卡箍卷圓級進模設(shè)計

0 引 言

圓環(huán)狀五金制件一般是利用平板材料成形，先用落料模沖出落料件，再用卷圓設(shè)備將落料件卷成圓環(huán)，這種工藝雖然簡單，但存在以下弊端：①材料周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)較多，生產(chǎn)效率低；②卷圓時定位精度不高，成形的制件頭、尾兩端的位置偏差較大；③成形的制件圓跳動較大，合格率較低。對于成形尺寸較小的圓環(huán)狀制件，采用級進模進行卷圓，可以克服上述弊端，現(xiàn)以卡箍卷圓為例，采用級進模實現(xiàn)卷圓。

通過對控制器負反饋增益矩陣K的選取，使得閉環(huán)系統(tǒng)A-BK穩(wěn)定，即矩陣A-BK的特征值均具有負實部。則對于文獻[3]中提到的極點配置法，只要將A-BK的極點配置在復(fù)數(shù)域的負半平面上，即可得到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而基于LQR的最優(yōu)控制，在滿足閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)運動及控制過程進行優(yōu)化。其過程可描述為，對于能控的線性系統(tǒng)尋求該系統(tǒng)的最優(yōu)控制率：Uopt=-KoptX，使得以下設(shè)計的二次型性能指標函數(shù)J取得極值。

1 制件結(jié)構(gòu)分析

圖1 所示為卡箍，呈圓環(huán)狀，外徑為φ33.3 mm，內(nèi)徑為φ30.9 mm，長度為31 mm，兩端各有幾個齒狀結(jié)構(gòu)，頭尾嵌套。

在卡箍的展開圖中，頭尾兩端各有2 個鋸齒狀特征，制件表面有若干文字，展開尺寸為102 mm×31 mm，如圖2所示。

如果采用單工序模成形該制件，需要落料、壓文字、預(yù)卷圓、卷圓4道工序，材料周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)效率低，且落料件兩端凸、凹特征結(jié)構(gòu)如用1副落料模生產(chǎn)，落料模的凸、凹模容易產(chǎn)生爆裂、崩角等現(xiàn)象，模具維修率較高。用卷圓設(shè)備卷圓時，由于定位精度不高，落料件兩端容易出現(xiàn)偏差，不能完全吻合，導(dǎo)致成形制件的合格率較低。如采用級進模成形制件，將落料工序分解成多道，不但可以加強落料模凸、凹模的強度，防止爆模，而且可以省去材料周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)率效。另外可以在卷圓工序設(shè)置定位零件，使落料件的頭、尾特征準確吻合，提高制件的合格率；卷圓時，在制件中間設(shè)置中心軸，使落料件繞中心軸卷圓，提高成形制件的圓度和同軸度。

工序①～工序⑦中的抬料機構(gòu)是導(dǎo)正銷、抬料銷、彈簧銷釘?shù)龋鐖D4 所示，在下模料帶的兩邊設(shè)置抬料銷，在料帶的中間設(shè)置彈簧銷釘，在上模導(dǎo)正孔對應(yīng)的位置設(shè)置導(dǎo)正銷，在導(dǎo)正銷的旁邊設(shè)置2 個彈簧銷釘。當上、下模閉合時，導(dǎo)正銷插入料帶的導(dǎo)正孔中，校正料帶的位置。當上模向上運動時，下模的抬料銷、彈簧銷釘與上模的導(dǎo)正銷共同將料帶抬起，料帶離開下模型面約10 mm后，由上模導(dǎo)正銷旁邊的彈簧銷釘將料帶從銷釘中頂出。

2 成形工藝分析及模具結(jié)構(gòu)

成形卡箍的排樣如圖3 所示，共16 道工序，其中工序?是切斷和卷圓，為復(fù)合工序。

城市綜合客運樞紐功能布局的主體應(yīng)該是交通功能，其布置方式是根據(jù)主要客流換乘的便捷方式進行的，能夠?qū)崿F(xiàn)客流出城距離的最小化。乘客普遍存在趨近心理，在換乘條件便捷性、舒適性差的情況下，會出現(xiàn)混亂問題。除此之外，設(shè)計人員應(yīng)該針對樞紐區(qū)域的實際情況，樹立無縫換乘和零換乘的理念，在客流相互換乘較大的情況下，為了實現(xiàn)客流的有效疏散，應(yīng)該留出足夠的空間。

工序?空工位，工序?第2次預(yù)卷圓。利用凸、凹模的閉合，在第1次預(yù)卷圓的基礎(chǔ)上，對工序件的中間位置進行擠壓，使工序件進一步彎曲，第2次預(yù)卷圓的模具結(jié)構(gòu)主要由凸模、凹模、凹模固定板、氮氣彈簧組成，如圖7所示。第2次預(yù)卷圓時用4根定位柱對工序件進行定位，當凸、凹模分開后，在氮氣彈簧的作用下，由頂塊將工序件從凹模中頂出。

工序⑦中由于料帶兩邊的材料已被切除，不需要在料帶的兩邊設(shè)置導(dǎo)正銷與抬料銷，在下模中只保留料帶中間的彈簧銷釘，在上模的料帶中間設(shè)置導(dǎo)正銷，由上模的導(dǎo)正銷與下模的彈簧銷釘共同將料帶抬起，如圖5所示。

工序①沖導(dǎo)正孔。該工序的主要目的是在料帶上沖出3個導(dǎo)正孔，對料帶進行定位，防止料帶定位不準，導(dǎo)正孔位于制件輪廓以外的區(qū)域，當沖壓結(jié)束時，導(dǎo)正孔會隨廢料一起流入收集框中。3 個導(dǎo)正孔中，中間的導(dǎo)正孔一直存在，直到全部工序結(jié)束后才被裁剪。工序⑦之后，料帶兩側(cè)的材料被裁去。

[7]陳寶生：《堅持以本為本推進四個回歸--建設(shè)中國特色、世界水平的一流本科教育》，http://news.cslg.edu.cn/index/read/id/77521.

支墩為鋼管結(jié)構(gòu)，在頂部設(shè)置落梁，為保證整體穩(wěn)定性，支墩間采用專門的連接件進行連接。承重梁為貝雷梁，共27排，貝雷梁間通過連接件實現(xiàn)連接，腹板以下的間距按照30cm控制，其他則按60cm控制。在貝雷梁的上部設(shè)置方木，其間距為25cm。同時在方木的基礎(chǔ)上設(shè)置竹膠板，將其作為底部模板。梁體外側(cè)方木避免設(shè)置鋼軌，為龍門吊的行走提供軌道。由木模制成外模，梁底部與頂部分別設(shè)置拉緊予以加固。通過拌和站對混凝土進行集中攪拌，采用罐車將攪拌好的混凝土運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再由泵車進行連續(xù)澆筑[1]。

工序③～工序⑧沖裁。制件輪廓上有較多的鋸齒狀結(jié)構(gòu)，為了加強沖裁凸、凹模強度，降低模具的維修率，將鋸齒狀結(jié)構(gòu)分6次沖裁。

工序⑨空工位。因為工序⑧是沖裁，工序⑩是預(yù)卷圓，2 個工序的凸、凹模所占用的空間較大，為保證模具上、下模板的強度，給工序⑧和工序⑩留出足夠的空間安裝凸、凹模，工序⑨必須是空工位。

工序?、?空工位。經(jīng)過第2次預(yù)卷圓后，還需要切斷工序和卷圓工序才能完成制件的成形，為了使切斷工序和卷圓工序正常進行，需要在這2 個工序的上模安裝一根軸，該軸的作用：①在切斷工序中起壓料板的作用；②在卷圓工序時放在工序件的中間，使制件繞該軸卷圓，保證卷圓制件的圓度和同軸度符合要求。使用3 根M8 mm 的螺釘將該軸固定在上模板，3 根螺釘位于工序?、?的位置如圖8所示。

工序⑩第1 次預(yù)卷圓。第1 次預(yù)卷圓的模具結(jié)構(gòu)主要由凸模、凹模、頂塊、定位柱和氮氣彈簧組成，其中頂塊位于凹模內(nèi)，在頂塊下方設(shè)置氮氣彈簧，如圖6 所示。利用凸、凹模閉合將料帶進行第1次預(yù)卷圓，使料帶的兩端彎曲，當凸、凹模分開后，在氮氣彈簧的作用下，由頂塊將工序件從凹模中頂出。

工序②壓文字。卷圓前必須在料帶的表面壓出文字，在工序②中的方框為字模，字模中的兩組同心圓為內(nèi)六角螺釘。

偶爾迷茫的王老師（以下稱王老師）：還不知道呢。現(xiàn)在中小學(xué)教師評職稱，需要做課題、發(fā)論文。美其名曰是要打造“研究型教師”，可是光發(fā)表論文這一條要求，就不知難為了多少人呢！

工序?空工位，工序?完成切斷和卷圓。切斷是將料帶中間連接工序?和工序?的材料切斷，切斷工序的凸模穿過中間安裝的軸，可以將卷圓工序的軸看成是切斷工序的壓料板。卷圓工序是利用上、下模將工序件繞中心軸卷成圓管狀，并將軸5包裹在成形制件中間，結(jié)構(gòu)如圖9所示。

切斷與卷圓是該級進模的關(guān)鍵工序，其運動過程：當上模向下運動時，中間的軸首先與工序件接觸，將工序件壓住，然后切斷凸模將工序件與料帶分開，之后上模繼續(xù)向下運動，由于卷圓的上、下模均為半圓形，中間沒有中心軸，在上、下模閉合時，使工序件的兩端進一步向中間卷圓，并將中心軸包裹在制件中間。當上、下模完全閉合后，材料被擠壓成圓形，如圖10所示，卷圓時在制件的旁邊設(shè)置4根定位柱。

由于中間位置的軸是通過螺釘固定，螺釘位于軸一端，模具在長時間工作后，軸會出現(xiàn)翹曲變形，導(dǎo)致制件的同軸度超標。在軸的另一端安裝氮氣彈簧，生產(chǎn)過程中氮氣彈簧壓住中心軸的一端，可以防止軸翹曲變形，控制制件的圓跳動。

在模具的末端安裝2 個氣缸，氣缸的運動方向與料帶的前進方向一致，利用氣缸的撥動將卷圓后的制件從模具中分離，成形制件沿簡易工裝夾具自行滑出模具。氣缸的運動速度較快，可以在一個沖壓周期內(nèi)將制件推出模具并復(fù)位，氣缸在級進模中的裝配如圖11所示。

上模向下運動前，工序件已位于卷圓工序的位置，氣缸的活塞桿位于卷圓工序前，卷圓工序完成后，以下2個動作同時進行：一是氣缸活塞桿快速將卷圓后的制件撥出，然后快速回復(fù)到起始位置，制件沿簡易工裝流出模具，匯入到收集框中；二是料帶自動前進一個工序的距離。當上述2個動作完成后，開始下一個生產(chǎn)循環(huán)。最終的級進模結(jié)構(gòu)如圖12所示。

美國工程木協(xié)會(Engineered Wood Association，APA)已經(jīng)適應(yīng)了人造板行業(yè)的變化，同時堅持其核心原則。

3 結(jié)束語

模具結(jié)構(gòu)中為了增加沖裁凸、凹模的強度，減少維修頻率，將沖裁工序分解成6道，沖出卷圓前的外形輪廓；為了控制制件卷圓后的同軸度和圓度，先通過2 道預(yù)卷圓工序，將料帶兩端卷成一定的形狀后，再在工序件中間放置軸，利用上、下模和軸將制件卷成圓形，并利用上、下模閉合成形外圓形狀，中間軸修正內(nèi)圓形狀，成形制件內(nèi)圓精度能達到IT11 級，在級進模中進行卷圓時，在工序件的旁邊設(shè)置定位柱，定位的精度高，使頭尾鋸齒狀完全耦合。經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，級進模成形的制件外形輪廓的圓度符合要求，生產(chǎn)效率高。

[1]黃雄斌.齒形彈簧模具內(nèi)側(cè)向傳輸結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].模具工業(yè),2021,47(11):24-28.

[2]張燕琴.數(shù)據(jù)線殼多工位級進模設(shè)計[J].鍛壓技術(shù),2017,42(7):117-121.

[3]秦國華,史雙喜,劉躍峰,等.汽車左座椅搖臂沖壓工藝分析及級進模設(shè)計[J].鍛壓技術(shù),2019,44(9):113-117.

[4]杜繼濤,甘 屹.膜盒開關(guān)轉(zhuǎn)盤工藝分析與級進模設(shè)計[J].模具工業(yè),2007,33(7):22-24.

[5]陳佩明,王 蕾.保險絲帽插件端子沖壓工藝分析及多工位級進模設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2010,45(3):73-75.

[6]張燕琴.接插件多工位級進模設(shè)計[J].模具工業(yè),2013,39(10):38-40,41.