用于冲压件成形后冲孔的组合液压冲孔机床设计.pdf

2 0 1 2年 7月 第 4 0卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I C S J u 1 ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 4 ． 0 0 5 用于冲压件成形后冲孔的组合液压冲孔机床设计 付 丽 ，张宾 1 ．天津理 工大学材料科学与工程学院，天津 3 0 0 3 8 4； 2 ．沈 阳鼓风机集 团自动控制 系统工程有限公 司，辽宁沈阳 1 1 0 8 6 9 摘要在已经成形的工件上再冲多个孔 ，以前往往需要在不同的冲床上进行多次操作。设计专用冲孔机生产线，可以 一 次装卡 ，同时完成 3个纵 向孔 、4个横 向孔 的加工 。该机稍作调整 ，还 可以用来 同时加工多个纵向孔 、多个 横向孔。 关键词 液压 冲孔单 元 ；P L C控制 ；组合机 床 中 图分类号 T H1 3 7 文献标 识码 B 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 4 0 1 5 3 De s i g n o f Co mb i na t i v e Hy dr a ul i c Pun c hi ng M a c hi ne To o l f or Pu n c hi ng a f t e r S t a mp i ng W o r k pi e c e FU Li ． ZHANG Bi n 1 ． S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ，T i a n j i n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，T i a n j i n 3 0 0 3 8 4，C h i n a ； 2． S he n y a n g Bl o we r W o r k s Gr o u p Aut o ma t i c Co n t r o l S y s t e m En g i n e e rin g Co ．， Lt d ．， S h e n y a n g L i a o n i n g 1 1 0 8 6 9．C h i n a Abs t r a c tTo pu n ch a g a i n mo r e t h a n o ne h o l e o n t h e f o r me d wo r k pi e c e， mu l t i p l e o pe r a t i o ns i n di f f e r e n t p u nc hi ng ma c h i n e t o o l s a r e o ft e n r e q u i r e d b e f o r e ． A d e d i c a t e d p r o d u c t i o n l i n e o f p u n c h i n g ma c h i n e wa s d e s i g n e d， b y w h i c h t h r e e v e r t i c a l h o l e s a n d f o u r h o r i - z o n t a l h o l e s w e F e p r o c e s s e d s i mu l t a n e o u s l y w i t h o n c e c l a m p i n g ．A f t e r ma k i n g s o m e m i n o r a d j u s t me n t s ，t h e m a c h i n e c a n a l s o b e u s e d t o pr o c es s a n u mb e r o f v e r t i c a l h o l e s a nd a nu mbe r o f ho r i z o nt a l h o l e s ． Ke y wo r ds Hy d r a u l i c pu nc hi ng u ni t ； PLC c o n t r o l ； Co mb i n a t i v e ma c h i n e t o o l 大型 汽 车 冲压 件 的工序 较 为复 杂 ，通 常需 要 落 料 、拉深 、成形 、整形 、冲孑 L 、切边等工序 ，需 要在 大、中型压力机上用多套冲压模具进行加工。汽车车 架的主梁 、横梁等零件上的许多孔，若在成形工序前 冲孔 ，虽然工件处 于平板状 态容易加工 ，但在成形过 程 中，金属 的流动会 改变孑 L 的形状和位置。如对孔 的 位置和形状有 较严格 的要求 ，就必需成形后冲孔 。由 于是异形孔 ，所 以不 能钻孔 ，只能冲孔。 汽车主梁是 3 m m厚的钢板冲压件 ，经过落料成 形后还有许多孔需要加工。通常的方法是在不同的冲 床上，依次进行冲孔 ，一般需要 5～8次。由于工件 笨 重 ，所 以费时费力 ，工作效率很低 。为此需要 设计 专用冲孔机床 ，其功能是 工件进行一 次装 卡 ，在该 机上完成所有孔 的冲孔 。 1 组合冲孔方案 汽车主粱 ，成形后需要 冲的孔 可分为两类 第一 类 是单个孑 L ，主要是 直径 5 0 m m的圆孔和 3 5 m m 4 0 m m的方孔 ；第二类是相对位置有严格要求的组合 孔 ，孔 的形状多为六 角孔 和长圆孔 ，两孔 的中心距有 严格的要求 ，需要用 同一套模具 冲压。 汽车主梁属于第一类的孔有 3 个 ；属 于第二类 的 孑 L 有 4组 ，共需设置 7套 冲孔单元 。汽车主梁是变截 面三维弯曲的凹槽形零件，冲孔时置于凹槽向下的方 位。此时第一类孔的冲压方向均为垂直向下；第二类 孔都在侧壁上，冲压方 向均为水平方 向。按照所需冲 孔 的位置设置冲孔单元 ，每个 冲孔单元用螺栓 和销钉 固定在机座上。 2冲压单元的设计 冲孔单元 由油缸 、机座 、导向装置 、冲孔模具 等组成 ，具有独立 的冲孔功能。共有 7个 冲孔单 元 ，导杆 结构 冲孔 单元 有 3个 ，导板 结 构 冲孔 单 元 有 4个 。 冲压单元 的机座是拉伸与 弯曲组合变形受力 的刚 架 构件 ，最大载荷按 1 5 0 k N设计 ，偏心距按 1 4 0 m m 计算 。刚架结构设计如 图 1 所示 。用有限元方法 ，对 机座 的可靠性进行校核 ，看其是否在最大许用应力范 围内。采用 A N S Y S 软 件 ，建 立等 效应 力 分布 图 ，通 过计算得 出其最 大拉应 力为 5 6 MP a，最 大压应 力为 6 1 MP a ，符合强度要求。 收稿 日期 2 0 1 l一 0 53 0 作者简介付丽，女 ，学士 ，教授，从事材料成型与机械设计方面的研究。Em a i l e a 0 x d 1 2 6 ． c o m。 1 6 机床与液压 第4 0卷 a -t 砚 削 b J i于视 图 图 l 刚架结构设计 图 3液压 系统设计 3 ． 1 油缸 的设 计 根据最大冲孔直径和板厚确定油缸的工作推力 。 工件 的板 厚 是 3 m m，工 件 的最 大 冲裁 周 长是 1 6 0 m m，可计算 出所需最 大 冲压力 约 为 2 3 0 k N 。采 用活塞直径 1 0 0 m m的油缸 ，当油压是 2 0 M P a 时 ，其 推力约为 1 5 0 k N 。模具 采用 斜 刃冲孔 时可 减少 冲 孔 力 ，使可 以冲裁 的周长增加许多倍 。因此该油缸能满 足 汽车主梁各种孑 L 的冲孔需求 。油缸正常工作时 的压 力小 于 1 6 M P a 。 油缸 的行程不宜太 大 ，应在完成 冲孑 L 后活塞 即到 达终点 ，否则容 易损坏模具 。冲孔完成后 的液压力不 能让机架承担 ，设计 为由油缸来 承担 。为 了防止 冲孔 后 活塞对油 缸有 较大 的冲击 力 ，油 缸设 计 有 1 0 m m 的缓冲行 程。 3 ． 2 液压 与 电 气控 制 系统 液压系统如图 2 所示 。该机 的基础形式 为 7个油 缸。每个油缸 由 1 个 电磁换 向阀控制 ，每个油缸 的油 路装有 1 个压力传感器 。对 于该机 的 7个油缸 ，采用 的是依次工作的方式，即第 1 个油缸工作结束时发出 信号 ，第 2 个 油缸再 开始工作 ，依此类 推。采用 P L C 进行 电气控制。每个 油缸上装 2个行程开关 ，装在行 程 的起点和终点 ，由于行程终 点 冲孔 后 的位移很 小 ， 行程开关有误动作 的可能 ，所 以加装压力传感器进行 双轨控制 ，即行程到达终点时首先发 出行程开关信 号 ，如未能 停止 ，油缸 的 活塞 到达 止 点 时压力 会 上 升 ，达 到 2 1 M P a 时发 出信 号 ，启动下 一个 油缸 ，同 时 ，此油缸 自动 回程 。 图 2 液压原理 图 4液压冲孔机床生产线总体设计 总体设计如图 3 所示 。 图 3 液压 冲孔机床生产线 总体设计 第 1 4期 付丽 等 用于冲压件成形后冲孔的组合液压冲孑 L 机床设计 1 7 在机架上装 有 3 个 导杆结 构冲孔单元和 4个导板 结构 冲孑 L 单元 。 由于不 同型号 的车架需要 冲孔 的形状 和数量有些 区别 ，冲孔 单元 需要针对不 同的车型进行 调整。因而 ，对冲孔单元采用固定销钉定位、压板压 紧 固定 的方式 固定 。机 架上 装 有 2个定 位 销用 于 定 位，用4个气缸压紧固定。 机器的操作很简单 ，把车架放置后，只需操作一 个按钮 ，即可完成全部动作 。实 际的液压 冲孔机床生 产线 如图 4示 。 图4 液压冲孔机床生产线照片 5结束 语 该机应用 于汽车 主梁 冲孔 ，可 冲 3 个 纵 向孔 、4 个横 向孔 。以此 类推 ，可 以用来 同时加 工 多个 纵 向 孔、多个横向孔，纵向孔由导杆结构冲孔单元冲出， 横向孔由导板结构冲孔单元冲出。 采用该生产线减轻了工人的劳动强度，有效地提 高了工作效率。使用一年没有出现故障。 参考文献 【 1 】陈锡栋 ， 周小玉． 实用模具技术手册[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 2 】陈锡栋 ， 靖颖怡． 冲模设计应用实例[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 0 ． 【 3 】 杨孟涛 ， 金红伟， 王晓梅． 新型液压压装机行程控制装置 的设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 1 ， 3 9 2 9 4 9 8 ． 【 4 】杨可森 ， 李修洪， 张洪胜． 大型变压器线圈恒压装置液压 系统 的设计 [ J ] ． 机床 与液压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 0 7 4 7 6 ． 【 5 】 付丽． 宽大台面可偏置负载连杆式液压机的设计要点 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 6 6 2 1 2 2 ． 【 6 】付丽． 汽车纵梁液压机器人 自动焊机设计要点 [ J ] ． 液 压与气动 ， 2 0 1 0 5 5 7 ． 上接 第 1 1页 并向叶根呈阶梯递减 ，其应力主要集中在叶身与叶根 的相交处 。针对 以上 的分析结果 ，建议从 几方面改进 叶片的性能 1 由于高应力 区主要集 中在 叶根榫槽处 ，建议 对榫槽进行结构改进 ，如增大榫槽处的过渡圆角，降 低其高应力 集 中值 。或者尝试其 它形式 的叶根 ，主要 有 T型叶根 、叉型叶根 、燕尾型叶根 、枞树型叶根等。 2 由于 叶 片 的最 大 变形 量 出现 在 叶顶 部分 ， 叶顶 的变形 会 改变 流 场 ，也会 影 响 压缩 机 的运 行效 率 ，因此有必要控制 叶片 的变形 。 3 叶型改型 ，减 轻 叶 片 叶身部 分 质量 ，减少 离心力的影响 。 4 适量 增加 叶 片 中间到根 部过 渡 圆弧度 的 型 面厚度 ，提高该 段区间强度。 参考文献 【 1 】 谢永慧， 孟庆集． 汽轮机叶片三维有限元模型的建立及 静态与动态应力分析[ J ] ． 热力透平， 2 0 0 3 1 3 6 4 2 ． 【 2 】安宁． 汽轮机叶片三维有限元静动力分析及寿命研究 [ D] ． 西安 西安交通大学， 1 9 9 6 4 6 4 7， 6 0 6 1 ． 【 3 】 吴厚钰． 透平零件结构和强度计算[ M] ． 西安 西安交通 大学出版社 ， 2 0 0 5 6 06 3 ． 上接第 l 4页 Q≥ 式 中 J 、O ／ 分别为车轴 的转动惯量 和起动 角加速 度。 当确定了所要求的起动角加速度 ，即可求解所需的弹 簧压 紧力 p，从而设计制造相应 的压缩 弹簧。 2结语 针对 动车车轴的结构特点所研制 的车轴 自动夹紧 定位及旋转驱动装置，已配备相应的超声波检测装置， 成为自动检测设备用于车轴制造缺陷的检测。经使用 证 明该设备检测效 率高 、检测 数据准确客 观、 自动 化程度较高，与相应的进口设备相比具有较高的性价 比，综合成本低 ，设备 结构相 对简单 ，操作方 便 ，实 用性强。此外 ，作 为母 机亦 可根据需要配 以其他类 型 的检测装置用于动车车轴制造过程 的质量控制。 参考文献 【 1 】 机械设计手册编委会． 机械设计手册 新版 [ M] ． 北 京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 2 】 孙桓 ， 陈作模． 机械原理[ M] ． 北京 高等教育出版社 ， 1 99 6