3DQUICKPRESS在電機芯片多工位級進(jìn)模設(shè)計中的應(yīng)用

文學(xué)紅

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，廣東 佛山528137）

0 引言

芯片是電機的重要部件，一個芯片由幾十至幾百片定子、轉(zhuǎn)子片組成，因此定、轉(zhuǎn)子片的產(chǎn)量非常大。定子、轉(zhuǎn)子片模具設(shè)計成為制約電機生產(chǎn)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。相關(guān)企業(yè)定、轉(zhuǎn)子片的生產(chǎn)主要是通過多工位級進(jìn)模來實現(xiàn)的。隨著多工位級進(jìn)模復(fù)雜程度的提高和三維軟件的發(fā)展，傳統(tǒng)的二維軟件很難滿足級進(jìn)模設(shè)計的需要[1]。

3DQuickPress 是一套完全整合于SolidWorks 的三維級進(jìn)模設(shè)計插件，系統(tǒng)包含零件分析及展開、排樣設(shè)計、模架及凸模設(shè)計等功能[2]。3DQuickPress 為多工位級進(jìn)模的設(shè)計提供了方便、快捷、高效的技術(shù)手段。利用該插件能較智能地解決多工位級進(jìn)模設(shè)計過程中的五金件展開、排樣方案優(yōu)化、工作零部件設(shè)計、模架設(shè)計、工程圖等關(guān)鍵問題。

1 3DQuickPress級進(jìn)模設(shè)計流程

3DQuickPress 的級進(jìn)模設(shè)計流程如圖1 所示：①導(dǎo)入由SolidWorks 或其他軟件創(chuàng)建的五金件三維模型； ②對五金件三維模型進(jìn)行展開操作，設(shè)置其正、反面；③設(shè)置條料參數(shù)，參數(shù)優(yōu)化，進(jìn)行排樣設(shè)計；④選擇凸模結(jié)構(gòu)型式，進(jìn)行凸模設(shè)計；⑤根據(jù)條料的數(shù)據(jù)改變模架大小，進(jìn)行卸料裝置、導(dǎo)料裝置等的設(shè)計；⑥添加孔表、坐標(biāo)標(biāo)注、加工注解、剖視圖等，輸出工程圖。

2 模具設(shè)計

2.1 導(dǎo)入五金件三維模型并展開

某型號串激電機的定、轉(zhuǎn)子沖片工程圖如圖2、3所示，料厚0.5mm，材料為50W470硅鋼片，疊鉚后每件芯片高度30mm，實物如圖4所示。定、轉(zhuǎn)子沖片要求所有表面平滑，毛刺低，疊鉚后形位公差要求高。

根據(jù)提供的定子、轉(zhuǎn)子二維工程圖，由Solid－Works 或其他軟件分別創(chuàng)建其三維模型，并導(dǎo)入到3DQuickpress 中。

應(yīng)用3DQuickpress 的“ 鈑金零件展開”功能分別將兩個零件的三維模型展開。在進(jìn)行沖壓模具設(shè)計時，所有的零件（包括平板零件）都要進(jìn)行展開操作，這一操作過程會決定沖壓件的正、反面。如圖5、6 所示為定子、轉(zhuǎn)子的展開操作，“ 固定面”即箭頭所指的面為五金件的背面。

圖2 定子沖片

圖3 轉(zhuǎn)子沖片

圖4 定、轉(zhuǎn)子芯片實物圖

圖5 定子展開操作

圖6 轉(zhuǎn)子展開操作

2.2 排樣設(shè)計

利用“ 料4 帶設(shè)計模塊”功能，可以進(jìn)行排樣設(shè)計。3DQuickpress 提供直覺式的工具“ 料帶管理員視窗”，通過簡單對話方式即可快速完成排樣方案設(shè)計。3DQuickpress 可以優(yōu)化排樣方式，大大提高材料的利用率。本例中考慮到定子、轉(zhuǎn)子的尺寸關(guān)系，將兩件混合排樣，在系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上設(shè)置條料寬度為73mm，步距為87mm，條料步進(jìn)方向為從右向左，設(shè)置8 個工位。各工位加工順序見表1。材料利用率為52.08%，圖7、8 分別為條料三維圖和實際條料圖。

表1 零件加工順序

圖7 條料三維圖

圖8 實際條料

2.3 凸模設(shè)計

利用“ 沖頭和模具設(shè)計模塊”功能，可以進(jìn)行凸模設(shè)計。進(jìn)行凸模設(shè)計之前，需要先選定模架結(jié)構(gòu)。3DQuickpress 可以直接調(diào)用系統(tǒng)預(yù)制的模架庫，也可以根據(jù)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)定制相應(yīng)的模架庫。凸模的長度和切入條料的深度是由所選擇的模架來決定的。系統(tǒng)有多種凸模型式可供選擇，為方便凸模在固定板中的定位與安裝，圓孔凸模設(shè)計成臺階式固定；異形孔凸模設(shè)計成直通式，螺釘固定[3]，凸模與凸模固定板單邊間隙為0.01mm，設(shè)計結(jié)果如圖9 所示。

2.4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是解決模架及條料的導(dǎo)向、定位、卸料等問題。在3DQuickPress 中模架設(shè)計是通過“ 產(chǎn)生模架”功能來實現(xiàn)的，導(dǎo)料裝置、定位裝置、卸料裝置等的設(shè)計主要是通過“ 模架零部件”功能來實現(xiàn)的。系統(tǒng)提供了多個供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)件庫，用戶也可以自定義標(biāo)準(zhǔn)件庫。

圖9 凸模結(jié)構(gòu)圖

2.4.1 模架設(shè)計

雖然模架結(jié)構(gòu)在凸模設(shè)計時已選定，但可根據(jù)生產(chǎn)需要對模架結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。由于企業(yè)生產(chǎn)時要求模具沖壓速度達(dá)到250～300 次/min，為增加模架剛性，上、下模座均應(yīng)加厚。同時結(jié)合條料的尺寸，對前面選定模架的各模板尺寸進(jìn)行了調(diào)整，表2 為各模板參數(shù)。本模架采用6 根Φ45mm 滾動式導(dǎo)柱、導(dǎo)套。模架設(shè)計如圖10 所示。

表2 模板參數(shù)/mm

圖10 模架

2.4.2 自動疊裝計數(shù)分組機構(gòu)

60 片定子、轉(zhuǎn)子沖片為一組分別進(jìn)行疊鉚，在第3、7 步分別對轉(zhuǎn)子、定子沖制V 形疊鉚孔，第4、8步分別對轉(zhuǎn)子、定子進(jìn)行落料、疊壓，通過V 形過盈連接實現(xiàn)疊鉚。將每一組的第1 片在疊鉚處沖成通孔，該片與上一組最后一片無法疊鉚，以起到分組的作用[4]。

圖11 為自動疊裝計數(shù)分組機構(gòu)原理圖，計數(shù)孔凸模設(shè)計成有滑板的浮動結(jié)構(gòu)，由控制系統(tǒng)控制氣缸帶動滑板動作，在控制箱中設(shè)定所需的片數(shù)，當(dāng)達(dá)到所設(shè)定的片數(shù)時，控制箱會發(fā)出信號，驅(qū)動氣缸運動，將滑板拉出一定的距離[5]，將計數(shù)孔凸模向下頂出，在疊壓點沖通孔（圖11a），當(dāng)不需要沖通孔時，氣缸將滑板推進(jìn)，計數(shù)孔凸模頂端懸空而縮回，在疊壓點沖制V 形疊鉚孔（圖11b）。浮動滑板裝置如圖12 所示。

圖11 自動疊裝計數(shù)分組機構(gòu)原理圖

圖12 浮動滑板裝置

2.4.3 導(dǎo)料、定位裝置

為防止條料吸附在凹模表面影響送料，在下模設(shè)置兼有導(dǎo)料、抬料作用的浮升導(dǎo)料銷[6]。浮升導(dǎo)料銷凹槽與條料取單邊間隙0.05mm，以利于條料的準(zhǔn)確送進(jìn)。浮升導(dǎo)料銷Φ8mm、彈簧、機米螺絲均選用標(biāo)準(zhǔn)件。因第6 個工位以后條料外緣被切斷，條料末端采用導(dǎo)料板進(jìn)行導(dǎo)向。導(dǎo)料裝置如圖13 所示。

圖13 導(dǎo)料裝置

將導(dǎo)正銷安裝在卸料板上對條料送進(jìn)過程進(jìn)行定距，由于沖床高速工作，為避免送料不到位而導(dǎo)致嚴(yán)重后果，在第一個導(dǎo)正孔的位置設(shè)置浮動檢測銷進(jìn)行安全監(jiān)測保護。如果發(fā)生送料不到位時，浮動檢測銷的頭部無法進(jìn)入導(dǎo)正孔而觸發(fā)微動急停開關(guān)，機床立即停止工作，避免了誤沖。定位裝置如圖14所示。

圖14 定位裝置

2.4.4 卸料裝置

采用彈性卸料裝置，卸料板與凸模單邊間隙取0.02mm。卸料墊板與卸料板固定在一起。8 根M12的卸料螺釘穿過上模座，與卸料板連接。彈簧的值可根據(jù)卸料力計算，并選取標(biāo)準(zhǔn)件。卸料裝置如圖15所示。

圖15 卸料裝置

最后完成的整體模具設(shè)計如圖16 所示。

圖16 模具三維裝配總圖

2.5 輸出二維工程圖

可以直接打開系統(tǒng)產(chǎn)生的工程圖，也可通過“ 查看調(diào)色板”功能，手動創(chuàng)建新的工程圖。系統(tǒng)提供了6 個基本視圖，將所需視圖直接拖入工程圖區(qū)域即可。3DQuickPress 專門針對沖壓模具的圖樣特性，在孔表、坐標(biāo)標(biāo)注、加工注解和剖視圖等方面，均有提高效率的作用。

3 結(jié)束語

企業(yè)年生產(chǎn)該型號串激電機20 多萬件，沖壓產(chǎn)品批量大、精度要求高。綜合考慮企業(yè)需求后，采用兩件混合排樣，6 根滾動式導(dǎo)柱模架，定、轉(zhuǎn)子沖片自動疊裝分組，浮升導(dǎo)料銷配合導(dǎo)料板確保條料送進(jìn)方向，導(dǎo)正銷配合浮動檢測銷進(jìn)行精確定位，彈性卸料等。該模具既保證了工件尺寸精度和形位精度要求，又提高了材料利用率和生產(chǎn)效率。

采用基于Solidworks 平臺的3DQuickPress 進(jìn)行3D 級進(jìn)模設(shè)計，能有效避免在2D 作業(yè)中所無法預(yù)知的錯誤。該軟件支持級進(jìn)模設(shè)計的全過程，從導(dǎo)入五金件模型、產(chǎn)品模型分析展開、方案優(yōu)化及排樣設(shè)計、凸模設(shè)計、模架及標(biāo)準(zhǔn)零部件設(shè)計和模具裝配圖等。與傳統(tǒng)的設(shè)計相比，該方法縮短了模具研發(fā)周期，提高了模具設(shè)計質(zhì)量，模具投入生產(chǎn)運行后使用狀況良好，滿足了企業(yè)要求。

[1]王 巍，劉 春，馬 田.基于TopSolid 的固定片多工位級進(jìn)模設(shè)計[J].熱加工工藝，2014，43（13）：99-102.

[2]郭春云，祝 恒，李 鋒.3DQuickPress 結(jié)合SolidWorks 的五金連續(xù)沖壓模具設(shè)計[J].CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2011，（8）：51-53.

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[6]李玉豐.三維可調(diào)絞鏈聯(lián)接板連續(xù)沖壓工藝及模具設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，49（4）：72-73.