坐式型材液壓機(jī)飛剪機(jī)的設(shè)計

1、摘要 坐式型材液壓機(jī)飛剪機(jī)的設(shè)計從現(xiàn)有的輥壓線型材沖切機(jī)出發(fā)，為了縮短切斷時間，減小沖切力，設(shè)計了利用了錯切原理工作的新型可調(diào)沖程錯切機(jī)。該機(jī)保持了輥壓線連續(xù)不間斷生產(chǎn)，采用可更換的切斷模，適用于各種斷面型材的沖切，特別是斷面尺寸較大的型材。工作部分采用液壓驅(qū)動，沖切行程可根據(jù)不同斷面的型材進(jìn)行調(diào)整。機(jī)器會成采用氣動方式，回程過程安全可靠。并且針對整個輥壓線可能出現(xiàn)的某些故障做了一些特殊的處理，避免事故的發(fā)生。另外還對錯切理論做了詳細(xì)的論述，列出了幾種可選的整機(jī)方案，分析了方案選擇的優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)的投入使用，必然會提高輥壓生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，改善生產(chǎn)環(huán)境。關(guān)鍵詞：輥壓生產(chǎn)線 可調(diào)沖程 錯切

2、 可更換切斷模 錯切理論緒論近年來出現(xiàn)在輥壓生產(chǎn)線型材成型系統(tǒng)中的切斷裝置，由原來的停機(jī)切斷發(fā)展到如今的連續(xù)不間斷生產(chǎn)。但是采用原來的沿垂直方向切斷的行程可能大于型材的厚度。造成沖切時間長，所需沖切力大，生產(chǎn)效率不高的優(yōu)點(diǎn)。為了解決這個問題，設(shè)計利用錯切理論進(jìn)行切斷的飛剪機(jī)。在前人的基礎(chǔ)上查閱了大量的參考文獻(xiàn)，對各種部件的強(qiáng)度，尺寸做了精密的設(shè)計和嚴(yán)格的校核。可調(diào)沖程的實(shí)現(xiàn)使工作效率的進(jìn)一步提高。另外模具拆換方便，具有很大的適用性。機(jī)器自身具有微調(diào)結(jié)構(gòu)，可以保證沖切的精度和質(zhì)量，是機(jī)器工作效率提高，工作安全可靠。第一章 方案的確定1.1 傾斜錯些理論1.1.1 原理：由圖1.1，沿垂直方向剪切

3、時切刀所走過的行程d=h 當(dāng)沿傾斜角方向錯切時，a.切斷下 x方向厚度為t時的型材時 由圖1.2(a) 切斷斜向移動距離d=t/sin. B.切斷y方向厚為t的型材時，由圖1.2（b）,切刀斜向移動的距離d=t/cos而整個切斷過程中模具在垂直方向即用 y方向的移動距離d=t/coa 而整個切斷過程中模具在垂直方向的位移 在a的情況下為t/tg.在b的情況下為t. 在x、y方向切斷厚度均為t時，使錯切斜向距離d相等： t/sin=t/cos sin=cos =45。在x、y方向切斷厚度分別為t和2t 時，錯切距離d相等。t/sin=2t/cos 2sin=cos =26.56。在此處使傾斜角為

4、30。，主要是考慮切向力不能太大，即斜滑塊對右側(cè)模塊作用力不能太大，否則會造成沖切困難，右側(cè)磨損嚴(yán)重。1.1.2 傾斜錯切的優(yōu)點(diǎn)： 由以上分析可知，傾斜錯切比垂直錯切的行程要小得多，沖切力也大大減小，由此達(dá)到節(jié)省時間 提高效率優(yōu)化設(shè)備，節(jié)約能源的目的。1.2 幾種不同設(shè)計方案的提出1.2.1線上作業(yè)與獨(dú)立作業(yè)a.線上作業(yè)即指沖切機(jī)在輥壓線工作臺上工作。不另加專門的工作臺，其回程裝置也放在輥壓線上，如圖1.3所示： 圖1.3 線上作業(yè)簡圖b.獨(dú)立作業(yè):指沖切機(jī)在輥壓線外，單獨(dú)成為一臺上機(jī)器，有專門的工作臺，回程裝置放在自己的工作臺上，如圖1.4所示： 圖1.4 獨(dú)立線上作業(yè)第一種方式，即線上作業(yè)

5、的沖切機(jī)多為沖切截面積較少，沖切力不大的型材。外型尺寸較小占地空間小第二種方式，沖切機(jī)由于型材在一定的高度，要自行設(shè)計工作臺，使機(jī)器造價較高，占地面積較大，但可以沖切型材橫截面積大，形狀復(fù)雜，厚度也較厚，沖切力可以很大。合理的設(shè)計可以使機(jī)器外形緊促，工作可靠。根據(jù)設(shè)計任務(wù)所繪圖紙的要求，截面積較大，形狀復(fù)雜，需要的沖切力也較大，因此既定了方案選擇了獨(dú)立作業(yè)方式。1.2.2 直立機(jī)身和傾斜機(jī)身a.直立機(jī)身的外形如圖1.5所示：這種形式的沖切機(jī)在隨型材移動時，導(dǎo)軌兩側(cè)受力均勻，在加上銅墊，摩擦不至于過大，不用過多的考慮導(dǎo)軌的特殊形式。另外容易實(shí)現(xiàn)可調(diào)沖程，節(jié)約資源，提高效率b.傾斜式?jīng)_切機(jī)，外形如

6、圖1.6所示這種沖切在運(yùn)動時兩側(cè)受力不均，尤其當(dāng)軌道以上重量較大時，磨損很嚴(yán)重。如果所需的沖切力不大，整個機(jī)器體積減小，重量減輕，在優(yōu)化導(dǎo)軌設(shè)計的基礎(chǔ)上可采用此種方式。另外此放式不易實(shí)現(xiàn)可調(diào)沖程。根據(jù)任務(wù)書所給的條件，沖切型材橫截面積較大，需要的力也較大，且還要實(shí)現(xiàn)可調(diào)沖程，因此采用直立機(jī)身。1.2.3 停機(jī)共作和連續(xù)共作 a.停機(jī)工作是指在切斷型材時整個輥壓線停止共組，等待沖壓機(jī)切斷型材時在開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種方式開關(guān)機(jī)頻繁，浪費(fèi)時間，工作效率較低。b連續(xù)方式指切斷機(jī)隨型材一起運(yùn)動，在切斷型材后，在氣壓缸的作用下回到原位，為下一次沖切做準(zhǔn)備，這種方式使整個生產(chǎn)線不間斷共作，提高生產(chǎn)率。1.2.4a

7、.氣動回程 指沖切機(jī)在完成切斷后由氣缸作用回到原位b.機(jī)械回程 即利用機(jī)械運(yùn)動帶動沖切機(jī)回到原位，比如用齒輪和鏈條回程。a和b相比較氣動回程和機(jī)械回程相比可靠性較好，設(shè)計簡便壓回氣缸和拉回氣缸指沖切機(jī)在完成切斷后由氣缸作用回到原位。可以分為兩種情況，第一種如圖1.7 機(jī)器被氣缸拉回原位第二種方式如圖1.8，有氣缸壓回原位兩種方式均可采用，效果相同，但前者可以節(jié)省廠房空間和方便工作人員操作。故采用拉力回程較好。綜上以上的分析結(jié)合設(shè)計的要求最后決定采用：直立機(jī)身、獨(dú)立工作臺、連續(xù)工作、氣動拉回的整機(jī)設(shè)計方案。該方案綜合了上述的優(yōu)點(diǎn)，對局部細(xì)節(jié)做了一些優(yōu)化，結(jié)構(gòu)簡圖如1.9所示：第二章 沖切機(jī)工作部

8、分的設(shè)計2.1沖切驅(qū)動裝置油缸的設(shè)計和計算2.1.1 計算剪切力給定的型材為0Cr18Ni9 查機(jī)械手冊第一卷3.1-87的0Cr18Ni9的b=520N/mm2 由公式：=0.8*b =416 N/mm2 材料的抗剪強(qiáng)度b 材料的抗拉強(qiáng)度 給定型材最大橫截面積為F0=132.83 mm2 取 F0=150 mm2 由公式 P0=F*=150*416=62.4KN P=K*P0=1.1*62.4=68.8KN其中： P0 理論剪切力 P 實(shí)際剪切力 K 安全系數(shù)2.1.2 計算活塞桿的實(shí)際用力 由圖2.1 列平衡方程為：F=P1Cos300+P2Sin300+P2Cos300 F+P2Sin3

9、00+P1Sin300=P2Cos300 F 活塞桿實(shí)際作用力P1彈簧作用力摩擦系數(shù)P2右側(cè)滑塊的支持力Cos300=0.866 Sin300=0.5解得：F=90.552KNP2=0.755*68.6=53.165KN2.1.3 缸筒的設(shè)計 確定缸筒與端蓋的連接形式為拉桿連接，其優(yōu)點(diǎn)為缸體最易加工，易裝卸。結(jié)構(gòu)通用性大，但重量加大，外型尺寸大。 查液壓氣動技術(shù)手冊 P574 選擇后端帶螺紋孔式MX6缸筒的材料選為45號鋼。強(qiáng)度剛度足夠，足以保證在最高的壓力下不至于變、彎曲。磨損少，可焊接性好。缸筒設(shè)計 ：a.液壓桿理論作用力P P=F/t =90.552/0.85=106.53KN其中t 液

10、壓缸工作效率取為0.9（液壓氣動技術(shù)手冊）b.缸筒的內(nèi)徑D:D=-3 m=-3m=122.8mm其中：p 供油壓力 由經(jīng)驗(yàn)取為9MPa P1液壓缸理論推力N 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列取 D=125mm 選取缸筒外徑D1=146mm缸筒的外形如圖2.2所示，其中S 為油缸的行程 此處取為30mm2.1.4 活塞桿的設(shè)計有手冊表19-6-5 取 d=70mm校核公式 =27.68 N/mm2 =100 N/mm2其中 為許用拉應(yīng)力 =100110 N/mm2 取為100 N/mm2校核通過 圖2.1計算活塞桿的實(shí)際作用力圖 圖2.2 缸筒的外形簡圖 活塞桿的結(jié)構(gòu)有手冊表19-6-17，考慮實(shí)際要求定為圖2.3所

11、示形式 圖2.3 活塞桿的前端形式2.1.5 活塞活塞的結(jié)構(gòu)形式采用整體式，O型密封活塞與活塞桿做成整體式，形式如圖2.7所示活塞與活塞桿均采用45號鋼運(yùn)動速度 由表19-6-4續(xù)表， 速度過低可能造成爬行，液壓缸不能正常工作油缸內(nèi)徑選取 Vmax=0.4m/s. 最后取V=0.1m/s 在此速度下工作不用加緩沖裝置2.1.6 導(dǎo)向套活塞桿的導(dǎo)向套在液壓缸有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿的導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒由桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置，導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)選為軸套式。形式如圖2.7所示。導(dǎo)向套由青銅制作，外形如圖2.4所示 圖2.

12、4 導(dǎo)向套外形圖2.1.7密封油缸密封選用O型密封圈及Yx型密封圈，標(biāo)準(zhǔn)號分別為GB1235-76 和Q12B248-77,位置如圖2.7所示2.1.8拉桿設(shè)計 拉桿的設(shè)計可以歸結(jié)為受拉緊力和工作載荷作用的緊螺栓連接 F=P/4=10653.4/4=26.633KN其中F 工作載荷（單個螺栓所受），KNP 活塞桿作用力，N據(jù)機(jī)械設(shè)計教材 當(dāng)F有變化時，F(xiàn)/ =(0.61.0)F 取為0.7F其中F/剩余預(yù)緊力， KN F/ =0.7F=0.7*26.633=21.306KNF0=F+ F/ =47.94KN其中F0 螺栓總拉力，KNd 2 其中 許用拉應(yīng)力，取為240Mpa d拉桿直徑mm 1

13、.3由第四強(qiáng)度理論得到的系數(shù) d 2 =18.18mm取四個拉桿直徑為20mm,并確定其位置關(guān)系如圖2.5 圖2.5 拉桿位置示意圖2.1.9油口尺寸的計算 有口包括有口孔和油口連接螺紋。液壓缸進(jìn)出口可布置在端蓋或缸筒上。查表19-6-29 進(jìn)出油口M221.52.1.10 油缸的固定方式 油缸用法蘭固定在上橫梁上，法蘭用螺紋固定形式螺釘為M2430圖2.6 法蘭尺寸圖2.1.11 油缸簡圖如圖2.7 油缸總質(zhì)量約為40Kg圖 2.7 油缸2.2 模具部分的設(shè)計2.2.1鑲塊的設(shè)計鑲塊的結(jié)構(gòu)形式如圖2.8所示:鑲塊的型孔采用電火花采用線切割加工，先在前端用銑刀銑出厚60mm的虛線框形狀的孔洞。

14、而后剩余20mm用電火花加工，這樣加工容易，成本減低，鑲塊用螺釘與滑塊固定。鑲塊重量約為2.17Kg圖2.8 鑲塊2.2.2斜滑塊的設(shè)計斜滑塊左側(cè)導(dǎo)軌基本不受力，所以將導(dǎo)軌寬度做的較小。而右側(cè)導(dǎo)軌受到較大的力，導(dǎo)軌較寬。同時為了減小摩擦導(dǎo)軌兩側(cè)都要加銅襯，用開槽沉頭不脫出螺釘固定在左右兩個固定在模塊上。,斜滑塊在左右兩模塊中滑動，依靠下部彈簧的力量回程。2.2.3 滑塊回程裝置彈簧的設(shè)計（中國設(shè)計師下冊 表27-22 圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計）選取材料為碳素彈簧鋼絲 B級P1:未沖切時彈簧所受的力，等于彈簧所支持的滑塊重量引起的 K為安全系數(shù)1.2 P1=G*Cos300*K=20*9.8*0.8

15、66*1.2=203.7N粗取D=20mm d=4mm C=5查圖27-3 K為1.34許用切應(yīng)力 由表27-13B 查的 b=1520Mpa 由表27-12得=0.4*b=603.8Mpa彈簧剛度要求P/ 選取有效圈數(shù)為6. 查表 27-6. G=79*103Mpa G 為剪切彈性模量 P/ =52.67N/mm試驗(yàn)載荷切應(yīng)力：Ts=1.2=1.2*608=729.6Mpa試驗(yàn)載荷 Ps=Ts=916.37Mpa彈簧在沖切時所受的力 P2=P1+ P/ L=203.7+52.66=519.72Mpa 916Mpa=Ps即彈簧工作時未超過工作極限載荷Ps. 彈簧不會破設(shè)計合理 表2.1彈簧各參

16、數(shù)項(xiàng)目 單位 數(shù)據(jù)最小工作載荷NP1=203.7N工作行程LmmL=6負(fù)載種類類端部形式端部并緊并磨平，支撐圈為1圈 彈簧材料碳素彈簧鋼絲B級彈簧絲直徑dmm4彈簧中徑D20旋轉(zhuǎn)比CC=5曲度系數(shù)K1.34有效圈數(shù)n6圈數(shù)n1n1=n+2=6+2=8自由高度H0mmH0=nt+1.5d=6*5+1.5*4=36mm工作極限載荷Ps N Ps=Ts=916.37Mpa彈簧剛度P/P/=52.67N/mm 2.2.4滑動塊模具上部的滑動塊是與活動衡量接觸的部分，它在活動衡量上沿水平方向滑動，將斜滑塊壓下，使之在導(dǎo)軌中運(yùn)動。滑動塊上有銅襯，用內(nèi)六角螺釘與斜滑塊相連，外形如圖2.11所示：圖21.1

17、滑塊外形尺寸2.2.5可調(diào)沖程墊塊 實(shí)現(xiàn)可調(diào)沖程的方法是在模塊加放調(diào)整墊塊，當(dāng)所沖切的型材厚度較厚，要求液壓缸有較大的行程時，調(diào)整墊塊應(yīng)相應(yīng)減薄。其厚度為 t=s-d 其中 s液壓缸行程(固定)，mm d考慮其他一些因素在內(nèi)的液壓缸所需工作行程，它保證型材被切斷 當(dāng)所沖切型材較薄，液壓缸行程較小，就用較厚的墊塊。調(diào)整墊塊用45號制成，放在后面長方形模塊上，一側(cè)一塊。安裝時用內(nèi)六角螺釘擰緊在方型模塊上。2.2.6 彈簧的支撐柱為防止彈簧失穩(wěn)，在彈簧中加入支撐柱，擰緊在下方三角塊上。有手冊表11-1-7 當(dāng)D=1830,取支撐柱與彈簧間隙為3因此彈簧柱直徑d/ d/ =D-23=20-6=14mm

18、三角塊用內(nèi)六角螺釘連接在過渡板上。2.2.7模具部分的安裝、固定a.鑲塊的安裝 鑲塊的安裝有兩種方案，第一種4.2.1立柱的強(qiáng)度校核立柱受到拉力作用這個拉力油缸的作用引起的。油缸活塞桿理論作用力P=106.53KN 而F=P/2=53.28KNF即為拉桿所受的拉力拉=F/S 為立柱危險截面的面積為許用拉應(yīng)力=0.35s=355*0.35=124.25N/mm2拉=F/As=117.8 N/mm2拉伸強(qiáng)度核通過2.2.7 模具部分的安裝和固定 a.鑲塊的安裝鑲塊的安裝有兩種方案,第一種是兩鑲塊大端對大端,如圖.2.12所示 圖2.12 鑲塊的安裝方法(一)這種方式切斷模接觸面積大,剪切時模具兩端

19、受力不大,用M8的螺釘把鑲塊固定住就走夠了.但這種方式也有缺點(diǎn),即不好裝拆,不宜調(diào)整兩鑲塊的間隙.在沖切過程中間隙過大或過小都會直接影響沖切質(zhì)量.第二種是鑲塊小端對小端,如圖2.13所示: 圖2.13 鑲塊安裝方法(二)這種方式正好與第一種方法相反,由于剪切力對模具的小端影響不可忽略,因此必須用大螺釘將鑲塊固定住.但此種方式容易拆裝,只要將外面的螺釘擰下即可.對于間隙的調(diào)整可以在一端加墊塊來實(shí)現(xiàn).因此選用第二種方式即可 圖2.14 模具裝配關(guān)系C. 圓柱銷的選定由于沖切時,滑塊對右側(cè)的模塊有壓力,因此在固定模具時要用,用圓柱銷來定位,并承受一定的壓力.圓柱銷承受的壓力力為2.1.2中計算出來的P2 的反力.大小與之相等.粗略估計后初選為四個,據(jù)手冊查銷的強(qiáng)度計算公式: = 其中：F 橫向力，N D 銷的直徑，mm Z 柱銷數(shù)量 銷的許用剪應(yīng)力， Mpa,常用材料取=80Mpa將此公式轉(zhuǎn)變?yōu)?d=14.54mm選取銷的直徑為16mm左側(cè)模塊受力不大，但考慮到定為作用，選用16的銷兩個。因此總共6個銷，另外還用5個M12的螺釘，將模具部分固定，如圖2.15所示。第三