一次成型抱箍模具的設計

杭州電力設備制造有限公司臨安恒信成套電氣制造分公司 張教練 張 坤 劉世忠 徐釗權 陳 偉 曹存余 潘曉軍 潘燕子

抱箍是用一種材料抱住或箍住另外一種材料的構件，常見的有叉梁抱箍、拉線抱箍、上桿抱箍、吊線抱箍、撐腳抱箍、卡盤抱箍、裝擔U 型抱箍、一型分線箱抱箍、T 型分線箱抱箍、分線盒抱箍。目前我公司制作的抱箍主要有四種型號（圖1），并作為開關柜（如的配件使用，應用比較廣泛。

圖1 抱箍的四種型號

隨著2015年杭州市獲得“2022年亞運會主辦權”，配網改造工程大幅度增加，公司開關柜出貨量也隨之增長，抱箍作為中置柜中固定線纜的配件必不可少，隨著日訂單數量逐步增加，這就要求中置柜各生產環節在保質保量前提下縮短工期。目前，我公司對抱箍的生產工藝存在著生產工藝復雜、步驟繁多等問題，大大降低了對抱箍的生產效率，故如何設計一款快速有效的抱箍生產設備這是本文主要解決的問題。

1 生產制作方式分析

預計按年生產總量10萬套（四種型號）來計算，每套可縮短48秒，共計可節約1333.33小時，約56天，極大的提高了抱箍的生產效率。我公司目前抱箍生產工藝分四步：毛坯板料在數控沖床沖孔；利用剪板機剪裁適當寬度的毛坯；用現有的折彎機加工出方形抱箍；用臺鉆裝夾相應磨具加工出大致形狀抱箍。通過調查及發現，目前采用的四步抱箍生產工藝存在以下問題：生產效率低、生產工藝復雜、步驟繁多；人力及物力的投入成本較大；工人強度大、對于工人操作水平要求較高；加工精度低，無法形成標準件；合格率低，易造成殘次品；存在人身安全隱患。

2 方案設計

利用車間里現有的沖床或折彎機床，使其提供動力，在制作一個上下承壓裝置即可把抱箍壓制成型，從而節省成本和減少抱箍制作工藝步驟。借鑒等勢原理，利用嵌套裝置把承載設備裝設在沖床或折彎機上，利用沖床或折彎機的上升、下降帶動承壓裝置，從而實現承壓實現抱箍沖孔、裁剪、成型一體完成。

通過上述原理，用一臺設備（沖床或者折彎機）、一道工序、一位操作工人（原有工藝需四個工人、四個步驟完成）即可完成抱箍的制作過程，大大減小工作量和工作強度，提高工作效率及產品合格率：方案一。設計一套集沖孔、剪裁、折彎為一體化的機床；方案二。在現有的數控折彎機增加特制專用的圓弧形凹凸模，利用折彎機提供動力，完成抱箍成型功能；方案三。在現有的沖床上增加特制專用的裝置、利用沖床提供動力，完成裁剪、沖孔、折彎一體功能。

2.1 各方案優缺點對比

方案一。優點：自動化生產，效率高，降低人工成本，降低材料損耗，提升產品質量；缺點：對工人技術水平要求較高，設備性能要求高，價格昂貴（11萬元左右），增加一臺機床，增加場地的使用面積（7～12平方）。

方案二。優點：機床可增設四套磨具，可批量生產，折彎機工作相對穩定，安全性能高，減少加工流程，提高生產效率，對現有設備改進，降低生產成本，無需增加新設備，減少場地使用。缺點：需定制磨具，針對不同形狀抱箍生產，需拆裝磨具，將原來的四步制作改成三部（只減少一個加工步驟），模具在折彎機上受力不一致，對折彎機壽命有影響。

方案三。優點：一次成型、生產效率高，成本低、合格率高、安全系數高，減小占地面積，對工人技術要求低、容易操作。缺點：需人工換料。

表1 模具材料的選擇

表2 凹凸模具方向的選擇

表3 裁剪順序的選擇

表4 沖針外形優選表

依據總體方案，小組繪制出如下方案細化分解：模具材料（冷作模具鋼、熱軋模具鋼）、凹凸模具方向（凸模在下、凹模在上，凸模在上、凹模在下）、裁剪順序（先裁剪、后沖壓，先沖壓，后裁剪）、沖針外形（圓柱形沖針、扁頂沖針）、導向板裝置（橫向進給、豎向進給）、機床選擇（普通沖床、數控折彎機）。

確定最佳方案：模具材料為冷作模具鋼；凹凸模具方向為圓柱形沖針；裁剪順序為先裁剪，后沖壓；圓柱形沖針；轉向平臺為導向板裝置；普通沖床。其中動力來源主要考慮使用普通沖床與數控折彎機的情況等。

2.2 最佳方案論證

表5 導向板裝置進給方向的選擇

表6 機床選擇

通過對以上方案優缺點進行對比，本著節約成本的原則，最終確定方案三為最佳方案（圖2）。經測試，升降后試驗合格率達100%，符合對策目標。經實際驗證，制作一個抱箍的平均時間為22秒，滿足前期制定的目標。

圖2 最終方案圖

3 效果檢查

3.1 目標值檢查

按年生產總量10萬套（四種型號）來計算，每套可縮短48秒，共計可節約1333.33小時，共約56天，產品合格率達100%；生產抱箍時間由原來78秒/套，降低到20秒/套。經效果檢查，一次成型抱箍模具的研制后，抱箍的合格率得到了明顯提高，所需工人數量減少三人，節約了生產成本，提高了生產效率，前期制定目標達成。

3.2 效益驗證

經濟效益測算：耗材成本分析。下面我們以20 mm×140 mm 抱箍為例，如果需要裁剪一塊1250mm×2200mm 的鍍鋅鋼板（目前大多采用此型號作為毛坯），可以裁剪930塊，需換料18次，剩余廢料0.146平方毫米。廢料非常少，幾乎可以忽略不計；裝置加工成本（試驗+樣機費用）7750元；通過對原有抱箍生產工藝的改進使得工作效率得到了極大地提高，原來制作抱箍需4名工人配合制作，單套抱箍需1.2分鐘，現在只需一人操作21秒即可完成，效率提高近5倍，合格率提高到100%。如果按照目前每年生產10萬個抱箍計算，可以帶來經濟效益約12萬元。

安全保障：有效解決了對工人工作時的安全隱患。沖床作業所需要工人技術能力比原有四步（需數控沖孔工人、數控裁剪工人、數控折彎工人）加工法對工人的要求，使工人操作更加安全；使用了標準模，提高了行業制作標準制作的規范性，提高了產品合格率；大大降低了人工成本，由原來的四人變為現在的一人生產，提高了效率，節約了人工成本。

本次關于一次成型抱箍模具的研制，有三大創新點：采用標準模具制作，提高了行業制作標準制作的規范性；采用沖床設備改進，有效解決了對工人素質能力過高的需求：沖床作業所需工人技術能力比原有四步（需數控沖孔工人、數控裁剪工人、數控折彎工人）加工法對工人的要求低，企業容易招工；管理水平也明顯提高。