多工位自动冷镦机的冷镦机构设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1多工位自动冷镦机的概述

这里需要先说一下冷镦的概念。冷锻指的是在冷态条件下对材料的锻造加工，即在室温条件下，利用安装在设备上的模具将金属坯料成形为具有一定形状与使用性能的零件的塑性加工方法。

而多工位自动冷镦机属于锻压机械中的线材成形自动机大类，是一种高效﹑自动化的锻压机械，它主要以盘料或棒料为原料，连续生产螺栓﹑螺母﹑销钉﹑钢球及滚柱等标准件，以及形状复杂的冷成形件和伞齿轮轴﹑球头销﹑火花塞等汽车零件，是实现少﹑无切削加工工艺的机器。多工位自动冷镦机的加工工艺不仅能提高生产率﹑节约金属材料，而且由于金属纤维随模具形成一定形状的流线，提高了产品的抗拉强度，表面质量﹑尺寸精度也提高，产品成本降低。

相对于传统的冷镦机而言，多工位全自动冷镦机有以下优点。

表1-1 传统冷镦机与全自动冷镦机对比

冷镦机最早来自于德国当时开发冷镦机的目的主要是为了二次大战时大量制造子弹壳。由于冷镦设备本身的先进性和冷镦工艺的优越性，使得它现在广泛应用于国民经济各个领域，如：军工、汽车、摩托车、拖拉机、轴承、自行车、缝纫机及轻工、日用品等行业，在这些行业中自动冷镦机在大批大量生产中组成各种自动生产流水线。且由于多工位自动冷镦机具有高度自动化、高效率，采用的是少、无切削工艺，因而它不仅能够大大提高劳动生产率，大量节约钢材及各种有色金属，而且能够得到形状较复杂、强度好、表面质量及尺寸精度较高的成型零件，从而代替某些零件的锻造、铸造和切削加工工艺。因此冷镦机可以说是现代化建设中不可缺少的装备。

正如上表1-1所示，传统冷镦机逐渐被淘汰，新型的冷镦机不断脱颖而出，不过冷镦机的基本结构、原理没有大的改变。大体有以下几个特点：

1 、曲轴与机体、冲击连杆的连接均采用高耐磨合金铜瓦连接，承载力大，使用寿命长，维修成本低。

2、机体采用添加合金的球铁500铸造而成，抗拉强度高，耐磨性好。

3、采用二级齿轮传动系统，传动效率高，传动力矩大。

4、配备气动离合刹车器，降低电机功率能耗。

5、切料系统采用导板驱动切刀杆，导板往复运动，切断力直线传送，力大稳定且动态平衡性好。

6、挟钳系统可以180度翻转或平移。利于成型工艺安排。

7、配备变频调速装置，可在一定范围内无极调速。

8、配备故障检出器及安全保护装置，设备故障时自动停机，给予设备和工模具最大保护。

9、送料箱安装止推装置，提高送料精度。

当然，以上九点有几点是在后期的自动化冷镦机发展的基础上加上的。

1.2冷镦机的冷镦机构

图1 全自动冷镦机

如上图1所示，是一种冷镦机的总体结构。事实上，在国内的冷镦机设计中并没有对冷镦机进行系统的分类，只是大概的将其分为六个部分：冷镦机构、切料机构、送料机构、夹钳机构、顶料机构、矫直机构、挡料机构。其中，动力机构和传动机构都归并入冷镦机构中，而矫直机构和送料机构也往往合并在一起。

而我设计的就是之中的冷镦机构，包括四个部分:动力部分、传动部分、床身和冷镦部分。

图2 冷镦曲柄滑台机构

图3 传动简图

1-电机，2-皮带轮，3-主曲轴，4-主滑座，5-挡料块，6-齿轮副，7-切料连杆，8-切料凸轮，9-切刀，10-静模，11-副曲轴，12-棘轮机构，13-送料轮，14-矫直轮，15-线材，16-锥齿轮副，17-夹钳换位凸轮，18-夹钳机构，19-顶料连杆，20-顶料凸轮对，21-顶料杆

多工位自动冷镦机采用冷镦方式将光盘元或棒料,自动镦制各种六角螺母攻丝后,即光制标准六角螺母。

棒料经过辊轮传动进料,依次送料,切料,压球,压角,冲孔,几道工序一次完成.冷镦工位按水平排列,具有定位准确,操作稳定,维修方便等特点是适用于厂家批量生产螺母的设备。多工位自动冷镦机是生产六角螺母和一些非标准部件的专用设备。采用单面S板切料更加稳定有力，并可调节时间。

1.3多工位全自动冷镦机的国内外研究现状

1.3.1、冷镦机行业技术发展现状

冷镦技术是金属加工中的冷塑性约束变形工艺技术，是一种高精、高效、优质 、低耗、少、无切削的先进生产工艺技术。冷镦机是应用冷镦工艺生产各类标准件、紧固件、异形件的工作母机。随着现代工业的发展以及制造行业竞争的日益激烈， 冷镦技术以其经济高效的工艺特点，已在机械、仪表、电器、轻工、宇航、船舶、军工等工业部门中得到广泛的应用，成为金属塑性体积成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。

1.3.2、国外冷镦机行业技术发展现状 多工位自动冷镦机作为一种自动化、精密、技术含量较高的先进成形装备，在各个产业都有着 广泛的应用。当前，俄国、德国、瑞士、美国、日本等国的企业生产的冷镦机处于世界领先水平。

多工位全自动冷镦机发展到今天己经做到信息化控制和冷镦作业油雾后置处理一体机。

至2014年止，世界各国对冷镦机的研究情况如下：

美国国民机器公司（National Machinery Company）是当今被公认为世界上冷成形设备的设计、开发、制造方面的先行者。其最近研发的 FXP85XL 型号的冷镦机成形力达 550 吨，切料直径达 34mm。出料长度达 360mm。

日本高速冷镦机，伴随着本国汽车工业的高速发展，日本冷镦机也在 20 世纪 60 年代后迅速发展，阪村机械公司新推出的世界最大的长杆冷镦机型号为M1-120，切断毛坯直径 38mm，最大加工长度达 430mm，机器重量 100 吨。

瑞士哈特布（HATEBUR）金属冷镦成形机 BKA 系列的成形零件最大直径Φ28-Φ64mm，切断直径 Φ14-Φ36mm，最高生产率为 150 件/分钟。

1.3.3、国内冷镦机行业技术发展现状

至于国内而言，从1968 年，上海螺帽五厂自行设计制造了国内第一台立式 M4 螺母多工位自动冷镦机。到1969年，上海市标准件公司组织设计制造成功国内第一台 Z47—12 型螺栓多工位自动冷镦机。其生产效率提高六倍多，材料利用率达到 90%左右。再到1988 年，上海标准件公司组织设计、制造成功 ZM5-500 型新型大料小变形多工位自动冷镦机，扩大了高强度螺母的产品规格，促进了异形螺母的发展。国内有很多厂商在制作该装备,但 90%以上以台湾春日机械为母本“抄”为主，均无自主知识产权。目前比较具有领先代表性的是处于行业领先地位的齐齐哈尔第二机床厂，特别是 2004 年通过与日本阪村机械的合作交流，相继开发出BP-440SS 型和BP-430SS 型冷镦机，其综合性能达到国际中等水平。但没有将绿色制造理念和方法融入设计及工艺中。就总体而言，截止201年为止，虽然国内也采用了一些先进技术，但我国冷镦机的结构设计、自动化程度、制造精度及镦锻速度等方面与国外先进技术相比还有较大差距。为赶上世界先进水平，我国在消化吸收国外同类产品先进技术的基础上，对金属晶体的变形、塑性与变形抗力、金属在变形后的变化等进行分析、掌握金属冷塑性变形的基本规律及冷镦工艺的研究，通过对自动冷镦机的传动系统、送料机构、切料机构、顶料机构、夹钳机构、曲轴连杆滑块机构、离合器和制动器及自动控制系统的技术创新，开发出高精度多工位全自动快速度的冷镦成型机。其中高精度多工位自动快速冷镦成型机集光、机、电、气于一体，采用了PLC可编程序控制、触摸屏人机界面、变频调速、在线检测等先进技术，在机构上进行了多项技术创新，使该机具有自动化程度高、整机刚性好、制造精密、性能稳定可靠、制品冷镦成型精度高、生产速度快等特点。还创新设计了送料和剪料机构，采用举起摆臂将回程的棘爪举起不与棘轮摩擦，不产生磨损和噪声；设计了防逆装置，采用与送料轮转向一致的单向防逆轴承，杜绝了棘轮稍有逆转导致送料长度不足现象；并设计了剪刀杆气动复位装置，保证了剪刀杆复位精度，提高坯料剪切效果；设置了短料监测装置，及时剔除短料坯料。高精度多工位自动冷镦机具有高度自动化、高效率，采用的是少、无切削工艺，因为它不仅能够大大提高劳动生产率，大量节约钢材及各种有色金属，而且能够得到形状较复杂、强度好、表面质量及尺寸精度较高的成型零件，从而代替某些零件的锻造、铸造和切削加工工艺

经过几十年发展，目前德国、日本、美国等工业发达国家制造的自动冷镦机具有精度高、多工位、高速度而闻名世界，并向高速镦锻，扩大冷镦工业品、系列化、通用化、标准化发展。我国冷镦机的结构设计、自动化程度、制造精度及镦锻速度等方面与国外先进技术相比还有较大差距。近几年，我国的一些冷镦机企业在技术上已有相当的突破。行业企业数量众多，大多数企业生产规模较小。2012年我国冷镦机企业数量超过了100家，行业产量达到7.34万台，同比2011年的6.22万台增长18.01%。

2. 研究的基本内容与方案

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案措施

2.1研究的基本内容

设计剪切直径10mm、四模四冲多工位自动冷镦机的冷镦机构。

2.2研究的目标

1、通过设计四模四冲冷镦机的冷镦机构，实现冷镦机主体的运动，

2、设计传动装置，将主动力源的动力分散传递到各个机构

3、动力源的选择飞轮的设计

4、冷镦机各个机构间的协调，时间的安排。

2.3拟采用的技术方案及措施

正如2.2所描述的，我设计的部分包括以下 冷镦曲柄滑台设计、冷镦机整体的传动设计、冷镦机各个部分协调运转设计。

2.3.1 冷镦机构主体设计

冷镦机构的主体是曲柄滑台机构，用以实现冷镦时冷镦台的往复运动，如下图4所示：

图4 负偏置曲柄滑块机构

如上图所示，这里的滑台主体我采用负偏置曲柄滑块机构，首先它可以实现滑台的运动要求，其次负偏置机构的滑块有急回特性，其工作行程速度较小，回程速度较大，有利于冷挤压工艺，常在冷挤压机中采用。故而该机构是比较好的选择，可以达到目的。

2.3.2 传动部分设计

传动部分包括从动力源到齿轮箱再到牵出轴，最后到执行机构的全部内容，由于是分工协作，这里我主要设计齿轮箱和从齿轮箱牵出的部分。

图5 传动机构示意图

图5为设计的传动机构。这里我遵循常见的设计由电机驱动，带传动将动力传至飞轮，再由飞轮通过齿轮、连杆等传至各其他机构。

2.3.3整体协调设计

这个主要要做的是协调各个机构间的运作先后和精确的时间安排。按照要求实现的功能可以得到这样的一个时间关系:

图6 冷镦过程循环图

整个加工过程如上图6循环往复。当然，在此过程中要对床身进行设计，要充分协调好各部分的关系。

3. 研究计划与安排

3．进度安排

第1-3周：查找相关资料，明确研究内容，并阅读文献，完成一篇外文文献翻译

第2-4周：阅读文献，完成文献综述，提出研究方案，并完成开题报告

4. 参考文献（12篇以上）

4．阅读的参考文献不少于15篇（近五年外文文献不少于3篇）

[1]朱红萍．冷镦机滑台机构的刚体动力学分析[j]．沙洲职业工学院学报，201l，14(4)：7—8．

[2] 林翠青．基于曲柄压力机中曲柄滑块机构的运动分析及其研究[j]．数字技术与应用，2010(7)：67—68．