熊平原，高 寒

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州510225）

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鋁制電飯鍋內(nèi)膽落料拉深復(fù)合模設(shè)計(jì)

熊平原，高 寒

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州510225）

摘要：內(nèi)膽是電飯鍋的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)內(nèi)膽加工由一序列沖壓工序完成，一般是先落料后拉深，人工上下料、多次裝夾、生產(chǎn)效率低、精度難以保證。針對(duì)3003鋁合金內(nèi)膽，進(jìn)行工藝性分析，沖壓機(jī)選擇以及凹凸模尺寸計(jì)算，設(shè)計(jì)出一套落料拉深復(fù)合模具，提高生產(chǎn)效率和零件質(zhì)量。利用UG軟件構(gòu)建模具三維參數(shù)化模型，初步檢驗(yàn)?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)合理性，為后續(xù)CAM提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電飯鍋內(nèi)膽；落料拉深復(fù)合模；UG

內(nèi)膽是電飯鍋的重要組成部分，主要用于盛放食材及傳導(dǎo)熱量［1］，決定著電飯鍋的使用性能和功率消耗。目前，大部分內(nèi)膽均采用不銹鋼和合金材質(zhì)，其中鋁合金材料具有抗腐蝕性、易加工、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)［2］，被市場(chǎng)廣泛采用。電飯鍋內(nèi)膽由沖壓工藝加工完成，主要包含落料、拉深、翻邊、刻字等工序［3］，傳統(tǒng)生產(chǎn)布局方式是每一工序都在一種沖壓機(jī)上單獨(dú)完成，安裝不同的模具，人工實(shí)現(xiàn)上下料、定位和裝夾，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、精度難以保證。本設(shè)計(jì)將落料和拉深工序合并起來(lái)，設(shè)計(jì)一套落料拉深復(fù)合模具，減少總模具數(shù)量、降低裝夾次數(shù)、提高加工精度；同時(shí)結(jié)合CAD/CAE/CAM的發(fā)展方向［4］，利用UG NX構(gòu)建模具的三維模型，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1　工藝性分析及工作原理

1.1工藝性分析

工件名稱：電飯鍋內(nèi)鍋；生產(chǎn)批量：10萬(wàn)件；材料：3003鋁合金；厚度：t=2 mm.

所設(shè)計(jì)內(nèi)膽件結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1所示。該工件結(jié)構(gòu)對(duì)稱規(guī)則，工序?yàn)槁淞稀⒗?；圓形無(wú)蓋落料拉伸件，拉伸高度不大，缸體呈圓筒形狀；工件材料為3003鋁合金板狀材料，AL-Mn系鋁合金，是應(yīng)用最廣的一種防銹鋁合金［5］，強(qiáng)度不高，稍高于工業(yè)純鋁，不能熱處理強(qiáng)化，故采用冷加工方法來(lái)提高它的力學(xué)性能，在退火狀態(tài)有很高的塑性；零件圖上的一般按照IT6/ IT7級(jí)，外輪廓所有未注公差尺寸按IT12級(jí)，一般沖壓均能滿足精度要求；由于產(chǎn)品的生產(chǎn)批量較大，不適宜采用單一工序完成生產(chǎn)，采用復(fù)合模具結(jié)構(gòu)。

圖1　內(nèi)膽結(jié)構(gòu)圖

1.2工作原理

整套模具能同時(shí)完成內(nèi)膽的落料、拉伸兩道工序，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。模具工作時(shí)，條料預(yù)先放置在導(dǎo)料-卸料板中，起到對(duì)齊和固定條料的作用，安裝在條料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)上的定位銷可以固定條料位置，以便沖壓。條料下方是由頂料桿施加壓力的壓邊圈，壓力機(jī)滑塊下降，上、下模閉合接觸，落料拉伸凸凹模的外刃口與整體落料凹模的刃口對(duì)齊，并開(kāi)始沖裁，落料毛坯；此時(shí)毛坯邊緣由凸凹模和壓邊圈緊壓著，隨著沖程的繼續(xù)進(jìn)行，毛坯接觸拉伸凸模，開(kāi)始拉伸毛坯，之后毛坯與打料塊接觸，并隨著拉伸工序的進(jìn)行，將打料塊推起，直至打料塊底部與上模座下部接觸，停止拉伸。隨著壓力機(jī)滑塊的上升，上下模開(kāi)始分離，在模座底部固定安裝的彈簧組作用下，推動(dòng)頂料桿與壓邊圈，將制成零件頂出，如果零件由于反彈等原因而卡在凸凹模中，則由打料桿推動(dòng)打料塊將零件定出來(lái)。取出已制成零件，條料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)定位銷彈起，運(yùn)輸帶向前運(yùn)送一個(gè)送料步距，定位銷卡住條料，壓力機(jī)開(kāi)始工作，并重復(fù)繼續(xù)下一零件的沖壓拉伸的制作。

圖2　模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2　壓力機(jī)選擇及零件尺寸計(jì)算

2.1工序力計(jì)算

（1）沖裁力：Kc=KAτb=KLtτb=237 kN，式中沖裁系數(shù)K取1.3，材料剪切強(qiáng)度τb=85 MPa，沖裁斷面周長(zhǎng)L為394 mm，毛坯厚度t為2 mm.

（2）卸料力：Fx=KxFc=8.19 kN，卸料力系數(shù)Kx取0.03.

（3）拉伸力：F1=K1πd1tRm=156 kN，式中首次拉深系數(shù)K1取1.0，拉伸后工件直徑d為200 mm，材料抗拉強(qiáng)度Rm為128 MPa.

總沖壓工序力：F0=Fc+Fx+F1+Q=513 kN.本毛坯落料件為規(guī)則圓形，又關(guān)于X、Y軸對(duì)稱，故其壓力中心在圓心位置。為了使壓力機(jī)能夠安全工作，需要計(jì)算安全工作壓力Fp≥1.8F0＝923.4 kN，故選用型號(hào)為J23-100型單點(diǎn)開(kāi)式壓力機(jī)。

2.2工作零件尺寸計(jì)算

內(nèi)膽落料凹凸模具刃口尺寸選用互換法進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。由文獻(xiàn)［6］知沖裁刃口雙面間隙為Zmin=0.14 mm，Zmax=0.18 mm.因?yàn)榘纪鼓Ｅ浜陷^精度高，所以凸模與凹模的制造精度可分別取IT6、IT7級(jí)，由文獻(xiàn)［7］知凸模制造公差δp=0.036 mm，凹模制造公差δd=0.057 mm，由于δp+δd＞Zmax-Zmin，應(yīng)提高凹凸模制造精度，則?。?/p>

式中：D為落料件基本尺寸，mm；Dd為凹?；境叽?，mm；Dp為凸?；境叽纾琺m；x為磨損系數(shù)；△為工件公差，mm；

對(duì)于拉深凹凸模，工件上未注尺寸公差的尺寸任按IT12計(jì)算，則：

拉伸凸模：

式中：D'為拉伸件外徑尺寸，為200 mm；D'd為凹?；境叽?，mm；D'p為凸?；境叽?，mm；△'為工件公差，為0.1mm；δ'p為凸模制造公差，0.06mm；δ'd為凹模制造公差，0.1mm；C拉深單邊間隙，取C=1.1t，mm.

3　三維模型構(gòu)建

Siemens UG NX產(chǎn)品生命周期管理方案為傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)帶來(lái)變革，可以實(shí)現(xiàn)虛擬零件創(chuàng)

建、裝配、分析及數(shù)控加工，大大提高模具設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。通過(guò)裝配檢驗(yàn)，零件無(wú)干涉現(xiàn)象，尺寸配合緊密，初步檢驗(yàn)設(shè)計(jì)尺寸合理。本設(shè)計(jì)內(nèi)膽復(fù)合模具三維裝配體如圖3所示。

圖3　三維裝配體

4　結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)出一套電飯鍋內(nèi)膽落料拉深復(fù)合模具，減少了生產(chǎn)企業(yè)模具總數(shù)量、降低工件裝夾次數(shù)、提高加工精度和生產(chǎn)效率，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于裝配。使用UG軟件對(duì)模具進(jìn)行參數(shù)化建模，裝配三維體，對(duì)虛擬模型進(jìn)行干涉檢查和運(yùn)動(dòng)分析，初步檢驗(yàn)?zāi)＞呤欠裆婕昂侠恚瑫r(shí)為后續(xù)的數(shù)控加工提供基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］王沁軍．基于Pro/E行為建模技術(shù)的電飯鍋內(nèi)鍋設(shè)計(jì)［J］．制造業(yè)信息化，2012，（7）:49-51．

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［3］李長(zhǎng)江.電飯鍋內(nèi)膽拉深工藝高速上下料機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化［D］.湛江：廣東海洋大學(xué)，2014:8-12.

［4］陳暉，周細(xì)應(yīng)，李名堯．模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)［J］．鑄造技術(shù)，2014，31（11）:1454-1456．

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［7］鄭家賢.沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

Design of Blanking and Stretching Compound Mold for Aluminum Cooker Inner Pot

XIONG Ping-yuan，GAO Han
（College of Mechanic and Electronic Engineering，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou Guangdong 510225，China）

Abstract：Inner pot was the key components of electric cooker，the traditional processing method contained a sequence of punching process，for instance blanking before？drawing，it would cause the problems as heavy laboring intensity，many times clamping，low productive efficiency，hard to assure the precision.Through the analysis of the structure and technological property，choosing the punching machine，calculating the dimensions of punch and concave，a blanking and stretching compound mold was designed for 3003 aluminum inner pot，which could improve the production efficiency and part quality.Finally this paper built the 3-dimensional model of compound mold based on UG，preliminary validation indicated that the structure dimensions were correct，also this provided the basic research for CAM.

Key words：cooker inner pot；blanking-stretching compound mold；UG

中圖分類號(hào)：TG385.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-545X（2016）03-0223-02

收稿日期：2015-12-16

基金項(xiàng)目：廣東省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015A030401097）；廣東省高等教育教學(xué)研究和改革項(xiàng)目（基于虛擬實(shí)驗(yàn)的機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建）

作者簡(jiǎn)介：熊平原（1983-），男，湖北大悟人，碩士，助理研究員，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及CAD/CAM。