自动冲压机设计.docx
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自动冲压机设计.docx
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自动冲压机设计
自动机械设计
冲压送料机构设计
自动冲压送料机构设计
一、设计的目的及意义:
冲压送料机构可将冲压料和冲压件经过定向机构,实现定向排列,然后顺序
地送到机床或工作地点。
在自动化生产中显然是实用的,不但可以把操作人员从
重复而复杂的劳动中解脱出来,而且对保证安全生产也是一种行之有效的方法。
目前,国内拥有大量的冲压机床,如果能把它们改造成自动机床,将会充分发挥机床的潜在力量,这是一个具有重大意义的事情,而在机床上安装自动送料机构,这将大大提高冲压的生产效率,实现冲压的自动化。
冲压是金属塑性成形加工的基本方法之一,它主要用于加工板料零件,具有生产效率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单,便于实现机械化和自动化等一系列优点。
在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器、等生产和发展具有十分重要的意义。
二、原始数据与要求:
方板冲孔:
φ30mmw:
10片/min(设年产30万片)材料:
Q235材料尺寸:
100x100x5工件名称:
冲压件
工件简图:
如下图
三、工艺方案分析
1、冲压件工艺性分析:
该工件只有冲孔和落料两个工序,材料为Q235,具有良好的冲压性能,适合冲裁,工件结构简单,冲直径为30mm的孔,孔与边缘之间的距离满足要求,工件的尺寸全部为自由公差,IT14级,尺寸精度底,普通冲裁就能满足要求。
2、冲压工艺方案的确定与分析:
工件包括落料、冲孔两个基本工序,可有三种工艺方案:
方案一:
先落料,后冲孔。
采用单工序模生产。
方案二:
落料—冲孔复合冲压。
采用复合模生产。
方案三:
冲孔—落料级进冲压。
采用级进模生产。
方案一:
模具结构简单,需要两道工序两套模具,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产要求。
方案二:
只需一套模具,工作精度及生产效率都比较高,但制造难度大,且冲压成品件留在模具上,清理模具上的物料影响冲压速度,操作不方便。
方案三:
只需要一套模具,生产效率高,操作方便,设计简单,且工件精度要求不高,完全能满足工件技术要求。
经过对比,采用方案三最为合适。
3、冲床受力分析
(1)拍样方式的确定以及计算设计级进模,先要设计条料排样图。
工件图为一矩形中间一个孔,直排材料
利用率最高。
根据参考[1]P24表2-15确定搭边,经查表,工件间a1=4.0mm,沿边a=4.5mm,所以板料宽度B=100+2x4.5=109mm
(2)压力中心的确定及相关计算图为对称件,其压力中心位于冲件轮廓图形几何中心,即圆点(0,50)处。
(3)冲压力的计算该模具采用级进模,选择弹性卸料,下出件。
条料相关计算:
冲裁件面积A=100x100-3.14x15x15=9293.5mm2
条料宽度B=100+2x4.5=109mm步距h=50+50+4=104mm
一个步距的材料利用率:
9293.5/(109x104)x100%=82%冲压力计算:
冲裁力F=KLtτb=1.3x305.8x5x400=795080N(经查表Q235抗剪强度为
400-450MPA,所以取400MPA,L(周长)=100X4-2X3.14X15=305.8mm)根据参考[1]P26表2-17,Kx=0.035,Kt=0.045,Kd=0.05
卸料力
Fx=KXF=0.035X795080=27828N
推件力
FT=nKTF=8x0.045x795080=286229N(顶件力不求)
冲压工艺总力FZ=F+Fx+FT=795080N+27828N+286229N=1109137N
四、机构设计原理:
自动送料冲床用于冲制、拉延薄壁零件。
冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构,其工作原理如图(a)所示,上模先以较大速度接近坯料,然后以匀速进行拉延成型工作,然后上模继续下行将成品推出型腔,最后快速返回。
上模退出下模以后,送料机构从侧面将坯料送至待加工位置,完成一个工作循环。
主要工艺动作有:
1、将新坯料送至待加工的位置。
2、下模固定,上模冲压拉延形成将成品推出模腔
冲床动作工艺图上模运动规律S-Φ图
五、技术参数与设计要求:
1)以电动机作为动力源,下模固定,从动件(执行构件)为上模,作上下往复直线运动,其大致运动规律如图1b所示,具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性。
2)机构应具有较好的传力性能,工作段的传动角γ大于或等于许用传动角[γ
]=40°。
3)上模到达工作段之前,送料机构已将坯料送至待加工位置(下模上方)。
4)生产率为每分钟10件。
5)上模的工作段长度l=30100mm,对应曲柄转角0=(1/31/2)π;上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上。
6)上模在一个运动循环内的受力如图1c所示,在工作段所受的阻力F1=5000N,其它阶段所受的阻力F0=50N。
7)行程速度变化系数K≥1.5。
8)送料距离H=60250mm。
六、参考方案:
冲压机构的原动件为曲柄,从动件(执行构件)为滑块(上模),行程中有等速运动段(工作段),并具有急回特性,机构还应有较好的动力特性。
要满足这些要求,用单一的基本机构(如偏置式曲柄滑块机构)是难以实现的。
因此,需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。
送料机构要求作间歇送进,可结合冲压机构一并考虑。
1.导杆-摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构
如图1所示,冲压机构是在摆动导杆机
构的基础上,串联一个摇杆滑块机构组合而成。
摆动导杆机构按给定的行程速度变化系数设计,它和摇杆滑块机构组合可以达到工
作段近于匀速的要求。
适当选择导路位置,
E
可使工作段压力角α较小。
送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。
按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件运动规律,则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。
图1冲床机构方案之一
2.连杆-凸轮冲压机构和凸轮-连杆送料机构
如图2所示,冲压机构采用有两个自由
度的连杆-凸轮组合机构,用齿轮副将其封
闭为一个自由度(齿轮1与曲柄AB固联,齿轮4与两个凸轮固联)。
恰当地选择C点C轨迹和确定构件尺寸,可保证机构具有急回运动和工作段近似匀速的特性,并使压力角
α尽可能小。
改变凸轮轮廓曲线,可改变C点轨迹,从而使执行构件获得多种运动规律,满足不同工艺要求。
送料机构由凸轮机构和连杆机构串联组成,按运动循环图可确定凸轮推程角和从动件的运动规律,使其能在预定时间将坯料推送
α
图2冲床机构方案之二
至待加工位置。
设计时,若使lHI 3.四连杆-曲柄滑块机构和摇杆滑块机构 如图3所示,冲压机构采用四连杆曲柄滑块机构,可实现急回运动,在轮廓设计和制造时也很简单。 送料机构由摇杆滑块机构组成,采用摇杆机构,机构尺寸容易设计并且也能准确达到送料的目的。 方案的选择: 图3冲床机构方案之三 方案设计的有关问题如上述,从以上分析进行方案的优化选择、设计时,应该尽量满足如下条件: (1)设计的方案是否尽量满足要求的性能指标和技术条件; (2)设计的结构是否尽量简单、紧凑,设计是否方便; (3)机构在实际的制造过程中是否方便,成本可否降低。 分析上面的方案,主要是有: 平面连杆机构、凸轮机构、不完全齿轮机构、 导杆-摇杆机构等等。 平面连杆机构构件可实现转动、摆动、移动和平面复杂运动,从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。 其优点主要是: 运动副单位面积所受压力较小,且面接触便于润滑,故磨损减小;制造方便,易获得较高的精度;两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的,它不像凸轮机构有时需要利用弹簧等封闭来保持接触的。 但它也有一些缺点: 一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹,且设计较为复杂;当给定的运动要求较多或较复杂的时候,需要的构件数和运动副就往往较多,这样使机构结构复杂,工作效率降低,不仅发生自锁的可能性增大,而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加;机构中作平面复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡,在高速时将引起较大的振动和动载荷,故连杆机构常用于速度较低的场合。 综上所述,我们决定选择方案三。 即四连杆-曲柄滑块机构和摇杆滑块机构。 冲压机构只需满足压力角和急回特性的要求即可,考虑到工作段的受力较大,故排除凸轮和齿轮的冲压机构。 摇杆机构的从动件直接用于送料,设计和安装都很方便,制造比较简单,成本较低,为最优方案。 七、系统传动方案设计: 1、原动机类型的选择 电机采用Y系列Y112M-4电机,电机转速为1480r/min,Y系列(IP44)三相异步电动机Y系列(IP44)电机是全封闭、外扇冷三相鼠笼型一般用途的电机,具有高效、节能、起动力大、噪声低、振动小、可靠性高等特点。 安装尺寸符合IEC标准,功率与机座号的配置关系符合DIN标准。 外壳防护等极IP44。 使用场所: 不可含易燃、易爆或腐蚀性气体。 额定功率: 0.55-315KW额定电压: 380V额定频率: 50HZ机座号: 80-355,能够充分满足机构的需要 2、主传动机构的选择原动机和执行机构间传动用齿轮机构传动,可使执行机构传动平稳。 3、执行机构运动方案的比较与选择 (1)执行机构方案的设计和选择 冲压机构方案1------凸轮连杆机构 冲压机构方案2------四杆机构+曲柄滑块机构 对比分析: 方案一、二均能实现急回运动,但方案一凸轮机构在轮廓设计和制造时困难。 所以选用方案二。 送料机构方案1------凸轮机构 送料机构方案2-----曲柄滑块机构 对比分析: 方案一采用凸轮机构,机构虽简单,但凸轮的设计较为复杂,给机构制造也带来很大不便。 而方案二采用摇杆机构,机构尺寸容易设计并且也能准确达到送料的目的。 所以采用方案二作为送料机构。 4、工作循环图: (1)确定运动循环的组成区域: 已知生产率为10片/minTk——上模向下接近工件的行程时间;Ts——上模工作时在工件上的停留时间;Td——上模向上返回的行程时间;To——上模在初始位置上的停留时间;Tp——工作循环时间;所以: Tp=Tk+Ts+Td+To 与这四段时间相对应的曲柄分配轴转角应满足: 其四个运动所对应的角度和等于360度 (2)工作循环图 分析: 从循环图看出,推杆送料完成后,上模正行程才开始。 上模正行程完成后,上模进行回程,回程大概0.14S后推杆才开始进行下一次的送料行程,这样使冲头和送料的机构的时间错开,从而使它们接触的几率大大降低,意外情况发生的可能性降低,安全系数增加。 5、机构设计及尺寸计算 (1)上模冲压机构 1>传动四杆机构的尺寸计算 按照设计要求,摆杆质量为40kg/m,绕质心转动转动惯量为2kg·m2,所以根据计算式 1/12×40×c3=2 C≈0.843m 取K=1.4,设计摆杆摆脚为ψ=60。 此时最小传动角最大取值: maxγmin≈33。 β≈46。 θ=180。 (k–1)/(k+1)=30。 a/d=sin30。 sin(15。 +46。 )/cos(30。 -15。 )=0.4527b/d=sin30。 sin(15。 +46。 )/sin(30。 -15。 )=0.9366c/d=1 可得: a=0.382mb=0.790mc=d=0.843m 2>冲模连杆滑块机构尺寸计算在刚结束冲压时(图中粗实线所示),OA与水平夹角为30。 ,并且冲块和 连杆在一条直线上。 回程结束时(图中虚线所示)OA极限位置在OA’处,AB处 于A’B’处。 由几何关系可知: AB=280+OAsin30。 AB2=OA2+OA2cos30。 2 解得 OA=340.270mmAB=450.135mm 3>传动机构运动分析 设计要求精压机生产效率为70件/min,则曲柄转动周期为T=0.857s,曲柄平均角速度ω=7.33rad/s。 冲块正行程时间: t=T×(180+θ)/360。 =0.5s回程时间: t=T–t=0.357s (2)送料机构-曲柄滑块机构 1>送料机构尺寸由设计要求坯料输送距离需达到200mm,所以 2a=200mma=100mm b杆长选取为200mm2>运动分析 为保证送料和冲模运动一致,其周期也应为T=0.857s 八、系统整体布局 1、从产品的数量看,属于大批量生产,给定生产任务为年产30万片。 因此,选择全自动机型。 2、从产品的工艺过程看,选择直线式工艺路线。 3、该冲压机械包含两个执行机构,即冲压机构和送料机构 九、系统总体运动方案的确定 系统总体机构运动简图 图中: 1——电机 2——飞轮 3——带轮传动 4——齿轮 5——主滑块 6——凸模 7——凹模 8——坯料 分析: 电机带动上模机构曲柄运动,开始冲压,在上模开始冲压坯料前送料机构已经送料完毕,上模冲压,冲压成型后,上模继续下压,把成型品顶出模腔,然后上模回程,大概0.14S后齿轮传动带动送料机构开始送料,推杆送料完成后,上模回程恰好结束,完成一次循环。 然后上模开始行程,进行新一轮的冲压加工。 系统传动比: ω电机: ω上=40: 1 ω上: ω送: ω顶=1: 1: 1 参考文献 [1]林承全、胡绍平《冲压模具课程设计指导与范例》化学工业出版社 [2]杨可桢,程光蕴,李仲生——《机械设计基础》高等教育出版社 [3]尚久浩——《自动机械设计》中国轻工业出版社 [4]宋井玲——《自动机械设计》国防工业出版社
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