一次成型抱箍模具的设计

杭州电力设备制造有限公司临安恒信成套电气制造分公司 张教练 张 坤 刘世忠 徐钊权 陈 伟 曹存余 潘晓军 潘燕子

抱箍是用一种材料抱住或箍住另外一种材料的构件，常见的有叉梁抱箍、拉线抱箍、上杆抱箍、吊线抱箍、撑脚抱箍、卡盘抱箍、装担U 型抱箍、一型分线箱抱箍、T 型分线箱抱箍、分线盒抱箍。目前我公司制作的抱箍主要有四种型号（图1），并作为开关柜（如的配件使用，应用比较广泛。

图1 抱箍的四种型号

随着2015年杭州市获得“2022年亚运会主办权”，配网改造工程大幅度增加，公司开关柜出货量也随之增长，抱箍作为中置柜中固定线缆的配件必不可少，随着日订单数量逐步增加，这就要求中置柜各生产环节在保质保量前提下缩短工期。目前，我公司对抱箍的生产工艺存在着生产工艺复杂、步骤繁多等问题，大大降低了对抱箍的生产效率，故如何设计一款快速有效的抱箍生产设备这是本文主要解决的问题。

1 生产制作方式分析

预计按年生产总量10万套（四种型号）来计算，每套可缩短48秒，共计可节约1333.33小时，约56天，极大的提高了抱箍的生产效率。我公司目前抱箍生产工艺分四步：毛坯板料在数控冲床冲孔；利用剪板机剪裁适当宽度的毛坯；用现有的折弯机加工出方形抱箍；用台钻装夹相应磨具加工出大致形状抱箍。通过调查及发现，目前采用的四步抱箍生产工艺存在以下问题：生产效率低、生产工艺复杂、步骤繁多；人力及物力的投入成本较大；工人强度大、对于工人操作水平要求较高；加工精度低，无法形成标准件；合格率低，易造成残次品；存在人身安全隐患。

2 方案设计

利用车间里现有的冲床或折弯机床，使其提供动力，在制作一个上下承压装置即可把抱箍压制成型，从而节省成本和减少抱箍制作工艺步骤。借鉴等势原理，利用嵌套装置把承载设备装设在冲床或折弯机上，利用冲床或折弯机的上升、下降带动承压装置，从而实现承压实现抱箍冲孔、裁剪、成型一体完成。

通过上述原理，用一台设备（冲床或者折弯机）、一道工序、一位操作工人（原有工艺需四个工人、四个步骤完成）即可完成抱箍的制作过程，大大减小工作量和工作强度，提高工作效率及产品合格率：方案一。设计一套集冲孔、剪裁、折弯为一体化的机床；方案二。在现有的数控折弯机增加特制专用的圆弧形凹凸模，利用折弯机提供动力，完成抱箍成型功能；方案三。在现有的冲床上增加特制专用的装置、利用冲床提供动力，完成裁剪、冲孔、折弯一体功能。

2.1 各方案优缺点对比

方案一。优点：自动化生产，效率高，降低人工成本，降低材料损耗，提升产品质量；缺点：对工人技术水平要求较高，设备性能要求高，价格昂贵（11万元左右），增加一台机床，增加场地的使用面积（7～12平方）。

方案二。优点：机床可增设四套磨具，可批量生产，折弯机工作相对稳定，安全性能高，减少加工流程，提高生产效率，对现有设备改进，降低生产成本，无需增加新设备，减少场地使用。缺点：需定制磨具，针对不同形状抱箍生产，需拆装磨具，将原来的四步制作改成三部（只减少一个加工步骤），模具在折弯机上受力不一致，对折弯机寿命有影响。

方案三。优点：一次成型、生产效率高，成本低、合格率高、安全系数高，减小占地面积，对工人技术要求低、容易操作。缺点：需人工换料。

表1 模具材料的选择

表2 凹凸模具方向的选择

表3 裁剪顺序的选择

表4 冲针外形优选表

依据总体方案，小组绘制出如下方案细化分解：模具材料（冷作模具钢、热轧模具钢）、凹凸模具方向（凸模在下、凹模在上，凸模在上、凹模在下）、裁剪顺序（先裁剪、后冲压，先冲压，后裁剪）、冲针外形（圆柱形冲针、扁顶冲针）、导向板装置（横向进给、竖向进给）、机床选择（普通冲床、数控折弯机）。

确定最佳方案：模具材料为冷作模具钢；凹凸模具方向为圆柱形冲针；裁剪顺序为先裁剪，后冲压；圆柱形冲针；转向平台为导向板装置；普通冲床。其中动力来源主要考虑使用普通冲床与数控折弯机的情况等。

2.2 最佳方案论证

表5 导向板装置进给方向的选择

表6 机床选择

通过对以上方案优缺点进行对比，本着节约成本的原则，最终确定方案三为最佳方案（图2）。经测试，升降后试验合格率达100%，符合对策目标。经实际验证，制作一个抱箍的平均时间为22秒，满足前期制定的目标。

图2 最终方案图

3 效果检查

3.1 目标值检查

按年生产总量10万套（四种型号）来计算，每套可缩短48秒，共计可节约1333.33小时，共约56天，产品合格率达100%；生产抱箍时间由原来78秒/套，降低到20秒/套。经效果检查，一次成型抱箍模具的研制后，抱箍的合格率得到了明显提高，所需工人数量减少三人，节约了生产成本，提高了生产效率，前期制定目标达成。

3.2 效益验证

经济效益测算：耗材成本分析。下面我们以20 mm×140 mm 抱箍为例，如果需要裁剪一块1250mm×2200mm 的镀锌钢板（目前大多采用此型号作为毛坯），可以裁剪930块，需换料18次，剩余废料0.146平方毫米。废料非常少，几乎可以忽略不计；装置加工成本（试验+样机费用）7750元；通过对原有抱箍生产工艺的改进使得工作效率得到了极大地提高，原来制作抱箍需4名工人配合制作，单套抱箍需1.2分钟，现在只需一人操作21秒即可完成，效率提高近5倍，合格率提高到100%。如果按照目前每年生产10万个抱箍计算，可以带来经济效益约12万元。

安全保障：有效解决了对工人工作时的安全隐患。冲床作业所需要工人技术能力比原有四步（需数控冲孔工人、数控裁剪工人、数控折弯工人）加工法对工人的要求，使工人操作更加安全；使用了标准模，提高了行业制作标准制作的规范性，提高了产品合格率；大大降低了人工成本，由原来的四人变为现在的一人生产，提高了效率，节约了人工成本。

本次关于一次成型抱箍模具的研制，有三大创新点：采用标准模具制作，提高了行业制作标准制作的规范性；采用冲床设备改进，有效解决了对工人素质能力过高的需求：冲床作业所需工人技术能力比原有四步（需数控冲孔工人、数控裁剪工人、数控折弯工人）加工法对工人的要求低，企业容易招工；管理水平也明显提高。