CAD在連桿級進模中的應用

連桿類衝壓零件在電器行業中作為一種連接件使用相當普遍，且尺寸精度要求較高，它起到力的傳遞連接力的作用，如果尺寸滿足不了產品設計要求，將對產品整個傳動機構造成嚴重影響可能使傳動機構不能正常工作。其次本身的形狀較為複雜，多種不同性質的衝壓為一身，因此形成具有一定難度。
生產此類零件有兩種方案：一種是採用常規的工序分散的多付簡單模具中實現，另一種是工序集中在一付模具級進模中實現。前者需要的設備、模具和工人的數量多，工人的勞動強度大，且由於是多付模具完成零件的整個生產過程，各種因素將造成加工積累誤差，尤其是對一些精度高，產量大的連桿類零件質量和數量都難以在單工序模中得以保證。當製件形狀比較複雜，形狀較小時，單一工序模具凹凸模的強度將受到約束，還很難處理前後工序的定位，前後形成工序間的干涉等問題。
本文就圖1所示零件進行級進模設計，著重闡明連桿類零件級進模中CAD設計的優越性。

圖1

1零件工藝分析
圖1所示連桿零件集沖裁、定伸、彎曲局部修光、成形彎曲等不同性質的衝壓工序為一體。圖示為該零件的排樣圖。從零件的精度來看，2-Φ3+0.05D有對稱度要求IT10級，連桿高度尺寸精度IT11級，成形彎曲開檔尺寸精度IT11級，其它尺寸精度均IT16級。屬普通沖裁，但成形件的形狀比較複雜，成形方向不同。由於零件的產量很大，故考慮採用級進模結構，並從設計角度考慮以後可在高速沖床上進行生產，設計肩格式導板。
該零件的主要成形難點是部分定伸彎曲方向與送樣方向有15°夾角，在設計該模具時，考慮到加工困難，上、下同時採用鑲拼式結構，所以對模具設計和加工要求就更高。因此，彎曲工序的安排是排樣設計的關鍵所在，也是能否實現級進衝壓的關鍵。根據多工位級進衝壓彎曲工序的分解原則，首先利用模具的上、下動作完成切除零件外形多餘的廢料，在定伸彎曲之前考慮局部修光。在完成上述沖裁彎曲之後，通過頂料裝置，將條料頂起，且高出定伸彎高度2mm，以便順利送料。彎曲方案一但確定，就可以安排其它工序，作出排樣圖。
1.1常規手工設計
1.1.1各工位及型腔確定
將零件各彎曲通過查表計算進行手工板筋展開，繪製其平面幾何圖形，根據幾何圖形在各工位上分解后，確定其相對位置尺寸和各分解圖形幾何尺寸，這個工作過程的理論計算是一個相當複雜繁鎖的，特別是對無規則幾何圖形就更困難，只要有一個工位的計算出現微小的誤差(差錯)，那麼，對整個級進模各工點陣圖形的設計產生較大的影響。
1.1.2壓力中心確定
為保證沖模的正確平衡地工作，衝壓力中必須通過模柄軸線而和機床滑塊的中心重合，這樣能提高模具壽命，減少沖模和機床導軌的磨損，避免出現衝壓事故。
對於單一對稱的圖形，壓力中心位於其輪廓圖形幾何中心，複雜開頭的圖形，可用解析幾何法求壓力中心。
公式：

對於多個圖形，壓力中心運用上述公式分別求解后，按多形腔求出壓力中心，公式同上。
1.2運用CAD設計(UG軟體)
1.2.1將零件建立模形
在modeling中

可運用各種模塊、曲線Curve建立零件實體模型，並對零件模型進行特徵Feature運用和編輯。
1.2.2零件板筋展開
在先定義材料厚度a值確定彎頭表達式(expression)bndcl=(b+K*a)rad(c)進入Application進行板筋展開，計算機自動將零件全部展開成平面圖形。
1.2.3各工位排列組合
將得到的平面圖形按衝壓步距尺寸進行多次Copy，並對平面圖形修剪得到各工位衝壓工藝合理的排樣圖形。
1.2.4多型腔壓力中心確定
選擇所有工位封閉，曲線(Curve)，運用grip編程軟體(YLZX)一次求出所有曲線的壓力中心坐標(X、Y)。這給級進模設計提供了良好的理論依據，節省了大量複雜的理論計算。
1.2.5排樣圖形確立
根據上述設計步驟，模具工程師就可以在此基礎上根據自己和工廠的實踐經驗作出正確判斷，修正設計結果。加快設計步伐，從而縮短了模具設計周期，提高了模具設計質量。
根據以上操作綜合分析，確定排樣圖如圖2所示，共有8個工位，(1)沖孔、切缺，4個孔為零件孔，其餘3孔作為後工序的導正孔；(2)切缺、使零件彎曲部分與條料局部分離，並在該工位設計導正釘，對條料進行導正；(3)切缺，使后工序彎曲部位與條料完全分離，導正釘導正條料；(4)局部修光，修光凸模較小，修光時修光凸模與凹模間隙配合，增加其修光凸模強度；(5)定伸彎曲、將上、下模碰硬(靠脫料板上的限位塊限位)此後工位的導正釘裝置在定伸彎凸模上，以消除送料過程中造成的定位誤差；(6)成形彎曲，在成形彎曲過程中為了防止零件的回彈，保證彎曲件質量，彎曲的同時在彎曲下模拼塊上加工出壓筋，校正零件回彈；(7)局部切斷分離，考慮到具體情況，該零件不能一次分離，分前後兩次分離；(8)最後切斷分離，此時零件落在凹模型腔內，條料前送，將零件帶出凹模型腔，完成全部衝壓過程。
排樣圖如圖2所示。

圖2

1.2.6模具零件裝配
在完成整付模具零件設計后，為驗證其結構尺寸的合理性，需將零件進行整體裝配(Assemblies)，檢驗各零部件之間裝置位置、裝配尺寸是否合理，是否有干涉現象，可及時發現並加以修正，避免了在生產製造過程中出現模具加工及設計問題。
1.2.7模具零件製造加工
在UG軟體建立的模型上，利用CAD／CAM系統，則是把二維的產品零件圖紙轉變成工作站上的三維造型。通過三維造型把構成模具的各個零件設計出來，對需要數控加工的零部件進行加工操作，直接編製出數控機床的NC程序，通過機床將零件形狀加工成形，最後組裝成合格的模具。
2模具結構設計要點的工作過程
連桿類衝壓零件級進模結構設計的關鍵是解決好連桿多角、多方向的彎曲，要達到這一目的，必須安排好各工序的順序。
2.1浮動托料裝置
連桿類零件常有一些凸起凹陷等，在級進模結構的設計中，這些部位若處理不當就有可能給送進過程造成障礙。解決的對策是設計條料提升裝置，提升裝置常採用浮動頂料釘。當衝壓結束後上模隨機床滑塊上升，安裝在下模上的頂料釘在下方彈簧力的作用下彈起，頂到的最高位置則是條料的送料平面，頂起的高度應保證條料在送