广东麻将基于ADAMS的数控转塔冲床模具弹簧设计与

  基于ADAMS的数控转塔冲床模具弹簧设计与仿真_数学_自然科学_专业资料。基于 ADAMS 的数控转塔冲床模具弹簧设计与仿真 吴正刚,龚立新,夏 鹏,佘 健 【摘 要】摘要:模具弹簧对数控转塔冲床的冲裁频率、主传动功耗、振动和噪 声等方面均存在影响,本文运用多体动力学软件

  基于 ADAMS 的数控转塔冲床模具弹簧设计与仿真 吴正刚,龚立新,夏 鹏,佘 健 【摘 要】摘要:模具弹簧对数控转塔冲床的冲裁频率、主传动功耗、振动和噪 声等方面均存在影响,本文运用多体动力学软件 ADAMS 对模具及弹簧系统的 动作原理及动力学特性进行了研究,可为模具弹簧设计及优化提供理论依据, 对数控转塔冲床加工频率的提升以及减振降噪具有指导意义。 【期刊名称】锻压装备与制造技术 【年(卷),期】2014(049)004 【总页数】3 【关键词】机械设计;数控转塔冲床;模具弹簧;设计;ADAMS 0 引言 数控转塔冲床作为金属板材加工关键设备,至今已有近六十年的应用和发展历 史,现已成为汽车、家电、计算机、仪器仪表、电子信息、纺织机械等行业中 最为重要的工艺装备。现代制造业的发展要求数控转塔冲床不仅能够高速、大 负载运转,而且还需智能化,节能,环保。 数控转塔冲床的模具弹簧主要包括支撑弹簧和退料弹簧,其中支撑弹簧的作用 是使模具快速复位,退料弹簧的作用是克服模芯外圆柱面与冲裁孔内圆柱面间 的摩擦力,实现退模。模具弹簧参数的匹配对设备的加工效率、主传动功耗、 安全性以及冲裁过程中的振动和噪声等均有显著影响。以退料弹簧为例,如果 弹簧力偏小,不足以克服模芯与冲裁孔间的摩擦力,无法实现退模,极易引发 安全事故;如果弹簧力过大,则会增加主传动电机的能耗,同时引起振动和噪 声。根据我公司测试中心的测试结果,对 1mm 板厚的 Q235A 冷轧钢板进行 ?31.7mm 孔径冲孔加工时,采用轻型弹簧时的冲裁噪声较采用重型弹簧时减 小了 5dB。 针对上述问题,本文以公司的 EP30 型全电伺服数控转塔冲床的 B 工位为例, 在多体动力学软件 ADAMS 中建立了模具及弹簧系统的非线性动力学模型,在 虚拟环境下对系统的动力学特性进行了研究,能够为模具弹簧的设计及优化提 供理论依据,对数控转塔冲床加工频率的提升以及减振降噪具有指导意义。 1 结构及工作原理 EP30 的 B 工位模具弹簧系统构成如图 1 所示,由打击头、上模体、退料弹簧、 支撑弹簧、转盘、下模、导杆、模芯、导套、板材等部分组成,其中 F1 为支 撑弹簧对上模体的作用力,F2 为退料弹簧对模芯的作用力,F3 为模芯与冲裁 空间的摩擦力。模具在初始位置如图 1a 所示,在加工过程中,打击头向下运 动并与模芯上部圆柱凸台的上表面接触,由于支撑弹簧的刚度远小于退料弹簧 的刚度,此时支撑弹簧被压缩变形,上模总装向下运动;当上模总装向下运动 至上模体的下表面与板材接触时,上模体停止运动,在打击头的作用下模芯继 续向下运动,此时退料弹簧被压缩变形;随着模芯继续向下运动,模芯穿透板 材完成冲裁,此时模芯处于下死点位置,如图 1b 所示;当 F2F3 时,随着打 击头的回程运动,在退料弹簧力的作用下模芯从冲裁孔中退出并达到极限位置, 伴随着打击头回程运动的继续,在支撑弹簧力的作用下上模总装复位至初始位 置。 弹簧的预紧力为: 特定压缩位置的弹簧力为: 式中:F0——弹簧的预紧力; F——特定位置的弹簧力; K——弹簧的刚度; L0——弹簧的原始长度; L——弹簧的装配长度; ΔL——弹簧的压缩行程。 一般情况,支撑弹簧的预紧力至少为模具装配体重力的 2 倍,下死点位置的退 料弹簧力大于(10%~15%)冲裁力。 2 基于 ADAMS 的动力学仿线 模型的建立及边界条件的处理 在 ADAMS 中建立的模具弹簧系统的动力学型如图 2 所示。加工板材为板厚 3mm 的 Q235A 冷轧钢板,孔径为 ?31.7mm,冲裁力为 110000N,脱模力 为 11000N,曲柄以 600r/min 的速度匀速转动,施加的载荷曲线N/mm,自由长度为 80mm,装配高度为 70mm,最大 压缩行程为 24mm。 上模体位移、速度曲线 所示,向下运动最大速度为 1000mm/s 左右, 向上运动最大速度为 1300mm/s 左右。在速度曲线 A 点处打击头接触到模芯 上部圆柱凸台的上表面并开始向下运动,B 点处上模体与加工板材接触停止运 动,C 点处上模体与加工板材分离并在支撑弹簧力的作用下开始向上加速运动, D 点处上模运动至极限位置并经过几次碰撞回弹后处于静止状态。上模体自由 状态下极限回弹速度、位移曲线 所示,回弹速度最大为 1860mm/s,回 弹时间为 0.013s,广东麻将约占冲压周期的 13%,会对冲裁频率的提升产生一定的影 响。 2.3 退料弹簧仿线N/mm,自由长度为 80mm,装配高度为 70mm,最 大压缩行程为 14mm。打击头上的作用力曲线 所示,图中 E 点处作用力 最大,位于模芯进入板材 1mm 深度的位置,作用力约为 120153N;在 F 点处 模芯将板材冲穿,此时打击头受力主要是弹簧的压紧力,最大约为 12500N; 在 G 点处,模芯的下表面与板材下表面重合且向上运动,此时脱模力最大,此 处的打击头的作用力最小,约为 919N;在 H 点处脱模结束,脱模力为 0,此 时打击头上的作用力约为 9535N,仅为弹簧压紧力。 模芯的位移、速度曲线 所示,在 I 点处打击头向下运动与模芯上部凸台 的上表面接触并带动上模总装向下运动;在 J 点处,上模体与板材接触,广东麻将此时 模具总装受力复杂,存在碰撞和回弹现象;K 点处模芯下表面与板材下表面重 合且在弹簧力的作用下向上运动,此时的退模力最大;L 点处为模芯随上模总 装向上运动至上极限位置。 3 结论 本文以 EP30 型全电伺服数控转塔冲床的 B 工位模具弹簧系统为例,运用多体 动力学软件 ADAMS 对系统的动作原理及动力学特性进行了研究,对设备冲裁 频率的提升以及减振降噪具有指导意义,得到如下结论: (1)支撑弹簧的主要作用是使模具复位,弹簧的预压量及刚度决定了模具复位 的速