一体式板材成形装置结构设计

 段鹏宇，刘伯玉，戴红霞，王家珂

 （扬州工业职业技术学院，江苏  扬州  225127）

摘要：设计一款集冲孔、压筋、卷圆三工序为一体的板材成形装置，其主要由压力机、上下模具和气缸组件构成。该装置避免了重复定位和模具数量多所带来的问题，提高了定位精度，生产效率高。

关键词：板材成形；成形装置；结构设计中图分类号：TG76

0  引言

 在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使板材产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的制件的压力加工方法统称为板材成形，也称为冲压成形。板材成形是最重要的金属成形方法之一，广泛应用于工业领域。因此，成形制造技术及装备水平已成为衡量一个国家制造水平的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。金属板材的成形和加工在航空、航天、汽车、船舶及民用工业中占有相当重的比例。

 目前，国内已有板材成形制造企业近万家，根据相关资料显示，运用最广泛的是对冲孔、压筋、卷圆的板材成形机。然而在板材成形领域，许多板材所进行的冲孔、压筋和卷圆的加工大多是单一进行的，不仅模具数量多，生产成本高，重复定位精度低，而且操作繁琐，加工效率低下，在这种情况下寻求一种将多种成形工序集成一体的加工方法是十分必要的。

1  成形装置结构设计

 该成形装置主要由压力机、成形上模块、成形下模块和气缸组件4大部分构成，其总装配结构如图1所示。

1.1  上模具的设计

 图2为上模具结构示意图。上模具的上顶板固连在压力机17的施压头16下端，上模具由上模具底板1、定位镶块2、冲孔上模块3、压筋上模块4、卷圆上模块15、卷圆送料模块14和导向套13组成，定位镶块2固连在上模具底板1的下表面，与压料板上模块6和压料板下模块7的孔位置对应，冲孔上模块3固定在定位镶块2右侧的上模具底板1的下表面，压筋上模块4固定在冲孔模块3右侧上模具底板1的下表面，卷圆上模块15固定在压筋上模块4右侧上模具底板1的下表面，卷圆送料模块14固定在卷圆上模块15右侧上模具底板1的下表面。

1.2  下模具的设计

 图3为下模具结构示意图。下模具由下模具底板5、压料板上模块6、压料板下模块7（其中压料板上模块6与压料板下模块7共同组成冲孔下模块，冲孔下模块上有与定位镶块2对应的定位孔，有与冲孔上模块3对应的冲孔，冲孔与下模具底板5相通）、压筋下模块8、卷圆下模块9、推料气缸11、挡料挡块10和导向柱12组成，压料板下模块7固连在压料板下模块7上方，压料板上模块6固定在下模具底板5的上表面，压筋下模块8固定在压筋上模块4下方的下模具底板5的上表面，卷圆下模块9固定在压筋下模块8右侧的压筋上模块4的下模具底板5的上表面，推料气缸11固定在卷圆送料模块14侧下方的下模具底板5的上表面，推料气缸11的气缸导杆端部固定有推料块，挡料挡块10固定在推料气缸11右侧的下模具底板5的上表面。

1.3  压力机的选用

 本设计主要是由压力机提供动力，如果压力机选用不合适，就不能完成相应的加工工序。目前市场上有机械齿轮式、液压式和气动式压力机，根据综合考虑，该设计选用液压压力机，它不但动力大，而且实用经济。

1.4  材料的选用

 材料的选用主要考虑3个方面内容：满足工作条件、工艺要求和经济性要求。

 (1)满足工作条件主要考虑其耐磨性、强韧性、疲劳断裂性能、高温性能、耐冷热疲劳性能和耐蚀性。

 (2)满足工艺性能主要考虑可锻性、退火工艺性、切削加工性、氧化脱碳敏感性、淬硬性、淬火变形开裂倾向。

 (3)满足经济性要求即在给模具选材时应尽可能地降低制造成本。

 因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中、易购买。最后选择的各主要零件材料如表1所示。

2该成形装置的主要工作原理

 启动压力机，上模具和下模具分开，把预先裁制好的长条板料从压料板上模块6与压料板下模块7之间的间隙推入，抵到压筋下模块8左侧边缘，踏下压力机脚踏开关，上模具与下模具合模，导向柱12首先进入导向套13，定位镶块2进入冲孔下模块的定位孔，冲孔上模块3进入冲孔下模块的冲孔进行冲孔，冲下的废料通过冲孔下模块的冲孔直接排除，完成冲孔工序；冲孔工序完成后上模具和下模具自动打开，继续推进板料，抵到卷圆下模块9左侧边缘，踏下压力机脚踏开关，上模具与下模具合模，导向柱12首先进入导向套13，压筋上模块4与压筋下模块8合模，完成压筋操作，同时又完成了一次冲孔工序；压筋工序完成后上模具和下模具自动打开，继续推进板料，与卷圆下模块平齐，踏下压力机脚踏开关，上模具与下模具合模，导向柱12首先进入导向套13，卷圆上模块15与卷圆下模块9合模，完成卷圆操作，同时完成冲孔工序和压筋工序；卷圆工序完成后上模具和下模具自动打开，继续推进板料，抵到挡料挡块10左侧边缘，踏下压力机脚踏开关，上模具与下模具合模，导向柱12首先进入导向套13，卷圆送料模块14的左侧边缘与卷圆下模块9的右侧边缘首先接触，在压力机压力的作用下，冲断已卷圆完成的板料，落在卷圆送料模块14下表面对应的下模具底板5的上表面，推料气缸11启动，气缸导杆推出，气缸导杆端部的推料块把已加工完成的工件推出压力机，同时又完成了冲孔工序、压筋工序和卷圆工序各一次。

3  小结

 一般的板材成形装置在生产过程中会经过多道工序，或各工序独立，或多工序集成，但各工位相互独立，模具多，定位精度低。本文设计的一体式板材成形装置结构简单，操作方便，采用连续送料可以依次完成冲孔、压筋和卷圆三道工序，从而避免了重复的定位，产品质量高，生产效率高，成本低。