侯欽義，沙偉，于云程，孫華山

（1.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州市大型塑料件智能化制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常州213164；2．常州贏得為自動(dòng)化科技有限公司，江蘇常州213164）

斷路器支架多功能復(fù)合模具設(shè)計(jì)

侯欽義1，沙偉1，于云程1，孫華山2

（1.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州市大型塑料件智能化制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常州213164；2．常州贏得為自動(dòng)化科技有限公司，江蘇常州213164）

以斷路器支架為研究對(duì)象，提出了以同步送料方式，分別沖壓復(fù)雜制件的三段，并在模內(nèi)鉚接成制件的多功能復(fù)合模具設(shè)計(jì)方案。該多功能復(fù)合模具結(jié)構(gòu)在保證不降低工件精度與生產(chǎn)效率的同時(shí)，還降低了排樣設(shè)計(jì)的難度，甚至提高了材料利用率。

多功能復(fù)合模具；模內(nèi)自動(dòng)鉚接；同步送料

在《模具行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中，提出我國(guó)目前急需發(fā)展多功能復(fù)合模具等發(fā)展目標(biāo)。多功能復(fù)合模具除沖壓成型外，還具有疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等功能，從而減少能耗。模內(nèi)鉚接[1]是指將兩工件用一種鉚接形式在模具內(nèi)連接在一起。模內(nèi)攻絲則是將攻絲機(jī)裝入模具對(duì)沖件攻絲。本文介紹一種斷路器支架多功能復(fù)合模具，介紹了鉚接和攻絲功能在模具內(nèi)的使用。

1產(chǎn)品工藝性分析

斷路器支架是典型的沖壓件，如圖1所示。制件材料牌號(hào)為10#鋼，料厚為1.2 mm，成形性能良好。沖壓工序包括沖孔、彎曲、翻孔、攻絲、鉚接、切斷。鉚接工件默認(rèn)彎曲半徑r為0.5 mm大于10#鋼在退火狀態(tài)下任意彎曲線方向的最小彎曲半徑，無(wú)需整形。M3.5的牙高H為0.52 mm大于工件料厚，所以可在工件翻孔內(nèi)攻絲。此外，工件精度一般，生產(chǎn)批量較大，適合用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。

圖1 工件圖

2成型方案設(shè)計(jì)

2.1 成型方案

方案一[2]，即沖孔、翻孔、切廢、彎曲、攻絲、落料多工位級(jí)進(jìn)模。

方案二，采用多功能復(fù)合模生產(chǎn)，將工件分割為三部分，如圖2所示，從三個(gè)送料方向送料[3]，分別進(jìn)行沖壓加工，然后將各工件鉚接在一起，最后完成剩余的切斷和彎曲。

圖2 工件分割圖

模內(nèi)鉚接通常有以下兩種形式。

（1）將一部分工件在模內(nèi)進(jìn)行沖壓加工，將已沖好的件通過(guò)送料機(jī)構(gòu)從模外送到模內(nèi)與前一部件進(jìn)行鉚接[4]。

（2）將兩個(gè)部分工件在同一模具內(nèi)分別進(jìn)行沖壓成形，然后將兩部分工件在某一工位進(jìn)行鉚接[1]。

方案二模內(nèi)鉚接形式為上述的第二種形式。

2.2 方案確定

方案一采用多工位級(jí)進(jìn)模，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)采用直排的排樣方案，材料利用率達(dá)到40%.

方案二采用多功能復(fù)合模具，但將復(fù)雜的工件結(jié)構(gòu)分割為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)工件。經(jīng)過(guò)計(jì)算公式如下所示，利用率為43%.

綜合比較，方案二除具有方案一的模內(nèi)攻絲外還具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）簡(jiǎn)化了部分設(shè)計(jì)，由于將工件分割為三部分，所以各部分彎曲次數(shù)減小，彎曲相互影響減小，使定位方便。

（2）材料利用率大幅提升，使得工件在大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的要求下，降低了生產(chǎn)成本。

（3）方便系列化產(chǎn)品的升級(jí)，由于采用的是“先分再合”成形方式，所以當(dāng)工件的局部需要進(jìn)行升級(jí)換代時(shí)，可單獨(dú)對(duì)局部模具改進(jìn)而避免了對(duì)整個(gè)模具的再設(shè)計(jì)，不但降低了模具的制造成本，而且縮短了模具的制造周期。

所以本工件的成形方案選擇方案二。

3排樣的確定

工件的排樣方案[5]如圖3所示。

圖3 排樣圖

通過(guò)對(duì)工件沖壓工藝性方案分析，將工件對(duì)稱(chēng)地分割為三個(gè)部分。工件采用從A、B、C三個(gè)方向送料，其中B、C向所沖工件相同，送料方向與A向垂直。在第6工位切廢可保證條料有足夠?qū)Я祥L(zhǎng)度。在第5工位設(shè)空工位，方便攻絲機(jī)的安裝。鉚接工位設(shè)導(dǎo)正銷(xiāo)導(dǎo)正，鉚接后工位設(shè)置空工位，保證U形彎曲工位的凸、凹模有足夠的安放位置。

4鉚接位置的選擇

將工件進(jìn)行合理分割能夠簡(jiǎn)化各分割工件的排樣設(shè)計(jì)。根據(jù)工件展開(kāi)圖，較合理的分割方案有兩種，如圖4所示。

圖4 工件分割方案

選擇分割處a，能夠簡(jiǎn)化帶攻絲結(jié)構(gòu)工件的沖壓，但鉚接位置妨礙工件的U形彎曲。選擇分割處b，雖然含攻絲部分工件的結(jié)構(gòu)增加，但排位設(shè)計(jì)同樣簡(jiǎn)單，而且鉚接部位不會(huì)妨礙工件的U形彎曲。所以本工件選擇b位置作為分割位置。

5模內(nèi)鉚接方式的確定

常用的模內(nèi)鉚接方式有TOX鉚接[6]和翻邊[7]鉚接，如圖5所示。

圖5 鉚接形式

翻邊鉚接的連接強(qiáng)度不高，容易出現(xiàn)翻邊斷裂的情況并且會(huì)產(chǎn)生毛刺和棱角，需要經(jīng)過(guò)預(yù)沖孔、翻孔、鉚接三道工序。TOX鉚合有較高的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)疲勞連接強(qiáng)度，無(wú)應(yīng)力集中現(xiàn)象，能保留工件表面的鍍層，還不會(huì)產(chǎn)生毛刺和棱角，只需一道鉚接工序。本工件鉚接要求有較好的連接強(qiáng)度，較少的毛刺與棱邊。從滿足鉚接要求和簡(jiǎn)化工藝角度考慮，工件的連接形式選用TOX鉚接。

6模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作過(guò)程

模具裝配圖如圖6所示。

圖6 裝配圖

6.1 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具采用高精度送料機(jī)（高精可達(dá)0.01mm）送料，通過(guò)PLC控制[1]送料來(lái)保證各工件在鉚接處疊放準(zhǔn)確。使用浮升導(dǎo)料銷(xiāo)進(jìn)行浮升和導(dǎo)料，并且A向送料的高度高于B、C向送料3 mm.各送料方向至鉚接前各工位均設(shè)導(dǎo)正銷(xiāo)導(dǎo)正，鉚接位置設(shè)有上部有R角的凹槽導(dǎo)正B、C向條料，使用攻絲機(jī)進(jìn)行攻絲。模具采用三塊凹模固定板組合形式，各凹模均采用鑲塊形式。模具采用彈壓卸料方式卸料，使用吹氣銷(xiāo)吹出工件。

6.2 工作過(guò)程

A向的條料首先進(jìn)行沖導(dǎo)正孔、切廢、翻孔等工序，在第4工位處使用模內(nèi)攻牙機(jī)對(duì)工件進(jìn)行攻絲。在第6工位完成A向所有切廢工序。

B、C向條料同樣先進(jìn)行沖導(dǎo)正孔、切廢、向上彎曲、向下彎曲等工序。在第13工位進(jìn)行A向與B、C向工件的鉚接。此時(shí)，B、C向的工件被精確送進(jìn)A向工件的下方。凹槽對(duì)B、C向的工件進(jìn)行側(cè)面和前面導(dǎo)正，此外兩工件還被導(dǎo)正銷(xiāo)進(jìn)行精定位。上模向下運(yùn)動(dòng)，鉚接凸模分別將需鉚接的工件擠壓進(jìn)入鉚接凹模內(nèi)，使得需鉚接的兩工件發(fā)生塑性變形，從而被緊緊地鉚在一起，同時(shí)B、C向的工件被切斷，模具復(fù)位，工件被送料機(jī)送入下一工位，鉚接工步如圖7所示。

圖7 鉚接工步

鉚接后的工件再進(jìn)行U形彎曲、切斷和L形彎曲，經(jīng)吹氣銷(xiāo)吹落。至此模具完成對(duì)一個(gè)工件的全部加工。

7模具的錯(cuò)誤檢測(cè)

斷路器支架多功能復(fù)合模具安全檢測(cè)裝置[8]主要是檢測(cè)鉚接前B、C向條料上下次序是否顛倒、定位是否準(zhǔn)確和鉚接后工件是否鉚接在一起。鉚接前的條料次序檢測(cè)采用如圖8所示的檢測(cè)機(jī)構(gòu)。如果A向條料與B或C向條料上下次序正確，則B或C向條料就會(huì)進(jìn)入凹槽內(nèi)，從而觸發(fā)傳感器，使壓力機(jī)正常工作。若次序顛倒則B或C條料不能進(jìn)入凹槽導(dǎo)正，不能觸發(fā)傳感器使壓力機(jī)工作。

圖8 鉚接前檢測(cè)

定位檢測(cè)，采用如圖9所示的檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)導(dǎo)正孔。當(dāng)送料失誤時(shí)，浮動(dòng)檢測(cè)銷(xiāo)，不能進(jìn)入條料的導(dǎo)正孔，帶動(dòng)接觸銷(xiāo)上移，觸動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)運(yùn)作，使沖床停機(jī)。

圖9 定位檢測(cè)

對(duì)于鉚接后的工件檢測(cè)，使用如圖10所示的高速相機(jī)檢測(cè)，高速相機(jī)對(duì)鉚接好的工件逐行掃描，拍攝出質(zhì)量非常高的圖像，然后與成品圖像對(duì)比，如果對(duì)比差值超過(guò)容差值，計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)出停機(jī)信號(hào)使沖床停機(jī)。

圖10 鉚接后檢測(cè)

8結(jié)束語(yǔ)

本多功能復(fù)合模設(shè)計(jì)對(duì)比方案一中的多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)，具有以下特點(diǎn)：

（1）通過(guò)工件分解的方法，提高了材料利用率。

（2）通過(guò)分割實(shí)現(xiàn)了對(duì)工件各區(qū)域進(jìn)行獨(dú)立的加工，有利于系列化產(chǎn)品的升級(jí)。

（3）通過(guò)使用TOX鉚接技術(shù)、攻絲機(jī)，將模外工序轉(zhuǎn)移到模具內(nèi)部進(jìn)行，從而提高了工件的生產(chǎn)效率與精度。

（4）通過(guò)使用高速工業(yè)相機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)控工件鉚接質(zhì)量，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生。

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Design of MultifunctionalCom pound Die for Circuit Breaker Bracket

HOU Qin-yi1，SHAWei1，YU Yun-cheng1，QIBai-long2
（1.Changzhou College of Information Technology，Changzhou City，Large Pieces of Plastic IntelligentManufacturing Key Laboratory，Changzhou Jiangsu 213164，China；2.Changzhou Win Automation Technology Co.Ltd.，Changzhou Jiangsu 213164，China）

This paper studied the circuit breaker bracket，proposed a multifunctional compound process program including synchronous feed，division of part and riveting in die.This structure can not only hold workplaces precision and production efficiency，butalso reduce the difficulty of layout design and material cost.

multifunctional compound die；automatic riveting in the die；synchronous feed

TG76

A

1672-545X（2016）12-0013-04

2016-09-07

江蘇省科技支撐計(jì)劃（工業(yè)支撐）資助項(xiàng)目（BE2013820）；常州市高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目（CM20153001）

侯欽義（1995-），男，江蘇徐州人，研究方向：模具設(shè)計(jì)與制造。