铝制电饭锅内胆落料拉深复合模设计

熊平原，高 寒

（仲恺农业工程学院机电工程学院，广东 广州510225）



铝制电饭锅内胆落料拉深复合模设计

熊平原，高 寒

（仲恺农业工程学院机电工程学院，广东 广州510225）

摘要：内胆是电饭锅的关键部件，传统内胆加工由一序列冲压工序完成，一般是先落料后拉深，人工上下料、多次装夹、生产效率低、精度难以保证。针对3003铝合金内胆，进行工艺性分析，冲压机选择以及凹凸模尺寸计算，设计出一套落料拉深复合模具，提高生产效率和零件质量。利用UG软件构建模具三维参数化模型，初步检验模具结构合理性，为后续CAM提供基础。

关键词：电饭锅内胆；落料拉深复合模；UG

内胆是电饭锅的重要组成部分，主要用于盛放食材及传导热量［1］，决定着电饭锅的使用性能和功率消耗。目前，大部分内胆均采用不锈钢和合金材质，其中铝合金材料具有抗腐蚀性、易加工、导热性能好等优点［2］，被市场广泛采用。电饭锅内胆由冲压工艺加工完成，主要包含落料、拉深、翻边、刻字等工序［3］，传统生产布局方式是每一工序都在一种冲压机上单独完成，安装不同的模具，人工实现上下料、定位和装夹，劳动强度大、生产效率低、精度难以保证。本设计将落料和拉深工序合并起来，设计一套落料拉深复合模具，减少总模具数量、降低装夹次数、提高加工精度；同时结合CAD/CAE/CAM的发展方向［4］，利用UG NX构建模具的三维模型，提高了设计效率和设计质量。

1　工艺性分析及工作原理

1.1工艺性分析

工件名称：电饭锅内锅；生产批量：10万件；材料：3003铝合金；厚度：t=2 mm.

所设计内胆件结构图见图1所示。该工件结构对称规则，工序为落料、拉深；圆形无盖落料拉伸件，拉伸高度不大，缸体呈圆筒形状；工件材料为3003铝合金板状材料，AL-Mn系铝合金，是应用最广的一种防锈铝合金［5］，强度不高，稍高于工业纯铝，不能热处理强化，故采用冷加工方法来提高它的力学性能，在退火状态有很高的塑性；零件图上的一般按照IT6/ IT7级，外轮廓所有未注公差尺寸按IT12级，一般冲压均能满足精度要求；由于产品的生产批量较大，不适宜采用单一工序完成生产，采用复合模具结构。

图1　内胆结构图

1.2工作原理

整套模具能同时完成内胆的落料、拉伸两道工序，其结构简图如图2所示。模具工作时，条料预先放置在导料-卸料板中，起到对齐和固定条料的作用，安装在条料运输机构上的定位销可以固定条料位置，以便冲压。条料下方是由顶料杆施加压力的压边圈，压力机滑块下降，上、下模闭合接触，落料拉伸凸凹模的外刃口与整体落料凹模的刃口对齐，并开始冲裁，落料毛坯；此时毛坯边缘由凸凹模和压边圈紧压着，随着冲程的继续进行，毛坯接触拉伸凸模，开始拉伸毛坯，之后毛坯与打料块接触，并随着拉伸工序的进行，将打料块推起，直至打料块底部与上模座下部接触，停止拉伸。随着压力机滑块的上升，上下模开始分离，在模座底部固定安装的弹簧组作用下，推动顶料杆与压边圈，将制成零件顶出，如果零件由于反弹等原因而卡在凸凹模中，则由打料杆推动打料块将零件定出来。取出已制成零件，条料运输机构定位销弹起，运输带向前运送一个送料步距，定位销卡住条料，压力机开始工作，并重复继续下一零件的冲压拉伸的制作。

图2　模具结构简图

2　压力机选择及零件尺寸计算

2.1工序力计算

（1）冲裁力：Kc=KAτb=KLtτb=237 kN，式中冲裁系数K取1.3，材料剪切强度τb=85 MPa，冲裁断面周长L为394 mm，毛坯厚度t为2 mm.

（2）卸料力：Fx=KxFc=8.19 kN，卸料力系数Kx取0.03.

（3）拉伸力：F1=K1πd1tRm=156 kN，式中首次拉深系数K1取1.0，拉伸后工件直径d为200 mm，材料抗拉强度Rm为128 MPa.

总冲压工序力：F0=Fc+Fx+F1+Q=513 kN.本毛坯落料件为规则圆形，又关于X、Y轴对称，故其压力中心在圆心位置。为了使压力机能够安全工作，需要计算安全工作压力Fp≥1.8F0＝923.4 kN，故选用型号为J23-100型单点开式压力机。

2.2工作零件尺寸计算

内胆落料凹凸模具刃口尺寸选用互换法进行计算设计。由文献［6］知冲裁刃口双面间隙为Zmin=0.14 mm，Zmax=0.18 mm.因为凹凸模配合较精度高，所以凸模与凹模的制造精度可分别取IT6、IT7级，由文献［7］知凸模制造公差δp=0.036 mm，凹模制造公差δd=0.057 mm，由于δp+δd＞Zmax-Zmin，应提高凹凸模制造精度，则取：

式中：D为落料件基本尺寸，mm；Dd为凹模基本尺寸，mm；Dp为凸模基本尺寸，mm；x为磨损系数；△为工件公差，mm；

对于拉深凹凸模，工件上未注尺寸公差的尺寸任按IT12计算，则：

拉伸凸模：

式中：D'为拉伸件外径尺寸，为200 mm；D'd为凹模基本尺寸，mm；D'p为凸模基本尺寸，mm；△'为工件公差，为0.1mm；δ'p为凸模制造公差，0.06mm；δ'd为凹模制造公差，0.1mm；C拉深单边间隙，取C=1.1t，mm.

3　三维模型构建

Siemens UG NX产品生命周期管理方案为传统模具设计带来变革，可以实现虚拟零件创

建、装配、分析及数控加工，大大提高模具设计效率和质量。通过装配检验，零件无干涉现象，尺寸配合紧密，初步检验设计尺寸合理。本设计内胆复合模具三维装配体如图3所示。

图3　三维装配体

4　结束语

设计出一套电饭锅内胆落料拉深复合模具，减少了生产企业模具总数量、降低工件装夹次数、提高加工精度和生产效率，模具结构简单、易于装配。使用UG软件对模具进行参数化建模，装配三维体，对虚拟模型进行干涉检查和运动分析，初步检验模具是否涉及合理，同时为后续的数控加工提供基础。

参考文献：

［1］王沁军．基于Pro/E行为建模技术的电饭锅内锅设计［J］．制造业信息化，2012，（7）:49-51．

［2］葛亮.仿生不粘锅粘附性能的研究［D］.长春：吉林大学，2005:2-4.

［3］李长江.电饭锅内胆拉深工艺高速上下料机器人本体结构的设计与优化［D］.湛江：广东海洋大学，2014:8-12.

［4］陈晖，周细应，李名尧．模具CAD/CAE/CAM技术的应用及其发展趋势［J］．铸造技术，2014，31（11）:1454-1456．

［5］陈贵清，傅高升，颜文，等．3003铝合金热变形行为［J］．塑性工程学报，2011，18（4）:28-33．

［6］田光辉.模具设计与制造［M］.北京大学出版社，2010.

［7］郑家贤.冲压模具设计实用手册［M］.机械工业出版社，2007.

Design of Blanking and Stretching Compound Mold for Aluminum Cooker Inner Pot

XIONG Ping-yuan，GAO Han
（College of Mechanic and Electronic Engineering，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou Guangdong 510225，China）

Abstract：Inner pot was the key components of electric cooker，the traditional processing method contained a sequence of punching process，for instance blanking before？drawing，it would cause the problems as heavy laboring intensity，many times clamping，low productive efficiency，hard to assure the precision.Through the analysis of the structure and technological property，choosing the punching machine，calculating the dimensions of punch and concave，a blanking and stretching compound mold was designed for 3003 aluminum inner pot，which could improve the production efficiency and part quality.Finally this paper built the 3-dimensional model of compound mold based on UG，preliminary validation indicated that the structure dimensions were correct，also this provided the basic research for CAM.

Key words：cooker inner pot；blanking-stretching compound mold；UG

中图分类号：TG385.2

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）03-0223-02

收稿日期：2015-12-16

基金项目：广东省科技厅科技计划项目（2015A030401097）；广东省高等教育教学研究和改革项目（基于虚拟实验的机械创新实验平台构建）

作者简介：熊平原（1983-），男，湖北大悟人，硕士，助理研究员，研究方向：机械设计及CAD/CAM。