數碼雷管壓印模具裝置的設計與仿真

劉衛東

【摘要】根據數碼雷管外殼沖裁件的壓印形狀計算壓印過程的總沖裁力，結合機械設計知識和機構尺寸參數，對雷管外殼壓印模具的結構尺寸進行設計，并在Solidworks中繪制模具的三維造型圖。對壓印時雷管外殼的應力應變進行了仿真分析，提高冷沖模尺寸精度這個關鍵問題。

【關鍵詞】數碼雷管;壓印模具;仿真分析

一、數碼雷管壓印分析

數碼雷管外殼的沖裁件周長為L，也即為壓印頭上“E”字形圖案的內外周長之和。數碼雷管沖裁件壓印形狀外形尺寸如圖1所示。在數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、壓印模具設計

壓印機構是整個壓印自動化裝置中最為關鍵的一個環節，壓印模具對工件的加工起到關鍵的作用。壓印模具的設計可以借鑒沖壓模具的相關技術，利用最合理的材料制造出堅固耐用的壓印頭。本裝置壓印頭（凸模）固定在壓印機構的滑塊上，僅需要一個壓印頭;凹模部分由頂芯、彈性卸料板和凹模固定板組成。當壓印頭向凹模前移動時，推送數碼雷管外殼進入頂芯并定位，進而完成壓印工作。當壓印頭返回時，由彈性卸料板進行卸料工作，將數碼雷管外殼與頂芯分離。計算總沖壓力：

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

根據以上設計的壓印機構零件尺寸，在SolidWorks中繪制出壓印機構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、數碼雷管壓印有限元分析

有限元法是根據變分法原理來求解數學物理問題的一種數值計算方法，可完成一般力學中無法解決的對復雜結構的分析問題。有限元法不僅適用于復雜的幾何形狀和邊界條件，而且能應用于復雜的材料性質問題。它幾乎適用于求解所有關于連續介質和場的問題。因此有限元法已被公認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插件來進行數碼雷管模具壓印時雷管外殼的有限元分析過程。數碼雷管外殼為管件，外徑為7 mm，壁厚0.2 mm。該管件材質為鋁合金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。數碼雷管外殼的內底面是固定面，在這種情況下分析雷管外殼的封底面的應力、應變分布，分析雷管外殼封底面在這種情況下是否會被破壞。

由分析結果可見，只是雷管外圓柱面固定進行壓痕時最大變形量為6.322×10-6，雷管封閉端內表面與封閉端內表面和外圓柱面均固定時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，就可以根據仿真得到雷管外殼相應的壓印深度。

四、結束語

通過對壓印時雷管外殼的應力應變進行仿真分析，可以預知在模具設計階段進行受力和變形的關系，可以根據分析結果調整相關參數，避免在制造出模具后再發現不合格而造成的浪費。因此在機械裝備生產中，在設計階段進行受力或工作過程的Solidworks、UG等軟件仿真受到廣大設計者的重視，同時設計仿真應用越來越廣泛。

基金項目：廣州南洋理工職業學院2017年校級創新強校工程項目“機械類專業3D建模教學團隊”（NY-2017CQ1TD-02）。