。

圖1 種樹機腳輪支架制件圖

3 工藝方案的確定

通過對制件結(jié)構(gòu)工藝分析，可以得出該制件的加工工藝主要包括沖孔、落料、彎曲工藝，因此，本次設(shè)計可選擇的加工方案有以下幾種：

方案一：選用多個不同的加工步驟對該制件進行加工，先通過落料得到該制件的外部結(jié)構(gòu)，隨后通過第二副模具對該制件進行沖孔，最后通過彎曲工序完成制件的彎曲成形，從而得到完整的制件。

方案二：使用兩副模具完成該制件的成形，在設(shè)計中先選用沖孔→落料復(fù)合模完成該制件的沖孔-落料步驟。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計一副彎曲模，對該制件進行彎曲成形，完成制件的加工。

方案三：使用多工位的級進模完成制件的成形加工過程，在排樣方式上選取單列直排方式。

該制件為標(biāo)準(zhǔn)件且大批量生產(chǎn)，通過對各個不同的方案進行分析，可以得出，方案一選用的是多副單工序模，該類型的加工周期相對比較長，加工的時間成本相對較高，因此，不適用于大批量制件的生產(chǎn)。方案二選用的是一副復(fù)合模具加一副彎曲模具的方法，主要劣勢有兩點，一是沖裁到彎曲時工件的轉(zhuǎn)移耗時；二是沖裁后工件的重新定位，受兩者影響大大降低了制件的生產(chǎn)效率，也難以滿足大批量的生產(chǎn)要求。而方案三沖裁和彎曲工序在同一副模具上完成，適合實現(xiàn)自動化大批量生產(chǎn)，雖然初期模具投入成本較高，但總體仍能夠有效降低加工成本。結(jié)合上述分析，最佳方案是多工位級進模的加工方式。

4 排樣設(shè)計

采用CAD軟件進行排樣設(shè)計，步驟如下：

4.1 選定沖壓方向

通過計算機軟件，對本次加工的制件展開之后的各個部位以及結(jié)構(gòu)尺寸進行測定，可以發(fā)現(xiàn)，該制件所存在的毛邊方向在加工的時候會對沖裁和成形方向具有較大的影響，在制件不存在對毛刺方向有要求的時候，對制件的加工就不會產(chǎn)生影響；但是，如果制件在設(shè)計的時候?qū)γ碳胺较蛴幸欢ǖ囊?，那么其在加工沖裁以及成形的方向上一定要確保是相同的。為了該制件在外觀上能夠更加美觀，在加工的時候需要盡可能的將其設(shè)計在內(nèi)表面，這種加工形式不僅能夠提高制件的美觀性能，同時在對制件進行彎曲加工的時候也可以盡可能的降低裂紋出現(xiàn)的概率。此外還要考慮材料的紋理方向，防止彎曲線方向和紋理在同一個方向。

4.2 工序順序設(shè)計

根據(jù)該沖壓模具排樣方式的相關(guān)要求以及結(jié)合該制件的結(jié)構(gòu)和特點，在沖壓模具的初始步驟設(shè)計為沖孔，通過該步驟對材料進行切割，在此基礎(chǔ)上，在適當(dāng)?shù)墓ば蛭恢蒙蠈Σ牧线M行加工操作，隨后把該制件與載體進行分割操作，對本次設(shè)計選取的加工方案的可行性進行分析，此外，在兩個相鄰的加工工位間不能相互產(chǎn)生干擾。此外也不能出現(xiàn)后一工序無法完成條料加工的現(xiàn)象，以及凸模或凹模上沒有符合要求的強度完成該制件的加工。詳細的加工工序如下：沖側(cè)刃→沖導(dǎo)正銷孔→沖孔→落料→彎曲→分離。

4.3 排樣設(shè)計

結(jié)合該制件的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合設(shè)計軟件，對各個工位的工位圖進行設(shè)計，設(shè)計出的工位數(shù)量共計6個，同時每個工位的加工操作步驟詳見圖2所示。

圖2 腳輪支架排樣圖

通過對導(dǎo)正銷的使用，對條料進行導(dǎo)正，用來保證制件加工的品質(zhì)，此外為了防止彎曲回彈對制件加工產(chǎn)生精度誤差，選取相應(yīng)的措施來補償回彈數(shù)值。

4.4 材料利用率的計算

在對材料的利用率進行計算的時候，通常情況下，計算一個步距內(nèi)的材料利用率。

式中 S1——一個步距內(nèi)零件的實際面積

S0——一個步距內(nèi)所需毛坯面積

A——送料步距

B——調(diào)料寬度

結(jié)合該模具的排樣設(shè)計，可以得出該模具的步距A=31.8mm，該制件的條料寬度大小為B=80mm。

采用CAD軟件，對制件的面積進行自動測量，可以得出制件的面積大小為：

將各項參數(shù)代入公式中，可以得出：

因此，通過計算得出其材料利用率為50.64%。

5 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工作過程

模具裝配圖如圖3所示。模具工作過程：通過導(dǎo)料板的作用把該沖壓模具中使用的材料放置到相對應(yīng)的地方，隨著上模向下運動，凸模將其壓入凹模中，完成對導(dǎo)孔的沖壓，并且沿著該材料的條料邊界切除一塊長度和送料進距均相同的料邊，這樣能夠更加方便下一次的沖裁定位工作，然后上模逐步向上運動，這個時候彈性卸料板會卸掉凸模的條料，完成沖裁后，最后由彎曲模完成兩側(cè)直角部位的成形，不斷的重復(fù)加工，一直到?jīng)_壓完成，得到相應(yīng)制件。

圖3 種樹機腳輪支架級進模裝配圖

6 結(jié)束語

本次設(shè)計采用沖壓成形工藝加工種樹機腳輪支架，經(jīng)過多方案比較采用多工位級進模沖壓成形，可以在同一副沖壓模具中實現(xiàn)沖裁和彎曲等多個不同的加工工序，實現(xiàn)了高效率、高精度沖壓生產(chǎn)目標(biāo)，對類似模具的設(shè)計具有一定的參考價值[3～4]。