卡箍卷圓級進模設計

0 引 言

圓環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，再用卷圓設備將落料件卷成圓環，這種工藝雖然簡單，但存在以下弊端：①材料周轉環節較多，生產效率低；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狀制件，采用級進模進行卷圓，可以克服上述弊端，現以卡箍卷圓為例，采用級進模實現卷圓。

通過對控制器負反饋增益矩陣K的選取，使得閉環系統A-BK穩定，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的極點配置在復數域的負半平面上，即可得到系統的穩定性。而基于LQR的最優控制，在滿足閉環系統穩定性的基礎上，對系統運動及控制過程進行優化。其過程可描述為，對于能控的線性系統尋求該系統的最優控制率：Uopt=-KoptX，使得以下設計的二次型性能指標函數J取得極值。

1 制件結構分析

圖1 所示為卡箍，呈圓環狀，外徑為φ33.3 mm，內徑為φ30.9 mm，長度為31 mm，兩端各有幾個齒狀結構，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、預卷圓、卷圓4道工序，材料周轉環節多，生產效率低，且落料件兩端凸、凹特征結構如用1副落料模生產，落料模的凸、凹模容易產生爆裂、崩角等現象，模具維修率較高。用卷圓設備卷圓時，由于定位精度不高，落料件兩端容易出現偏差，不能完全吻合，導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環節，提高生產率效。另外可以在卷圓工序設置定位零件，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中的抬料機構是導正銷、抬料銷、彈簧銷釘等，如圖4 所示，在下模料帶的兩邊設置抬料銷，在料帶的中間設置彈簧銷釘，在上模導正孔對應的位置設置導正銷，在導正銷的旁邊設置2 個彈簧銷釘。當上、下模閉合時，導正銷插入料帶的導正孔中，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構

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，為復合工序。

城市綜合客運樞紐功能布局的主體應該是交通功能，其布置方式是根據主要客流換乘的便捷方式進行的，能夠實現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，會出現混亂問題。除此之外，設計人員應該針對樞紐區域的實際情況，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，為了實現客流的有效疏散，應該留出足夠的空間。

工序?空工位，工序?第2次預卷圓。利用凸、凹模的閉合，在第1次預卷圓的基礎上，對工序件的中間位置進行擠壓，使工序件進一步彎曲，第2次預卷圓的模具結構主要由凸模、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置導正銷與抬料銷，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置導正銷，由上模的導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沖導正孔。該工序的主要目的是在料帶上沖出3個導正孔，對料帶進行定位，防止料帶定位不準，導正孔位于制件輪廓以外的區域，當沖壓結束時，導正孔會隨廢料一起流入收集框中。3 個導正孔中，中間的導正孔一直存在，直到全部工序結束后才被裁剪。工序⑦之后，料帶兩側的材料被裁去。

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

支墩為鋼管結構，在頂部設置落梁，為保證整體穩定性，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。在貝雷梁的上部設置方木，其間距為25cm。同時在方木的基礎上設置竹膠板，將其作為底部模板。梁體外側方木避免設置鋼軌，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到施工現場，再由泵車進行連續澆筑[1]。

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

工序⑨空工位。因為工序⑧是沖裁，工序⑩是預卷圓，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。經過第2次預卷圓后，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 次預卷圓。第1 次預卷圓的模具結構主要由凸模、凹模、頂塊、定位柱和氮氣彈簧組成，其中頂塊位于凹模內，在頂塊下方設置氮氣彈簧，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六角螺釘。

偶爾迷茫的王老師（以下稱王老師）：還不知道呢。現在中小學教師評職稱，需要做課題、發論文。美其名曰是要打造“研究型教師”，可是光發表論文這一條要求，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，結構如圖9所示。

切斷與卷圓是該級進模的關鍵工序，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，軸會出現翹曲變形，導致制件的同軸度超標。在軸的另一端安裝氮氣彈簧，生產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將制件推出模具并復位，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，開始下一個生產循環。最終的級進模結構如圖12所示。

美國工程木協會(Engineered Wood Association，APA)已經適應了人造板行業的變化，同時堅持其核心原則。

3 結束語

模具結構中為了增加沖裁凸、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，中間軸修正內圓形狀，成形制件內圓精度能達到IT11 級，在級進模中進行卷圓時，在工序件的旁邊設置定位柱，定位的精度高，使頭尾鋸齒狀完全耦合。經實際生產驗證，級進模成形的制件外形輪廓的圓度符合要求，生產效率高。

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