機器人行進輪沖壓工藝及模具設計

黎泉+蔣慶華+賈廣攀+徐微

摘 要：通過對機器人行進輪塑性成形分析，確立其成形條件，設定了合理的沖壓工藝參數，設計了專用的沖壓模具，對類似零件模具設計提供一定的參考作用。

關鍵詞：機器人行進輪；沖壓工藝；模具

前言

某廠生產的機器人行進輪，工件尺寸見圖1所示。材料為30#鋼，采用線切割的方法加工。選用毛胚為150×150的冷軋鋼板，加工一件的工時約為20分鐘。采用線切割的方法使生產率低下，為提高生產效率，降低生產周期和生產成本，擬改進原生產工藝，采用沖壓工藝。

一、模具設計的分析與選擇

（一）沖壓工藝分析

沖壓工藝性是指沖裁工藝對沖壓件的適用性。這里主要對機器人行進輪金屬材料的選擇、行進輪的結構和形狀、行進輪的尺寸和精度、行進輪斷面粗糙度進行分析[1]。

選擇10#鋼作為行進輪的金屬材料，10#鋼是一種優質的碳素結構鋼，具有非常良好的焊接性能、塑性和韌性，主要使用在制作沖壓件、緊固件，如墊片、墊圈等，能夠用做進行冷鐓、冷彎等各種加工材料，非常適合用于沖裁加工，而且價格低廉，購買方便。

行進輪沒有較高的要求，尺寸精度也沒有較高的要求，查詢沖裁件各種孔徑工差，得知精度使用IT14級，普通沖裁就能夠滿足條件的要求。

綜合上面的分析：機器人行進輪具有比較好的沖裁工藝性，結合各方面分析比較，適合采用沖裁加工。

行進輪的斷面粗糙度跟材料的厚度、沖裁模間隙、材料塑性、沖模結構等有關，行進輪的厚度為2mm以下的10#鋼板，它的斷面粗糙度Ra一般可達12.5～3.2um，符合行進輪的斷面粗糙度要求。

（二）沖壓工藝方案設計

通過對機器人行進輪進行沖裁工藝分析和技術經濟分析，確定沖裁件的最佳沖裁工藝方案[2]。沖裁出機器人行進輪需要經過沖孔、落料兩道工序。加工工藝方案一般分成下面3種：

（1）選用單工序模的方式沖裁，首先進行沖孔，然后落料。

（2）選用級進模的方式沖裁，沖孔和落料逐級進行沖壓。

（3）選用復合模的方式沖裁，沖孔、落料復合沖壓。

第一種方案結構比較簡單，其加工用時少，容易加工，必須要用兩副模具，花費增加了而生產效率卻降低了。

第二種方案僅一副模具就能夠完成，其加工的速度極快，操作簡單，精度也可以符合條件，制造的工作量與成本在沖裁簡單的工件時比復合模低。

第三種方案僅要用一副模具完成，制造的工件精度與生產效率都非常高，并且零件最小壁厚比凸凹模許用最小壁厚小，模具的強度也符合要求。沖裁件的內孔到邊緣的相對位置精度比較高，材料定位精度低于第二種方案，模具輪廓尺寸也比較小。

結合對以上三種方案的比較分析，機器人行進輪的沖壓生產使用級進模較合適。

三、毛坯尺寸的設計

（一）排樣方案設計

根據板材，排樣可分為以下三種方案：

（1）有廢料的排樣。順行進輪的外邊沖裁，在行進輪的外圓都存在搭邊，行進輪的尺寸均由沖模來完成，所以行進輪的精度較高，模具的壽命較久，但是板材的使用率比較低。

（2）廢料少的排樣。由于受到沖裁條料與定位誤差的干擾，行進輪壽命短，模具的壽命相對于第一種方案低，但是板材的使用率較第一種方案高，沖模的結構較簡單。

（3）沒有廢料的排樣。沖壓模具的使用壽命與零件質量則更加低，但是板材的利用率是非常高的[16]。

由于行進輪的最外邊沿為圓形，所以選用直排的方式。

結合機器人行進輪的形狀特征，以及經過對幾個方案優缺點的對比，綜合前面模具沖壓工藝性、模具類型的選擇，最終行進輪的排樣方式選取有廢料排樣最好。考慮到模具加工難易程度及成本，選擇直排有廢料排樣。

（二）條料寬度設計

按照行進輪的形狀尺寸，查找《最小工藝搭邊值》表，工件與側邊的搭邊值a=1.2mm，工件之間的搭邊值a1=1.0mm，條型板料是由板料裁剪下料得到的，為了使送料順利，規定它的上偏差是0，下偏差是負值-△。

3.凹模固定板設計

（1）固定板高度取25mm。

（2）凹模固定板參考標準選長和寬長度為L×B=500mm×250mm的固定板。

（3）凹模與固定板設計成整體形式，用10個螺釘和下模座、墊板連接固定。

4.選擇凹模材料：經查表，材料可選45鋼。

（二）凸模的設計

采用整體式設計，把沖模和固定板設計為一個整體，凸模采用線切割的加工方法，行進輪凸模如圖4所示。

（四）模具裝配圖

繪制模具的零件圖或從重用庫中調用標準件，組裝成3D裝配圖，然后導出2D圖紙，并標注好各組件的名稱，2D裝配圖和左視圖分別如圖6、圖7所示。

5 結論

確定了合理的沖壓工藝方案，設計了落料沖孔級進模，模具結構設計合理，符合工藝技術要求，使用方便，通過試制和生產，該套工藝方案能夠解決生產實際問題，解決了原工藝生產長、效率低、成本高的缺點，成倍提高了工效，可以完成生產任務。

參考文獻：

[1]陸永海.針坯沖裁模刃口尺寸的設計計算[J].紡織器材，1995（1）：39-41.

[2]趙治國.沖裁模自動設計系統的研究[D].陜西科技大學.2007.

[3]許萍，肖秀珍.漸開線花鍵齒式摩擦芯片沖裁工藝優化選擇[J].現代制造技術與裝備，2010（6）：46-48.

[4]李海榮，傅駿，李剛.磁軛復合階梯沖模的設計[J].鍛壓技術，2010（5）：115-118.

[5]江昌勇.多工序沖壓成形工件的技術經濟性分析[J].模具制造.2010.endprint