管材连续多向自动冲孔机设计

1工艺分析

图1所示为某圆管系列管材，该管材为光伏太阳能、各类空调及冰箱制冷设备上的一个配件，市场需求量大。该管材已系列化、规格化，材料为紫铜或铝合金，管材壁厚为0.5~1.0mm，其主要特征为：在管的一端需冲出24个均布的φ（2~3）mm小孔，在另一端冲切1个3mm×2mm的槽，管的直径为φ（11.6~25.2）mm，长度为（100~200）mm；不同的设备要求的管径、长度及小孔的直径不同。

传统的加工方法主要特点如下。

（1）采用压力机利用模具通过7道工序才能将管材成形。一方面冲孔与切槽是分开成形，一般先冲切槽后冲孔；另一方面在外径方向均匀分布6排，每排4个共24个小孔，需要6次定位进行冲孔，位置度难以保证。每副模具与一台冲床需要一个操作工，生产成本高，无法满足大批量生产；且工序越多，成形管材的尺寸精度越低，特别是管材的位置度难以保证，废品多。

（2）由于管材的管径与需要冲裁的小孔直径不同，即管材的系列化会衍生许多尺寸规格的管材。不同尺寸的管材需要不同的模具与之匹配，模具的通用性低、互换性差，需要的模具数量多，生产成本高，也不便于管理。

（3）冲孔与切槽工序均需人工送料，无法实现自动化生产，生产效率低，同时由于成形工序多，导致生产时占用场地大、人力和设备多、管材或半成品周转需要的容器多。

2 自动冲孔机

为解决传统加工方法遇到的难题，采用一套自动化设备完成管材的连续加工生产，通过更换个别部件和调整相关位置或尺寸，可以实现系列化生产，自动冲孔机设备总成如图2所示。

3 冲孔设备工作原理

冲孔设备工作原理如下。

（1）将冲切的管材放入储料箱，储料箱根据管材的尺寸规格设计容量，储料至少500支。储料箱设计15°倾角，有利于管材通过自重下落，而在最低位置利用调整系统根据管径调整至每次只有1支管材顺利落下。

（2）当从储料箱落下的1支管材到送料机构的送料板上，气缸1调整送料机构向前到设定的位置，如图3所示。

（3）抓料送进机构5从送料块上进行抓料后，气缸3推动抓料送进机构向前运动到设定的位置，管材将套入并固定在冲孔机构上的冲孔凹模9上，如图4、图5所示。

实际生产中，抓料爪可以根据管材的管径进行调整，设置弹性结构，有利于抓紧管材，确保在冲切过程中管材稳定。当冲切完成后，气缸3回程将管材拉出并打开抓料爪，管材自行落下。

冲孔凹模9设计为空心薄壁结构，壁厚设计为3mm，便于冲切完成后通过压缩空气清除废料，同时冲切槽机构4也在气缸2的作用下向前运动到设定位置，在该过程中，冲切槽机构4上的切槽凹模将逐渐插入管材中，与冲孔凹模9一起对管材进行定位，但抓料爪仍然抓紧管材，可以保证管材在冲切过程中的牢靠和稳定。

（4）当抓料送进机构5将管材送入冲孔凹模9所设定的位置时，冲孔机构6开始冲孔，冲孔采用3次对冲的方式进行，如图6所示。

每次对冲时间可设置在1.5s内完成，可使整个设备结构尺寸更为紧凑。冲孔机构6主要由支承板、6个气缸4、冲孔凸模连接滑块10和冲孔凸模镶件11及凸模12组成，如图7所示。

冲孔机构采用连接滑块10和冲孔凸模镶件11是为了实现管材系列化生产，当冲孔的直径变化时只需更换凸模，而且拆卸和安装方便，冲孔凸模镶件11结构如图8所示。

由于采用气动压力，为了减小气缸尺寸，凸模安装采用台阶式，避免了冲孔时冲裁力集中，不出现最大冲裁力，如图9所示。

（5）当冲孔完成后，冲切槽口的滑块在气缸5的作用下向下运动完成槽口的冲切，如图10所示。

（6）当槽口完成冲切后，冲切槽机构回程，然后抓料送进机构回程，完成1支管材的加工，系统将重复（1）~（6）动作实现自动化生产，图11所示为加工的实物。

▍原文作者：黄雪梅，盘德文，邓汝荣

▍作者单位：广州科技职业技术大学

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