冷沖壓輥軸式自動送料裝置設計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,沖壓,輥軸,自動,裝置,設計,cad,圖紙,說明書,仿單
畢業(yè)設計(論文)
目錄
第一章 前言……………………………………………………………………… 1
1.1 課題來源及意義………………………………………………………… 1
1.1.1 沖壓在機械制造中的地位及特點……………………………… 1
1.1.2 現(xiàn)代沖壓加工發(fā)展趨勢………………………………………… 1
1.2 參考文獻綜述…………………………………………………………… 2
第二章 總體方案設計…………………………………………………………… 4
2.1.沖壓模…………………………………………………………………… 4
2.2.自動送料機構…………………………………………………………… 4
第三章 模具的設計……………………………………………………………… 6
3.1 零件分析及模具的結構形……………………………………………… 6
3.2 復合模具工作部分的設計計算………………………………………… 7
3.3 模具尺寸規(guī)格和其余零件的設計計算………………………………… 9
3.4 模具的機構…………………………………………………………… 14
第四章 自動送料機構的設計………………………………………………… 15
4.1 原理、結構及工作過程……………………………………………… 15
4.2 結構特性……………………………………………………………… 17
4.3 離合器的選用………………………………………………………… 21
4.4 齒輪的設計及校核…………………………………………………… 22
4.5 軸的設計及校核……………………………………………………… 27
4.6 軸承的設計和校核…………………………………………………… 31
4.7 鍵的設計和校核……………………………………………………… 33
第五章 潤滑與密封…………………………………………………………… 35
5.1 潤滑…………………………………………………………………… 35
5.2 密封…………………………………………………………………… 35
5.3 安全…………………………………………………………………… 35
參考文獻………………………………………………………………………… 36
結束語…………………………………………………………………………… 37
中英文翻譯……………………………………………………………………… 38
第一章 前言
金屬制造成型加工的基本方式之一就是沖壓，板料零件的加工主要就用它，因此也被叫做板料成形。沖壓除了能夠做尺寸比較小的儀器設備意外，還可以制造像汽車杠、壓力容器封頭類似的大型器件；不僅能夠沖壓出尺寸公差等級要求比較低的零件，還能沖壓公差要求比較高形狀比較復雜的零件。不低的制造效率，不高的經濟投入，材料還能充分的利用，稍微學習就可以輕松操作，機械化與自動化的實現(xiàn)也非常的方便。所以在車輛，家用電器，航天，武器等制造生產方面有非常廣大的應用意義。
1.1.1 機械制造中沖壓不可替代
沖壓除了能夠做尺寸比較小的儀器設備意外，還可以制造像汽車杠、壓力容器封頭類似的大型器件；不僅能夠沖壓出尺寸公差等級要求比較低的零件，還能沖壓公差要求比較高形狀比較復雜的零件。有60%~70%的材料都是用沖壓做的，包括板料，管子和別的形狀的鋼料。所以在車輛，家用電器，航天，武器等制造生產方面有非常廣大的應用意義。
重量比較低，不厚，剛度還合適是沖壓件的優(yōu)點。由模具來保證沖壓件的尺寸公差，所以質量一般來講很穩(wěn)定，不需要用車床等設備再次加工就可以直接投入使用。相比較于原始坯料，冷沖壓件的金屬組織和力學方面的屬性都比較好，表面的粗糙度也低。如果就公差等級和表面粗糙這兩方面來看，冷沖壓比熱沖壓要更好一些。用復合?；蚨喙の坏倪B續(xù)模對數(shù)量比較多的零件進行沖壓生產?，F(xiàn)在有生產效率很高的全自動沖壓生產線，是以快速多工位壓力機為核心，配備了帶料開卷，修正，成品集合，運送和模具庫以及快速換模具設備。為提高沖壓件的質量和生產時候的制造投入，可以用新式模具材料和其他表面加工技術。為了讓沖壓模具精準和耐用，就要修改模具形狀。
隨著時代的發(fā)展與進步，沖壓成形工藝的發(fā)展越來越快，只要沖壓件除了以前常用的壓力機和鋼制模具制造外，還有各種特種沖壓成形工藝，比如液壓式，旋壓式，超塑式，爆炸式，電水花式，電磁式等，讓沖壓技術發(fā)展到了新的臺階。多品種的批量零件生產一般需要用到特種沖壓成形技術。中小批量的沖壓加工一般就用簡單的沖壓手段就夠了，這些沖壓手段像簡易模具，熔點不高的合金模具，成套的模具還有沖壓柔性制造等都是。
總而言之，生產效率比較高，低投入，浪費的材料少，容易操作，機械化與一體化的實現(xiàn)十分方便都是沖壓模的有點。有時候將集中簡單的工藝結合，比如沖壓和焊接，膠結等，就可以使零件結構更加合理，比較方便加工，可以加工出形狀更復雜的結構體。
1.1.2 現(xiàn)代沖壓加工發(fā)展趨勢
復合材料或高分子材料正在逐步淘汰傳統(tǒng)的金屬材料，成為制造沖壓件。
為了滿足沖壓產品的升級提高和各種客戶需求量的要求，需要在模具的設計和生產中開發(fā)和使用CAD/CAM系統(tǒng)，研究新型生產技術和模具，設備等。
沖壓的機械化與自動化流水線制造發(fā)展使用數(shù)字化沖壓設備。
為了讓沖壓制造的更加合理和成本低，液壓式，旋壓式，爆炸式等新興技術將會取代傳統(tǒng)的沖壓加工方法。
沖模的核心零件有兩個，一個是凸模還有一個是凹模。因為工作順序不一樣，所以大小和形狀還要根據(jù)具體的實際情況來確定。為了方便坯件和板料的脫離，凸凹模之間的縫隙都很小，并且是鋒利的刀口，從而產生巨大的剪切力剪切。
輔助時間在現(xiàn)代化的機加工過程中占了很大一部分，它是在零件單件加工時候因為送料而損失的。減少制造過程中的輔助時間將會是提高生產效率中非常寶貴的一個步驟。升級生產的自動化程度，就可以降低輔助時間。通過分析我們可以知道，在制造中送料的自動化非常重要，如果發(fā)展的好了可以大大提高我國的制造業(yè)水平，所以就要想辦法研究者中自動送料機構。
經過固定方向部分，實現(xiàn)固定方向安放，然后按照順序送到機床或者指定的地方，這就是自動送料機，將沖壓材料或者沖壓件運送的過程。這種方式不但節(jié)省了大量的人力資源，使工人們從體力勞動中解放出來，而且對于安全的保障也是看得見的，所以在大量的自動化生產中十分的好用。現(xiàn)在在我國，如果能將大量的沖壓機床改裝成半自動或者自動化的機床，那么機床的潛力將會完全開發(fā)出來，這對于我國來講意義非凡。另外為了實現(xiàn)沖壓的全部自動化，在機床上安放自動送料結構，可以極大的加快沖壓的制造效率。
1.2 參考文獻綜述
脫離工序要求沖壓件脫離面的粗糙度滿足一定得精度，主要就是通過沖壓件與坯料按照輪廓線脫離；至于塑造工序就是在不破壞坯料的情況下使材料變形，變成需要的樣品形狀，而且尺寸公差等方面也要達到標準。
根據(jù)沖壓時候的溫度不同，沖壓也分為冷沖壓和熱沖壓兩種。應該選擇哪個主要看材料的熱處理情況和最后使用在什么樣的環(huán)境中，還取決于材料的強度，厚薄，變形能力還制造設備所能達到的能力等
1.冷沖壓 在室溫環(huán)境下加工金屬，主要應用于比4mm還要薄的坯料。不需要提前加熱，沒有氧化了得表層，粗糙度低，容易操作，成本低是優(yōu)點。但是加工硬化嚴重，甚至會使金屬喪失變形能力。另外對坯料還有要求，比如薄厚均勻，表面比較光滑，沒有損傷等。
2.熱沖壓 可以將金屬的溫度調高到一個溫度區(qū)間中的沖壓加工方式。減少內應力，防止加工產生的硬化，提高材料塑性，減少變形抗力，有利于設備的保護都是其優(yōu)勢。
二十一世紀以來，各個經濟強國都提出了自己的工業(yè)計劃，中國制造2025中，沖壓加工就必不可少，所以如果要迎頭趕上其他國家，我們就要做到這些：
（1）仔細討論沖壓變形的根本原理、多種沖壓手段的變形原理、喪失穩(wěn)定性原理和極端變形程度等；為提前了解某個工藝階段中坯料對沖壓的適合性，防止可能出現(xiàn)的質量問題，應該應用有限元，邊界元等技術，數(shù)字化分析討論沖壓過程，進一步提高沖壓工藝草案，使制造變形理論漸漸作為直接指導作用在生產階段。
（2）高強度的鋼板、塑料夾層鋼板和其他合成材料或高分子材料正在逐漸淘汰傳統(tǒng)的制造沖壓件用的金屬材料。伴隨科學技術的不斷創(chuàng)新，不斷探索各種新材料的沖壓屬性，使沖壓成形技術繼續(xù)發(fā)展和提高。
（3）研究并使用計算機幫忙設計和加工系統(tǒng)，開展高精度，壽命長的模具和簡單模具制造技術和普適組裝模具，一組模具，換模裝置來設計和生產模具，從而滿足沖壓產品的更行淘汰和各種客戶要求產量的要求。
（4） 應該大量應用數(shù)字化沖壓設備，軟性的沖壓加工系統(tǒng)，多個工位快速自動化沖壓和智能化運料和拿件，流水線沖壓生產的機械化和自動化從而得到進行。
（5）電水花式，電磁式，超塑式等的不斷進步和使用，他們已經逐漸淘汰了很多傳統(tǒng)的沖壓加工手段，這樣就大大的節(jié)約了勞動力，全都是機械自動化的，顯得也很合理，不用投入大量的人力資金。
為了實現(xiàn)中國2025，保證我國的制造業(yè)水平能夠提高，需要研制一種全自動沖壓加工系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以沖模為核心，有電子計算機來控制。完全自動化的沖壓生產流程線，沖壓制造核心，全自動的下料沖床，還有電子計算機數(shù)字化轉塔式沖床和別的自動化沖壓系統(tǒng)可以上料和下料的。只有有了質量過硬，效率達到條件的沖模這些系統(tǒng)才可以完美運行。
通過模具自己的運動結構來驅動自動模中的出料出件。光驅動結構來看有很多，像機械式，液壓式這些，不過在這次設計中最好還是選擇了曲軸或者滑塊，并且由壓力機驅動。
自動模最大的特點就是能和沖壓工藝協(xié)調工作，運送材料，卸件等等都是間斷性周期性的來實現(xiàn)。有很多結構都可以實現(xiàn)這種運動，比如棘輪，槽輪，凸輪，定向離合器等等，這些都是周期性運動的結構。到底什么才能稱作自動送料裝置呢？通過周期間斷的動作自動工作就是自動送料裝置。
周期性間斷的與沖模協(xié)調進行是自動模出料出件動作的最大特點。有很多結構都可以實現(xiàn)這種運動，比如棘輪，槽輪，凸輪，定向離合器等等，這些都是周期性運動的結構。平面連桿機構等。供我們選擇。自動送料機構通過傳動機構產生周期性的動作。
綜上所述，這次畢業(yè)設計的主要內容就是沖床自動送料裝置的設計。
第二章 自動送料機構總體方案設計
送材料設備和上工件設備都屬于是自動送料設備。這次畢業(yè)設計屬于送材料設備。最常見的送材料結構的外貌有下面這幾種：
① 鉤式送料機構;
② 凸輪鉗式送料;
③ 杠桿送料機構;
④ 夾持送料機構；
⑤ 輥軸送料機構。
因為前面三種運送材料設備加工的材料厚度都比較厚，不適合這次畢業(yè)設計所用的毛坯件厚度，所以主要選擇第四種和第五種方案。對比兩種方案可以看出，第四種會產生比較大的振動，因為需要斜鍥驅動送料爪和滑板移動，這就影響了運送材料的精準；第五種則顯得比較穩(wěn)定，因為是使用輥軸來進行送料的，所以送料的精準度也可以得到保障。所以最后根據(jù)方面的原因，選擇了輥軸式自動送料裝置設計。如圖
1-偏心輪 2-上模 3-下模 4-萬向聯(lián)結節(jié) 5-曲柄搖桿機構
6-上輥 7-離合器 8-支撐 9-下輥
通過壓力機曲軸的運動，從而驅動輥軸式送料機構的運動。利用曲柄搖桿結構來當傳動。進給步長如下計算：
確定了S步長后，為了滿足進給步長，可以改變主動輥的直徑d1和轉交α。
利用確定方向的離合器將曲柄搖桿結構和輥軸結合在一起。因為不同情況下，材料不可能用同樣的速度來運輸，所以就要根據(jù)實際情況來挑選離合器了。
想要確定主動輥的直徑，那就要確定進給速度和轉角
如果上輥和下輥的旋轉速度不同，那會很麻煩。因為通過齒輪來對主從輥進行傳動，因此需要
有多樣的抬輥設備。為了方便材料進入，需要在上下輥之間有縫隙，所以是在臨時將輥抬起在裝料前。還有一個是進料已經結束，不過沖壓還沒有開始，為了讓材料方便導正，就要讓材料是自由的。第一個就需要設計一個手柄，可以手動來將輥抬起來；第二個主要就是用杠桿原理，利用螺桿把棍抬起。
工作順序是這樣的：還沒有送料，先用手柄把上輥抬起來，這樣中間就有了縫隙，可以把材料放進去，然后開始送料，不過得再把手柄按下去壓緊。當1往上運動，通過曲柄搖桿機構將下輥順時針轉動，從而兩個輥一起轉就完成了運輸材料的任務。當2往下運動時候，因為上輥被抬起來了，所以材料不動，這樣就可以完成沖壓工作。這時候1再次往上運動，就和前文所描述的動作一樣了，一直循環(huán)就可以完成自動間歇送料。
第三章 自動送料機構的設計
3.1 零件分析及模具的結構形式
因為要沖壓的材料是鋁，并且厚度為0.3mm，寬度為40mm。而且樣品是一種長條式的，如圖3-1。因為沒有公差來標明，所以查手冊后，確定標準公差為160μm。
圖 3-1沖壓成品圖
由圖可以看出，這種零件一般生產的數(shù)量都很大，而且一定也會要求很高的生產工藝。為了降低成本，就把材料排成這樣：
圖3-2 排樣圖
模具結構圖如下：
3.2 輥軸送料機構的原理、結構及工作過程
在第二章里已經描述了輥軸送料結構的樣式和原因，為了更好的理解，下面我們要做更為細致的描述。
將一對輥軸確定方向間斷轉動來間斷運送材料的裝置就是輥軸自動送料設備。除了大量使用的分為單邊和雙邊的臥輥之外，因為安裝方式不一樣，還有立輥。此次畢業(yè)設計用的就是臥棍形式。
極限運動位置和普通的運動位置就是如下圖這樣確定的：
和其他運送材料的設備一般，輥軸運送材料也要確保一邊沖壓一邊送料，有節(jié)奏的配合工作。當設備已經準備好要進行沖壓了，這時候材料應該已經運送到位了，等候在沖壓區(qū)被壓。沖壓后，上模回程，并且與下模和零件完全脫離了，下一次送料才接著開始。這種配合工作關系可以用一種周期圖來表示。
圖 3-3 送料周期圖
從圖中可以發(fā)現(xiàn)，抬輥的起始點和最終點在滑塊的下止點對稱，另外因為抬輥的開始點比壓力機的壓力角要大一點，如果抬輥抬晚了，材料就會發(fā)生移動，這樣就就會造成這次沖壓不合格，浪費了材料。
運送材料的結構圖如圖所示：
還有一個方面就是，用曲柄搖桿結構連接自動送料設備和壓力機，可以調節(jié)搖桿的長度，而且可以調偏心距離在曲柄連接處的偏心調劑盤初。用萬向聯(lián)軸節(jié)連接桿。
3.3 結構特性
一、輥子
輥軸送料機構，顧名思義其主要零件就是輥子。為了可以更好的運送材料，保證工作性能，保證生產效率，要求輥子的制造工藝比較高，比如耐磨，精度高等等，畢竟它要直接和材料接觸。
輥軸送料機構，顧名思義其主要零件就是輥子。輥子的外表面應該有很高的耐磨性和比較理想的形狀尺寸精度，因為運送材料時輥子和坯料直接接觸。
為了避免材料的浪費，將輥子做成了空心，把齒輪和上輥做在一起。如圖
下輥則是分開設計齒輪和輥。如圖。
輥子之間應該有相對較大的壓緊力，因為有了摩擦力材料才能更方便的運動。如下：
經過實際計算，F(xiàn)應為750N。由，查表得f=0.15。所以P=5000N，方向指向輥子中心。
二、 壓緊裝置
為了產生足夠的摩擦力，需要在輥軸上設置壓緊設備提供壓力，這樣就不會在送料過程中坯料移動，從而影響了送料的準確性。
把兩個彈簧不直接連接，而是間接壓緊于送料裝置，只要調節(jié)彈簧上面的螺母就可以調節(jié)壓緊力，這樣就可以根據(jù)實際情況實時調節(jié)。
三、 抬輥裝置
將上輥略微抬起來一點，從而將坯料松開就是抬輥設備的作用。有多樣的抬輥設備。為了方便材料進入，需要在上下輥之間有縫隙，所以是在臨時將輥抬起在裝料前。還有一個是進料已經結束，不過沖壓還沒有開始，為了讓材料方便導正，就要讓材料是自由的。第一個就需要設計一個手柄，可以手動來將輥抬起來；第二個主要就是用杠桿原理，利用螺桿把棍抬起。
圖3-5
為了方便手動抬輥，就在送料結構中設計一個手柄，與撞桿式抬輥裝置連接，這樣也可以利用杠桿的原理手動來將輥抬起來。如圖所示：
四、 驅動機構
通過壓力機曲軸驅動，曲柄搖桿傳動就是本設計的驅動方式。
五、送料進距調節(jié)裝置
就在上文說到，自動運送材料設備與壓力機連接所用的曲柄搖桿結構，都可以調節(jié)桿的長度，另外如果要調節(jié)偏心距可以在曲柄連接處的偏心調劑盤處調。
六、間歇運動機構
通過曲軸的不停轉動可以化做送料輥的間斷轉動，曲軸是壓力機上的，在送料結構和壓力計中間就是間斷轉動結構。本文選擇超級離合器與主動輥也就是下輥連接從而實現(xiàn)間斷運動。還有一些其他的運動結構，比如棘輪等。
七、其它
為了支撐毛坯零件，在本設備中設計了一個架子。
另外，雖然本次設計為低俗沖壓，因為壓力計滑塊來回次數(shù)45次/min，所以不用有停車裝置。然而有時候運送材料的速度很大，輥子、材料還有傳動系統(tǒng)都會產生慣性，受到慣性的作用材料到達終點時就不是理想的位置精度，所以把制動器放在輥軸端部很有必要。一般就應用閘瓦式的制動器結構就可以了，有簡易的結構，很容易安裝。但是缺點也很明顯，一直在摩擦，因為一直在制動，所以摩擦損失比較大。一般用石棉或者鑄鐵當作摩擦材料。還有一些其他如帶式和氣動式的制動器。
3.4 離合器的選用
定向離合器也分為普通的定向離合器和異形滾子定向離合器，需要合理選擇置放于自動送料裝置中。普通的固定方向離合器基本原理和結構就是，當外圈的輪子向一個方向旋轉，滾柱因為摩擦力被鍥緊，外圈輪子逆向旋轉，滾柱滾到寬敞空間克服了摩擦力，這時候離合器是分開的，星輪靜止。外圈輪子的轉發(fā)由搖桿來確定。
異形滾子離合器主要是有數(shù)量很多的異形滾子在內外輪之間的圓環(huán)內，并且沿著同一個方向。另外因為b-b方向尺寸比a-a方向尺寸小，所以外圈輪子逆時針旋轉，滾子的a-a方向與內外輪接觸，這時候互相影響，內輪也就跟著一起旋轉了；因為滾子多，并且體積也比較大，所以相互之間的接觸就不多，磨損不高，所以這種離合器一般壽命比較高。相比于普通離合器，這種離合器傳遞同樣的扭矩因為體積小，慣性笑，精度就會比較高。
常用于驅動輥軸送料機構的輥軸的離合器一般就是超越離合器，為了讓送料機構有一定的規(guī)律運動，就要求離合器產生間斷轉動。如果壓力機的滑塊運動次數(shù)不大于
就可以用它。這次設計的壓力機參數(shù)在所要求的范圍之內 ，所以滿足要求，可以使用。。
離合器結構如圖：
3.5 齒輪的設計及校核
有一對傳動齒輪在自動送料設備中，起的作用是將上下輥轉動。雖然因為材料的厚度問題，可能會造成齒隙變寬，因為畢竟只有一對齒輪在上下輥之間直接傳動。這就造成與計算好的步距不同。不過好在這次選擇的材料不屬于過厚的，所以不會引起太大的誤差，所以還是選擇直接傳動用一對齒輪。
由于沒有嚴格要求傳動尺寸，不大批量生產，所以用40Cr做小齒輪，調質處理，241HB~286HB的硬度，選擇平均值260HB。詳細的計算見下文：
計算齒面接觸疲勞強度
1. 初步設計
轉矩
模數(shù)m 取m=4 m=4 mm
齒數(shù) 初取齒數(shù)
分度圓直徑d
中心距a a a=160mm
齒寬b 取b=50mm 取b=60mm
轉數(shù)
接觸疲勞極限 由《機械設計》中圖12.17c
2. 校核計算
圓周速度v
精度等級 選8級精度
使用數(shù)
動載系數(shù)
由此得
齒向載荷分布系數(shù) 由《機械設計》中表12.11
載荷系數(shù)K K= =1.75
彈性系數(shù) 由《機械設計》中表12.12
節(jié)圓系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
工作時間t =24000h
應力循環(huán)次數(shù) 估計10，
則指數(shù)m=8.78
=60
接觸壽命系數(shù)
許用接觸應力
驗算
結果證明強度合適。
齒根強度驗證
重合度系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù) 由《機械設計》中表12.10，
齒向載荷分布系數(shù) b/h=50/(4
由《機械設計》中圖12.14
載荷系數(shù)K K=3.68
齒形系數(shù) 由《機械設計》中圖12.21
應力修正系數(shù) 查找《機械設計》可知
彎曲疲勞極限 查找《機械設計》可知
彎曲最小安全系數(shù) 查找《機械設計》可知
應力循環(huán)次數(shù) 查找《機械設計》可知 ，估計3
則指數(shù)m=49.91
=60
彎曲壽命系數(shù) 查找《機械設計》可知
尺寸系數(shù) 由《機械設計》中圖12.25
許用彎曲應力
驗算
=
校核合格。
設計的齒輪如下圖：
3.6 軸的設計及校核
一共有三根軸在此次設計中，上下輥軸是三根軸中主要的兩根軸。又因為下輥上的軸結構更復雜，而且還有許多其他的零件，所以相對上軸更需要進行規(guī)范的校核。至于上軸，因為只是固定作用，當作轉動核心來使用，并且結構簡單，所以不需要做校核。校核計算下輥軸：
因為這種情況一般不會對軸的材料有什么要求，所以本設計就選擇使用45鋼來當作軸的材料來計算。。軸的計算步驟如下：
設計軸的結構如下：
計算齒輪受力
軸的受力圖
轉矩 由上面計算可知
圓周力
徑向力
計算支撐反力
水平面反力
彎矩圖
a)水平面
垂直面反力
b)垂直面
c)合成彎矩圖
許用應力
許用應力值 查找《機械設計》可知：
應力校正系數(shù)
轉矩圖
當量轉矩
合成彎矩圖
校核軸徑
軸徑
計算結果表示，軸的各個截面都可以滿足各種工作條件，所以檢測合格。
3.7 軸承的設計和校核
有兩對軸承在本次畢業(yè)設計中被選擇，因為下軸上的軸承會承擔更大的周承力，所以不需要校核上軸，校核下軸。
選用的軸承數(shù)據(jù)如下：
軸承型號
d（mm）
D(mm)
Cr（N）
（N）
6008
40
68
13200
9420
軸承1的校核
計算項目
計算內容
計算結果
軸承1的徑向載荷
軸承轉速
由以上可知，
軸向載荷
由以上計算可知，=0 N
=0 N
=0/9420
=0
e
查表18.7
e=0.16
=0/844
0
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