打印机刮板的加工工艺设计

PAGEPAGE2PAGE2第1章绪论1.1零件行业的发展现状及市场前景近几年国家经济的快速发展推动其他行业的快速发展，特别是国家科学技术在机械加工的大力支持下，国家各项新型科学技术在机械加工中得到广泛应用，目前零件机械加工已经能够有效利用成熟的数控技术完成相应的操作，在这种自动化和机械化的社会背景下，零件加工技术需要相应的技术人员具备一定的基础能力，同时还要掌握较为专业的技术才能更好地融入工作中。为此，应该明确当前机械零件设计的基础原则，通过详细的分析和相应的技术做好改善，从而解决当前存在的问题，这样能够大幅度提高自身的工作能力。因此，深入分析相应的技术，根据原则完成自己的工作，从而提高工作能力。由于现代化技术在零件加工业中的不断渗透、互相融合，目前国内大型企业在零件加工中都会使用一定的技术支持，大多数情况下都会使用控制技术来提高部件加工的生产效率、整体性质。同时，也可以确保企业解放出大量人工劳动力，降低工资成本。但是，由于相应的设备对相关技术人员的操作水平有一定的要求，技术人员不断对相关内容进行改善和调整，才能更好地适应相关工作，从而确保工作能够有效展开。从宏观的角度来看，理论与实践具有一定的连接性，所以想要有效提高其零件的制作水平，有效方法就是了解相关的内容，从而确保相关技术人员能够有效开展工作，在这样的情况下能够确保相关的设备符合工作需求，同时还有于工作人员更好的对设备的数据与信息进行把控和了解。一般情况下，相关技术人员对设备的运用的越多其了解的更多，而且在后续的使用中也会越加灵活。另外，机床相关的操作人员应该做好相应的规划和设计工作，这样的情况下能够更好地做好相关工作，只有这样才能将工作全面落实，而且还能节省，同时还能大幅度提高工作效率，这样能够为企业赢得更大效的利益。相应的工作人员需要按照规定展开操作，熟练掌握相关参数和设备操作程序，而且还要根据自身的经验不断地做出分析，找到更加合适的工作形式，以此找到最合适的方法，做好相应内容的编程与改善，以此大幅度提高编程的质量，促进其不断成长。本设计选取打印机刮平器为研究对象，对其加工工艺设计规程进行研究。1.2工件设计要点零件总体结构形式的确定是设计时必须首先解决的问题，零件类型的选定，应以合理的工艺过程为基础，根据件的形状、尺寸、精度要求、材料性能、生产批量、设备、零件加工条件等多方面的因素，做综合的分析研究并考虑综合经济效果，在满足件质量要求的前提下，达到最大限度地降低件的成本。确定零件结构形式时，必须解决以下几方面的问题：(1)零件类型(2)操作方式：手工操作，自动化操作，半自动化操作；(3)进出料方式：根据原材料的型式确定进料方法，取出和整理零件的方法，原材料的定位方法；(4)压料与卸料方式：压料或不压料，弹性或刚性卸料等；(5)零件精度：根据件的特点确定合理的零件加工精度，选取合理的导向方式及零件固定方法等。同时，在制造零件时，除生产批量、生产成本、质量要求外，在设计时还必须对其维修性能、操作方便、安全性特别是手工操作模的安全方面等予以充分的注意。1.3.加工设备的选择设备类型的选择要依据件的生产批量、工艺方法与性质及件的尺寸、形状与精度要求来进行。压力机原理图如图1-4所示。图1-4曲柄压力机传动系统(1)根据件的大小进行选择，参照表1.1。表1.1按件大小选择设备零件大小选用类型特点适用工序小型或中小型开式机械压力机有一定的精度和刚度，操作方便分离及成形（深度浅的成形件）大中型闭式机械压力机精度与刚度更高，结构紧凑，工作平稳分离、成形（深度大的成形件）(2)考虑精度与刚度：在选用设备类型时，还应充分注意到设备的精度与刚度。压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载时零件间隙会发生很大的变化，影响件的精度和零件寿命。设备的精度也有类似的问题。尤其是在进行校正弯曲、校形及整修这类工艺时更应选择刚度与精度较高的压力机。在这种情况下，板料的规格应该控制更严，否则，因设备过大的刚度和过高的精度反而容易造成零件或设备的超负载损坏。(3)根据件的生产批量选择，参照表1.2。表1.2按生产批量选择设备件批量设备类型特点适用工序小批量薄板通用机械压力机速度快、生产效率高质量较稳定各种工序厚板液压机行程不固定，不会因超载损坏设备拉深、弯曲、胀形大中批量高速压力机高效率冲裁多工位自动压力机高效率，消除了半成品堆储问题各种工序(4)考虑生产现场的实际可能：在进行设备选择时，还应考虑生产现场的实际可能。如果目前还没有较理想的设备供选择，则应该设法利用现有设备来完成工艺过程。(5)考虑技术上的先进性：需要采用先进技术进行生产时，可以选择带有数字显示的、利用计算机操作的及具有数控加工装置的各类新设备。设备规格的选择应根据件形状的大小、零件尺寸及工艺变形力等进行。从提高设备的工作刚度、件的精度及延长设备的寿命观点出发，要求设备容量有较大剩余。最新的观点是使设备留有30～40%的余量，即指使用设备容量的60～70%。还有的建议只使用容量的50%，即取设备的吨位为工艺变形力的2倍。

第2章工艺分析本次设计工件如下图，材料为20号钢，厚度为1.25mm。图2-1工件三维图以下为工件二维零件图，其最大尺寸230mm，加工精度选择IT14。图2-2工件二维图2.1工件材料由图1-1分析知：此工件材料采用20号钢，生产批量为大批量，需要用零件进行生产。该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深谈淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%。20钢特性与15钢基本相仿，但强度稍高。用途：适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力≤6N/平方，温度≤450℃的非腐化介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。20F钢力学性能：抗拉强度410MPa屈服强度245MPa伸长率>=25%断面收缩率>=55%硬度<=HB156弹性模量206000MPa泊松比0.3由于该零件有1个Ф3mm和2个椭圆形的孔，而且有直线组成的不规则轮廓外形，有1处弯曲，因而零件包含有冲孔、弯曲、落料工序。对于3小孔，由于孔径大于或者等于料厚，不属于深孔冲裁，因此在零件设计时没有必要对冲孔小凸模采取适当保护措施加以保护，也没有必要对凸模进行强度校验。从材质上看，冲裁材料母线为20号钢，属低强度、高延伸性、高延伸率、塑性及流动性好的软材料，有利于成型，总体来说，该零件工艺性较好。2.2工件结构形状工件结构形状相对简单，有1段弯曲，有1个圆形孔，2个椭圆形孔,孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为1.25mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。2.3工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。图2-4工件展开图2.5工艺方案的确定方案一：先冲孔，再弯曲，后落料。方案二：冲孔-弯曲-落料级进。方案三：落料-弯曲-冲孔复合模。表2-1各类零件结构及特点比较零件种类比较项目方案一方案二方案三零件公差等级低一般可达IT13～IT10级可达IT10～IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受零件结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到零件工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施零件制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析：方案一零件结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副零件，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二只需一副零件，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，零件制造工作量和成本比较高。适合大批量生产。方案三只需一副零件，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚零件强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，零件轮廓尺寸较小。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的生产采用方案二最佳。2.6零件结构形式的确定本零件采用侧刃定距。侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距），侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。第3章零件总体设计3.1零件类型的选择由工艺分析可知，采用级进模方式，所以零件类型为级进模。3.2操作方式 零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。3.3卸料、出件方式3.3.1卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且零件结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。工件平直度较高，料厚为1.25mm相对较薄，卸料力较小，弹压卸料零件比刚性卸料零件方便，操作者可以看见条料在零件中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。3.3.2出件方式因采用连续模生产，故采用向下落料出件。3.4确定送料方式因选用的设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。3.5确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在零件压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响零件使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于件尺寸较大或精度要求较高的零件，以及大量生产用的自动模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在零件的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合零件结构形式和送料方式，为提高零件寿命和工件质量，该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。3.6零件设计计算3.6.1计算条料宽度、确定步距、材料利用率3.6.1.2计算条料宽度搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏零件刃口，降低零件寿命。搭边值通常由表3-1所列搭边值和侧搭边值确定。根据零件形状，查表4，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值a=2mm,工件与侧边之间搭边值取a1=2.5mm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值—△B0△=（Dmax＋2a1＋2b1）0△公式（3-1）式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a冲裁件之间的搭边值；a1工件与侧边之间搭边值取。△—板料剪裁下的偏差；（其值查表6）可得△=0.8mm。B0△=230＋2×2.5＋2×1.5=2380-0.80mm故条料宽度为238mm。表3-1搭边值和侧边值的数值材料厚度t（mm)圆件及类似圆形制件矩形或类似矩形制件长度≤50矩形或类似矩形制件长度＞50工件间a侧边a1工件间a侧边a1工件间a侧边a1≤0.251.01.21.21.51.5~2.51.8~2.6＞0.25～0.50.81.01.01.21.2~2.21.5~2.5＞0.5～1.00.81.01.01.21.5~2.51.8~2.6＞1～1.51.01.31.21.51.8~2.82.2~3.2＞1.5～2.01.21.51.51.82.0~3.02.4~3.4＞2.0～2.51.51.91.82.22.2~3.22.7~3.7表3-2普通剪床用带料宽度偏差△（mm）条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)≤50＞50～100＞100～200＞200≤１0.40.50.60.7＞１～20.50.60.70.8＞2～30.70.80.91.0＞3～50.91.01.11.2表3-3侧刃冲切得料边定距宽度b1（mm）条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)金属材料非金属材料≤1.51.52.0＞1.5～2.52.03.0＞1.5～2.52.54.03.6.1.3确定步距送料步距S：条料在零件上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与零件的结构有关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。级进模送料步距SS=Dmax+a1公式（3-2）Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边S＝40.4＋2.5＝42.9mm排样图如图3-1所示。图3-1排样图3.6.1.4计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率η＝Ａ/BS×100%公式（3-3）式中A—一个步距内冲裁件的实际面积；B—条料宽度；S—步距；由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、零件的的结构和寿命、制件的生产率和零件的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则：1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。2)、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。3)、零件结构简单、寿命高。4)、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。一个步距内冲裁件的实际面积，运用CAD软件，工具-查询-面积：A=8955.455mm2所以一个步距内的材料利用率Η=Ａ／BS×100%公式（3-3）=8955.455／238×42.9×100%=87.7%根据计算结果知道选用直排材料利用率可达87.7%，满足要求。3.6.2力的计算3.6.2.1冲裁力和弯曲力的计算在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计零件重要依据之一。用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：F=KLtτb公式（3-4）式中F—冲裁力；L—冲裁周边长度；t—材料厚度；τb—材料抗剪强度；Ｋ—系数；运用CAD软件，工具-查询-长度：L=530mm系数Ｋ是考虑到实际生产中，零件间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3。τb的值查表2为τb=245Mpa所以=1.3×530×1.25×245/1000=211（KN）P2=1.3×27.98×1.25×245/1000=11.14(KN)计算总力PZ：PZ=P1+P2=211+11.14=222.14(KN)根据计算，零件冲裁力为222.14KN。弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和零件结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。1）自由弯曲时的弯曲力公式V形弯曲件：；U形弯曲件：；式中：、——自由弯曲力；B——弯曲件的宽度；t——弯曲件厚度；r——内圆弯曲半径；——弯曲材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取1.3。2）、校正弯曲力公式式中：——校正力；——单位面积上的校正力，Mpa，见表-3；A——弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。表3-4单位校正弯曲力单位（MPa）3）计算本弯曲件弯曲部分，有1处V形弯曲。20F钢的V形弯曲力：==62166.8N3.6.2.2卸料力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算：卸料力FX=KXF公式（6-5）FX=KXF=0.05×222.14KN=11.11KN（KX、KD为卸料力系数，其值查表7可得）所以总力FZ=F+FX+FD=222.14N+11.11KN+62.1668N=295.4168KN压力机公称压力应大于或等于力，根据力计算结果拟选压力机为J23—10。表3-5卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKXKTKD钢≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~2.5＞2.5~6.5＞6.50.06~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.025~0.080.02~0.060.03~0.070.03~0.093.6.3压力中心的确定零件压力中心是指时诸力合力的作用点位置。为了确保压力机和零件正常工作，应使零件的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，零件导向零件加速磨损，降低零件和压力机的使用寿命。的压力中心，可以按下述原则来确定：1）.对称形状的单个冲裁件，的压力中心就是冲裁件的几何中心。2）.工件形状相同且分布位置对称时，的压力中心与零件的对称中心相重合。3）.形状复杂的零件、多孔、级进模的压力中心可以用解析计算法求出压力中心。X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln)公式（5-7）Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn）/（L1＋L2＋…＋Ln）公式（5-8）由于该工件在Y方向上高度对称，所以代入数据计算得：压力中心为（114.27，20.2）。3.6.4零件刃口尺寸的计算3.6.5零件弯曲部分工作尺寸计算3.6.5.1凸、凹模的间隙V形件弯曲时，凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但在零件设计中，必须考虑到要使零件闭合时，零件的工作部分与工件能紧密贴合，以保证弯曲质量。U形件弯曲时必须合理确定凸、凹模之间的间隙，间隙过大则回弹大，工件的形状和尺寸误差增大。间隙过小会加大弯曲力，使工件厚度减薄，增加摩擦，擦伤工件并降低零件的寿命。U形件凸、凹模的单面间隙值一般可按下式计算：；式中：Z/2——凸、凹模的单面间隙；t——板料厚度的基本尺寸；△——板料厚度的正偏差；C——根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数，其值按表3-6选取。表3-6间隙系数C值（单位mm）当工件精度要求较高时，间隙值应适当减小，可以取Z/2=t。查有关资料板料厚度的正偏差为由公式可得：5.5.5U形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差凸、凹模工作部分尺寸主要是指弯曲件的凸、凹模的横向尺寸。当工