機(jī)器人行進(jìn)輪沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)

黎泉+蔣慶華+賈廣攀+徐微

摘 要：通過對(duì)機(jī)器人行進(jìn)輪塑性成形分析，確立其成形條件，設(shè)定了合理的沖壓工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)了專用的沖壓模具，對(duì)類似零件模具設(shè)計(jì)提供一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人行進(jìn)輪；沖壓工藝；模具

前言

某廠生產(chǎn)的機(jī)器人行進(jìn)輪，工件尺寸見圖1所示。材料為30#鋼，采用線切割的方法加工。選用毛胚為150×150的冷軋鋼板，加工一件的工時(shí)約為20分鐘。采用線切割的方法使生產(chǎn)率低下，為提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本，擬改進(jìn)原生產(chǎn)工藝，采用沖壓工藝。

一、模具設(shè)計(jì)的分析與選擇

（一）沖壓工藝分析

沖壓工藝性是指沖裁工藝對(duì)沖壓件的適用性。這里主要對(duì)機(jī)器人行進(jìn)輪金屬材料的選擇、行進(jìn)輪的結(jié)構(gòu)和形狀、行進(jìn)輪的尺寸和精度、行進(jìn)輪斷面粗糙度進(jìn)行分析[1]。

選擇10#鋼作為行進(jìn)輪的金屬材料，10#鋼是一種優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有非常良好的焊接性能、塑性和韌性，主要使用在制作沖壓件、緊固件，如墊片、墊圈等，能夠用做進(jìn)行冷鐓、冷彎等各種加工材料，非常適合用于沖裁加工，而且價(jià)格低廉，購(gòu)買方便。

行進(jìn)輪沒有較高的要求，尺寸精度也沒有較高的要求，查詢沖裁件各種孔徑工差，得知精度使用IT14級(jí)，普通沖裁就能夠滿足條件的要求。

綜合上面的分析：機(jī)器人行進(jìn)輪具有比較好的沖裁工藝性，結(jié)合各方面分析比較，適合采用沖裁加工。

行進(jìn)輪的斷面粗糙度跟材料的厚度、沖裁模間隙、材料塑性、沖模結(jié)構(gòu)等有關(guān)，行進(jìn)輪的厚度為2mm以下的10#鋼板，它的斷面粗糙度Ra一般可達(dá)12.5～3.2um，符合行進(jìn)輪的斷面粗糙度要求。

（二）沖壓工藝方案設(shè)計(jì)

通過對(duì)機(jī)器人行進(jìn)輪進(jìn)行沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定沖裁件的最佳沖裁工藝方案[2]。沖裁出機(jī)器人行進(jìn)輪需要經(jīng)過沖孔、落料兩道工序。加工工藝方案一般分成下面3種：

（1）選用單工序模的方式?jīng)_裁，首先進(jìn)行沖孔，然后落料。

（2）選用級(jí)進(jìn)模的方式?jīng)_裁，沖孔和落料逐級(jí)進(jìn)行沖壓。

（3）選用復(fù)合模的方式?jīng)_裁，沖孔、落料復(fù)合沖壓。

第一種方案結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其加工用時(shí)少，容易加工，必須要用兩副模具，花費(fèi)增加了而生產(chǎn)效率卻降低了。

第二種方案僅一副模具就能夠完成，其加工的速度極快，操作簡(jiǎn)單，精度也可以符合條件，制造的工作量與成本在沖裁簡(jiǎn)單的工件時(shí)比復(fù)合模低。

第三種方案僅要用一副模具完成，制造的工件精度與生產(chǎn)效率都非常高，并且零件最小壁厚比凸凹模許用最小壁厚小，模具的強(qiáng)度也符合要求。沖裁件的內(nèi)孔到邊緣的相對(duì)位置精度比較高，材料定位精度低于第二種方案，模具輪廓尺寸也比較小。

結(jié)合對(duì)以上三種方案的比較分析，機(jī)器人行進(jìn)輪的沖壓生產(chǎn)使用級(jí)進(jìn)模較合適。

三、毛坯尺寸的設(shè)計(jì)

（一）排樣方案設(shè)計(jì)

根據(jù)板材，排樣可分為以下三種方案：

（1）有廢料的排樣。順行進(jìn)輪的外邊沖裁，在行進(jìn)輪的外圓都存在搭邊，行進(jìn)輪的尺寸均由沖模來完成，所以行進(jìn)輪的精度較高，模具的壽命較久，但是板材的使用率比較低。

（2）廢料少的排樣。由于受到?jīng)_裁條料與定位誤差的干擾，行進(jìn)輪壽命短，模具的壽命相對(duì)于第一種方案低，但是板材的使用率較第一種方案高，沖模的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。

（3）沒有廢料的排樣。沖壓模具的使用壽命與零件質(zhì)量則更加低，但是板材的利用率是非常高的[16]。

由于行進(jìn)輪的最外邊沿為圓形，所以選用直排的方式。

結(jié)合機(jī)器人行進(jìn)輪的形狀特征，以及經(jīng)過對(duì)幾個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，綜合前面模具沖壓工藝性、模具類型的選擇，最終行進(jìn)輪的排樣方式選取有廢料排樣最好?？紤]到模具加工難易程度及成本，選擇直排有廢料排樣。

（二）條料寬度設(shè)計(jì)

按照行進(jìn)輪的形狀尺寸，查找《最小工藝搭邊值》表，工件與側(cè)邊的搭邊值a=1.2mm，工件之間的搭邊值a1=1.0mm，條型板料是由板料裁剪下料得到的，為了使送料順利，規(guī)定它的上偏差是0，下偏差是負(fù)值-△。

3.凹模固定板設(shè)計(jì)

（1）固定板高度取25mm。

（2）凹模固定板參考標(biāo)準(zhǔn)選長(zhǎng)和寬長(zhǎng)度為L(zhǎng)×B=500mm×250mm的固定板。

（3）凹模與固定板設(shè)計(jì)成整體形式，用10個(gè)螺釘和下模座、墊板連接固定。

4.選擇凹模材料：經(jīng)查表，材料可選45鋼。

（二）凸模的設(shè)計(jì)

采用整體式設(shè)計(jì)，把沖模和固定板設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，凸模采用線切割的加工方法，行進(jìn)輪凸模如圖4所示。

（四）模具裝配圖

繪制模具的零件圖或從重用庫(kù)中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件，組裝成3D裝配圖，然后導(dǎo)出2D圖紙，并標(biāo)注好各組件的名稱，2D裝配圖和左視圖分別如圖6、圖7所示。

5 結(jié)論

確定了合理的沖壓工藝方案，設(shè)計(jì)了落料沖孔級(jí)進(jìn)模，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，符合工藝技術(shù)要求，使用方便，通過試制和生產(chǎn)，該套工藝方案能夠解決生產(chǎn)實(shí)際問題，解決了原工藝生產(chǎn)長(zhǎng)、效率低、成本高的缺點(diǎn)，成倍提高了工效，可以完成生產(chǎn)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸永海.針坯沖裁模刃口尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].紡織器材，1995（1）：39-41.

[2]趙治國(guó).沖裁模自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[D].陜西科技大學(xué).2007.

[3]許萍，肖秀珍.漸開線花鍵齒式摩擦芯片沖裁工藝優(yōu)化選擇[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2010（6）：46-48.

[4]李海榮，傅駿，李剛.磁軛復(fù)合階梯沖模的設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù)，2010（5）：115-118.

[5]江昌勇.多工序沖壓成形工件的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J].模具制造.2010.endprint