鈑金類零件智能化生產(chǎn)線中槽型橫斷面零件的切斷模具設(shè)計(jì)分析

何文學(xué)

（湖南科技職業(yè)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410118）

1 前言

鈑金類零件柔性加工的智能化生產(chǎn)線，主要針對(duì)需要進(jìn)行沖孔與成型的形狀復(fù)雜零件。每臺(tái)生產(chǎn)線能加工一類橫切面類似，但沖孔種類、沖孔個(gè)數(shù)與孔距不同的零件。如各類防盜門門框的滾壓成形生產(chǎn)線，各類家具抽屜的導(dǎo)軌滾壓成形生產(chǎn)線，汽車的上門框、汽車天窗與座椅導(dǎo)軌滾壓成形生產(chǎn)線，各種電氣橋架滾壓成形生產(chǎn)線，高速公路防護(hù)欄滾壓成形生產(chǎn)線[1-2]，立體停車庫(kù)各類槽型連接件滾壓成形生產(chǎn)線，圖書館書架、密集架所有零件的滾壓成形生產(chǎn)線等，不勝枚舉。

目前，對(duì)于鈑金類零件柔性加工的智能化生產(chǎn)線，國(guó)際、國(guó)內(nèi)還沒有專門的系統(tǒng)研究[3-5]，市場(chǎng)上也沒有現(xiàn)成的設(shè)備出售，主要由需求企業(yè)自主研究開發(fā)，沒有形成理論體系，研發(fā)全憑企業(yè)自己的經(jīng)驗(yàn)；并且，目前的鈑金類零件生產(chǎn)線還遠(yuǎn)沒有達(dá)到全自動(dòng)、智能化的水平[6-7]，主要表現(xiàn)之一是：鈑金類零件滾壓成形生產(chǎn)線中零件的剪斷由人工控制切割機(jī)來剪斷，切割機(jī)切割時(shí)生產(chǎn)線要停機(jī)，并且對(duì)鈑金零件切口的切割精度也不能完全控制，自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)效率低。

為此，在鈑金零件智能化生產(chǎn)線中，應(yīng)對(duì)滾壓折彎成形的鈑金零件如何進(jìn)行自動(dòng)切斷的問題進(jìn)行研究。這里，我們將針對(duì)滾壓折彎成形的槽型斷面鈑金零件，對(duì)生產(chǎn)的模具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將以前生產(chǎn)線中槽型斷面零件的剪斷由人工控制切割機(jī)剪斷，改為特殊設(shè)計(jì)的模具切斷，并且在切斷時(shí)生產(chǎn)線不停機(jī)，以提高生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度與生產(chǎn)效率。

2 實(shí)例分析

2.1 問題提出

如圖1所示，是一種圖書館密集書架底座的槽型大梁零件圖，在槽型大梁底部均布有四對(duì)直徑為10 mm的圓孔，在槽型大梁較深的折彎面上均布有四個(gè)方孔，大梁零件槽寬120 mm，較高的折彎面高48mm，較低折彎面高25 mm，材料厚度2.5 mm，大梁總長(zhǎng)2584 mm。圖2是該槽型大梁零件的鈑金展開圖，而圖3為槽型大梁零件橫切面的詳細(xì)尺寸圖。

圖1 圖書館密集書架底座的槽型大梁零件圖

圖2 槽型大梁零件的鈑金展開圖

圖3 槽型大梁零件橫切面的詳細(xì)尺寸

這種又長(zhǎng)又窄的槽型薄板零件，如果按傳統(tǒng)的下料—沖孔—折彎工藝來加工，效率是很低的，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，而且加工質(zhì)量很難保證。為了提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種槽型大梁零件的自動(dòng)化生產(chǎn)線，如圖4所示。該生產(chǎn)線主要由被動(dòng)放料架→整平機(jī)→放料感應(yīng)架（缺料時(shí)整平機(jī)放料，料有余時(shí)則停止放料）→液壓沖孔模架（2套）→伺服送料器→伺服送料器感應(yīng)架→進(jìn)料導(dǎo)料→滾壓成型部分→調(diào)直部分→液壓切斷模架→自動(dòng)卸料架，整個(gè)加工過程自動(dòng)完成。

圖4 槽型大梁零件的自動(dòng)化生產(chǎn)線

在這個(gè)槽型大梁零件自動(dòng)化生產(chǎn)線中，原材料是被鋼廠卷成直徑為1.5 m左右的圓鋼餅，其鋼板厚度是2.5 mm，寬度為槽型大梁展開寬度183.5 mm的一卷鋼帶卷材。此卷材料放在被動(dòng)放料架上，由整平機(jī)整平，然后通過伺服送料器向滾壓成型及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)送料，當(dāng)伺服送料器送料一定的距離，由PLC控制的兩副液壓沖孔模架沖孔（一副沖圓孔，一副沖方孔），伺服送料器送出的料帶是沖孔后的料帶，然后由滾壓成型機(jī)構(gòu)滾壓成槽型[8-9]，再通過液壓切斷模架切斷，這就完成了槽型大梁零件的全自動(dòng)加工。在此生產(chǎn)線中，其關(guān)鍵的機(jī)械部件之一是零件滾壓成型后的液壓切斷機(jī)構(gòu)，我們要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

2.2 生產(chǎn)線槽型橫斷面同步切斷模具設(shè)計(jì)分析

在槽型大梁零件自動(dòng)化生產(chǎn)線中，共有三副液壓模具，生產(chǎn)線靠前端兩副模具，在PLC控制的伺服送料器送料一定的距離時(shí)，兩副模具在鋼帶不同的設(shè)定位置沖出兩種不同孔型的孔，這兩種孔是兩個(gè)一組的圓孔、一個(gè)一組的方孔，分別由PLC控制兩副模具，在不同時(shí)間與位置沖孔生成。這兩副液壓油缸驅(qū)動(dòng)的模具工作時(shí)，鋼帶還沒有滾壓折彎成型，因此它們是簡(jiǎn)單的沖孔模具，在此不做分析，而生產(chǎn)線最后端的液壓切斷模具，在滾壓成型后的槽型大梁零件達(dá)到大梁總長(zhǎng)時(shí)對(duì)其切斷。從圖3可知，槽型大梁零件的橫斷面是通過滾壓折彎而成的槽型斷面，這樣槽型大梁零件的切斷就不是簡(jiǎn)單的鋼板裁剪，并且既不許將已加工好的槽型大梁端口斷面形狀破壞，也不允許將后續(xù)槽型大梁的端面形狀破壞，此外還要保證在切斷時(shí)，滾壓成型不停頓。針對(duì)這些問題，我們來研究槽型大梁零件生產(chǎn)線中液壓油缸驅(qū)動(dòng)的槽型橫斷面零件同步切斷模具的設(shè)計(jì)。

2.2.1 切斷模具凹模的設(shè)計(jì)

如圖5所示，是設(shè)計(jì)的槽型大梁零件切斷模具的凹模立體圖。為了便于滾壓成形后的槽型大梁零件被順利切斷，對(duì)于槽型大梁零件的槽型橫斷面，凹模不能像普通的沖孔凹模一樣設(shè)計(jì)，不能簡(jiǎn)單地將被沖壓件放在凹模上方，而必須在凹模內(nèi)部挖一個(gè)形狀與槽型大梁零件橫斷面相對(duì)應(yīng)的槽型缺口。在沖壓的時(shí)候，將槽型大梁零件伸入缺口中，這樣當(dāng)零件被凸模切斷時(shí)，缺口里的槽型大梁零件斷面不會(huì)被沖壓變形。由于切斷時(shí)，既不允許將已加工好的槽型大梁零件端口斷面形狀破壞，也不允許將后續(xù)連續(xù)加工的槽型大梁零件的端面形狀破壞，所以圖5所示的切斷模具的凹模由前后兩塊組成，它們都在內(nèi)部挖一個(gè)形狀與槽型大梁零件橫斷面相對(duì)應(yīng)的槽型缺口，在兩塊凹模板中間墊上兩塊墊板，用四個(gè)螺栓將前后模板與墊板壓緊。墊片厚度比凸模刀塊厚度大0.1mm即可。圖6是槽型大梁零件切斷模具中一塊凹模板的示意圖，圖7是槽型大梁零件切斷模具凹模墊板的示意圖。

圖5 槽型大梁零件切斷模具的凹模

圖6 槽型大梁零件切斷模具凹模板示意

圖7 槽型大梁零件切斷模具凹模墊板示意

當(dāng)模具工作的時(shí)候，凸模刀塊在前后兩塊凹模板與墊板所形成的空間里上下移動(dòng)，將夾在前后兩塊凹模板之間的少部分材料去除，滾壓成型的槽型大梁零件就被剪斷了。后續(xù)滾壓好的槽型大梁繼續(xù)推進(jìn)，模具再在一定的長(zhǎng)度切斷，如此繼續(xù)下去。

2.2.2 切斷模具凸模的設(shè)計(jì)

圖8是設(shè)計(jì)的槽型大梁零件切斷模具的凸模立體圖，它由凸模刀板、凸模板夾板以及凸模墊板組成。槽型大梁零件切斷模具凸模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于凸模刀板的設(shè)計(jì)。立柱切斷模具凸模刀板與普通沖模刀板設(shè)計(jì)是有所不同的，凸模刀口不能設(shè)計(jì)成水平的端部，因?yàn)槲覀儾眉舻牧慵皇瞧桨?，而是一個(gè)槽型斷面，對(duì)水平斷面可以用水平刀口，但對(duì)豎直斷面是不能用水平刀口裁剪的。為此，我們要根據(jù)槽型大梁零件的斷面形狀，將凸模刀板設(shè)計(jì)成如圖9所示的形式，刀口是一個(gè)中間帶尖的叉形結(jié)構(gòu)。如圖10所示，為槽型大梁零件切斷模具的工作過程，其中圖（a）表示凸/凹模脫模狀態(tài)，隨著切斷的進(jìn)行，凸模刀板伸入凹模，圖（b）表示凸模剛開始切斷的狀態(tài)，叉形凸模刀板兩側(cè)的斜刀刃，將槽型大梁零件斷面開口兩側(cè)的豎直折彎部分從上到下剪切，圖（c）表示隨著凸模刀板的繼續(xù)下行，叉形凸模刀板兩側(cè)的斜刀刃，將槽型大梁零件斷面開口兩側(cè)的豎直折彎部分全部剪斷，并且叉形凸模刀板中間的倒三角形尖刀刃將槽型大梁零件斷面水平的底部刺穿，隨著凸模刀板的進(jìn)一步下行，叉形凸模刀板兩側(cè)的斜刀刃以及中間倒三角形的尖刀刃繼續(xù)切割槽型大梁斷面水平的底部，最后連同叉形凸模刀板根部的圓弧刀刃一起，將槽型大梁零件斷面水平的底部全部切割完畢，如圖（d）所示，整個(gè)槽型大梁零件就完全剪斷了。

圖8 槽型大梁零件切斷模具的凸模

圖9 槽型大梁零件切斷模具的凸模刀板示意

圖10 槽型大梁切斷模具的工作過程

由槽型大梁零件切斷模具的工作過程可知，凸模刀板設(shè)計(jì)為叉形結(jié)構(gòu)，在模具工作時(shí)，材料的切斷大部分時(shí)候是由斜刀刃逐步剪切進(jìn)行的，因而可大大減少模具的沖裁力，便于零件的切斷。本模具為有廢料剪斷，每次剪去的廢料寬度等于凸模刀板的厚度，這里是3.5 mm。

2.2.3 液壓切斷模具模架的設(shè)計(jì)

如圖11所示，是設(shè)計(jì)的槽型大梁液壓切斷模具的模架圖，模架采用四柱三板結(jié)構(gòu)，模架底板固定凹模，模架中間可上下活動(dòng)，在中間板下方固定凸模，上方則與液壓油缸活塞相連，因而模架的上板固定液壓油缸。

圖11 槽型大梁液壓切斷模具的模架

此模架可確保模板封閉高度300 mm，油缸最大行程100 mm。液壓系統(tǒng)有卸載保護(hù)功能，液壓模架油缸沖壓強(qiáng)度為25 t。

在自動(dòng)生產(chǎn)線中，設(shè)計(jì)好切斷模具及液壓模架后，為了確保滾壓成型的產(chǎn)品按定長(zhǎng)切斷，如果模架固定不動(dòng)，當(dāng)鋼帶滾壓一定的長(zhǎng)度，伸入切斷模具一個(gè)產(chǎn)品的長(zhǎng)度后，就必須停機(jī)，然后再用切斷模具切斷，這種控制是很難辦到的，生產(chǎn)效率也很低。為了使切斷長(zhǎng)度精確，提高生產(chǎn)效率，我們將在模架底部設(shè)計(jì)兩條直線導(dǎo)軌，每條導(dǎo)軌采用兩個(gè)滑塊與模架相連，模架可以在導(dǎo)軌上移動(dòng)，在模架上安裝一個(gè)插銷結(jié)構(gòu)，定長(zhǎng)由插銷定位，插銷由氣缸帶動(dòng)。當(dāng)鋼帶伺服送料一個(gè)產(chǎn)品的長(zhǎng)度后，會(huì)用前面模具沖一個(gè)定位孔，當(dāng)鋼帶滾壓成型后，向切斷模具輸送一個(gè)產(chǎn)品的長(zhǎng)度，定位銷就會(huì)掉入槽型大梁的定位孔。由于定位結(jié)構(gòu)與模架是固定的，整個(gè)模具就固定在滾壓好的槽型大梁的定位孔位置。生產(chǎn)線繼續(xù)送料滾壓，就會(huì)推動(dòng)切斷模具在導(dǎo)軌上移動(dòng)，而滾壓好的槽型大梁零件與切斷模具沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)就可以由控制器控制油缸，驅(qū)動(dòng)模具進(jìn)行切斷，而且后續(xù)滾壓成型并不停止，切斷與滾壓同步進(jìn)行。切斷后，定位銷由氣缸驅(qū)動(dòng)退回，同時(shí)模架也由氣缸驅(qū)動(dòng)退回，等待下次切斷。

3 結(jié)語(yǔ)

在鈑金零件智能化生產(chǎn)線中，對(duì)于滾壓折彎成型的槽型斷面鈑金零件，在從滾壓生產(chǎn)線上切下時(shí)，其切斷模具不能像切斷平板零件一樣，用簡(jiǎn)單的平口切刀進(jìn)行切斷。我們通過反復(fù)研究設(shè)計(jì)的同步槽型斷面零件切斷模具，很好地解決了一類槽型零件橫斷面的切斷技術(shù)問題，所需的沖裁壓力小，保證了工件切口的質(zhì)量，大大地提高了這類鈑金零件生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度與生產(chǎn)效率，同時(shí)也大大地減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了人力成本。