熱芯核射芯機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

- 1 -1 前言1.1 設(shè)計(jì)背景隨著機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展，尤其是國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，作為機(jī)械行業(yè)基礎(chǔ)的鑄造也是近幾年來(lái)突顯其飛。鑄造業(yè)中的熱（冷）芯盒制芯工藝的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)近幾年發(fā)展更是迅猛。國(guó)內(nèi)的低壓鑄造工藝與設(shè)備有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，設(shè)備的控制精度、可靠性和穩(wěn)定性大大提高。我國(guó)鑄造模具無(wú)論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，一些低檔次的簡(jiǎn)單鑄模，已趨供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。 一是進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技術(shù)含量較低的中低檔模具，因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場(chǎng)滿足率低于鑄造模具總體滿足率，這些模具的發(fā)展已滯后于鑄造件生產(chǎn)，而技術(shù)含量低的中低檔模具市場(chǎng)滿足率要高于鑄造模具市場(chǎng)總體滿足率；二是由于我國(guó)的模具價(jià)格要比國(guó)際市場(chǎng)低格低許多，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力，因此其在國(guó)際市場(chǎng)的前景看好。射芯機(jī)的制造為鑄造廠大批量生產(chǎn)各種鑄件的砂芯提供了條件，462Q 發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)引進(jìn)日本的直列式水化油器汽車發(fā)動(dòng)機(jī), 該發(fā)動(dòng)機(jī)具有體積小, 功大、 油耗低等特點(diǎn)。自 70 年代末期引進(jìn)該機(jī)后,一些工廠工裝及射芯機(jī)也靠引進(jìn),使其生產(chǎn)本很高。還有射芯機(jī)存在許多的問(wèn)題，如氣砂比，我們希望在射砂時(shí) ,氣砂比愈小愈好,即用最少的空氣量帶出最多的芯砂。但傳統(tǒng)的射砂機(jī)構(gòu)氣砂比較大,空氣消耗量大。還有對(duì)射砂機(jī)構(gòu)和芯盒的密封要求嚴(yán)格 對(duì)射砂壓力來(lái)講密封要求壓力愈低愈好,緊實(shí)要求壓力愈高愈好等。并隨著科技的發(fā)展，PLC 技術(shù)的應(yīng)用，利用 PLC 所具有的高可靠性及超強(qiáng)的順序邏輯控制能力, 和 PLC 技術(shù)改造早期的繼電器邏輯控制的射芯機(jī)電氣系統(tǒng),對(duì)克服其高故障率, 維修工作量大等方面效果顯著 1。1.2 射芯機(jī)工作原理射芯機(jī)為電加熱水平分型熱芯盒射芯機(jī)，并帶有左右抽活塊機(jī)構(gòu)，主要用于鑄造廠（車間）采用覆膜砂或熱芯盒樹(shù)脂砂工藝生產(chǎn)鑄鋼、鑄鐵及有色鑄件的砂芯。其工作原理是：利用壓縮空氣將預(yù)先混有樹(shù)脂粘結(jié)劑的型砂（覆膜砂或熱芯盒樹(shù)脂砂）射入已經(jīng)被加熱到一定溫度的芯盒內(nèi)，在熱作用下，樹(shù)脂粘結(jié)劑產(chǎn)生聚合反應(yīng)，使型砂快速硬化而形成砂芯。本機(jī)適應(yīng)于覆膜砂、樹(shù)脂砂等熱芯盒工藝，若稍加改變可適用于冷芯盒工藝 2。1.3 使用射芯機(jī)的注意要點(diǎn)- 2 -射芯機(jī)廣泛應(yīng)用是因?yàn)槠渲圃斓男托境叽缇_，表面光潔。但是如果射芯機(jī)操作不規(guī)范就會(huì)在及機(jī)械生產(chǎn)中埋下安全隱患，射芯機(jī)的操作規(guī)范如下：（1）清除妨礙射芯機(jī)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的妨礙物。（2）按潤(rùn)滑卡規(guī)定，對(duì)設(shè)備進(jìn)行潤(rùn)滑。（3）檢查射芯機(jī)設(shè)備關(guān)鍵部位的緊固件是否緊固，如有松動(dòng)，必須緊固好。（4）檢查全部閥門手柄是否都在靜止位置上（5）擰開(kāi)壓縮空氣總閥，對(duì)射芯機(jī)設(shè)備進(jìn)行空載試車。在這個(gè)過(guò)程中，要檢測(cè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是否正常，檢查各個(gè)閥門的管路是否漏氣 3。1.4 芯機(jī)分類1.4.1 按工位分類可分為單工位的、多工位的射芯機(jī)。單工位的射芯機(jī)有一個(gè)工位，可以完成合模與射砂功能， ，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。而多工位的射芯機(jī)則是一種具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，功能較強(qiáng)大，工作范圍廣，定位精度比較高，通用性比較廣泛的，背用于不斷變換生產(chǎn)品種的大、小批量和多品種的自動(dòng)機(jī)械化生產(chǎn)。1.4.2 按分盒形式分類可以分為水平分盒射芯機(jī)與垂直分盒射芯機(jī)。水平分盒射芯機(jī)可由取芯前的頂芯方式分為下頂芯式和上頂芯式兩種。下頂芯式的特點(diǎn)是水平分盒, 多個(gè)射砂口, 多只芯盒可實(shí)現(xiàn)四開(kāi)模并可在芯盒內(nèi)安裝活塊;上頂芯式的特點(diǎn)是水平分盒, 多個(gè)射砂口, 多只芯盒。垂直分盒射芯機(jī)可根據(jù)砂芯是否形成中空的方法及取芯方式分為8 種。（1）實(shí)心式，一種簡(jiǎn)單的射砂方式。（2）實(shí)心、水平取芯式。（3）翻轉(zhuǎn)排砂式（4）翻轉(zhuǎn)排砂水平取芯式。（5）鐵芯式。（6）鐵芯水平取芯式。（7）吸引中空式。（8）吸引中空水平取芯式。1.4.3 按砂芯固化方式分類可分為熱芯盒與冷芯盒兩種不同的射芯機(jī)。熱芯盒射芯機(jī)是利用加熱板對(duì)砂芯加熱，使其固化。冷芯盒射芯機(jī)無(wú)需加熱芯盒就可以在芯盒內(nèi)使砂芯固化。1.5 射芯機(jī)的主要組成- 3 -根據(jù)上面的資料，本次設(shè)計(jì)我采用了垂直分盒。我把要設(shè)計(jì)的射芯機(jī)分為了以下幾個(gè)部分，該機(jī)主要由機(jī)架、升降工作臺(tái)、射砂機(jī)構(gòu)、上頂芯機(jī)構(gòu)、滑臺(tái)和下頂芯機(jī)構(gòu)、左右抽活塊機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。該機(jī)構(gòu)固定在工作臺(tái)上，并隨工作臺(tái)升降，主要由滑動(dòng)底板、導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)油缸、下頂芯板、頂桿、下頂芯導(dǎo)向桿、導(dǎo)套、下頂芯油缸等組成。其中驅(qū)動(dòng)油缸，采用雙流量閥控制，可實(shí)現(xiàn)慢快慢的運(yùn)動(dòng)方式。該機(jī)構(gòu)主要用于下芯盒的移進(jìn)和移出并實(shí)現(xiàn)下頂芯和機(jī)外取芯。- 4 -2 總方案的確定設(shè)計(jì)方案要求：1）采用液壓氣壓傳動(dòng)，工作壓力分別為 16MPa 與 0.6MPa；2）設(shè)計(jì)的機(jī)械可完成的型芯尺寸：300200200，芯盒最大尺寸：750520500mm；3） 不考慮電氣控制系統(tǒng)；4） 完成液壓缸，氣缸的選型；5 ）結(jié)構(gòu)模塊化，便于裝配。2.1 設(shè)計(jì)的目的 1）該熱芯盒射芯機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)采用 PLC 技術(shù)使其系統(tǒng)可靠，零件不易損壞，能定量加砂提高制芯質(zhì)量和生產(chǎn)效率。2）采用氣、電、液聯(lián)合控制，設(shè)置手動(dòng)、單循環(huán)自動(dòng)和全自動(dòng)三種操作方式。3）設(shè)備工作方式為水平分型；芯盒采用電加熱，上下芯盒的溫度分別由數(shù)字式溫度儀進(jìn)行自動(dòng)控制。上芯盒固定，下芯盒安裝在液壓驅(qū)動(dòng)的芯盒移動(dòng)框上，工作臺(tái)采用液壓驅(qū)動(dòng)，以慢快慢的方式運(yùn)行，運(yùn)行平穩(wěn)，合模力大。機(jī)器設(shè)有下頂芯機(jī)構(gòu)，機(jī)外頂芯，操作方便、安全。機(jī)器設(shè)有上頂芯機(jī)構(gòu)，可完成壓平（根據(jù)工藝要求）和上頂芯的功能。4）射砂機(jī)構(gòu)采用左右直線運(yùn)動(dòng)，在完成射砂和排氣工作后射砂機(jī)構(gòu)立即退出芯盒上方，避免了芯盒對(duì)射板的烘烤。5）自動(dòng)刮砂裝置可將上芯盒上的余砂清理干凈，節(jié)省勞動(dòng)力。2.2 總方案的確定該射芯機(jī)主要由機(jī)架、升降工作臺(tái)、射砂機(jī)構(gòu)、上頂芯機(jī)構(gòu)、下頂芯機(jī)構(gòu)和滑臺(tái)、左右抽活塊機(jī)構(gòu)氣動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組2.2.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架主要由底座、上、下立柱、上橫梁、上模安裝架、導(dǎo)軌和限位塊等組成。底座和上架主要材料采用槽鋼焊接成箱型結(jié)構(gòu)，上下立柱采用厚鋼板焊接成工字型結(jié)構(gòu)，具有良好的剛度和強(qiáng)度，高精度，耐磨的導(dǎo)軌。- 5 -圖 2.1 總的基本結(jié)構(gòu)圖1. 機(jī)架 2 升降工作臺(tái) 3 上頂芯 4 下頂芯2.2.2 射砂機(jī)構(gòu)射砂機(jī)構(gòu)是射芯機(jī)的一個(gè)基本部位，它由閘板、射砂腔、射砂筒、快速排氣閥、射頭以及貯氣缸等部分構(gòu)成。射砂前閘板氣缸前伸，打開(kāi)加砂口。芯砂貯在機(jī)器上面的砂斗中，用振動(dòng)給料器或帶式輸送機(jī)通過(guò)閘板上的加砂口送入射砂筒。裝至預(yù)定量后，關(guān)閉閘板。把準(zhǔn)備好的芯盒緊壓在射砂頭的射孔下面，同時(shí)在閘板密封圈下，通過(guò)壓縮空氣，使閘板密封后，才進(jìn)行射砂。射砂時(shí)，打開(kāi)進(jìn)氣閥，壓縮空氣由貯氣包經(jīng)過(guò)進(jìn)氣閥，進(jìn)入射砂腔，通過(guò)射砂筒頂部以及射砂筒壁上的縫隙迅速進(jìn)入射砂筒，進(jìn)行射砂。射砂在很短的時(shí)間內(nèi)完成，立即關(guān)閉進(jìn)氣閥，緊接著打開(kāi)快速排氣閥，將射砂腔內(nèi)殘余的壓縮空氣排出。由于時(shí)間關(guān)系，這部分不屬于我的設(shè)計(jì)部分。2.2.3 上頂芯機(jī)構(gòu)上頂芯機(jī)構(gòu)主要由壓頭、壓緊油缸、導(dǎo)向桿、支承彈簧、壓頭導(dǎo)桿、連桿、上頂芯安裝板等組成。其與射砂機(jī)構(gòu)由連桿相連。并且上頂芯機(jī)構(gòu)的主要工作是當(dāng)射砂機(jī)構(gòu)射后砂后，把模具中的砂壓平，和當(dāng)模具開(kāi)啟時(shí)防止模具有粘在上模具表面。它與射砂機(jī)構(gòu)通過(guò)連桿連在一起，由射砂機(jī)構(gòu)的氣缸驅(qū)動(dòng)。其工作過(guò)程在推動(dòng)氣缸的作用下，上頂芯機(jī)構(gòu)來(lái)到上模的上方，在上架氣缸的推動(dòng)下，壓縮支撐彈簧實(shí)現(xiàn)- 6 -壓平動(dòng)作。并且在上頂芯下降的過(guò)程中，同時(shí)升降工作臺(tái)帶著下模具向下運(yùn)動(dòng)。2.2.4 下頂芯機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)固定在工作臺(tái)上，并隨工作臺(tái)進(jìn)行升降，主要由滑動(dòng)底板、導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)油缸、下頂芯板、頂桿、下頂芯導(dǎo)向桿、導(dǎo)套、下頂芯油缸等組成。其中驅(qū)動(dòng)油缸，采用雙流量閥控制，可實(shí)現(xiàn)慢快慢的運(yùn)動(dòng)方式。該機(jī)構(gòu)能隨工作臺(tái)上下移動(dòng)，主要完成下芯盒的移進(jìn)和移出并實(shí)現(xiàn)下頂芯和機(jī)外取芯。這個(gè)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要是在氣缸的作用用推動(dòng)下頂芯板往復(fù)運(yùn)動(dòng)。完成需要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。2.2.5 升降工作臺(tái)升降工作臺(tái)主要由導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、壓蓋、工作臺(tái)和頂升油缸等組成，用于安裝滑臺(tái)和下頂芯機(jī)構(gòu)、左右抽活塊機(jī)，并帶動(dòng)下芯盒升降以備射砂。對(duì)升降工作臺(tái)的導(dǎo)向精度、導(dǎo)向桿要求高，保證各零部件之間的位置度和垂直度。此處對(duì)導(dǎo)桿的位置度的要求高。2.2.6 左右抽活塊機(jī)構(gòu)左右抽活塊機(jī)構(gòu)分為左、右兩個(gè)部分，其主要由活塊安裝板、導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、底座和油缸等組成。該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部件由液壓驅(qū)動(dòng)，抽模力大，動(dòng)作平穩(wěn)?？梢园惭b各種型芯，其安裝方便，為各種型芯的制造提供了可能。- 7 -3 設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)在機(jī)器或儀器中支承或容納零部件的零件稱之為機(jī)架。故機(jī)架式底座、機(jī)體等零部件的統(tǒng)稱。我所設(shè)計(jì)的機(jī)架在主要由底座使的整體更加的穩(wěn)定,箱底承載著該機(jī)幾乎所有的重量,所以材料采用槽鋼焊接成箱型結(jié)構(gòu),上、下立柱、上橫梁、上模安裝架、導(dǎo)軌和限位塊等組成。上下立柱采用厚鋼板焊接成工字型結(jié)構(gòu)，具有良好的剛度和強(qiáng)度，高精度，耐磨的導(dǎo)軌.總體圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 機(jī)架總圖3.1.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證其剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。機(jī)架的強(qiáng)度和剛度都需要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面來(lái)考慮的。動(dòng)剛度是衡量機(jī)架抗振能力的指標(biāo)，而提高機(jī)架的抗振性能力應(yīng)從提高機(jī)架構(gòu)件的靜剛度、控制固有頻率、加大阻尼等方面著手。提高靜剛度和控制固有頻率的途徑是：合理設(shè)計(jì)機(jī)架構(gòu)件的截面形狀和尺寸，合理選擇機(jī)架的壁厚及布肋、注意機(jī)架的整體剛度與布局剛度以及結(jié)合面剛度的匹配等 。 43.1.2 機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求- 8 -（1）在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低。（2）抗振性要好。把受迫振動(dòng)振幅限制在允許的范圍內(nèi)。（3）噪聲要?。?）溫度場(chǎng)的分布要合理，熱變形對(duì)精度的影響要小。（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理，工藝性的良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工。（6）結(jié)構(gòu)要便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件。（7）有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面的受力合理、耐磨性要良好。（8）造型好。使之又適用經(jīng)濟(jì)，又美觀大方 43.1.3 機(jī)架常用材料的選擇材料的選擇，主要是根據(jù)機(jī)架的使用要求。該設(shè)計(jì)選用焊接機(jī)架，因?yàn)楹附訖C(jī)架具有制造周期短、重量輕和成本低、強(qiáng)度和剛度比鑄造的高等優(yōu)點(diǎn)。并且焊接機(jī)架的使用日益增多。 我選用的是焊接機(jī)架。 機(jī)架的結(jié)構(gòu)型式主要有槽鋼，角鋼、工字型鋼等焊接而成。該機(jī)總高有2795mm,是比較高的因此對(duì)機(jī)架的抗彎強(qiáng)度能力要求較高.并且在相同面積下工字型鋼截面的抗彎強(qiáng)度最高 。所以我選用設(shè)計(jì)選用工字型鋼.如下圖：圖 3.2 工字型立柱3.1.4 機(jī)床焊接機(jī)架的壁厚及布肋機(jī)架壁厚主要根據(jù)剛度來(lái)確定的，焊接壁厚約為相應(yīng)鑄件的 2/3 或 4/5。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取壁厚為 10mm。為提高壁板上焊接的剛度和固定有頻率，防止薄板彎曲和顛振，可在壁板上焊一定形狀和數(shù)量的加強(qiáng)肋。1）焊縫尺寸的確定確定焊縫尺寸的方法一般為按等強(qiáng)度原則。按剛度條件選擇角焊縫尺寸的經(jīng)驗(yàn)做法是：根據(jù)被焊鋼板中較薄的鋼板強(qiáng)度的 33%、50%、100%做為焊縫強(qiáng)度來(lái)確定焊縫尺寸，其焊角尺寸 K 為100%的強(qiáng)度焊縫 K=3/4- 9 -50%的強(qiáng)度焊縫 K=3/83%的強(qiáng)度焊縫 K=3/4這里選 100%的強(qiáng)度焊縫 K=3/4 ，K 為 10mm。但是焊縫的布置要合理。2）焊縫的布置要合理的一般原則：（1）焊縫應(yīng)位于低應(yīng)力區(qū)，以獲得承載能力強(qiáng)，變形小的構(gòu)件； （2）為減小焊縫應(yīng)力集中和變形，焊縫布置盡可能的對(duì)稱，最好至中性軸的距離相等；（3）盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，切焊線要短；（4）焊縫不要布置在加工面和需要表面處理的部位上；（5）若條見(jiàn)允許應(yīng)將工作焊縫變成聯(lián)系焊縫；（6）避免焊縫匯交和密集，讓次要焊縫中斷，主要焊縫連續(xù) 。 43.1.5 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌裝置，在機(jī)械中是使用頻率較高的零部件之一。而且導(dǎo)軌的精度、承載能力和使用壽命等都直接影響機(jī)械的工作質(zhì)量。1 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求：導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度主要是指動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的精確度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有：導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形、靜（動(dòng)）壓導(dǎo)軌副之間的油膜厚度及其剛度。精度保持性 精度保持性主要由導(dǎo)軌的耐磨性決定。耐磨性與導(dǎo)軌的材料、導(dǎo)軌副的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌上的壓強(qiáng)及其分布規(guī)律等因素有關(guān)。剛度 剛度包括導(dǎo)軌的自身剛度和接觸剛度。導(dǎo)軌的剛度不會(huì)影響部件之間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌剛度主要取決于導(dǎo)軌的型式、尺寸、與支承件的連接方式及受力狀況等因素。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 動(dòng)導(dǎo)軌做低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)易產(chǎn)生摩擦自激振動(dòng)，即爬行現(xiàn)象。爬行會(huì)降低定位精度或增大被加工工件表面的粗糙度的值 。5上架上的導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)了上頂芯機(jī)構(gòu)和射砂機(jī)構(gòu)在上模具上方可以來(lái)回運(yùn)動(dòng)。同時(shí)還要承載射砂機(jī)構(gòu)和上頂芯機(jī)構(gòu)的重量 。因此要有一定的抗彎曲強(qiáng)度、有一定抗變形的能力。 考慮到其工作環(huán)境這里選用矩形導(dǎo)軌，其制造簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)，并且矩形導(dǎo)軌的直線性與側(cè)面導(dǎo)軌的直線性在制造是互不影響，材料采用 40Cr 加離子氮化處理，提高精度和耐磨。3.1.6 機(jī)架的底座機(jī)架的底座采用槽鋼焊接成箱型結(jié)構(gòu)，來(lái)增加底部的重力,并承受該機(jī)的重量,使射芯機(jī)的整體更加穩(wěn)定，并且做成箱型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又美觀經(jīng)濟(jì)。箱體內(nèi)部設(shè)計(jì)加- 10 -有肋板，使結(jié)構(gòu)更加合理。底座上的焊接板與下立柱連接因此對(duì)這部分的定位要求較高,因此我采用了鍵連接如下圖：圖 3.3 底座3.2 上頂芯的設(shè)計(jì)及計(jì)算 頂芯機(jī)構(gòu)主要由壓頭、壓緊氣缸、導(dǎo)向桿、支承彈簧、壓頭導(dǎo)桿、連桿、上頂芯安裝板等組成。上頂芯機(jī)構(gòu)的主要工作是當(dāng)射砂機(jī)構(gòu)射后砂后，把模具中的砂壓平，和當(dāng)模具開(kāi)啟時(shí)防止模具有粘在上模具表面。它與射砂機(jī)構(gòu)通過(guò)連桿連在一起，由射砂機(jī)構(gòu)的氣缸驅(qū)動(dòng)。這里的壓頭采用了空心圓錐形,用空心形式的可以減輕上頂芯總體的重量. 6圖 3.4 上頂芯連桿是用來(lái)連接上頂芯機(jī)構(gòu)和射砂機(jī)構(gòu)的,為了使用方便我把起設(shè)計(jì)成如圖 3.5 圖 3.5 連桿- 11 -連桿固定板我設(shè)計(jì)成兩個(gè) L 型的用來(lái)把連桿和上頂芯機(jī)構(gòu)連接起來(lái) ,結(jié)構(gòu)如下：圖 3.6 連桿固定板上頂芯安裝板與導(dǎo)向桿的鏈接，采用螺紋鏈接這樣既簡(jiǎn)單又方便。圖 3.7 下頂芯板3.2.1 氣缸的選擇1.氣缸類型的選擇氣缸的作用來(lái)看，本設(shè)計(jì)選用單活塞雙作用的氣壓缸。2.氣壓缸的計(jì)算從氣缸的壓緊作用來(lái)看，它的作用力是克服彈簧作用力 4000N。為了安全起見(jiàn)F=4000X1.5=6000N。所以它所需要的一定的作用力，而氣缸可以產(chǎn)生 10000 的力（不超過(guò) 20000） ，可以滿足此處的要求。上頂芯的工作面到上模具的距離為 120 mm，此氣缸的行程為 160 mm。而工作壓力在 0.6Mpa 左右。（1）氣缸缸徑的計(jì)算 7- 12 -因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等。活塞在來(lái)回運(yùn)行中產(chǎn)生的推拉力是不等的。活塞桿產(chǎn)生的推力為 F1，產(chǎn)生的拉力為F2。（3.1） z21FpD4（3.2）z21Fd式中 F1-活塞桿的推力（N） ；F2-活塞桿的拉力（N） ；D-活塞直徑（ mm） ；d-活塞桿的直徑（mm ） ；p-氣缸的工作壓力（N） ；Fz氣缸工作的總阻力（N） ；氣缸工作的總阻力 Fz 與眾多因素有關(guān)，如運(yùn)動(dòng)部件的慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以載荷率 的形式計(jì)入公式，如要求氣缸的靜推力 F1 和靜拉力 F2，則在計(jì)入載荷率后（3.3）pD4F21（3.4）21d計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取 =0.3-0.5，速度高時(shí)小取值，速度低時(shí)取大值。若氣缸要求一般，且工作組頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷率 =0.7-0.85。 7由公式（3.4）可求的氣缸直徑 D。當(dāng)推力作功時(shí) (3.5)pF14當(dāng)拉力作功時(shí) - 13 -（3.6）214DdpF用式 計(jì)算時(shí)，活塞桿 d 可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定，估定活塞桿直徑可按 d/D=0.2-0.3 計(jì)算，必要時(shí)也可取按 d/D=0.16-0.4 代入公式P 為 0.6MPa，F(xiàn)2 為 6000N， 取 0.6代入上式求的 D=63.52mm，圓整為 63mm 此處用標(biāo)準(zhǔn)氣缸 。選用 QGBZ63-100-FB8 （2）安裝方式選為前法蘭安裝。3.2.2 彈簧的設(shè)計(jì)彈簧是一種彈性的元件，它可以在載荷的作用下產(chǎn)生較大的彈性變形。彈簧在各類機(jī)械中應(yīng)用十分的廣泛。按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等 4 種。而按照彈簧的形狀不同，又可分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、蝶形彈簧、板簧和平面渦卷彈簧等。在一般機(jī)械中，最為常用的是圓柱螺旋彈簧。圓柱螺旋拉伸彈簧空載時(shí)，各圈應(yīng)相互并攏。另外，為了節(jié)省軸向工作空間，并保證彈簧在空載時(shí)各圈相互壓緊，常在卷繞的過(guò)程中，同時(shí)是彈簧絲繞其本身的軸線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。這樣制成的彈簧，各圈相互間即具有一定的壓緊力，彈簧絲中也產(chǎn)生了一定的預(yù)應(yīng)力，故稱為有預(yù)緊力的拉伸彈簧。這種彈簧一定要在外加的拉力大于初拉力 F0 后，各圈才開(kāi)始分離，故可較無(wú)預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧節(jié)省軸向的工作空間9。彈簧還需進(jìn)行工藝試驗(yàn)和根據(jù) 彈簧的技術(shù)條件的規(guī)定進(jìn)行精度、沖壓、疲勞等試驗(yàn)。還有彈簧的持久強(qiáng)度和抗沖壓強(qiáng)度，在很大程度上取決于彈簧絲的表面狀況，所以彈簧絲的表面必須光潔，沒(méi)有裂紋和傷痕等缺陷。表面脫碳會(huì)嚴(yán)重影響材料的持久強(qiáng)度和抗沖擊性能。為了提高彈簧的承載能力，還可以在彈簧制成后進(jìn)行強(qiáng)壓處理或噴丸處理。強(qiáng)壓處是使彈簧在超出極限載荷作用下持續(xù) 6-48 小時(shí)，以便在彈簧絲截面的表層高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形和有益的與工作應(yīng)力反向的殘余應(yīng)力，使彈簧在工作時(shí)最大應(yīng)力下降，從而提高彈簧的承載能力。用于長(zhǎng)期振動(dòng)，高溫或腐蝕性介質(zhì)中的彈簧，不宜進(jìn)行強(qiáng)壓處理。上頂芯機(jī)構(gòu)的彈簧的主要是承載作用。彈簧壓縮帶著上頂芯板向下運(yùn)動(dòng)。彈簧材料必須具有較高的彈性極限和疲勞極限，同時(shí)還應(yīng)具有足夠的韌性和塑性，以及良好的可熱處理性。對(duì)于重要的壓縮彈簧，為了保證兩端的承壓面與軸線垂直，應(yīng)將端面圈在專用磨床上磨平。- 14 -（1）材料的選擇并確定其許用應(yīng)力材料這里選用硅錳彈簧鋼，這種鋼中因?yàn)榧尤肓斯?，故可顯著地提高彈性極限，并提高了回火穩(wěn)定行因而可在更高的溫度下回火。從而得到良好的力學(xué)性能。因?yàn)楣桢i彈簧鋼的彈性好，回火穩(wěn)定性好，可承載大載荷而被廣泛的應(yīng)用。彈簧按載荷性質(zhì)分為三類：類受變載荷作用次數(shù)在 106 以上的彈簧；類- 受變載荷作用次數(shù)在 及沖擊載荷的彈簧 類受變載荷作用次數(shù)在 103 以5310下的彈簧這里選類彈簧，許用切應(yīng)力 /MPa=640MPa， 許用彎曲應(yīng)力 /MPa=800 bMPa 彈性模量 E=200000MPa,切變模量 G=80000 MPa（2）根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑初步取彈簧中徑為 50mm，選取旋繞比 C 為 10K= =1.16 （3.7）C615.04F 為 600N 根據(jù)公式 =5.2(mm) （3.8d.2KCF）取 d=5mm， D=55mm。則 C=11（極限狀態(tài)時(shí)不小于 4 或超過(guò) 16）在計(jì)算得到K=1.01，于是=5.1（mm）d6401.1上值與原估算值相近，取彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)直徑為 5mm，此時(shí) D=55 為標(biāo)準(zhǔn)值，則D2=D+d=60mm（3）根據(jù)剛度條件，計(jì)算彈簧圈數(shù) n由公式的彈簧剛度為（N/mm） （3.9）09.56112FKfG=80000MPa， =60mm 則彈簧圈數(shù) n 為max對(duì)于壓縮彈簧 n= =14.5 3max8CFGd- 15 -（3.8）取 n=18 全。此時(shí)彈簧的剛度為 Kf=14.5 =8.3( N/mm)1809.而導(dǎo)套與定模板配合取的過(guò)渡配合。3.3 升降工作臺(tái)的設(shè)計(jì)升降工作臺(tái)主要由導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、壓蓋、工作臺(tái)和頂升油缸等組成，用來(lái)安裝滑臺(tái)和下頂芯機(jī)構(gòu)、左右抽活塊機(jī)，并帶動(dòng)下芯盒升降以備射砂。對(duì)升降工作臺(tái)的導(dǎo)向精度、導(dǎo)向桿要求高，保證各零部件之間的位置度和垂直度。這里升降工作臺(tái)只要是起到支撐作用所以在設(shè)計(jì)，并且頂升液壓缸安裝在它的兩邊，升降工作臺(tái)上有滑臺(tái)，滑臺(tái)用焊接的方式和升降工作臺(tái)鏈接在一起圖 3.8 升降工作臺(tái)3.3.1 導(dǎo)桿的設(shè)計(jì)升降工作臺(tái)在導(dǎo)向桿的導(dǎo)向下來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)其垂直度要求比較高。此導(dǎo)向桿有比較長(zhǎng)對(duì)其抗彎曲強(qiáng)度要求也比較高。導(dǎo)向桿的兩端其設(shè)計(jì)如下圖- 16 -圖 3.9 導(dǎo)向桿3.3.2 液壓缸的選擇（1）液壓缸類型的選擇 10此處設(shè)計(jì)頂升液壓缸工作壓力是 16MPa，能提供的作用力是 20000N(工作臺(tái)的重力 3000N 左右抽活塊的重力為 500N 下頂芯的重力為 500N 滑臺(tái)及軌道的重力為500N 上升的過(guò)程中的阻力為 200N 取安全系數(shù)為 1.5)。所以由此要求來(lái)選擇液壓缸。此液壓缸主要完成工作臺(tái)的升降作用，并承受下頂芯機(jī)構(gòu)、滑臺(tái)、左右抽活塊的重力，所以選用一個(gè)單活塞雙作用的液壓缸，來(lái)完成往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（2）液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)的計(jì)算1)壓力油液作用在單位面積上的壓強(qiáng) （Pa） （3.10）AFp從上式可知，壓力是由載荷的存在而產(chǎn)生的。在同一個(gè)活塞的有效工作面積上，載荷越大，克服載荷所需的壓力就越大。額定壓力（公稱壓力）PN，是指液壓缸能用以長(zhǎng)期工作的壓力。此處液壓缸的工作壓力為 16MPa，各國(guó)規(guī)范通用規(guī)定為(MPa ) （3.11）PNp5.1max選用的液壓缸的最高允許壓力為 =24 MPa2)速比液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比為 （3.12） 2221)(4dDAD液壓缸的缸徑(mm);d活塞桿的直徑（3)液壓缸的總效率液壓缸的總效率由以下效率組成：- 17 -1）機(jī)械效率 ，由活塞及活塞桿密封處的摩擦阻力所造成的摩擦損失， m在額定壓力下，通?？扇?=0.90.95 。這里取 =0.9 m2）容積效率 ，由各密封件泄漏所造成，通常來(lái)說(shuō)活塞的密封為彈性材料時(shí)v=1；當(dāng)活塞密封為金屬環(huán)時(shí) =0.98。此處活塞密封選擇為彈性材料的，所以vv=1。3）作用力效率 ，是由排出口背壓產(chǎn)生反作用力而造成的。d當(dāng)活塞桿伸出時(shí) （3.12 ）12Apd當(dāng)活塞桿縮回時(shí) （3.13）21pd當(dāng)排油直接回油箱時(shí) 1d所以液壓缸的總效率為 （3.14）dvmt液壓缸的總效率 為 0.9.t（4）活塞桿的理論作用力為此液壓缸的理論作用力為 （3.15） tF0F0實(shí)際的作用力 負(fù)載率，一般取 0.5-0.7。當(dāng) F=20000, =0.6, =0.9 得到其理論作用力為 Nt 370)9.60/(2F（5）氣缸缸筒內(nèi)徑的計(jì)算- 18 -由公式 可得，代入數(shù)據(jù)得到氣缸缸筒內(nèi)徑 D=73.3mm.按62104pDFGB/T 2348-1993 把液壓缸內(nèi)徑圓整為 80mm。升降工作臺(tái)帶著下模具要和上模具進(jìn)行合模，所以根據(jù)總體的方案設(shè)計(jì)可得知此液壓缸的行程為 S=400mm。在依據(jù)所計(jì)算的缸徑 D?？梢赃x擇所需要的液壓缸，:缸徑為 80mm； 3 此液壓缸跟隨升降工作臺(tái)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以其安裝方式選為中間軸銷式。.此液壓缸的技術(shù)參數(shù)為:缸徑為 80mm； 液壓缸選為 YGQ 80-450-MT3.4 左右抽活塊機(jī)構(gòu)左右抽活塊機(jī)構(gòu)分為左、右兩個(gè)部分，其主要由活塊安裝板、導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、底座和油缸等組成。該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部件由液壓驅(qū)動(dòng)，抽模力大，動(dòng)作平穩(wěn) 1圖 3.10 左右抽活塊3.4.1 液壓缸的選擇（1）液壓缸類型的選擇此處設(shè)計(jì)液壓缸工作壓力是 16MPa，能提供的作用力是 1000N。由此要求來(lái)選擇液壓缸。(2)液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)的計(jì)算1)壓力油液作用在單位面積上的壓強(qiáng) （3.10）AFp- 19 -選用的液壓缸的最高允許壓力為 =24 MPamaxp2)速比液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比為 由公式 （3.12）2221)(4dDAD-液壓缸的缸徑d-活塞桿的直徑（3)液壓缸的總效率液壓缸的總效率由以下效率組成：機(jī)械效率 ，這里取 =0.9 mm容積效率 ，由此處活塞密封選擇為彈性材料的，所以 =1。v v作用力效率 d（3.13）12Apd當(dāng)活塞桿伸出時(shí)當(dāng)活塞桿縮回時(shí) （3.1421Apd） 當(dāng)排油直接回油箱時(shí) 1d所以液壓缸的總效率為 （3.15） dvmt液壓缸的總效率 為 0.9.t（4）活塞桿的理論作用力為- 20 -此液壓缸的理論作用力為 （3.16） tF0F0實(shí)際的作用力 負(fù)載率，一般取 0.5-0.7。當(dāng) F=1000, =0.6, =0.9 得到其理論作用力為 （N）t 9.185).06/(1F（5）氣缸缸筒內(nèi)徑的計(jì)算由公式 可得，代入數(shù)據(jù)得到氣缸缸筒內(nèi)徑 D=49.9mm.按62104pDFGB/T 2348-1993 把液壓缸內(nèi)徑圓整為 50mm。3 此機(jī)構(gòu)主要是抽取模具中使用的芯子，根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸，選用液壓缸的行程為 100mm。4 此處的液壓缸的安裝形式為前法蘭式的。選用的液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為 YGQ 1 50 -50 FD8。3.4.2 導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)（1）導(dǎo)向桿導(dǎo)向桿的要求：1 其材料要求具有較強(qiáng)的耐磨性，此處導(dǎo)向桿的材料為 45 號(hào)鋼；2導(dǎo)向桿的配合精度：對(duì)導(dǎo)向桿固定端是過(guò)渡配合 H7/k6；對(duì)導(dǎo)向桿導(dǎo)向端為間隙配合 H7/f612。（2）導(dǎo)套導(dǎo)套也要選耐磨的材料，也選用了 45 號(hào)鋼。導(dǎo)套與導(dǎo)向桿的配合為間隙配合H7/h6。3.5 滑臺(tái)及下頂芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)固定在工作臺(tái)上，并隨著工作臺(tái)進(jìn)行升降，主要由滑動(dòng)底板、導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)油缸、下頂芯板、頂桿、下頂芯導(dǎo)向桿、導(dǎo)套、下頂芯油缸等組成。其中驅(qū)動(dòng)油缸，采用雙流量閥控制，可實(shí)現(xiàn)慢快慢的運(yùn)動(dòng)方式。該機(jī)構(gòu)能隨工作臺(tái)上下移動(dòng)，主要完成下芯盒的移進(jìn)和移出并實(shí)現(xiàn)下頂芯和機(jī)外取芯。這個(gè)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要是在氣缸的作用用推動(dòng)下頂芯板往復(fù)運(yùn)動(dòng)。完成需要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作 13。- 21 -圖 3.11 滑臺(tái)和下頂芯3.5.1 滑臺(tái)上有導(dǎo)軌滑臺(tái)上有導(dǎo)軌,這里的導(dǎo)軌我還是選用的矩形導(dǎo)軌。導(dǎo)軌和滑臺(tái)的鏈接在焊接的前提下，又用了螺釘鏈接。圖 3.12 導(dǎo)軌從下頂芯的主要工作來(lái)看，其作用簡(jiǎn)單，所以結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。主要是下頂芯板在氣缸的推動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下頂芯板上主要安裝導(dǎo)向桿 14，并間接把氣缸的活塞桿也和頂板鏈接在一起。圖 3.13 下頂芯- 22 -3.5.2 壓缸的主要技術(shù)性能參數(shù)驅(qū)動(dòng)液壓缸的作用是把下模具推出，便于把型芯取出。用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)定好的尺寸，此處的油缸的行程比較大。這個(gè)驅(qū)動(dòng)油缸的缸徑取 50mm 選用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，氣缸外形安裝尺寸符合 ISO/6430 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)氣缸的選擇為