管材连续多向自动冲孔机设计

0 引 言

冲孔是常见的冲裁类型，传统的冲孔是利用模具在压力机上进行，适用于板料。随着技术的发展，近年来在管材上冲孔的需求逐渐增多，相比传统的钻、铣等加工方法，用冲压的方法在管材上冲孔，模具结构简单，不仅能满足管材的使用要求，而且能提高生产效率，可适应大批量生产。但是在生产中管材都是系列化，其形状相似，但尺寸规格不同，这就需要大量的模具、设备及人力，在当前人力资源成本高和市场竞争激烈的环境下，无法满足及适应市场的需求，应采用智能化自动冲孔才能满足要求。现以某圆管冲孔为例，设计一台自动冲孔机，为工程技术人员解决系列化管材冲孔问题提供参考。

1 工艺分析

图1 所示为某圆管系列管材，该管材为光伏太阳能、各类空调及冰箱制冷设备上的一个配件，市场需求量大。该管材已系列化、规格化，材料为紫铜或铝合金，管材壁厚为0.5～1.0 mm，其主要特征为：在管的一端需冲出24 个均布的φ（2～3）mm 小孔，在另一端冲切1个3 mm×2 mm的槽，管的直径为φ（11.6～25.2）mm，长度为（100～200）mm；不同的设备要求的管径、长度及小孔的直径不同。

传统的加工方法主要特点如下。

（1）采用压力机利用模具通过7 道工序才能将管材成形。一方面冲孔与切槽是分开成形，一般先冲切槽后冲孔；另一方面在外径方向均匀分布6排，每排4个共24个小孔，需要6次定位进行冲孔，位置度难以保证。每副模具与一台冲床需要一个操作工，生产成本高，无法满足大批量生产；且工序越多，成形管材的尺寸精度越低，特别是管材的位置度难以保证，废品多。

（2）由于管材的管径与需要冲裁的小孔直径不同，即管材的系列化会衍生许多尺寸规格的管材。不同尺寸的管材需要不同的模具与之匹配，模具的通用性低、互换性差，需要的模具数量多，生产成本高，也不便于管理。

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2 自动冲孔机

每次对冲时间可设置在1.5 s 内完成，可使整个设备结构尺寸更为紧凑。冲孔机构6 主要由支承板、6 个气缸4、冲孔凸模连接滑块10 和冲孔凸模镶件11及凸模12组成，如图7所示。

（3）冲孔与切槽工序均需人工送料，无法实现自动化生产，生产效率低，同时由于成形工序多，导致生产时占用场地大、人力和设备多、管材或半成品周转需要的容器多。

（6）高职院校学生对足球运动的热爱程度很高，参与足球活动的积极性也很高，大多数高职院校学生热衷于小型足球活动。

3 冲孔设备工作原理

冲孔设备工作原理如下。

对照组患者应用胶体果胶铋胶囊（华北制药股份有限公司生产，国药准字H20063479，规格50 mg/粒）治疗，3次/d，50 mg/次，口服给药。观察组患者应用替普瑞酮（卫材药业有限公司，国药准字H20093656，规格50 mg/粒）治疗，3次/d，50 mg/次，口服给药。两组患者均连续治疗3个月。

（1）将冲切的管材放入储料箱，储料箱根据管材的尺寸规格设计容量，储料至少500 支。储料箱设计15°倾角，有利于管材通过自重下落，而在最低位置利用调整系统根据管径调整至每次只有1支管材顺利落下。

（2）当从储料箱落下的1 支管材到送料机构的送料板上，气缸1调整送料机构向前到设定的位置，如图3所示。

（3）抓料送进机构5从送料块上进行抓料后，气缸3 推动抓料送进机构向前运动到设定的位置，管材将套入并固定在冲孔机构上的冲孔凹模9 上，如图4、图5所示。

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（4）当抓料送进机构5 将管材送入冲孔凹模9所设定的位置时，冲孔机构6 开始冲孔，冲孔采用3次对冲的方式进行，如图6所示。

冲孔凹模9 设计为空心薄壁结构，壁厚设计为3 mm，便于冲切完成后通过压缩空气清除废料，同时冲切槽机构4 也在气缸2 的作用下向前运动到设定位置，在该过程中，冲切槽机构4上的切槽凹模将逐渐插入管材中，与冲孔凹模9 一起对管材进行定位，但抓料爪仍然抓紧管材，可以保证管材在冲切过程中的牢靠和稳定。

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为解决传统加工方法遇到的难题，采用一套自动化设备完成管材的连续加工生产，通过更换个别部件和调整相关位置或尺寸，可以实现系列化生产，自动冲孔机设备总成如图2所示。

实际生产中，抓料爪可以根据管材的管径进行调整，设置弹性结构，有利于抓紧管材，确保在冲切过程中管材稳定。当冲切完成后，气缸3 回程将管材拉出并打开抓料爪，管材自行落下。

这里引入了需求价格弹性的概念，以反映随着价格的变化电动汽车的充电需求的变化。根据需求价格弹性概念[14]，对于任何电动汽车i，定义需求价格弹性系数euv为Tv时段电价变动对Tu时段电动汽车充电需求的影响：

冲孔机构采用连接滑块10 和冲孔凸模镶件11是为了实现管材系列化生产，当冲孔的直径变化时只需更换凸模，而且拆卸和安装方便，冲孔凸模镶件11结构如图8所示。

由于采用气动压力，为了减小气缸尺寸，凸模安装采用台阶式，避免了冲孔时冲裁力集中，不出现最大冲裁力，如图9所示。

（5）当冲孔完成后，冲切槽口的滑块在气缸5的作用下向下运动完成槽口的冲切，如图10所示。

（6）当槽口完成冲切后，冲切槽机构回程，然后抓料送进机构回程，完成1支管材的加工，系统将重复（1）～（6）动作实现自动化生产，图11 所示为加工的实物。

4 结束语

实践表明，该自动化冲孔设备实现了从管材输送到加工全部由一台机床完成，是高效率、高自动化、高精度、低能耗的自动化生产模式。相比传统圆管冲孔容易出现压扁、凹坑和塌陷等现象，自动冲孔机能消除这些缺陷；同时传统工艺的工序多，成形的孔尺寸精度低，特别是孔的位置精度难以得到保证，该自动冲孔机能降低生产过程中的废品率，提高多个方向冲孔时的位置精度，加强了管材在生产中的可控性，通过更换凸模及定位凸模，可适应不同尺寸规格及不同材料的管材冲孔。

[1]王孝培.冲压手册[M].北京:机械工业出版社,2011:176.

[2]陈炎嗣.冲压模具设计实用手册(高效模具卷)[M].北京:化学工业出版社,2016:98.

[3]宋拥政.冲压技术基础[M].北京:机械工业出版社,2013:251.

[4]陈炎嗣.冲压模具结构件设计[M].北京:化学工业出版社,2016:33.

[5]胡春莲,高 峰.离合器踏板安装支架多工位级进模设计[J].模具工业,2016,42(1):14-17.

[6]常桂静,梁贵荣,曾兵华.汽车侧围外板成形仿真及工艺优化[J].模具工业,2015,41(2):73-76.

[7]万 俊,王祖华,郭银芳,等.安全带插片级进模设计[J].模具工业,2015,41(12):15-16.