橡皮布打孔机凹凸模的研究与设计

李睿远， 张勇， 张昂

（西北机电工程研究所，陕西咸阳712099）

0 引言

某橡皮布打孔机是基于某印钞厂现有设备，按照“在橡皮布上划线→打孔→装卡”的工艺流程而开发的。由于现有的工艺简陋，精度难以保证，故而造成每次打孔精度很低，装卡都要花费很长的时间，而且还经常会出现倾斜、吊角等现象，导致三组胶皮布产品印刷精度不一致，需要重新拆装调整。本文在现有工艺的基础上，着重探讨了打孔模架的力学性能和凹凸模的优化设计等问题，设计、制作了手工橡皮布打孔机。

1 单个冲孔力的确定

橡皮布是胶印机上转印滚筒的包覆物，是包衬的组成部分，由橡胶涂层和多层专用纤织品等多种材料构成，故不能用单一材料的剪切应力来计算橡皮布的剪切力。为取得本橡皮布的剪切力，我们的试验方法是：将橡皮布装卡到凹模板上，然后将冲头装卡到台钻床上，通过力传感器给台钻床手柄加力，然后通过台钻床的参数进行计算，算出冲孔的力，经过多次试验得出单个打孔的力约为346 N。

2 模架的设计

打孔要求为：在约1.95 mm厚度的橡皮布的两边各打14个φ8.4孔，孔间距60 mm。

模架的设计是打孔设备的基础，设计中主要考虑模架的强度和刚度问题。另外此设备是手工设备，在一侧打完孔后，还要将模架移载到橡皮布的另一侧进行打孔，故模架的重量不能太大。所以在模架设计时通过分析模架的力学性能来达到优化设计的目的，为提高模架的机动性，在满足功能的前提下，尽可能减少橡皮布打孔机模架的重量。通常模架的强度一般不存在问题，对模架的分析重点是刚度分析。

图1 模架结构图

图2 模架受14个力分析

图3 模架中部受6个力分析

图4 模架两端各受4个力分析

通过模架的3种受力情况进行INVENTOR仿真分析：考虑每个冲头冲孔力有一定的余量，设定单个冲头的冲孔力为400N。图1是冲孔模架的结构图。其受力情况分析包括：1）第一种情况。图2是14个孔同时冲孔时的受力分析图，从图中可以看出，模架活动板的最大变形量是0.031 59 mm；2）第二种情况。图3是模架活动板中间受力6×400 N，图4模架活动板两端受力8×400 N时的受力分析图，从图中可以看出模架活动板的最大变形量分别是0.018 42 mm和0.030 56 mm；3）第三种情况。图5是中间受力10×400 N的受力分析图，图6是模架活动板两端受力4×400N，从图中可以看出模架活动板的最大变形量分别是0.020 91 mm和0.010 86 mm。从受力分析图可以看出：模架活动板两端的受力比中间受力对模架的变形影响大，最大变形量为0.031 59；即使同时冲14个孔，其最大变形量也在凹凸模合理的间隙值范围内，但是为了减轻模架的重量，凸模冲头做成阶梯凸模，即冲头的长度成阶梯分布，沿力中心对称分布，这样就使每个凸模冲头的最大力不同时出现，这样就可以大幅度降低冲裁力，进而可以减轻模架的重量。

图5 模架中部受10个力分析

图6 模架两端各受2个力分

3 凹凸模的设计

凹凸模结构的设计主要考虑凹凸模的双向间隙值Z，它对冲裁件的断面质量、尺寸精度和模具寿命等都有很大的影响，但不存在一个同时满足所有要求的合理间隙值。凹凸模结构如图7所示，冲头的设计除了设计成长短不一的尺寸以减少总的冲裁力，为便于更换冲头，将冲头与冲头座设计成过渡配合，通过顶丝即可方便更换冲头。另外排气孔是为了便于装配冲头，以免装配时密封气体，而造成装配困难。根据经验，凹凸模的间隙值Z小于等于橡皮布厚度t的20%（0.39 mm）时，才能冲出比较符合预期精度的孔。但是对于由多种材料组成的橡皮布，0.39 mm的间隙值不能达到预期的冲孔精度。根据试验的情况可以得出：要想打出精度比较满意的孔，间隙值Z应小于等于析 橡皮布厚度t的10%（0.195mm），即可达到冲裁的橡皮

布孔的周围剪切齐整、光洁，没有线头出现。反之，橡皮布的上层橡胶虽已裁剪齐整，但纤织物有粘连、线头出现等现象。在设计时取最大间隙值Z=0.112 mm，即单侧间隙0.056 mm，既降低了加工成本，也降低了安装调试的难度。

图7 凹凸模结构

4 结语

通过橡皮布打孔机设备的研究和设计，积累了一定的试验方法和设计经验；同时通过此设备的使用，彻底解决了原有问题，不仅提高了打孔的精度，而且还提高了装卡板夹的平行精度，使得每次装卡都能达到使用的要求；另外此设备使打孔效率提高70%左右，减轻了工作人员的劳动强度，收到了良好的效益，对以后的设计也有一定的借鉴意义。