卡箍卷圆级进模设计

0 引 言

圆环状五金制件一般是利用平板材料成形，先用落料模冲出落料件，再用卷圆设备将落料件卷成圆环，这种工艺虽然简单，但存在以下弊端：①材料周转环节较多，生产效率低；②卷圆时定位精度不高，成形的制件头、尾两端的位置偏差较大；③成形的制件圆跳动较大，合格率较低。对于成形尺寸较小的圆环状制件，采用级进模进行卷圆，可以克服上述弊端，现以卡箍卷圆为例，采用级进模实现卷圆。

通过对控制器负反馈增益矩阵K的选取，使得闭环系统A-BK稳定，即矩阵A-BK的特征值均具有负实部。则对于文献[3]中提到的极点配置法，只要将A-BK的极点配置在复数域的负半平面上，即可得到系统的稳定性。而基于LQR的最优控制，在满足闭环系统稳定性的基础上，对系统运动及控制过程进行优化。其过程可描述为，对于能控的线性系统寻求该系统的最优控制率：Uopt=-KoptX，使得以下设计的二次型性能指标函数J取得极值。

1 制件结构分析

图1 所示为卡箍，呈圆环状，外径为φ33.3 mm，内径为φ30.9 mm，长度为31 mm，两端各有几个齿状结构，头尾嵌套。

在卡箍的展开图中，头尾两端各有2 个锯齿状特征，制件表面有若干文字，展开尺寸为102 mm×31 mm，如图2所示。

如果采用单工序模成形该制件，需要落料、压文字、预卷圆、卷圆4道工序，材料周转环节多，生产效率低，且落料件两端凸、凹特征结构如用1副落料模生产，落料模的凸、凹模容易产生爆裂、崩角等现象，模具维修率较高。用卷圆设备卷圆时，由于定位精度不高，落料件两端容易出现偏差，不能完全吻合，导致成形制件的合格率较低。如采用级进模成形制件，将落料工序分解成多道，不但可以加强落料模凸、凹模的强度，防止爆模，而且可以省去材料周转环节，提高生产率效。另外可以在卷圆工序设置定位零件，使落料件的头、尾特征准确吻合，提高制件的合格率；卷圆时，在制件中间设置中心轴，使落料件绕中心轴卷圆，提高成形制件的圆度和同轴度。

工序①～工序⑦中的抬料机构是导正销、抬料销、弹簧销钉等，如图4 所示，在下模料带的两边设置抬料销，在料带的中间设置弹簧销钉，在上模导正孔对应的位置设置导正销，在导正销的旁边设置2 个弹簧销钉。当上、下模闭合时，导正销插入料带的导正孔中，校正料带的位置。当上模向上运动时，下模的抬料销、弹簧销钉与上模的导正销共同将料带抬起，料带离开下模型面约10 mm后，由上模导正销旁边的弹簧销钉将料带从销钉中顶出。

2 成形工艺分析及模具结构

成形卡箍的排样如图3 所示，共16 道工序，其中工序⑯是切断和卷圆，为复合工序。

城市综合客运枢纽功能布局的主体应该是交通功能，其布置方式是根据主要客流换乘的便捷方式进行的，能够实现客流出城距离的最小化。乘客普遍存在趋近心理，在换乘条件便捷性、舒适性差的情况下，会出现混乱问题。除此之外，设计人员应该针对枢纽区域的实际情况，树立无缝换乘和零换乘的理念，在客流相互换乘较大的情况下，为了实现客流的有效疏散，应该留出足够的空间。

工序⑪空工位，工序⑫第2次预卷圆。利用凸、凹模的闭合，在第1次预卷圆的基础上，对工序件的中间位置进行挤压，使工序件进一步弯曲，第2次预卷圆的模具结构主要由凸模、凹模、凹模固定板、氮气弹簧组成，如图7所示。第2次预卷圆时用4根定位柱对工序件进行定位，当凸、凹模分开后，在氮气弹簧的作用下，由顶块将工序件从凹模中顶出。

工序⑦中由于料带两边的材料已被切除，不需要在料带的两边设置导正销与抬料销，在下模中只保留料带中间的弹簧销钉，在上模的料带中间设置导正销，由上模的导正销与下模的弹簧销钉共同将料带抬起，如图5所示。

工序①冲导正孔。该工序的主要目的是在料带上冲出3个导正孔，对料带进行定位，防止料带定位不准，导正孔位于制件轮廓以外的区域，当冲压结束时，导正孔会随废料一起流入收集框中。3 个导正孔中，中间的导正孔一直存在，直到全部工序结束后才被裁剪。工序⑦之后，料带两侧的材料被裁去。

[7]陈宝生：《坚持以本为本推进四个回归--建设中国特色、世界水平的一流本科教育》，http://news.cslg.edu.cn/index/read/id/77521.

支墩为钢管结构，在顶部设置落梁，为保证整体稳定性，支墩间采用专门的连接件进行连接。承重梁为贝雷梁，共27排，贝雷梁间通过连接件实现连接，腹板以下的间距按照30cm控制，其他则按60cm控制。在贝雷梁的上部设置方木，其间距为25cm。同时在方木的基础上设置竹胶板，将其作为底部模板。梁体外侧方木避免设置钢轨，为龙门吊的行走提供轨道。由木模制成外模，梁底部与顶部分别设置拉紧予以加固。通过拌和站对混凝土进行集中搅拌，采用罐车将搅拌好的混凝土运输到施工现场，再由泵车进行连续浇筑[1]。

工序③～工序⑧冲裁。制件轮廓上有较多的锯齿状结构，为了加强冲裁凸、凹模强度，降低模具的维修率，将锯齿状结构分6次冲裁。

工序⑨空工位。因为工序⑧是冲裁，工序⑩是预卷圆，2 个工序的凸、凹模所占用的空间较大，为保证模具上、下模板的强度，给工序⑧和工序⑩留出足够的空间安装凸、凹模，工序⑨必须是空工位。

工序⑬、⑭空工位。经过第2次预卷圆后，还需要切断工序和卷圆工序才能完成制件的成形，为了使切断工序和卷圆工序正常进行，需要在这2 个工序的上模安装一根轴，该轴的作用：①在切断工序中起压料板的作用；②在卷圆工序时放在工序件的中间，使制件绕该轴卷圆，保证卷圆制件的圆度和同轴度符合要求。使用3 根M8 mm 的螺钉将该轴固定在上模板，3 根螺钉位于工序⑬、⑭的位置如图8所示。

工序⑩第1 次预卷圆。第1 次预卷圆的模具结构主要由凸模、凹模、顶块、定位柱和氮气弹簧组成，其中顶块位于凹模内，在顶块下方设置氮气弹簧，如图6 所示。利用凸、凹模闭合将料带进行第1次预卷圆，使料带的两端弯曲，当凸、凹模分开后，在氮气弹簧的作用下，由顶块将工序件从凹模中顶出。

工序②压文字。卷圆前必须在料带的表面压出文字，在工序②中的方框为字模，字模中的两组同心圆为内六角螺钉。

偶尔迷茫的王老师（以下称王老师）：还不知道呢。现在中小学教师评职称，需要做课题、发论文。美其名曰是要打造“研究型教师”，可是光发表论文这一条要求，就不知难为了多少人呢！

工序⑮空工位，工序⑯完成切断和卷圆。切断是将料带中间连接工序⑮和工序⑯的材料切断，切断工序的凸模穿过中间安装的轴，可以将卷圆工序的轴看成是切断工序的压料板。卷圆工序是利用上、下模将工序件绕中心轴卷成圆管状，并将轴5包裹在成形制件中间，结构如图9所示。

切断与卷圆是该级进模的关键工序，其运动过程：当上模向下运动时，中间的轴首先与工序件接触，将工序件压住，然后切断凸模将工序件与料带分开，之后上模继续向下运动，由于卷圆的上、下模均为半圆形，中间没有中心轴，在上、下模闭合时，使工序件的两端进一步向中间卷圆，并将中心轴包裹在制件中间。当上、下模完全闭合后，材料被挤压成圆形，如图10所示，卷圆时在制件的旁边设置4根定位柱。

由于中间位置的轴是通过螺钉固定，螺钉位于轴一端，模具在长时间工作后，轴会出现翘曲变形，导致制件的同轴度超标。在轴的另一端安装氮气弹簧，生产过程中氮气弹簧压住中心轴的一端，可以防止轴翘曲变形，控制制件的圆跳动。

在模具的末端安装2 个气缸，气缸的运动方向与料带的前进方向一致，利用气缸的拨动将卷圆后的制件从模具中分离，成形制件沿简易工装夹具自行滑出模具。气缸的运动速度较快，可以在一个冲压周期内将制件推出模具并复位，气缸在级进模中的装配如图11所示。

上模向下运动前，工序件已位于卷圆工序的位置，气缸的活塞杆位于卷圆工序前，卷圆工序完成后，以下2个动作同时进行：一是气缸活塞杆快速将卷圆后的制件拨出，然后快速回复到起始位置，制件沿简易工装流出模具，汇入到收集框中；二是料带自动前进一个工序的距离。当上述2个动作完成后，开始下一个生产循环。最终的级进模结构如图12所示。

美国工程木协会(Engineered Wood Association，APA)已经适应了人造板行业的变化，同时坚持其核心原则。

3 结束语

模具结构中为了增加冲裁凸、凹模的强度，减少维修频率，将冲裁工序分解成6道，冲出卷圆前的外形轮廓；为了控制制件卷圆后的同轴度和圆度，先通过2 道预卷圆工序，将料带两端卷成一定的形状后，再在工序件中间放置轴，利用上、下模和轴将制件卷成圆形，并利用上、下模闭合成形外圆形状，中间轴修正内圆形状，成形制件内圆精度能达到IT11 级，在级进模中进行卷圆时，在工序件的旁边设置定位柱，定位的精度高，使头尾锯齿状完全耦合。经实际生产验证，级进模成形的制件外形轮廓的圆度符合要求，生产效率高。

[1]黄雄斌.齿形弹簧模具内侧向传输结构设计[J].模具工业,2021,47(11):24-28.

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