1、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：
2、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
3、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/sin. 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/cos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/coa 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/tg.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/sin=t/cos sin=cos =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/sin=2t/cos 2sin=cos =26
4、.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
5、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
6、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，
7、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
8、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b=520N/mm2 由公式：=0.8*b =416 N/mm2 材料的抗剪强度b 材料的抗拉强度 给定型材最大横截面积为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+P2Cos3
9、00 F+P2Sin300+P1Sin300=P2Cos300 F 活塞杆实际作用力P1弹簧作用力摩擦系数P2右侧滑块的支持力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P P=F/t =90.552/0.85=10
10、6.53KN其中t 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=-3 m=-3m=122.8mm其中：p 供油压力 由经验取为9MPa P1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 =27.68 N/mm2 =100 N/mm2其中 为许用拉应力 =100110 N/mm2 取为100 N/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
11、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
12、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/ =(0.61.0)F 取为0.7F其中F/剩余预紧力， KN F/ =0.7F=0.7*26.633=21.306KNF0=F+ F/ =47.94KN其中F0 螺栓总拉力，KNd 2 其中 许用拉应力，取为240Mpa
13、 d拉杆直径mm 1.3由第四强度理论得到的系数 d 2 =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M221.52.1.10 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M2430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
14、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1.2 P1=G*Cos300*K=
15、20*9.8*0.866*1.2=203.7N粗取D=20mm d=4mm C=5查图27-3 K为1.34许用切应力 由表27-13B 查的 b=1520Mpa 由表27-12得=0.4*b=603.8Mpa弹簧刚度要求P/ 选取有效圈数为6. 查表 27-6. G=79*103Mpa G 为剪切弹性模量 P/ =52.67N/mm试验载荷切应力：Ts=1.2=1.2*608=729.6Mpa试验载荷 Ps=Ts=916.37Mpa弹簧在冲切时所受的力 P2=P1+ P/ L=203.7+52.66=519.72Mpa 916Mpa=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
16、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=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Ps N Ps=Ts=916.37Mpa弹簧刚度P/P/=52.67N/mm 2.2.4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2.1
17、1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)，mm d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。调整垫块用45号制成，放在后面长方形模块上，一侧一块。安装时用内六角螺钉拧紧在方型模块上。2.2.6弹簧的支撑柱为防止弹簧失稳，在弹簧中加入支撑柱，拧紧在下方三角块上。有手册表11-1-7 当D=1830,取支撑柱与弹簧间隙为3因此弹簧柱直径d/ d/ =D-23=
18、20-6=14mm三角块用内六角螺钉连接在过渡板上。2.2.7模具部分的安装、固定a.镶块的安装 镶块的安装有两种方案，第一种4.2.1立柱的强度校核立柱受到拉力作用这个拉力油缸的作用引起的。油缸活塞杆理论作用力P=106.53KN 而F=P/2=53.28KNF即为拉杆所受的拉力拉=F/S 为立柱危险截面的面积为许用拉应力=0.35s=355*0.35=124.25N/mm2拉=F/As=117.8 N/mm2拉伸强度核通过2.2.7 模具部分的安装和固定 a.镶块的安装镶块的安装有两种方案,第一种是两镶块大端对大端,如图.2.12所示 图2.12 镶块的安装方法(一)这种方式切断模接触面积
19、大,剪切时模具两端受力不大,用M8的螺钉把镶块固定住就走够了.但这种方式也有缺点,即不好装拆,不宜调整两镶块的间隙.在冲切过程中间隙过大或过小都会直接影响冲切质量.第二种是镶块小端对小端,如图2.13所示: 图2.13 镶块安装方法(二)这种方式正好与第一种方法相反,由于剪切力对模具的小端影响不可忽略,因此必须用大螺钉将镶块固定住.但此种方式容易拆装,只要将外面的螺钉拧下即可.对于间隙的调整可以在一端加垫块来实现.因此选用第二种方式即可 图2.14 模具装配关系C. 圆柱销的选定由于冲切时,滑块对右侧的模块有压力,因此在固定模具时要用,用圆柱销来定位,并承受一定的压力.圆柱销承受的压力力为2.
20、1.2中计算出来的P2 的反力.大小与之相等.粗略估计后初选为四个,据手册查销的强度计算公式: = 其中：F 横向力，N D 销的直径，mm Z 柱销数量 销的许用剪应力， Mpa,常用材料取=80Mpa将此公式转变为:d=14.54mm选取销的直径为16mm左侧模块受力不大，但考虑到定为作用，选用16的销两个。因此总共6个销，另外还用5个M12的螺钉，将模具部分固定，如图2.15所示。第三章运动部件的设计 为保证生产线的连续共作，冲切机必须随着生产线一起运动一段距离。运动部件的设计包括导轨的设计和汽缸部件的设计。3.1 导轨3.1.1 导轨的设计有两种方案第一种如图3.1 所示 图3.1 导
21、轨方案的设计（一）这种导轨是分两部分加工的，加工后分别安装在两侧。这一方案的优点是节省材料，安装方便。缺点是分开安装之后就不能保证安装精度，而安装精度对材料的加工精度影响很大。若装配时两者不在同一水平线上，机体在冲切的工程中会发生倾斜，使冲切过程受到影响。导轨设计方案二 如图3.2所示这种方案的有缺点正好与第一种方案相反，虽然材料耗费量大，但能保证安装精度，满足冲切要求，因此最后选用第二种方案再导轨上加上铜衬，以利于滑动，减小摩擦，连接在机体上的导轨架在导轨上滑动，导轨用内六角螺钉与调整板固定在一起。3.1.2 导轨长度的计算：a.冲切时间： t=其中L 冲切行程mm,此处为5mmU 油缸活运动速度m/s,在2.1.5中取为0.1m/s. t=0.5s导轨长度 L1 =U/ *t 其中 U/ 型材的运动速度m/s.给定为12m/min,即为0.2m/sT 运动总时间t/ 回程时间s. 模具随油缸一起回到初始位置。此时间等于冲切时间0.5s.t/ 油缸液压系统反映滞后s, 取为1s.T=t+t/+t/ =0.5+0.5+1=2m/s L1 =U/ *t =0.2*2=0.04m=40mm由计算结果可知，导轨理论上只需要40mm.但由于冲切过程可能出现诸如未切断，机体随型材一起向前运动，
