坐式型材液压机飞剪机的设计

摘要坐式型材液压机飞剪机的设计从现有的辊压线型材冲切机出发，为了缩短切断时间，减小冲切力，设计了利用了错切原理工作的新型可调冲程错切机。该机保持了辊压线连续不间断生产，采用可更换的切断模，适用于各种断面型材的冲切，特别是断面尺寸较大的型材。工作部分采用液压驱动，冲切行程可根据不同断面的型材进行调整。机器会成采用气动方式，回程过程安全可靠。并且针对整个辊压线可能出现的某些故障做了一些特殊的处理，避免事故的发生。另外还对错切理论做了详细的论述，列出了几种可选的整机方案，分析了方案选择的优点。该机的投入使用，必然会提高辊压生产线的生产效率和生产质量，改善生产环境。关键词：辊压生产线可调冲程错切可更换切断模错切理论绪论近年来出现在辊压生产线型材成型系统中的切断装置，由原来的停机切断发展到如今的连续不间断生产。但是采用原来的沿垂直方向切断的行程可能大于型材的厚度。造成冲切时间长，所需冲切力大，生产效率不高的优点。为了解决这个问题，设计利用错切理论进行切断的飞剪机。在前人的基础上查阅了大量的参考文献，对各种部件的强度，尺寸做了精密的设计和严格的校核。可调冲程的实现使工作效率的进一步提高。另外模具拆换方便，具有很大的适用性。机器自身具有微调结构，可以保证冲切的精度和质量，是机器工作效率提高，工作安全可靠。第一章方案的确定1.1倾斜错些理论1.1.1原理：由图1.1，沿垂直方向剪切时切刀所走过的行程d=h当沿倾斜角α方向错切时，a.切断下x方向厚度为t时的型材时由图1.2(a)切断斜向移动距离d=t/sinα.B.切断y方向厚为t的型材时，由图1.2（b）,切刀斜向移动的距离d=t/cosα而整个切断过程中模具在垂直方向即用y方向的移动距离d=t/coaα而整个切断过程中模具在垂直方向的位移在a的情况下为t/tgα.在b的情况下为t.在x、y方向切断厚度均为t时，使错切斜向距离d相等：t/sinα=t/cosαsinα=cosαα=45。在x、y方向切断厚度分别为t和2t时，错切距离d相等。t/sinα=2t/cosα2sinα=cosαα=26.56。在此处使倾斜角为30。，主要是考虑切向力不能太大，即斜滑块对右侧模块作用力不能太大，否则会造成冲切困难，右侧磨损严重。1.1.2倾斜错切的优点：由以上分析可知，倾斜错切比垂直错切的行程要小得多，冲切力也大大减小，由此达到节省时间提高效率优化设备，节约能源的目的。1.2几种不同设计方案的提出1.2.1线上作业与独立作业a.线上作业即指冲切机在辊压线工作台上工作。不另加专门的工作台，其回程装置也放在辊压线上，如图1.3所示：图1.3线上作业简图b.独立作业:指冲切机在辊压线外，单独成为一台上机器，有专门的工作台，回程装置放在自己的工作台上，如图1.4所示：图1.4独立线上作业第一种方式，即线上作业的冲切机多为冲切截面积较少，冲切力不大的型材。外型尺寸较小占地空间小第二种方式，冲切机由于型材在一定的高度，要自行设计工作台，使机器造价较高，占地面积较大，但可以冲切型材横截面积大，形状复杂，厚度也较厚，冲切力可以很大。合理的设计可以使机器外形紧促，工作可靠。根据设计任务所绘图纸的要求，截面积较大，形状复杂，需要的冲切力也较大，因此既定了方案选择了独立作业方式。1.2.2直立机身和倾斜机身a.直立机身的外形如图1.5所示：这种形式的冲切机在随型材移动时，导轨两侧受力均匀，在加上铜垫，摩擦不至于过大，不用过多的考虑导轨的特殊形式。另外容易实现可调冲程，节约资源，提高效率b.倾斜式冲切机，外形如图1.6所示这种冲切在运动时两侧受力不均，尤其当轨道以上重量较大时，磨损很严重。如果所需的冲切力不大，整个机器体积减小，重量减轻，在优化导轨设计的基础上可采用此种方式。另外此放式不易实现可调冲程。根据任务书所给的条件，冲切型材横截面积较大，需要的力也较大，且还要实现可调冲程，因此采用直立机身。1.2.3停机共作和连续共作a.停机工作是指在切断型材时整个辊压线停止共组，等待冲压机切断型材时在开机运转。这种方式开关机频繁，浪费时间，工作效率较低。b．连续方式指切断机随型材一起运动，在切断型材后，在气压缸的作用下回到原位，为下一次冲切做准备，这种方式使整个生产线不间断共作，提高生产率。1.2.4a.气动回程指冲切机在完成切断后由气缸作用回到原位b.机械回程即利用机械运动带动冲切机回到原位，比如用齿轮和链条回程。a和b相比较气动回程和机械回程相比可靠性较好，设计简便压回气缸和拉回气缸指冲切机在完成切断后由气缸作用回到原位。可以分为两种情况，第一种如图1.7机器被气缸拉回原位第二种方式如图1.8，有气缸压回原位两种方式均可采用，效果相同，但前者可以节省厂房空间和方便工作人员操作。故采用拉力回程较好。综上以上的分析结合设计的要求最后决定采用：直立机身、独立工作台、连续工作、气动拉回的整机设计方案。该方案综合了上述的优点，对局部细节做了一些优化，结构简图如1.9所示：第二章冲切机工作部分的设计2.1冲切驱动装置——油缸的设计和计算2.1.1计算剪切力给定的型材为0Cr18Ni9查机械手册第一卷3.1-87的0Cr18Ni9的σb=520N/mm2由公式：τ=0.8*σb=416N/mm2τ材料的抗剪强度σb材料的抗拉强度给定型材最大横截面积为F0=132.83mm2取F0=150mm2由公式P0=F*τ=150*416=62.4KNP=K*P0=1.1*62.4=68.8KN其中：P0理论剪切力P实际剪切力K安全系数2.1.2计算活塞杆的实际用力由图2.1列平衡方程为：F=P1Cos300+P2Sin300+μP2Cos300μF+μP2Sin300+P1Sin300=P2Cos300F活塞杆实际作用力P1弹簧作用力μ摩擦系数P2右侧滑块的支持力Cos300=0.866Sin300=0.5解得：F=90.552KNP2=0.755*68.6=53.165KN2.1.3缸筒的设计确定缸筒与端盖的连接形式为拉杆连接，其优点为缸体最易加工，易装卸。结构通用性大，但重量加大，外型尺寸大。查液压气动技术手册P574选择后端带螺纹孔式MX6缸筒的材料选为45号钢。强度刚度足够，足以保证在最高的压力下不至于变、弯曲。磨损少，可焊接性好。缸筒设计：a.液压杆理论作用力PP=F/ηt=90.552/0.85=106.53KN其中ηt液压缸工作效率取为0.9（液压气动技术手册）b.缸筒的内径D:D=10*14PPΠ-3m=10*914.36.1004-3m=122.8mm其中：p供油压力由经验取为9MPaP1液压缸理论推力N据标准系列取D=125mm选取缸筒外径D1=146mm缸筒的外形如图2.2所示，其中S为油缸的行程此处取为30mm2.1.4活塞杆的设计有手册表19-6-5取d=70mm校核公式σ=2104dp=27.68N/mm2[σ]=100N/mm2其中[σ]为许用拉应力[σ]=100~110N/mm2取为100N/mm2校核通过图2.1计算活塞杆的实际作用力图图2.2缸筒的外形简图活塞杆的结构有手册表19-6-17，考虑实际要求定为图2.3所示形式图2.3活塞杆的前端形式2.1.5活塞活塞的结构形式采用整体式，O型密封活塞与活塞杆做成整体式，形式如图2.7所示活塞与活塞杆均采用45号钢运动速度由表19-6-4续表，速度过低可能造成爬行，液压缸不能正常工作油缸内径选取Vmax=0.4m/s.最后取V=0.1m/s在此速度下工作不用加缓冲装置2.1.6导向套活塞杆的导向套在液压缸有杆侧端盖内，用以对活塞杆的导向，内装有密封装置以保证缸筒由杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置，导向套结构选为轴套式。形式如图2.7所示。导向套由青铜制作，外形如图2.4所示图2.4导向套外形图2.1.7密封油缸密封选用O型密封圈及Yx型密封圈，标准号分别为GB1235-76和Q12B248-77,位置如图2.7所示2.1.8拉杆设计拉杆的设计可以归结为受拉紧力和工作载荷作用的紧螺栓连接F=P/4=10653.4/4=26.633KN其中F工作载荷（单个螺栓所受），KNP活塞杆作用力，N据机械设计教材当F有变化时，F//=(0.6~1.0)F取为0.7F其中F//——剩余预紧力，KNF//=0.7F=0.7*26.633=21.306KNF0=F+F//=47.94KN其中F0——螺栓总拉力，KNd2][03.1*4F其中[σ]——许用拉应力，取为240Mpad——拉杆直径mm1.3——由第四强度理论得到的系数d2][03.1*4F=18.18mm取四个拉杆直径为20mm,并确定其位置关系如图2.5图2.5拉杆位置示意图2.1.9油口尺寸的计算有口包括有口孔和油口连接螺纹。液压缸进出口可布置在端盖或缸筒上。查表19-6-29进出油口M221.52.1.10油缸的固定方式油缸用法兰固定在上横梁上，法兰用螺纹固定形式螺钉为M2430图2.6法兰尺寸图2.1.11油缸简图如图2.7油缸总质量约为40Kg图2.7油缸2.2模具部分的设计2.2.1镶块的设计镶块的结构形式如图2.8所示:镶块的型孔采用电火花采用线切割加工，先在前端用铣刀铣出厚60mm的虚线框形状的孔洞。而后剩余20mm用电火花加工，这样加工容易，成本减低，镶块用螺钉与滑块固定。镶块重量约为2.17Kg图2.8镶块2.2.2斜滑块的设计斜滑块左侧导轨基本不受力，所以将导轨宽度做的较小。而右侧导轨受到较大的力，导轨较宽。同时为了减小摩擦导轨两侧都要加铜衬，用开槽沉头不脱出螺钉固定在左右两个固定在模块上。,斜滑块在左右两模块中滑动，依靠下部弹簧的力量回程。2.2.3滑块回程装置——弹簧的设计（中国设计师下册表27-22圆柱螺旋压缩弹簧设计）选取材料为碳素弹簧钢丝B级P1:未冲切时弹簧所受的力，等于弹簧所支持的滑块重量引起的K为安全系数1.2P1=G*Cos300*K=20*9.8*0.866*1.2=203.7N粗取D=20mmd=4mmC=DP=5查图27-3K为1.34许用切应力由表27-13B查的σb=1520Mpa由表27-12得[τ]=0.4*σb=603.8Mpa弹簧刚度要求P/选取有效圈数为6.查表27-6.G=79*103MpaG为剪切弹性模量P/=48ncGP=6*5*820*10*7943=52.67N/mm试验载荷切应力：Ts=1.2[τ]=1.2*608=729.6Mpa试验载荷Ps=TsDd83π=20*843*3.14Ts=916.37Mpa弹簧在冲切时所受的力P2=P1+P/L=203.7+52.66=519.72Mpa916Mpa=Ps即弹簧工作时未超过工作极限载荷Ps.弹簧不会破设计合理表2.1弹簧各参数项目单位数据最小工作载荷NP1=203.7N工作行程LmmL=6负载种类Ⅱ类端部形式端部并紧并磨平，支撑圈为1圈弹簧材料碳素弹簧钢丝B级弹簧丝直径dmm4弹簧中径D20旋转比CC=dD=5曲度系数K1.34有效圈数n6圈数n1n1=n+2=6+2=8自由高度H0mmH0=nt+1.5d=6*5+1.5*4=36mm工作极限载荷PsNPs=TsDd83π=20*843*3.14Ts=916.37Mpa弹簧刚度P/P/=48ncGP=6*5*820*10*7943=52.67N/mm2.2.4滑动块模具上部的滑动块是与活动衡量接触的部分，它在活动衡量上沿水平方向滑动，将斜滑块压下，使之在导轨中运动。滑动块上有铜衬，用内六角螺钉与斜滑块相连，外形如图2.11所示：图21.1滑块外形尺寸2.2.5可调冲程垫块实现可调冲程的方法是在模块加放调整垫块，当所冲切的型材厚度较厚，要求液压缸有较大的行程时，调整垫块应相应减薄。其厚度为t=s-d其中s——液压缸行程(固定)，mmd——考虑其他一些因素在内的液压缸所需工作行程，它保证型材被切断当所冲切型材较薄，液压缸行程较小，就用较厚的垫块。调整垫块