數(shù)碼雷管壓印模具裝置的設(shè)計(jì)與仿真

劉衛(wèi)東

【摘要】根據(jù)數(shù)碼雷管外殼沖裁件的壓印形狀計(jì)算壓印過程的總沖裁力，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)和機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)，對(duì)雷管外殼壓印模具的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在Solidworks中繪制模具的三維造型圖。對(duì)壓印時(shí)雷管外殼的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了仿真分析，提高冷沖模尺寸精度這個(gè)關(guān)鍵問題。

【關(guān)鍵詞】數(shù)碼雷管;壓印模具;仿真分析

一、數(shù)碼雷管壓印分析

數(shù)碼雷管外殼的沖裁件周長為L，也即為壓印頭上“E”字形圖案的內(nèi)外周長之和。數(shù)碼雷管沖裁件壓印形狀外形尺寸如圖1所示。在數(shù)碼電子雷管裝置的壓印過程中，壓印過程的沖裁力大小是不斷變化的。

二、壓印模具設(shè)計(jì)

壓印機(jī)構(gòu)是整個(gè)壓印自動(dòng)化裝置中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，壓印模具對(duì)工件的加工起到關(guān)鍵的作用。壓印模具的設(shè)計(jì)可以借鑒沖壓模具的相關(guān)技術(shù)，利用最合理的材料制造出堅(jiān)固耐用的壓印頭。本裝置壓印頭（凸模）固定在壓印機(jī)構(gòu)的滑塊上，僅需要一個(gè)壓印頭;凹模部分由頂芯、彈性卸料板和凹模固定板組成。當(dāng)壓印頭向凹模前移動(dòng)時(shí)，推送數(shù)碼雷管外殼進(jìn)入頂芯并定位，進(jìn)而完成壓印工作。當(dāng)壓印頭返回時(shí)，由彈性卸料板進(jìn)行卸料工作，將數(shù)碼雷管外殼與頂芯分離。計(jì)算總沖壓力：

F= K·L·t·τ= L·t·σb=42.36×0.2×270=2287.44N

根據(jù)以上設(shè)計(jì)的壓印機(jī)構(gòu)零件尺寸，在SolidWorks中繪制出壓印機(jī)構(gòu)模具的三維零件外形圖。凸模（壓印頭）零件圖如圖2所示。

凹模裝配圖如圖3所示。

三、數(shù)碼雷管壓印有限元分析

有限元法是根據(jù)變分法原理來求解數(shù)學(xué)物理問題的一種數(shù)值計(jì)算方法，可完成一般力學(xué)中無法解決的對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析問題。有限元法不僅適用于復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件，而且能應(yīng)用于復(fù)雜的材料性質(zhì)問題。它幾乎適用于求解所有關(guān)于連續(xù)介質(zhì)和場(chǎng)的問題。因此有限元法已被公認(rèn)為工程分析的有效工具，受到普遍的重視。下面以零件模型為例，利用SolidWorks軟件中的SolidWorks Simulation插件來進(jìn)行數(shù)碼雷管模具壓印時(shí)雷管外殼的有限元分析過程。數(shù)碼雷管外殼為管件，外徑為7 mm，壁厚0.2 mm。該管件材質(zhì)為鋁合金5A05。在雷管外殼封底面的外表面上施加模具壓印力，壓出類似“E”字型的圖案。數(shù)碼雷管外殼的內(nèi)底面是固定面，在這種情況下分析雷管外殼的封底面的應(yīng)力、應(yīng)變分布，分析雷管外殼封底面在這種情況下是否會(huì)被破壞。

由分析結(jié)果可見，只是雷管外圓柱面固定進(jìn)行壓痕時(shí)最大變形量為6.322×10-6，雷管封閉端內(nèi)表面與封閉端內(nèi)表面和外圓柱面均固定時(shí)的最大變形量基本相同，為8.895×10-10。只要保持合適的壓印頭的壓印力大小，就可以根據(jù)仿真得到雷管外殼相應(yīng)的壓印深度。

四、結(jié)束語

通過對(duì)壓印時(shí)雷管外殼的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行仿真分析，可以預(yù)知在模具設(shè)計(jì)階段進(jìn)行受力和變形的關(guān)系，可以根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整相關(guān)參數(shù)，避免在制造出模具后再發(fā)現(xiàn)不合格而造成的浪費(fèi)。因此在機(jī)械裝備生產(chǎn)中，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行受力或工作過程的Solidworks、UG等軟件仿真受到廣大設(shè)計(jì)者的重視，同時(shí)設(shè)計(jì)仿真應(yīng)用越來越廣泛。

基金項(xiàng)目：廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院2017年校級(jí)創(chuàng)新強(qiáng)校工程項(xiàng)目“機(jī)械類專業(yè)3D建模教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（NY-2017CQ1TD-02）。