文學(xué)紅

(佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 佛山 528137)

基于SolidWorks的底蓋支撐架多工位級進(jìn)模設(shè)計

文學(xué)紅

(佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 佛山 528137)

摘要：根據(jù)底蓋支撐架沖壓件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用基于SolidWorks平臺的3DQuickPress進(jìn)行了多工位級進(jìn)模設(shè)計。對底蓋支撐架進(jìn)行了成形分析，確定了模具總體結(jié)構(gòu)。應(yīng)用SolidWorks軟件及其插件3DQuickPress的各項功能，根據(jù)制件技術(shù)要求，完成了模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。實踐表明：此方法設(shè)計模具直觀，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，極大提高了模具設(shè)計精度。

關(guān)鍵詞：3DQuickpress插件；底蓋支撐架；多工位級進(jìn)模

Design of Multistage Progressive Die for Bottom Support Frame Based on SolidWorks

WEN Xuehong

(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Foshan Polytechnic, Foshan 528137, China)

Abstract:According to the structure characteristics of bottom support frame, a multistage progressive die is designed by using 3DQuickPress based on SolidWorks platform. Forming analysis of the bottom support frame is done to determine the overall structure of the die and the functions of SolidWorks and its plug 3DQuickPress are used to complete the design of the overall structure of the die according to the technical requirement of the workpiece. The practice shows that the design method of the die is intuitive, the design standards are uniform, so that the method can be used to greatly improve the design accuracy.

Keywords:3DQuickpress plug; bottom support frame; multistage progressive die

0引言

多工位級進(jìn)模是一種高精度、高效率、長壽命的模具，屬于技術(shù)密集型模具。隨著多工位級進(jìn)模復(fù)雜程度的提高，傳統(tǒng)2D軟件無法滿足級進(jìn)模設(shè)計的需求[1]。2D軟件設(shè)計模具時存在的突出問題是：設(shè)計不直觀，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，無法進(jìn)行干涉檢查，后期要花費(fèi)大量時間修改模具等。

3DQuickPress是一套基于SolidWorks軟件平臺的專注于五金沖壓模具行業(yè)的插件，結(jié)合 SolidWorks 易學(xué)易用，功能強(qiáng)大的特性，快速高效地進(jìn)行全三維的五金沖壓模具設(shè)計。利用3DQuickPress可以直觀地表達(dá)設(shè)計方案，統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，縮短模具設(shè)計及生產(chǎn)時間。該插件設(shè)計多工位級進(jìn)模的基本步驟是：零件展開、排樣設(shè)計、沖頭設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程圖等。每一個步驟的文檔都是互相關(guān)聯(lián)的，任何一處發(fā)生改動都可以反映在整個設(shè)計過程的相關(guān)過程上?，F(xiàn)以底蓋支撐架為例，在SolidWorks/3DQuickPress下實現(xiàn)了多工位級進(jìn)模設(shè)計。

1制件造型及成形分析

a) 工藝分析及三維造型

圖1所示為某家電的底蓋支撐架，材料為SUS430不銹鋼，料厚t=1.0mm，大批量生產(chǎn)。零件結(jié)構(gòu)不對稱，成形工藝包括沖裁、折彎、翻孔。由于零件的尺寸較小，適合用多工位級進(jìn)模生產(chǎn)。根據(jù)提供的零件二維圖，應(yīng)用SolidWorks的鈑金模塊，先后用基體法蘭、拉伸、邊角和圓角等命令，完成三維造型。

圖1　底蓋支撐架制件圖

b) 制件CAE分析

板料沖壓成形與材料性能、工件尺寸形狀、載荷方式、模具型腔表面品質(zhì)、模具結(jié)構(gòu)等一系列因素有關(guān)，其工藝與模具設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜，很難采用傳統(tǒng)的理論計算方法[2]。此制件經(jīng)彎曲、翻孔后會引起回彈、起皺和破裂等問題，單憑經(jīng)驗很難預(yù)先估計，這些問題給模具的加工和調(diào)試造成極大困難，甚至導(dǎo)致模具報廢[3]。3DQuickForm也是基于SolidWorks軟件平臺，是解決五金產(chǎn)品成形問題的有限元分析模擬軟件。3DQuickForm的基本工作流程為：處理幾何模型，創(chuàng)建中性面——設(shè)置邊界條件，定義展開面，建立網(wǎng)格——運(yùn)行算例——輸出坯料，查看厚度變化，應(yīng)力應(yīng)變分布等。經(jīng)過分析，彎曲、翻孔后能夠達(dá)到技術(shù)要求。制件的中性面和網(wǎng)格劃分如圖2、圖3所示。

圖2　制件中性面

圖3　制件網(wǎng)格劃分

2基于SolidWorks/3DQuickPress的模具設(shè)計

a) 零件展開

制件展開是模具設(shè)計的一個重要步驟，3DQuickPress提供了各種強(qiáng)大的工具，可以展開常用CAD平臺創(chuàng)建的鈑金零件和實體零件。3DQuickPress的鈑金識別計算核心能夠把SolidWorks所讀取的不同實體格式(如Parasolid、STEP、IGES等)，都識別為3DQuickPress的鈑金特征，供模具設(shè)計使用。

應(yīng)用3DQuickpress的“鈑金零件展開”功能可以對制件進(jìn)行展開操作，強(qiáng)勁的自動鈑金特征識別能力，可展開各種成形、折彎、扭曲等。展開有彎曲特征的制件時，用戶通過直接輸入需要的折彎補(bǔ)償BA或K因子值，就可以得到合適的坯件展開長度。展開操作時，也確定了制件的沖壓方向。底蓋支撐架展開效果如圖4所示。

圖4　底蓋支撐架展開圖

b) 排樣設(shè)計

3DQuickPress具有排樣優(yōu)化、多產(chǎn)品排樣、分步折彎和回彈設(shè)置等獨(dú)特功能，還包含各種豐富的輔助設(shè)計工具，如在工步間直接拖動就能安排加工工序、沖壓力計算、壓力中心指示、料帶動態(tài)模擬、增減工步數(shù)和快速輸出料帶報價信息表等[4]。

應(yīng)用3DQuickpress的“料帶設(shè)計模塊”功能，可以進(jìn)行排樣設(shè)計。根據(jù)制件特點(diǎn)，采用橫排排列方案，減小了步距，也利用排布各工序。制件兩側(cè)都有彎曲成形，所以選擇中間載體，增加了條料送進(jìn)的剛性和穩(wěn)定性。在彎曲過程中，采用先向下折彎，再向上折彎成形，模具結(jié)構(gòu)相對簡單，送料方便，卸料頂件可靠穩(wěn)定，出件順暢。在系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上設(shè)置條料寬度為62mm，步距為14.5mm。條料從右向左送進(jìn)，共10個工位：1) 沖D6mm的圓孔和D2mm的翻孔預(yù)沖孔；2) 空工位；3) 沖兩側(cè)“T”字形廢料；4) 沖D3.03mm的導(dǎo)正孔；5) 向上翻孔；6) 兩側(cè)L形向下折彎90°；7) 空工位；8) U形向上折彎90°；9) 空工位；10) 零件切斷。為了提高凹模的強(qiáng)度和便于安裝凸模，設(shè)置了3個空工位。采用此排樣方案，材料利用率為58.58%，設(shè)計結(jié)果如圖5所示。

圖5　條料排樣圖

c) 沖頭設(shè)計

在3DQuickPress中定制了“產(chǎn)品預(yù)定義零件庫(product ready library，PRL)”，通過這個零件庫能夠高效地產(chǎn)生沖裁沖頭、L形折彎組件、U形折彎組件、Z形折彎組件及圓形翻孔組件等，還可以用戶自定義PRL組件。設(shè)計沖頭時，只需根據(jù)沖壓要求選擇沖頭的結(jié)構(gòu)型式即可。

為方便凸模在固定板中的定位與安裝，圓孔凸模設(shè)計成臺階式固定；異形孔凸模設(shè)計成直通式，且用內(nèi)六角螺釘固定在凸模固定板上。L形、U形折彎組件中凸模設(shè)計成掛臺式。凹模設(shè)計成鑲塊式；U形折彎組件帶有頂塊，彎曲時頂塊始終壓緊條料，確保彎曲件底部平整。上?；厣龝r，頂件塊將條料向上頂起。圓形翻孔組件中凸模、凹模均設(shè)計成臺階式。上?；厣龝r，推桿將條料向下推出，以利于條料向下一工位送進(jìn)。

設(shè)計結(jié)果如圖6所示。

圖6　沖頭結(jié)構(gòu)圖

d) 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括選擇模架結(jié)構(gòu)型式及條料的導(dǎo)向、定位、卸料、抬料、出件等。在3DQuickPress中通過“產(chǎn)生模架”功能可以直接調(diào)用系統(tǒng)預(yù)制的模架結(jié)構(gòu)，也可以根據(jù)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)定制相應(yīng)的模架結(jié)構(gòu)。定位裝置、卸料裝置、抬料裝置等的設(shè)計是通過“零部件設(shè)計”功能來實現(xiàn)的，系統(tǒng)提供了多個供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)件庫，用戶也可以自定義標(biāo)準(zhǔn)件庫。

1) 模架設(shè)計

選擇系統(tǒng)預(yù)制的模架結(jié)構(gòu)，根據(jù)條料尺寸，修改模板尺寸，表1為各模板參數(shù)。調(diào)入模架如圖7所示。模架采用四角滾動式導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。

表1　模板參數(shù)　mm

圖7　模架圖

2) 定位裝置

上模設(shè)置了2個導(dǎo)正銷，采用工藝孔D3.03mm作為導(dǎo)正孔。根據(jù)料厚確定導(dǎo)正銷的直徑為D3mm，導(dǎo)正銷用H7/r6安裝在卸料板上，導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分與導(dǎo)正孔采用H7/p配合。送料步進(jìn)精度可按公式計算：

3) 卸料裝置

對于多工位級進(jìn)模來說，模具外形結(jié)構(gòu)大，工位多，卸料必須安全可靠，應(yīng)采用卸料性能較好的彈性卸料裝置[5]。卸料板和卸料墊板的平面外形尺寸等于凹模板；卸料板與凸模單邊間隙取0.02mm；卸料墊板與凸模單邊間隙取0.3mm。卸料墊板與卸料板固定在一起，卸料螺釘和彈簧的值可根據(jù)卸料力計算，并選取標(biāo)準(zhǔn)件。

4) 抬料裝置

本制件包含翻孔、彎曲成形工序，工序件會在條料上、下兩面彎起或突出。為使條料浮升高度一致，在初始工位采用兩組兼有導(dǎo)料、抬料作用的浮升導(dǎo)料銷，分布在條料兩邊；后續(xù)工位因條料導(dǎo)向邊被切除，采用六組頂針進(jìn)行抬料，分布在條料下方。浮升導(dǎo)料銷和頂針安裝在凹模板和下墊板上，下面有彈簧和機(jī)米螺絲，可以上下活動。浮升導(dǎo)料銷凹槽與條料取單邊間隙0.05mm，以利于條料的準(zhǔn)確送進(jìn)。

在翻孔、彎曲成形工位之后，可以通過“干涉檢查”功能，檢查條料與模板發(fā)生干涉的部位，在模板相應(yīng)位置創(chuàng)建避位槽。使用沖頭或其他零部件可以對相關(guān)的模板進(jìn)行開孔操作，開孔尺寸由預(yù)設(shè)的開孔間隙決定。完成的模具三維裝配總圖，如圖8所示。

圖8　模具三維裝配總圖

5) 工程圖

SolidWorks會對模板、沖頭等非標(biāo)準(zhǔn)件自動創(chuàng)建相應(yīng)的工程圖，設(shè)計時用戶也可自行制作工程圖。3DQuickPress中有專門針對沖壓模具圖樣特性的工程圖操作，可以快速地完成孔表、坐標(biāo)標(biāo)注、加工注解和剖視圖等操作。

3結(jié)語

模具設(shè)計從成形分析入手，根據(jù)制件的特點(diǎn)，綜合考慮采用橫排排樣法，導(dǎo)正銷定位，彈性卸料，采用浮升導(dǎo)料銷和頂針進(jìn)行抬料。在對底蓋支撐架沖裁、彎曲、翻孔等成形工藝分析的基礎(chǔ)上，提出采用多工位級進(jìn)模的沖壓方案。

應(yīng)用基于SolidWorks平臺的3DQuickPress插件進(jìn)行級進(jìn)模設(shè)計，結(jié)合3DQuickForm插件進(jìn)行成形分析。全過程在三維狀態(tài)下進(jìn)行，直觀參數(shù)化的模型使設(shè)計人員避免產(chǎn)生設(shè)計錯誤，不斷優(yōu)化模具設(shè)計，縮短了模具研發(fā)周期，并且保證了產(chǎn)品品質(zhì)。

參考文獻(xiàn):

[1] 王巍,劉春,馬田. 基于TopSolid的固定片多工位級進(jìn)模設(shè)計[J]. 熱加工工藝,2014,43(13):99-102.

[2] 原政軍,安升,白生武,等. 基于DYNAFORM的汽車大燈燈殼工藝及模具設(shè)計[J]. 熱加工工藝,2012,41(9):222-224.

[3] 蘇君,黃建娜,劉松林. 典型彎曲沖壓件多工位級進(jìn)模設(shè)計[J]. 制造業(yè)自動化,2012,34(3):60-62.

[4] 郭春云,祝恒,李鋒. 3DQuickPress結(jié)合SolidWorks的五金連續(xù)沖壓模具設(shè)計[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2011,(8):51-53.

[5] 蘇君,崔庚彥,劉保軍. 基于UG和MasterCAM的多工位級進(jìn)模設(shè)計與制造[J]. 鍛壓技術(shù),2012,37(3):159-162.

收稿日期：2014-03-16

中圖分類號：TP391.7；TG385.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-5276(2015)04-0120-03

作者簡介：文學(xué)紅(1975-)，女，江西進(jìn)賢人，講師，碩士，從事模具設(shè)計、教學(xué)研究工作。

基金項目：佛山市高校和醫(yī)院科研基礎(chǔ)平臺建設(shè)資助項目(2013AG10010)