四模四冲自动冷镦机的顶料机构设计开题报告

全文总字数：5499字

1. 研究目的与意义（文献综述）

多工位自动冷镦机是锻压机械中的一种效率高、自动化程度强的专用机床。它采用基本无切削或少切削的冷挤压加工工艺，将钢或有色金属的线材，加工成特定形状的零件。多工位自动冷镦机于二十世纪五十年代末在国外问世。美国、前苏联、德国、日本和瑞士等国家率先研发制造出了多种型号自动冷镦机并投入使用，冷镦机相关技术发展迅速，现已在标准件及冷镦成型件制造业中得到了广泛的应用。自动冷镦机基本无切削的冷镦、冷挤压加工工艺相较于传统的切削加工工艺来说拥有十分明显的优势，它在提高材料利用率；提高生产率；降低工人劳动生产强度；降低消耗及生产成本、提高企业的市场竞争能力等各个方面都是非常显著的，并且远远地超过传统的切削加工工艺。

2. 研究的基本内容与方案

1.基本内容、目标

通过查阅资料及实地调研分析出冷镦机的工作原理，结合国内外先进机床及国内的质量和技术性能相关要求，设计出一最大镦制规格为8mm、四模四冲自动冷镦机的顶料机构。

（1）理论分析

分析设计机构要达到的动作要求，参考其他机床的顶料机构。

（2）结构设计

根据所学知识，结合冷镦机工作过程设计出能满足要求的机构。

（3）数据计算

根据机构运动要求对机构进行设计计算，并进行强度校核等计算。

（4）仿真优化

利用Solidworks等软件进行仿真，对结构进行优化。

2.技术方案及措施

要设计冷镦机顶料机构，首先得了解冷镦机的结构和加工过程，一台多工位自动冷墩机，至少有主滑块、送料、切料、顶出、夹钳等五个执行机构，四模四冲自动冷镦机的加工过程为：成卷的线材经矫直器、双重超越离合器的送线机构进入剪模，用圆剪剪下一小段毛料，移动夹料机构，将毛料送入一模的模腔中，一冲模将毛料冲成预定形状，顶出机构将一模腔中的工料顶出模腔， 之后被移动的夹钳夹住后移送到二模模腔口，然后被二冲模冲进二模腔成形。 依次传送下去， 最终成品从四模腔中顶出，通过输送机被送入成品箱。这些工位是同时工作的。要实现冷锻机成形机最终的连续工作，各个动作有一定的先后次序，图1为各个动作实现顺序。

图1冷镦机动作顺序图

冷镦机顶料机构的要求：（1）顶料机构应按照循环图所规定的起始与终了角度顶出制件，并在下一制件进入凹模之前开始返回 ；（2）顶料机构在工作行程中，被顶出的制件不得追上正在返回的冲头，顶料机构在返回行程中，顶料杆不得滞后于进入凹模的制件；（3）顶料机构应能与转送夹钳密切配合，准确、及时地将制件顶入夹钳；（4）对切边工位的顶料，要求导前于其它各工位一定的角度。根据这些要求结合冷镦机动作顺序图可以有如下几种方案：

（1）. 氮气弹簧或压缩弹簧结构

氮气弹簧上顶料结构主要由氮气弹簧、横梁和顶料杆组成。模锻结束滑块回程时，由氮气弹簧驱动横梁，横梁将顶料杆压下从而完成顶件动作。此结构是靠弹簧的预压缩力将锻件顶出模腔，一般没有复位机构，上顶杆常顶出。在锻造作业时，必须依靠工件将顶料杆和顶出机构压缩回去，然后在滑块回程时，弹簧的压缩力释放，顶出工件。

（2）. 液压式结构

在机械压力机上，顶料机构也经常采用液压缸结构，用液压缸驱动横梁及顶料杆运动。

（3）. 凸轮式结构

图2凸轮式结构

凸轮式机械顶料装置是将曲轴的旋转力，通过凸轮机构将扭矩转化为顶料杆运动的力来实现顶料运动。

（4）.连杆式结构

曲柄机构1带动摆杆2摆动，杠杆3 以铰链 A，B 分别与摆杆4和顶料 杆5连接，使顶料杆5在曲柄1带动下作往复运动，完成顶料动作。

图3连杆式结构

（5）.凸轮连杆式结构

图4凸轮连杆式结构

凸轮1转动，使滚轮2带动杠杆3 摆动，杠杆3以铰链 A，B 分别与摆杆4和顶料杆5连接，使顶料杆5在凸轮1带动下作往复运动，完成顶料动作。

方案（1）的特点是结构简单，且顶出时机准确，但由于弹簧顶出力的限制，在脱模力比较大时顶不动模腔内的工件，造成粘上模，顶出可靠性低；而且弹簧容易失效，影响其使用寿命；依靠工件的成形力将顶料杆压缩回位，影响了工件成形，造成局部镦粗，产生废品。方案（2）的特点是结构简单，与氮气弹簧结构相比较，顶出工件动作过程相类似，但其顶料杆依靠液压力回缩复位而不是依靠工件成形力，不会给工件施加反作用力。由于压力机结构限制，液压系统压力和顶出油缸内径一般不能做得很大，顶出力也不会很大，如果脱模力过大，会造成工件卡在模腔内，而且液压系统还会有泄漏问题，维修不方便。方案（3）该上顶料机构冲击小，顶出工件稳定可靠，但结构较为复杂，且由于凸轮摆动角度仅有约±15°，摆动速度完全靠偏心轴及连杆控制，其顶出行程一般不超过50mm。方案（4）这种顶料机可以根据压力机的特点通过改变各摆杆的相对长度，经过不断的优化使上顶出机构的运动速度和滑块回程速度匹配，从而保证工件被平稳顶出，不影响工件成形，缺点是拆装不方便。方案（5）和方案（4）类似，方案（5）可以保持最大顶出位置，使夹钳夹紧工件可靠，但结构比方案（4）复杂，而且凸轮容易磨损，由于顶料杆与动力齿轮相隔比较远，方案（5）的传动也比方案（4）复杂。最后综合考虑，我选择方案（4）为最终设计方案。

3. 研究计划与安排

第1—3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成外文资料翻译和开题报告。

第4—7周：设计方案拟定、计算、完成结构的装配草图；

第8—10周：绘制工程图；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 朱畅.多工位自动螺母冷缴机关键部件设计及Ｍ１２小法兰螺母冷敏王艺设计[d],上海:上海交通大学,2005;1-3

[2] 阮和根.全自动多工位冷缴机设计及关键部件的优化分析[d].上海:上海大学,2010:3-10

[3]汪帆. 六工位自动冷镦机关键部件设计及分析[d].南京农业大学,2014.