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200 年 月 第 期
一種適用于馕餅加工的小型氣動(dòng)沖壓機(jī)原理研究
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(塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院)
摘 要:針對(duì)馕餅的文化發(fā)展,馕餅被大多數(shù)人的喜愛,這樣需求量增大,使得生產(chǎn)加工成困難。設(shè)計(jì)開發(fā)了小型沖壓機(jī)。該機(jī)采用氣缸活塞桿直接有凸模相連機(jī)構(gòu)。該機(jī)一次完成沖壓成型作業(yè)。該沖壓機(jī)主要?dú)庠鰤簷C(jī)構(gòu)。一種新型的利用氣動(dòng)技術(shù)、適合用于小型零件加工的沖壓機(jī)工作原理。控制過程簡(jiǎn)單 ,操作容易 ,可以根據(jù)實(shí)際需要選取壓強(qiáng)。
關(guān)鍵詞:沖壓機(jī); 氣動(dòng)技術(shù); 氣缸。
中圖分類號(hào): 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
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0 引言
隨著氣動(dòng)和液壓技術(shù)的發(fā)展,以及氣動(dòng)技術(shù)中的氣源比較容易獲取、環(huán)境干凈、氣動(dòng)元件安裝方便、靈活等特點(diǎn)。而大部分沖壓設(shè)備以傳統(tǒng)的機(jī)械式?jīng)_床為主。機(jī)械式?jīng)_床一般具有外形尺寸較大、工作環(huán)境噪聲高、沖壓力不可隨時(shí)調(diào)整以及能源的利用率低等缺點(diǎn)。同時(shí) ,為了提高沖床的能量利用率以及增大沖床的工作沖擊慣性 ,一般都配備有巨大的飛輪 ,但事實(shí)上 ,設(shè)備運(yùn)行時(shí)單位重量的輸出力低。另外在加工小尺寸的液壓和氣動(dòng)元件時(shí) ,能源浪費(fèi)嚴(yán)重 ,而且由于沖擊過程的不穩(wěn)定性 ,經(jīng)常造成嚴(yán)重的人身事故。因此研究和設(shè)計(jì)一種新型的沖壓機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式。氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣為介質(zhì),以壓縮空氣為動(dòng)力,無噪音,無污染,環(huán)保。也不需要承擔(dān)介質(zhì)方面成本。所以我設(shè)計(jì)的以空氣為介質(zhì)進(jìn)行傳動(dòng)——?dú)鈩?dòng)沖壓機(jī),它的設(shè)計(jì)輕巧,不占用空間,可任意放在工作臺(tái)上或流水線上;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定,可根據(jù)產(chǎn)品的大小調(diào)整工作高度;改變模具;氣缸行程調(diào)整簡(jiǎn)單,配有空氣節(jié)流閥,氣缸上、下行速度均可根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)。
1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計(jì)原理
由于氣動(dòng)和液壓技術(shù)的發(fā)展,以及氣動(dòng)技術(shù)中的氣源比較容易獲取、環(huán)境干凈、氣動(dòng)元件安裝方便、靈活等特點(diǎn) ,因此本文探討的沖壓機(jī)采用氣動(dòng)沖壓。將所沖的毛坯放在凹模板上.開動(dòng)控制箱開關(guān)旋鈕.電磁閥3得電,使氣缸5接通氣源1,氣
缸活塞桿帶動(dòng)凸模下行,節(jié)流閥4調(diào)節(jié)沖壓速度,凸模進(jìn)入凹模沖壓.凸模上的擋板碰到行程開關(guān)后
換向電磁閥3得電,使得氣缸收回,沖壓完成。根據(jù)上述沖壓過程框圖 ,設(shè)計(jì)氣壓系統(tǒng)回路如圖1.
1-減壓閥 2-氣罐 3電磁閥 4-溢流閥 5-氣缸
6-形成開關(guān)
其優(yōu)點(diǎn)是很明顯,設(shè)計(jì)輕巧,不占用空間,可任意放在工作臺(tái)上或流水線上;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定,可根據(jù)產(chǎn)品的大小調(diào)整工作高度;改變模具;氣缸行程調(diào)整簡(jiǎn)單,配有空氣節(jié)流閥,氣缸上、下行速度均可根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)。
1.2 總體設(shè)計(jì)
小型氣動(dòng)沖壓機(jī)結(jié)構(gòu)示意,如圖2所示。
1-底座 2-手搖桿 3升降箱 4-銷 5夾緊螺栓 6-管接頭 7-緩沖氣缸 8-控制箱
9-升降架 10凸模 11-凹模 12行程開關(guān) 13齒條 14-蝸桿 15-軸套 16-蝸齒
17-鍵 18-軸承 19-齒輪軸 21-擋板
圖2 小型氣動(dòng)沖壓機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
小型氣動(dòng)沖壓機(jī)由機(jī)架、升降、模具、控制箱構(gòu)成.機(jī)架包括可調(diào)緩沖氣缸、底座、工作臺(tái)。
氣缸安裝在升降架上,并通過螺栓夾緊。凸模與氣缸的活塞桿通過螺紋連接,活塞帶動(dòng)凸模工作。凹模放在底座上,通過螺栓連接。升降包括升降架、齒條、升降裝置(齒輪軸、蝸輪、蝸桿、·高度,控制箱的氣動(dòng)按鈕按下,機(jī)器開始工作,打開氣源,可調(diào)緩沖氣缸工作,活塞帶動(dòng)凸??焖傧蛳逻\(yùn)動(dòng)到壓縮物體時(shí),活塞減慢速度,將物體慢慢的壓縮成型,當(dāng)碰到形成開關(guān)時(shí),活塞收回沖壓過程可以分為如下幾個(gè)步驟 ,用框圖表示如圖4所示。
圖4氣缸設(shè)計(jì)選擇流程圖
圖3沖壓過程流程圖
2沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
氣缸正常的工作條件:介質(zhì)、環(huán)境溫度一般為-20~80℃,工作壓力一般為0.1~1.0MPa。安裝前,應(yīng)在1.5倍工作壓力下進(jìn)行試驗(yàn),不應(yīng)漏氣。負(fù)載在行程中有變化時(shí),應(yīng)使用有足夠輸出力的氣缸,并要附加緩沖裝置。不使用滿行程,特別活塞桿伸出時(shí),不要使活塞與缸蓋相碰擊。否則容易引起活塞和缸蓋等零件損壞。氣缸的設(shè)計(jì)與選擇的流程圖如下
圖4氣缸設(shè)計(jì)選擇流程圖
氣缸按供氣方向分,可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只是往缸的一側(cè)輸入壓縮空氣,靠其它外力使活塞反向回程。雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓縮空氣,活塞的正反向運(yùn)動(dòng)均靠氣體壓力完成。由于單作用氣缸僅向單向運(yùn)動(dòng),有外力使活塞反向運(yùn)動(dòng),而雙作用單活塞氣缸在壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)下可以像兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)但兩個(gè)方向的輸出力不同,所以該方案采用雙作用單活塞缸。
由設(shè)計(jì)任務(wù)可以知道,根據(jù)考查,正常青年人的臂力大約50-70kg,而正常生產(chǎn)時(shí)兩手同時(shí)進(jìn)行,在加工時(shí)可能由于其他原因影響,綜合考慮氣缸要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載大小180Kg,考慮到氣缸未加載時(shí)實(shí)際所能輸出的力,受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響,并考慮到凸模的質(zhì)量。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時(shí),常用到負(fù)載率β:
運(yùn)動(dòng)速度v=3m/min=50mm/s,取β=0.60,所以實(shí)際液壓缸的負(fù)載大小為:F=F0/β=2713.85N
氣缸內(nèi)徑的確定
表1 氣缸缸徑的計(jì)算
項(xiàng)目
推力
拉力
缸
徑
雙
作
用
氣
缸
則:
D= =83.15mm
F—?dú)飧椎妮敵隼?N;
P —?dú)飧椎墓ぷ鲏毫a
按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整,取D=100 mm
6蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
選擇蝸桿傳動(dòng)類型、精度等級(jí)
由于傳動(dòng)的功率不大,速度也不高,故選用阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng),精度為:8C-GB10089-88。
選擇蝸桿蝸輪材料
考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大,速度中等,故蝸桿用45號(hào)鋼表面淬火,硬度為45~55HRC,蝸輪邊緣采用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,而齒芯用45鋼知道。
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距:
確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 估取效率η=0.8 ,由于蝸桿不經(jīng)常,靠人力轉(zhuǎn)動(dòng),根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)書冊(cè)得: ,P=18.65W
確定載荷系數(shù)K
因工作載荷較穩(wěn)定,故取載荷分布不均系數(shù) ;由表6使用系數(shù) 選取使用系數(shù) .由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動(dòng)載荷系數(shù) ;
表2使用系數(shù)
工作類型
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
載荷性質(zhì)
均勻、無沖擊
不均勻、小沖擊
不均勻、大沖擊
每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)
<25
25-50
>50
啟動(dòng)載荷
小
較大
大
1
1.15
1.2
則
確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配,故
確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動(dòng)中心距 的比值 ,從教材機(jī)械設(shè)計(jì)圖11-5中可查得 =2.9.
確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC,蝸輪的基本許用應(yīng)力 =268
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
(為蝸輪轉(zhuǎn)速)
,(為工作壽命)
j為蝸輪每轉(zhuǎn)一周每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)j=1
所以壽命系數(shù)為
則=[]`=0.7=187.6
計(jì)算中心距
==64.85mm
取中心距a=80mm,因i=14.5, m=2mm, =35.5mm。這時(shí)/a=接觸疲勞系數(shù)為’=2.8,因?yàn)閆ρ’
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