3679 小型氣動沖壓機設計,小型,氣動,沖壓機,設計
200 年 月 第 期- 94 -一種適用于馕餅加工的小型氣動沖壓機原理研究（姜自樂、李宜峰）（塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300）摘 要：針對馕餅的文化發(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。設計開發(fā)了小型沖壓機。該機采用氣缸活塞桿直接有凸模相連機構(gòu)。該機一次完成沖壓成型作業(yè)。該沖壓機主要氣增壓機構(gòu)。一種新型的利用氣動技術(shù)、適合用于小型零件加工的沖壓機工作原理。控制過程簡單 ,操作容易 ,可以根據(jù)實際需要選取壓強。關(guān)鍵詞：沖壓機; 氣動技術(shù); 氣缸。中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：0 引言隨著氣動和液壓技術(shù)的發(fā)展,以及氣動技術(shù)中的氣源比較容易獲取、環(huán)境干凈、氣動元件安裝方便、靈活等特點。而大部分沖壓設備以傳統(tǒng)的機械式?jīng)_床為主。機械式?jīng)_床一般具有外形尺寸較大、工作環(huán)境噪聲高、沖壓力不可隨時調(diào)整以及能源的利用率低等缺點。同時 ,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 ,但事實上 ,設備運行時單位重量的輸出力低。另外在加工小尺寸的液壓和氣動元件時 ,能源浪費嚴重 ,而且由于沖擊過程的不穩(wěn)定性 ,經(jīng)常造成嚴重的人身事故。因此研究和設計一種新型的沖壓機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式。氣壓傳動是以壓縮空氣為介質(zhì)，以壓縮空氣為動力，無噪音，無污染，環(huán)保。也不需要承擔介質(zhì)方面成本。所以我設計的以空氣為介質(zhì)進行傳動——氣動沖壓機，它的設計輕巧，不占用空間，可任意放在工作臺上或流水線上；結(jié)構(gòu)簡單，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 設計原理及機構(gòu)1.1 設計原理由于氣動和液壓技術(shù)的發(fā)展,以及氣動技術(shù)中的氣源比較容易獲取、環(huán)境干凈、氣動元件安裝方便、靈活等特點 ,因此本文探討的沖壓機采用氣動沖壓。將所沖的毛坯放在凹模板上．開動控制箱開關(guān)旋鈕．電磁閥 3得電，使氣缸 5 接通氣源 1，氣缸活塞桿帶動凸模下行，節(jié)流閥 4 調(diào)節(jié)沖壓速度，凸模進入凹模沖壓．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 ,設計氣壓系統(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)點是很明顯，設計輕巧，不占用空間，可任意放在工作臺上或流水線上；結(jié)構(gòu)簡單，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 總體設計小型氣動沖壓機結(jié)構(gòu)示意，如圖 2 所示。200 年 月 第 期- 95 -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 小型氣動沖壓機結(jié)構(gòu)示意圖小型氣動沖壓機由機架、升降、模具、控制箱構(gòu)成．機架包括可調(diào)緩沖氣缸、底座、工作臺。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，控制箱的氣動按鈕按下，機器開始工作，打開氣源，可調(diào)緩沖氣缸工作，活塞帶動凸?？焖傧蛳逻\動到壓縮物體時，活塞減慢速度，將物體慢慢的壓縮成型，當碰到形成開關(guān)時，活塞收回沖壓過程可以分為如下幾個步驟 ,用框圖表示如圖4 所示。圖 4 氣缸設計選擇流程圖圖 3 沖壓過程流程圖2 沖壓機機構(gòu)設計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，應在１．５倍工作壓力下進行試驗，不應漏氣。負載在行程中有變化時，應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，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。氣缸的設計與選擇的流程圖如下圖 4 氣缸設計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200 年 月 第 期- 96 -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，活塞的正反向運動均靠氣體壓力完成。由于單作用氣缸僅向單向運動，有外力使活塞反向運動，而雙作用單活塞氣缸在壓縮空氣的驅(qū)動下可以像兩個方向運動但兩個方向的輸出力不同，所以該方案采用雙作用單活塞缸。由設計任務可以知道，根據(jù)考查，正常青年人的臂力大約 50-70kg，而正常生產(chǎn)時兩手同時進行，在加工時可能由于其他原因影響，綜合考慮氣缸要驅(qū)動的負載大小 180Kg，考慮到氣缸未加載時實際所能輸出的力，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，常用到負載率 β：運動速度 v=3m/min=50mm/s，取 β=0.60，所以實際液壓缸的負載大小為：F=F0/β=2713.85N氣缸內(nèi)徑的確定表 1 氣缸缸徑的計算則：D= =83.15mm2PF?F—氣缸的輸出拉力 N；P —氣缸的工作壓力 Pa按照 GB/T2348-1993 標準進行圓整，取 D=100 mm6 蝸桿蝸輪的設計計算選擇蝸桿傳動類型、精度等級由于傳動的功率不大，速度也不高，故選用阿基米德圓柱蝸桿傳動，精度為：8C-GB10089-88。選擇蝸桿蝸輪材料考慮到蝸桿傳動功率不大，速度中等，故蝸桿用 45 號鋼表面淬火，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。按齒面接觸疲勞強度進行設計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距：23)(HpeZKTa??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，根據(jù)機械傳動書冊得： ,P=18.65WmTinpPT????2.8497105.9. 26262 η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、大沖擊每小時啟動次數(shù)50啟動載荷 小 較大 大AK1 1.15 1.2則05.?VA?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 2160aEMPZ確定接觸系數(shù) 先假設蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 的比值 ,從教材機械設計圖 11-5 中可查得 =2.9.確定許用接觸應力 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,蝸輪的基本許用應力 =268 應力循環(huán)次數(shù) LnjN??260( 為蝸輪轉(zhuǎn)速 )mi52rn2,( 為工作壽命)4138.1L??nj 為蝸輪每轉(zhuǎn)一周每個輪齒嚙合的次數(shù) j=174105..560??N項目 推力 拉力缸徑雙作用氣缸PD24?Pd)(42??200 年 月 第 期- 97 -所以壽命系數(shù)為7.015.87???HNk則 = [ ]`=0.7 =187.6??H268aMP計算中心距==64.85mm32???????HpeZKTa取中心距 a=80mm，因 i=14.5， m=2mm， =35.5mm。這時 /a= 接觸疲勞系數(shù)為 ’1d4.085.?m?Z=2.8，因為 Zρ’
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