橡皮布打孔機凹凸模的研究與設計

李睿遠， 張勇， 張昂

（西北機電工程研究所，陜西咸陽712099）

0 引言

某橡皮布打孔機是基于某印鈔廠現有設備，按照“在橡皮布上劃線→打孔→裝卡”的工藝流程而開發的。由于現有的工藝簡陋，精度難以保證，故而造成每次打孔精度很低，裝卡都要花費很長的時間，而且還經常會出現傾斜、吊角等現象，導致三組膠皮布產品印刷精度不一致，需要重新拆裝調整。本文在現有工藝的基礎上，著重探討了打孔模架的力學性能和凹凸模的優化設計等問題，設計、制作了手工橡皮布打孔機。

1 單個沖孔力的確定

橡皮布是膠印機上轉印滾筒的包覆物，是包襯的組成部分，由橡膠涂層和多層專用纖織品等多種材料構成，故不能用單一材料的剪切應力來計算橡皮布的剪切力。為取得本橡皮布的剪切力，我們的試驗方法是：將橡皮布裝卡到凹模板上，然后將沖頭裝卡到臺鉆床上，通過力傳感器給臺鉆床手柄加力，然后通過臺鉆床的參數進行計算，算出沖孔的力，經過多次試驗得出單個打孔的力約為346 N。

2 模架的設計

打孔要求為：在約1.95 mm厚度的橡皮布的兩邊各打14個φ8.4孔，孔間距60 mm。

模架的設計是打孔設備的基礎，設計中主要考慮模架的強度和剛度問題。另外此設備是手工設備，在一側打完孔后，還要將模架移載到橡皮布的另一側進行打孔，故模架的重量不能太大。所以在模架設計時通過分析模架的力學性能來達到優化設計的目的，為提高模架的機動性，在滿足功能的前提下，盡可能減少橡皮布打孔機模架的重量。通常模架的強度一般不存在問題，對模架的分析重點是剛度分析。

圖1 模架結構圖

圖2 模架受14個力分析

圖3 模架中部受6個力分析

圖4 模架兩端各受4個力分析

通過模架的3種受力情況進行INVENTOR仿真分析：考慮每個沖頭沖孔力有一定的余量，設定單個沖頭的沖孔力為400N。圖1是沖孔模架的結構圖。其受力情況分析包括：1）第一種情況。圖2是14個孔同時沖孔時的受力分析圖，從圖中可以看出，模架活動板的最大變形量是0.031 59 mm；2）第二種情況。圖3是模架活動板中間受力6×400 N，圖4模架活動板兩端受力8×400 N時的受力分析圖，從圖中可以看出模架活動板的最大變形量分別是0.018 42 mm和0.030 56 mm；3）第三種情況。圖5是中間受力10×400 N的受力分析圖，圖6是模架活動板兩端受力4×400N，從圖中可以看出模架活動板的最大變形量分別是0.020 91 mm和0.010 86 mm。從受力分析圖可以看出：模架活動板兩端的受力比中間受力對模架的變形影響大，最大變形量為0.031 59；即使同時沖14個孔，其最大變形量也在凹凸模合理的間隙值范圍內，但是為了減輕模架的重量，凸模沖頭做成階梯凸模，即沖頭的長度成階梯分布，沿力中心對稱分布，這樣就使每個凸模沖頭的最大力不同時出現，這樣就可以大幅度降低沖裁力，進而可以減輕模架的重量。

圖5 模架中部受10個力分析

圖6 模架兩端各受2個力分

3 凹凸模的設計

凹凸模結構的設計主要考慮凹凸模的雙向間隙值Z，它對沖裁件的斷面質量、尺寸精度和模具壽命等都有很大的影響，但不存在一個同時滿足所有要求的合理間隙值。凹凸模結構如圖7所示，沖頭的設計除了設計成長短不一的尺寸以減少總的沖裁力，為便于更換沖頭，將沖頭與沖頭座設計成過渡配合，通過頂絲即可方便更換沖頭。另外排氣孔是為了便于裝配沖頭，以免裝配時密封氣體，而造成裝配困難。根據經驗，凹凸模的間隙值Z小于等于橡皮布厚度t的20%（0.39 mm）時，才能沖出比較符合預期精度的孔。但是對于由多種材料組成的橡皮布，0.39 mm的間隙值不能達到預期的沖孔精度。根據試驗的情況可以得出：要想打出精度比較滿意的孔，間隙值Z應小于等于析 橡皮布厚度t的10%（0.195mm），即可達到沖裁的橡皮

布孔的周圍剪切齊整、光潔，沒有線頭出現。反之，橡皮布的上層橡膠雖已裁剪齊整，但纖織物有粘連、線頭出現等現象。在設計時取最大間隙值Z=0.112 mm，即單側間隙0.056 mm，既降低了加工成本，也降低了安裝調試的難度。

圖7 凹凸模結構

4 結語

通過橡皮布打孔機設備的研究和設計，積累了一定的試驗方法和設計經驗；同時通過此設備的使用，徹底解決了原有問題，不僅提高了打孔的精度，而且還提高了裝卡板夾的平行精度，使得每次裝卡都能達到使用的要求；另外此設備使打孔效率提高70%左右，減輕了工作人員的勞動強度，收到了良好的效益，對以后的設計也有一定的借鑒意義。