气动V形冲缺及冲孔冲床设计.pdf

2 0 1 2年 7月 第 4 0卷 第 l 4期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I CS 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 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 4 ． 0 2 7 气动 V形冲缺及冲孔冲床设计 姬 红 刚 北京华宇工程有 限公司西安分公 司，陕西西安 7 1 0 0 6 1 摘要 设计一种简单的气动 V形冲缺及冲孔冲床 ，用于变压器铁芯边柱片、轭片和中柱片的冲缺或者冲孔。该设备具 有使用方便灵活、加工范围广、投资少的优点 ，是变压器厂维修或制造铁芯的理想设备。 关键词 气动 系统 ；冲孔 ；V形 冲缺 ；变压器铁芯 中图分 类号 T G 3 8 5 ． 1 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 4 0 7 3 2 De s i g n o f Pne u ma t i c V Bl un t a nd Pu nc h i n g Pu nc h J I Ho n g g a n g X i ’ a n B r a n c h o f B e i j i n g Hu a y u E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ，X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 6 1 ，C h i n a Ab s t r a c t A k i n d o f s i mp l e p n e u ma t i c V b l u n t a n d p u n c h i n g p u n c h w a s d e s i g n e d ． I t wa s u s e d f o r p u n c h i n g o r n o t c h i mp a c t f o r t r a ns f o r me r c or e． I t ha s s uc h v i r t ue s a s c o n v e ni e n t o pe r a t i o n， wi d e pr o c e s s i n g r a ng e， l e s s i n v e s t me n t ． I t i s t h e i de a l e q ui pme n t f o r c o r e ma i n t e na n c e o r ma n u f a c t u r i n g i n t r a n s f o r me r f a c t o r y ． Ke y wo r ds Pn e u ma t i c s y s t e m； Pu nc h i n g； V bl un t ；Tr a ns f o r me r co r e 2 0世 纪 8 0年 代 初 ，我 国从 国外 引 进 变压 器 铁 芯制造装备，经消化吸收，现在 已经可以制造加工 精度高 、自动化程度高 、生产效率高 的数控铁芯横 剪 线 。其 中冲孔 及 V形 冲缺是 铁 芯边 柱片 、轭 片和 中柱 片制 造工 艺的两 道 工序 。印 度变 压器 工 业装 备 很落后 ，某变压器厂设备陈 旧落后 ，还处于手工作 坊状态。在 中国购置了一 台数控横剪线后，要求设 备供应商设计一台气动 V形冲缺及 冲孔 冲床，能够 对报 废变 压器 的废 旧片型 进行 改 造 以及对 手 工剪 好 的新 片 型能够进 行 冲孔 和 冲缺 。 由于 用户 对 机器 提 出了一些 新 要 求 加 工 范 围增 大 等 ，使得 设 计 工 作难 度加 大 。作者 针对 此机 器 设计 制 造调 试 过程 中 出现 的 问题 以及 注意 事项 进行 探 讨 ，希 望 能 为 同行 提供 参考 。 1 V形冲缺及； Of L 冲床设计 1 ． 1 技术参数 1 加工料片 硅钢片 范 围 片厚 0 ． 2 3～ 0 ． 3 5 m m；片宽 6 0～5 0 0 m i l l ；片 长 2 5 0 0 m m 最 大 值 ；孔 径 1 8 、6 2 2 、, ／ , 2 8 mm；孔距 8 0 0～ 2 0 0 0 mi l l 。 2 加工精度 冲缺 毛 刺 公 差 0 ． 0 2 n l m； 冲 孑 L毛 刺 公 差 0 ． 0 3 mm。 3 工作 台面高度 9 5 0 m m。 4 设 备外型尺寸 长 X宽 x高 3 7 0 0 m m x 8 5 0 IT l m X 1 8 5 0 ml n。 5 设备总质量约 3 t 。 6 总耗气量 3 I l l ／ m i n 。 7 对车间 的要求 气压 不 小 于 0 ． 7 M P a ；工作 温 度 5～ 4 0℃ ； 电源 交流 4 4 0 V，5 0 H z ，三相 ；控制电源 2 2 0 V， 5 0 H z ，单相 。 1 ． 2 结构特点 该机由机架、冲孔冲床、V形冲床、储气罐、操 作按钮盒及电气控制柜等组成，见图 1 。 2 正 ／ 一 ＼ 1 ． 罕． f ． _ J l 一 ／ ／ ／ L J 、 I “ J ． 『 i 厂 l l I l 1]i 1机架2一 冲 孔冲 床3～ V形 冲缺 冲床 图 1 V形冲缺及冲孔冲床图 该机结构特点为 1 冲床采用压缩空气作为工作动力； 2 冲床刀具均采用硬质合金材料 ，冲孑 L 刀每 刃磨 一次 ，可使用 3 0万次 ，冲缺刀 每刃磨一 次 ，可 使 用 1 0 0万次 ； 收稿 日期 2 0 1 1 0 61 5 作者简介 姬红刚 1 9 7 9 一 ，男 ，工程师 ，从事机械设计工作 。Em a i l j i h o n g g a n g s i n a ． c o rn。 7 4 机 床与液压 第 4 0卷 3 冲床 采用斜 刃剪 刀 ； 4 左右 冲孔机 可根 据需 要调 整位 置 ，均 采用 直线导轨导 向。位置指示器采用德 国元件 ，精 确度达 到 0 ． 1 m m。 1 ． 3设计计算 采用以下公式计算 冲孔力 尸 KL t z 0 式 中 P为冲裁 力 N ；t 为制件厚度 m ；L为制 件周长 m ；K为系数 ，取 1 ． 3 ； r 。 为材料 的抗剪强 度 P a 。 采用诺沙里公式计算冲缺力 V形冲缺相当于斜 刃剪 6 f 彳 o b y xJ 式 中P 为 剪 切 力 N ； 为 硅 钢 片 强 度 极 限 N ／ m m 。 ；h为 硅钢 片厚 度 m m ； 为 延伸 率 ／／ l m ； 为切入深度 ；Y为系数 ，取 0 ． 0 7 ；o ／ 为刀片 倾斜角 度 ； 为系数 ，取 1 0 ；K 3 为刀刃磨 钝影响 因数 ，取 1 ． 2。 经过计算选取冲孔气缸缸径 1 6 0 m m，冲缺气缸 缸径 齿轮齿条 4 , 8 0 m m。 1 ． 4零 部件 设计 变压器铁芯冲孔与 V形冲缺的毛刺精度要求必 须分别小 于 0 ． 0 3和 0 ． 0 2 m m，毛刺 过 大变压 器运行 时热损耗高 。而影 响加工件 毛刺 的因素很多 ，而最主 要 的就是模具 本体 的设计 和制造水平 。 1 ． 4 ． 1 冲孔冲床的设计 冲孔冲床的设计 中 ，最 重要 的是 冲模 、模座 的设 计。在保 证被 加工件 尺寸精 度的前 提下 ，根据尺寸链 的计算必须严格保证上下冲模的各个尺寸公差与形位 公差 。在设计 时上模 时 ，刀刃内凹角 ，可 以有效 降低 冲裁力 。上下模刃 口采用硬质合金材料。上下模 座的 设计原则是方便更换模具并且 固定模具必须牢 固。此 次设计上模用螺纹与锥形套连接 ，下模用螺栓加卡座 固定 。为 了保证上模在 冲裁工 件时 与下模 的垂直 度 ， 上模座的行走采用直线导轨做导向装置。冲孔冲床结 构 图见 图 2 。 1 ． 4 ． 2 V形冲缺冲床的设 计 V形 冲缺 冲床通 过齿 轮齿条气缸将直线运 动转为 旋转运动再 由凸轮带动 滑块作 上下运 动 ，进行 冲切 。 为了保证冲缺件的毛刺要求 ，采用导柱导套来控制剪 切 过程 中上 、下 刀之 间的垂直度 与刀缝 间隙。V形冲 缺冲床结 构图见图 3 。 1 ． 4 ． 3 机架设计 由于 冲裁力很大 ，机架设计 必须结 实牢靠 。采用 焊接件并且在薄弱部位加焊接筋板 以提高机架的刚度 和强度。在 冲孔 冲床 中采用 性能 良好 的橡 胶脱 料模 ， 在 V形冲缺冲床 中采用弹簧等措施有效降低了气缸 在动作时对机架的冲击。 图2 冲孔冲床图 3 l l 【 ～ 皿景誉 I I l 广 _ 鬃 毛且一 l L _ J l 一_ l I - - - I ⋯ _ r] - 3 f L 一 l _ 一 _l ⋯善 ⋯ 暑 ⋯罟 斗⋯t ⋯ 一 詈 一 {⋯} 一 _f ． 一 告 一 L 1 ’ c l l l l I l l J l I 弋／ ／ ＼＼厂 图3 V形冲缺冲床图 1 ． 4 ． 4 气动系统 设 计气动系统时 ，要注 意冲裁工件 时气缸活 塞杆 必须快速伸出 ，冲裁完后必须快速缩 回 ，这就要求在 气缸进出 口加上快排阀 ，各个气缸 上装有 磁性 开关来 给电磁阀传递信号。气动原理图如图4所示。 l 快 排 阀2 三 联件3 减 压 阀4 一换 向阀 图 4 气动原理 图 下转第 8 4页 8 4 机床 与液压 第 4 0卷 3测试结果及数据分析 气 密性测 量数据 每连续 的 5 O个 为 1 组 ， 图 l 1 所示 的表格 。 的评价 。通过对表中的数据进行分析计算，结果如 填 入 如 图 1 2 所示 。 卜- ， I ● 一 I O 0 ． 4 9 5 0 ． S 1 1 0 ． 3 8 3 0 ． 4 9 5 0 ． 2 呻 ． 6 9 6 0 ． 1 7 1 0 ． 5 5 9 0 ． 4 8 0 ． 5 3 5 5 o 鼍 ． 。 呻3 呻‘ 0 ． 5 1 9 0 ． t 8 T 0 ． 4 6 3 0 ． 5 4 3 0 ． 4 7 9 0 ． 4 8 7 0 ． 5 2 7 0 ． 5 5 1 0 ． 5 2 7 0 ． 5 1 9 t z 石 } 2 5 3 0 l 3 1 一拍I 3 0 ‘ 0 I 4 1 --4 1 5 I 4 5 口 0 ． 4 2 3 0 ． 5 1 9 0 ． 5 6 7 0 ． 5 “ ／ 5 0 ． 5 3 B 0 ． 5 l l 0 ． 4 6 3 0 ． 5 0 3 0 ． 5 1 9 o - 6 0 7 0 ． 4 7 9 0 ． 7 0 3 0 ． 5 2 7 0 4 9 5 0 ． 5 5 1 0 ． 5 9 9 0 ． 5 8 3 0 ． 5 9 9 0 ． 5 5 l 0 ． 5 5 9 0 ． 5 3 5 0 ． 5 0 3 0 ． 5 9 9 0 ． 5 3 5 0 ． 5 2 7 0 ． 5 5 9 0 4 5 5 0 ． 5 1 1 0 ． 4 5 5 0 ． 5 1 9 、r’ y’ ’、 ’ Y ’y ●●-’●‘ ’ t ‘ ’ 1 ’ t ⋯ 1 t ” ， ‘ n I 图 I I 数据表格及图像 按照测量不确定度的理论 ，偏倚 是测量 结果 的平 均值与工件基准值之间的偏差，表示了测量结果与被 测量值的一致性 。测试 能力指数 c 是重复性 的指 标 ， 反映 了随机误 差对 系统 的影 响 ，c 是重 复性 和偏倚 两项特征 的综合 ，不但考虑 了随机误差重复性 ，而且 考虑系统误差造成 的影 响，是对测量装置准确度做 出 t M 一 -怒 0 - 】 8 2 “ ， - T O H _ ● ’ - 量 - ∞ - - 畸≤ 5 ％ I x 叠 Y ∞ l I 罾 № 谇 童 E． 瞳- Hh n， “ i v c _ ； i t 。_ l 砜 l l 0 ． 1 T ． 1 -x J C 1 广 ] ； 图 l 2 计算分析结果 该气 密测试 系统 的试验 结果 为 c ≥2 ． 7 5 ，C ≥ 3 ． 6 5 ，设计合乎汽车零部件制造商测试要求。 4结束语 该系统已投入使用，使用方反映运行稳定，效果 良好。文中的设计有效地提高了设备的工作节拍，在 保证气密测试精度和测试稳定性 的前提下提高 了测试 效率 。同时 ，也为 国内工业 自动化气密性测试设计提 供 了一种参考方案和设计思路 。 参考文献 【 1 】 彭光正． 气密性检测技术现状及检测效率改进方法 [ J ] ． 现代制造， 2 0 0 8 1 0 l 21 3 ． 【 2 】 朱正德． 弥补检测装置测量能力不足的公差修正措施 [ J ] ． 工具技术， 2 o o i ， 3 5 4 3 3 3 4 ． 上接第 7 4页 1 ． 5 零 部件 加 工 为了保证 硅钢片 的加 工精度 ，一些关 键工序 如左右冲孔机架安装直线导轨的平面等必须同 时加工。上下模必须用精密磨床加工才能达到所需 要 的公差尺 寸 。机 架安装 直 线导 轨 的安装 座 由于 尺 寸长加工必须用龙门刨床同时精刨两安装面。焊接 件 焊接完成 后必须 去应力 处 理后 才能 加 工各个 安 装 表 面 。 1 ． 6设 备调 试 由于上下 刀与 上下模 都 镶有 硬质 合 金 ，刃磨 必 须 用高精 密磨床 ，所 以在试 车 时 为 了避 免 打刀 ，一 定 要先等设 备调整 好后 ，让 气缸 活塞 杆 自由落下 剪 切 纸张看 看剪切 质量 ，如果 毛刺 过 大则 需要 分析 原 因。调整后 再试 剪 。如果 剪切 质量 很好 ，就 可 以开 机 试剪 片了 。 2结束语 气动 V 冲及 冲 孔 冲 床 自设 计 到 外 委 加 工 、安 装 、调 试 一 共 用 了 大 约 3个 月 时 间 。设 备 调 试 好 后 ，运行很稳定 ，操作很简便 ，比同类液压设备便 宜而且环保 ，在车间有统一气源的条件下 ，是加工 铁芯的理想设备。如果在设备上加上导向、测长装 置 ，设备前加上开卷机 ，设备后再加上一套剪床就 可 以变成一 套简易 的横 剪 生产 线 了 ，则 生产 效 率 可 以大大提 高 。 参考文献 【 1 】成大先． 机械设计手册 [ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 00 2． 【 2 】周国盈． 带钢精整设备 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 7 9． 【 3 】翁其金． 冲压工艺及冲模设计[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 4 ． 【 4 】董楠民． 气动冲孔冲床设计与实践[ J ] ． 电气工厂设计 ， 1 9 9 5 4 3 1 3 5 ． 【 5 】李建华． 板材无毛刺冲孔[ J ] ． 机床与液压 ， 1 9 8 7 3 4851． 【 6 】冯明志， 徐霖 ， 许南绍． 一种新型冲床 气液传动冲床的 开发研究[ J ] ． 机床与液压， 1 9 9 1 4 1 9 2 O ．