数码雷管压印模具装置的设计与仿真

刘卫东

【摘要】根据数码雷管外壳冲裁件的压印形状计算压印过程的总冲裁力，结合机械设计知识和机构尺寸参数，对雷管外壳压印模具的结构尺寸进行设计，并在Solidworks中绘制模具的三维造型图。对压印时雷管外壳的应力应变进行了仿真分析，提高冷冲模尺寸精度这个关键问题。

【关键词】数码雷管;压印模具;仿真分析

一、数码雷管压印分析

数码雷管外壳的冲裁件周长为L，也即为压印头上“E”字形图案的内外周长之和。数码雷管冲裁件压印形状外形尺寸如图1所示。在数码电子雷管装置的压印过程中，压印过程的冲裁力大小是不断变化的。

二、压印模具设计

压印机构是整个压印自动化装置中最为关键的一个环节，压印模具对工件的加工起到关键的作用。压印模具的设计可以借鉴冲压模具的相关技术，利用最合理的材料制造出坚固耐用的压印头。本装置压印头（凸模）固定在压印机构的滑块上，仅需要一个压印头;凹模部分由顶芯、弹性卸料板和凹模固定板组成。当压印头向凹模前移动时，推送数码雷管外壳进入顶芯并定位，进而完成压印工作。当压印头返回时，由弹性卸料板进行卸料工作，将数码雷管外壳与顶芯分离。计算总冲压力：

F= K·L·t·τ= L·t·σb=42.36×0.2×270=2287.44N

根据以上设计的压印机构零件尺寸，在SolidWorks中绘制出压印机构模具的三维零件外形图。凸模（压印头）零件图如图2所示。

凹模装配图如图3所示。

三、数码雷管压印有限元分析

有限元法是根据变分法原理来求解数学物理问题的一种数值计算方法，可完成一般力学中无法解决的对复杂结构的分析问题。有限元法不仅适用于复杂的几何形状和边界条件，而且能应用于复杂的材料性质问题。它几乎适用于求解所有关于连续介质和场的问题。因此有限元法已被公认为工程分析的有效工具，受到普遍的重视。下面以零件模型为例，利用SolidWorks软件中的SolidWorks Simulation插件来进行数码雷管模具压印时雷管外壳的有限元分析过程。数码雷管外壳为管件，外径为7 mm，壁厚0.2 mm。该管件材质为铝合金5A05。在雷管外壳封底面的外表面上施加模具压印力，压出类似“E”字型的图案。数码雷管外壳的内底面是固定面，在这种情况下分析雷管外壳的封底面的应力、应变分布，分析雷管外壳封底面在这种情况下是否会被破坏。

由分析结果可见，只是雷管外圆柱面固定进行压痕时最大变形量为6.322×10-6，雷管封闭端内表面与封闭端内表面和外圆柱面均固定时的最大变形量基本相同，为8.895×10-10。只要保持合适的压印头的压印力大小，就可以根据仿真得到雷管外壳相应的压印深度。

四、结束语

通过对压印时雷管外殼的应力应变进行仿真分析，可以预知在模具设计阶段进行受力和变形的关系，可以根据分析结果调整相关参数，避免在制造出模具后再发现不合格而造成的浪费。因此在机械装备生产中，在设计阶段进行受力或工作过程的Solidworks、UG等软件仿真受到广大设计者的重视，同时设计仿真应用越来越广泛。

基金项目：广州南洋理工职业学院2017年校级创新强校工程项目“机械类专业3D建模教学团队”（NY-2017CQ1TD-02）。