管材連續(xù)多向自動(dòng)沖孔機(jī)設(shè)計(jì)

0 引 言

沖孔是常見的沖裁類型，傳統(tǒng)的沖孔是利用模具在壓力機(jī)上進(jìn)行，適用于板料。隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來在管材上沖孔的需求逐漸增多，相比傳統(tǒng)的鉆、銑等加工方法，用沖壓的方法在管材上沖孔，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅能滿足管材的使用要求，而且能提高生產(chǎn)效率，可適應(yīng)大批量生產(chǎn)。但是在生產(chǎn)中管材都是系列化，其形狀相似，但尺寸規(guī)格不同，這就需要大量的模具、設(shè)備及人力，在當(dāng)前人力資源成本高和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下，無(wú)法滿足及適應(yīng)市場(chǎng)的需求，應(yīng)采用智能化自動(dòng)沖孔才能滿足要求。現(xiàn)以某圓管沖孔為例，設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)沖孔機(jī)，為工程技術(shù)人員解決系列化管材沖孔問題提供參考。

1 工藝分析

圖1 所示為某圓管系列管材，該管材為光伏太陽(yáng)能、各類空調(diào)及冰箱制冷設(shè)備上的一個(gè)配件，市場(chǎng)需求量大。該管材已系列化、規(guī)格化，材料為紫銅或鋁合金，管材壁厚為0.5～1.0 mm，其主要特征為：在管的一端需沖出24 個(gè)均布的φ（2～3）mm 小孔，在另一端沖切1個(gè)3 mm×2 mm的槽，管的直徑為φ（11.6～25.2）mm，長(zhǎng)度為（100～200）mm；不同的設(shè)備要求的管徑、長(zhǎng)度及小孔的直徑不同。

傳統(tǒng)的加工方法主要特點(diǎn)如下。

（1）采用壓力機(jī)利用模具通過7 道工序才能將管材成形。一方面沖孔與切槽是分開成形，一般先沖切槽后沖孔；另一方面在外徑方向均勻分布6排，每排4個(gè)共24個(gè)小孔，需要6次定位進(jìn)行沖孔，位置度難以保證。每副模具與一臺(tái)沖床需要一個(gè)操作工，生產(chǎn)成本高，無(wú)法滿足大批量生產(chǎn)；且工序越多，成形管材的尺寸精度越低，特別是管材的位置度難以保證，廢品多。

（2）由于管材的管徑與需要沖裁的小孔直徑不同，即管材的系列化會(huì)衍生許多尺寸規(guī)格的管材。不同尺寸的管材需要不同的模具與之匹配，模具的通用性低、互換性差，需要的模具數(shù)量多，生產(chǎn)成本高，也不便于管理。

為了一條內(nèi)褲，老陳兩次爬上四樓，我覺得老陳真是一個(gè)很有意思的老頭。只是我沒心情揶揄老陳。見我無(wú)精打采，老陳說，你臉色真的很難看，比上次我見你時(shí)還難看。我說，沒有啊，我感覺很好的，能吃能睡，哪會(huì)有問題。

2 自動(dòng)沖孔機(jī)

每次對(duì)沖時(shí)間可設(shè)置在1.5 s 內(nèi)完成，可使整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸更為緊湊。沖孔機(jī)構(gòu)6 主要由支承板、6 個(gè)氣缸4、沖孔凸模連接滑塊10 和沖孔凸模鑲件11及凸模12組成，如圖7所示。

（3）沖孔與切槽工序均需人工送料，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，同時(shí)由于成形工序多，導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)占用場(chǎng)地大、人力和設(shè)備多、管材或半成品周轉(zhuǎn)需要的容器多。

（6）高職院校學(xué)生對(duì)足球運(yùn)動(dòng)的熱愛程度很高，參與足球活動(dòng)的積極性也很高，大多數(shù)高職院校學(xué)生熱衷于小型足球活動(dòng)。

3 沖孔設(shè)備工作原理

沖孔設(shè)備工作原理如下。

對(duì)照組患者應(yīng)用膠體果膠鉍膠囊（華北制藥股份有限公司生產(chǎn)，國(guó)藥準(zhǔn)字H20063479，規(guī)格50 mg/粒）治療，3次/d，50 mg/次，口服給藥。觀察組患者應(yīng)用替普瑞酮（衛(wèi)材藥業(yè)有限公司，國(guó)藥準(zhǔn)字H20093656，規(guī)格50 mg/粒）治療，3次/d，50 mg/次，口服給藥。兩組患者均連續(xù)治療3個(gè)月。

（1）將沖切的管材放入儲(chǔ)料箱，儲(chǔ)料箱根據(jù)管材的尺寸規(guī)格設(shè)計(jì)容量，儲(chǔ)料至少500 支。儲(chǔ)料箱設(shè)計(jì)15°傾角，有利于管材通過自重下落，而在最低位置利用調(diào)整系統(tǒng)根據(jù)管徑調(diào)整至每次只有1支管材順利落下。

（2）當(dāng)從儲(chǔ)料箱落下的1 支管材到送料機(jī)構(gòu)的送料板上，氣缸1調(diào)整送料機(jī)構(gòu)向前到設(shè)定的位置，如圖3所示。

（3）抓料送進(jìn)機(jī)構(gòu)5從送料塊上進(jìn)行抓料后，氣缸3 推動(dòng)抓料送進(jìn)機(jī)構(gòu)向前運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的位置，管材將套入并固定在沖孔機(jī)構(gòu)上的沖孔凹模9 上，如圖4、圖5所示。

半個(gè)多世紀(jì)以來，齊齊哈爾地區(qū)的工業(yè)為共和國(guó)的經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。這里的工廠曾經(jīng)為我國(guó)第一門大炮、第一顆人造衛(wèi)星、第一臺(tái)核反應(yīng)推、第一艘核潛艇……在工業(yè)戰(zhàn)線上涌現(xiàn)的全國(guó)勞動(dòng)模范馬恒昌先后13次受到毛主席接見。但是，由于種種原因，在以往報(bào)道中沒有充分挖掘這些典型的人物與事件。而在相距150公里之外的大慶市就把鐵人王進(jìn)喜的形象搬進(jìn)社區(qū)、學(xué)校、廣場(chǎng)、公交車……在整個(gè)大慶市的每個(gè)角落都能受到“鐵人”精神的鼓舞。

（4）當(dāng)抓料送進(jìn)機(jī)構(gòu)5 將管材送入沖孔凹模9所設(shè)定的位置時(shí)，沖孔機(jī)構(gòu)6 開始沖孔，沖孔采用3次對(duì)沖的方式進(jìn)行，如圖6所示。

沖孔凹模9 設(shè)計(jì)為空心薄壁結(jié)構(gòu)，壁厚設(shè)計(jì)為3 mm，便于沖切完成后通過壓縮空氣清除廢料，同時(shí)沖切槽機(jī)構(gòu)4 也在氣缸2 的作用下向前運(yùn)動(dòng)到設(shè)定位置，在該過程中，沖切槽機(jī)構(gòu)4上的切槽凹模將逐漸插入管材中，與沖孔凹模9 一起對(duì)管材進(jìn)行定位，但抓料爪仍然抓緊管材，可以保證管材在沖切過程中的牢靠和穩(wěn)定。

目前，紙病在線檢測(cè)系統(tǒng)普遍采用“電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)相機(jī)+計(jì)算機(jī)”的硬件結(jié)構(gòu)模式，通過CCD高速相機(jī)實(shí)時(shí)采集紙張圖像數(shù)據(jù)并傳送至檢測(cè)系統(tǒng)PC端，系統(tǒng)的核心處理器利用圖像處理技術(shù)對(duì)紙張圖像進(jìn)行處理和辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)黑斑、孔洞、劃痕、裂邊等缺陷的識(shí)別和分類[1- 3]。但是隨著紙機(jī)車速的提升、紙幅的加寬以及對(duì)紙病辨識(shí)精度的提高，CCD相機(jī)采集到的海量圖像數(shù)據(jù)，給系統(tǒng)的快速性甚至穩(wěn)定性帶來了巨大沖擊，如何解決打破紙病辨識(shí)快速性這一瓶頸已成為當(dāng)前研究紙病檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵問題。

為解決傳統(tǒng)加工方法遇到的難題，采用一套自動(dòng)化設(shè)備完成管材的連續(xù)加工生產(chǎn)，通過更換個(gè)別部件和調(diào)整相關(guān)位置或尺寸，可以實(shí)現(xiàn)系列化生產(chǎn)，自動(dòng)沖孔機(jī)設(shè)備總成如圖2所示。

實(shí)際生產(chǎn)中，抓料爪可以根據(jù)管材的管徑進(jìn)行調(diào)整，設(shè)置彈性結(jié)構(gòu)，有利于抓緊管材，確保在沖切過程中管材穩(wěn)定。當(dāng)沖切完成后，氣缸3 回程將管材拉出并打開抓料爪，管材自行落下。

這里引入了需求價(jià)格彈性的概念，以反映隨著價(jià)格的變化電動(dòng)汽車的充電需求的變化。根據(jù)需求價(jià)格彈性概念[14]，對(duì)于任何電動(dòng)汽車i，定義需求價(jià)格彈性系數(shù)euv為Tv時(shí)段電價(jià)變動(dòng)對(duì)Tu時(shí)段電動(dòng)汽車充電需求的影響：

沖孔機(jī)構(gòu)采用連接滑塊10 和沖孔凸模鑲件11是為了實(shí)現(xiàn)管材系列化生產(chǎn)，當(dāng)沖孔的直徑變化時(shí)只需更換凸模，而且拆卸和安裝方便，沖孔凸模鑲件11結(jié)構(gòu)如圖8所示。

由于采用氣動(dòng)壓力，為了減小氣缸尺寸，凸模安裝采用臺(tái)階式，避免了沖孔時(shí)沖裁力集中，不出現(xiàn)最大沖裁力，如圖9所示。

（5）當(dāng)沖孔完成后，沖切槽口的滑塊在氣缸5的作用下向下運(yùn)動(dòng)完成槽口的沖切，如圖10所示。

（6）當(dāng)槽口完成沖切后，沖切槽機(jī)構(gòu)回程，然后抓料送進(jìn)機(jī)構(gòu)回程，完成1支管材的加工，系統(tǒng)將重復(fù)（1）～（6）動(dòng)作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，圖11 所示為加工的實(shí)物。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，該自動(dòng)化沖孔設(shè)備實(shí)現(xiàn)了從管材輸送到加工全部由一臺(tái)機(jī)床完成，是高效率、高自動(dòng)化、高精度、低能耗的自動(dòng)化生產(chǎn)模式。相比傳統(tǒng)圓管沖孔容易出現(xiàn)壓扁、凹坑和塌陷等現(xiàn)象，自動(dòng)沖孔機(jī)能消除這些缺陷；同時(shí)傳統(tǒng)工藝的工序多，成形的孔尺寸精度低，特別是孔的位置精度難以得到保證，該自動(dòng)沖孔機(jī)能降低生產(chǎn)過程中的廢品率，提高多個(gè)方向沖孔時(shí)的位置精度，加強(qiáng)了管材在生產(chǎn)中的可控性，通過更換凸模及定位凸模，可適應(yīng)不同尺寸規(guī)格及不同材料的管材沖孔。

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