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金属片
折弯
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金属片折弯成型机构设计含7张CAD图,金属片,折弯,成型,机构,设计,CAD
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XXXXXXXX论文题目：金属片折弯成型机构设计学院：年级：专业：姓名：学号：指导教师：20XX年5月10日 摘要本课题研究的是对金属片进行折弯的机构设计，主要是利用曲柄摇杆机构进行往复的直线运动提供冲压力，再结合冲压知识和模具的原理对金属片进行折弯成型。该折弯机的特点为节能高效，相比冲床而言本设计能方便高效地将金属片进行Z形成型。折弯机可以大批量生产，其产品适用于应用广泛而对精度要求不高的场所。例如相框等墙上装饰品的固定或小型家电在墙面的固定。该折弯机体积较小，节约了空间，节约了制造的成本。本设计有自动上料下料的结构，折弯和送料过程由控制电路控制电机完成，节约了人力。关键词:金属片Z形折弯；曲柄摇杆机构；折弯机AbstractThe subject of this paper is the mechanism design of metal sheet bending,mainly using the crank rocker mechanism for reciprocating linear motion with pressure,combined with stamping knowledge and the principle of the die for metal sheet bending molding.The bending machine is characterized by energy saving and high efficiency.Compared with the punch, this design can conveniently and efficiently form the Z shape of the metal sheet,bending machines can be mass produced.Its products are widely used in places with low requirements for accuracy, Such as picture frames and other decorations on the wall fixed or small electrical appliances on the wall fixed.The bending machine is small in size,saving space and manufacture in cost.This design has the structure of automatic feeding and unloading,the bending and feeding process is completed by the motor controlled by the control circuit to save man power.Keywords:The sheet metal bends in a Z shape; Crank and rocker mechanism; Bending machineII 目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 研究的目的及意义11.2 国内外发展现状11.3 折弯机未来发展方向21.4 设计主要内容2第二章 设计要求计算32.1 工件尺寸计算32.2 折弯力计算32.3 折弯机公称压力行程要求4第三章 压力机构设计53.1 曲柄摇杆机构设计53.1.1 曲柄摇杆机构尺寸确定及运动分析53.1.2 偏心轴设计63.1.3 摇杆设计73.2 电机选择83.3 飞轮设计93.4 V带传动设计103.5 离合器选择13第四章 其它机构设计154.1 折弯结构设计154.2 送料机构设计16第五章 总体结构195.1总体结构二维三视图195.2总体结构三维图21结论22参考文献23致谢24第一章 绪论1.1 研究的目的及意义随着中国制造2025计划，我国越来越注重对机械工业的发展。因为机械工业所带来的制造方式的的发展直接影响了国家社会的发展和进步，并且机械工业为工农业提供了有安全保障的机器设备维持其发展与进步。所以说机械工业的水平是评价一个国家综合国力的重要指标。本研究以现有折弯机为设计参考，旨在设计一台结构简单、节能方便的金属片折弯机构以应对制造业的需求。当前企业中板料折弯的大多数方式都是折弯机折弯，其是与模具相配合使用的机器。模具现在已在机械领域发展到一定规模，有一系列的标准件可供选择，而且制造成本低廉，可以方便地购买替换。本设计同样参考了模具的折弯原理，有着与之类似的优势。不过由于对折弯效率及节约人力的要求本设计在精度上不如模具，相应的由于本设计结构简单在制造成本上要小很多。相比于昂贵的大型自动化折弯设备，本设计有成本优势，为一些小规模企业提供了更具性价比的方案，丰富了市场上折弯机的选择。1.2 国内外发展现状近几年来，国内的折弯机有了长足的发展。其发展有许多技术的发展支持，其中包括液压技术、数控技术、传感技术、网络技术等。数控技术在折弯机领域的应用也让折弯机的发展在自动化程度和精密程度上上了一个新台阶。现代折弯机有着诸多优点，能满足市场大批量且精密度高生产的要求。由于各技术水平的参差不齐，当前折弯机市场竞争尤为激烈，近年来我国每年需求的中高等折弯机数量为5-6万台左右，总金额达60余亿元。而在这个需求量中，进口折弯机比例高达85%，所以我国折弯机领域还有很大的发展空间，在先进折弯技术方面还有很长的路要走。国外的折弯机早已实现液压化，现在已普遍采用电液比例（或伺服）控制技术对两个油缸的同步位置、速度和压力进行精确控制。并且其发展更是迅猛异常，并越来越趋向于CNC、DNC和柔性自动化。随着锻压技术的发展和满足小批量生产，只要用户需要，即能提供多功能的各种数控锻压机械。采用CNC前挡料装置的CNC剪板机不但可提高剪板机的生产效率，还可以提高零件的精度和重复精度。1.3 折弯机未来发展方向随着自动化潮流的发展方向以及数控技术在折弯机领域的应用程度加大。当今的生产模式应有相应的生产设备做为支持。CAD和CAPP正在数控系统中灵活应用于当今的数控折弯机，数控折弯机在当代金属板材成型的加工中有不可替带的地位和大好的发展前景。对于未来折弯机行业的新形势，数控折弯机将会是发展的主流，会有更为高效自动化程度更高的折弯机出现，促进机床行业的进步。1.4 设计主要内容该设计的主要内容是将3mm厚15mm宽的Q235钢板材折弯加工成Z形金属片由电机带动飞轮提供动力，由离合器总成将转矩传到偏心轴，再通过偏心轴和摇杆组成的曲柄摇杆机构将旋转运动变为往复的直线运动将压力施加到板材上，最后通过凸模凹模的成型作用使板材成型。通过计算可由控制电路控制送料机构进行间歇送料实现连续自动的冲压过程。第二章 设计要求计算2.1 工件尺寸计算冲压是指在常温下靠压力机和模具对板材带材管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离从而获得所需形状和尺寸的工件的加工方法。在对板材进行折弯时金属片会发生弯曲变形，需要计算其型变量以便后续对进料机构的设计。Z形片的尺寸如图2-1。图2-1Z形金属片尺寸图由冲压工艺与模具设计表4-2知Q235钢的最小弯曲半径为0.8t=2.4mm(t为金属片厚度)，取r=2.5mm。表4-3得V形90度应变中层位移系数x=0.28则总展开长度=25+15+25+1.57(2.5+0.283)2=71.68mm2.2 折弯力计算弯曲工艺力指弯曲折弯过程中的各种力，通常包括弯曲力压料力冲裁力等。弯曲力指完成工件工艺加工工序所施加的压力。一般为选择压力机而计算，本设计中需计算折弯力以计算曲柄摇杆机构需施加的公称力。弯曲力的大小不仅与毛坯的尺寸材料、力学性能、凹模支点间距、弯曲半径等因素有关而且与弯曲方式有很大关系。生产中常用经验公式进行计算。由机械设计手册得Q235抗拉强度为375-460MPa，取Rm为400MPa。由冲压工艺与模具设计表4-6得V形件自由弯曲力 （2-1）=159400/(3+2.5)=9818.2N式中b-弯曲件宽度t-弯曲件厚度Rm-抗拉强度r-弯曲半径由于工件形状简单取=0.3由公式4-6 （2-2）=0.39818.2=2945.5N综上总压力F1.2=1.2（2945.5+9818.2）=15.3KN即飞轮通过离合器总成传到偏心轴的转矩转化后作用力应大于15.3KN。2.3 折弯机公称压力行程要求该设计压力部分参考了小型压力机的原理，故对一些主要参数要进行确定。曲柄压力机的技术参数表示压力机的工艺性能和应用范围。其参数滑块行程指滑块从上死点到下死点的距离。在滑块行程中又包括公称压力行程，该参数由公称压力角确定，指公称压力到达下死点前某一特定距离。查资料得公称压力角范围是20-30，由于该设计中公称压力为1.5T左右属于小型压力机的范畴，故取30。查资料得开式压力机的公称压力行程为3-15mm。第三章 压力机构设计3.1 曲柄摇杆机构设计3.1.1 曲柄摇杆机构尺寸确定及运动分析曲柄滑块机构的分析图如图3-1所示图3-1曲柄滑块机构简图由机械设计手册-机构设计中对心曲柄滑块的尺寸及运动得则S、V、a对于压力角的变化趋势如图3-2所示图3-2行程、速度、加速度相对于的变化趋势图滑块行程S等于偏心轴的偏心距，则S=21mm,R=S/2=10.5mm,设摇杆长度为L，传入角70则L=R/cos70=10.5/cos70=30.88mm取连杆长L=111mm3.1.2 偏心轴设计由于本设计中曲柄摇杆机构所传的力很大，一般的连杆无法达到强度要求，故设计为偏心轴结构来完成其功能。偏心轴优点在于不仅能传递自转以传递扭矩，还能传递公转来完成曲柄的功能。偏心轴的零件图如图3- 3。图3- 3偏心轴零件图轴的最小直径确定由于选用电机额定功率为0.55kw，假设偏心轴上的功率也为0.55kw。轴上载荷较大选用材料为40Cr。由机械设计手册得最小轴径公式 （3-1）查表12-2得40Cr的C为107-98，取C=107得d11.46mm轴上有两个键槽d11.461.1=12.61mm综合摇杆直径的设计取d=30mm。轴的右侧通过键与轴套法兰固定连接，轴套法兰、滚柱、六角凸轮、联轴节、离合器外套构成的超越离合器与飞轮连接，飞轮与偏心轴通过轴承连接，右端通过轴盖完成连接。轴的中间部分与摇杆的固连件结合，其间安装了铜套以减小冲压过程曲轴摇杆间相对运动产生的摩擦。偏心轴与箱体连接的部分也设计了铜套减小偏心轴转动的摩擦损耗。轴的左侧通过槽口与三个摩擦片固连，另外三个摩擦片与箱体固连。最左端设计了可以扭动的端盖，其与三组摩擦片在折弯机停止工作后起制动的作用。轴系装配图如图3- 4所示。图3- 4偏心轴轴系示意图3.1.3 摇杆设计本设计中摇杆同样要传达很大的压力，所以设计了球头螺杆来完成摇杆的功能。球面副连接具有承载大的优点，其强度也比普通的铰接高。该球面接触结构要进行精密加工。球面研磨制成，要保证几乎没有间隙以减小转动的摩擦力。上文中确定了摇杆长度为111mm，而本设计的连接件到轴心的距离为55mm，故球半径设计为16mm。设计螺杆端面到球心的距离为48mm。其结构如图3-5所示。图3- 5球头螺杆结构示意图摇杆球面与滑块导柱连接。其安装方法可先将球头螺杆与球碗安装再将球碗焊接于滑块导柱上。球面上方设计了球盖完成固定，球盖通过4个M1的螺钉连接在导柱上。为使连接稳定可靠，球面安装高度为球心在导柱上端面的下方8mm处，保证球高度的3/4在导柱内。3.2 电机选择普通冲压加工工艺在确定了工件的大小形状后应按照计算的工件所需冲压力来选取压力机。由于本方案参考压力机的原理设计，故选择电机的方法与之类似。其参数要求如表3- 1所示。公称压力/kn公称力行程/mm滑块行程/mm行程次数/min工件厚度/mm工件宽度/mm载荷程度生产规模工作性质165.521300315大大断续周期性表3- 1工作要求参数图则电机功率为 （3-2）式中P-电机额定功率K- -一般取1.2-1.6A- -工作循环所需的总能量t-工作周期时间-工件变形功-压料功由于行程次数300次/分属于中等，故K取1.6由于采用自动送料，故冲床利用系数取1工件变形功,很小忽略不计工作周期t=（60/300）1=0.2s由于采用自动送料，传动为二级，故取0.4则选用Y80M1-4三相异步电动机，其额定功率为0.55kw,额定转速为1390r/min。则总传动比i=1390/3004.53.3 飞轮设计压力机的负载属于冲击载荷，在一个工作周期内只在将工件折弯成型时承受工作负荷，而其余的行程则为空转。 若将发动机与偏心轴直接连接会造成大量的功能浪费，而且冲压过程载荷有冲击会对发动机造成损害。为了减少这种损害保护压力机，该设计在传动系统中设置了飞轮结构。其作用为储存能量和释放能量，即在下方滑块接触到工件对其折弯时飞轮释放能量用来冲裁工件，而在冲压结束后滑块离开工件时，载荷逐渐减小消失，飞轮就加速旋转以储存能量。以此来保证先一个冲压过程前恢复到冲压所需的角速度完成其释放能量和储存能量的功能。飞轮的结构如图3-6飞轮零件图。图3-6飞轮零件图以下是对飞轮惯量的计算：在冲压过程中能量主要由飞轮供给，若忽略此时发动机输出的能量，由 (3-3) (3-4)则=43有所选电机型号查表得Sf=0.02,Se=0.027使Se=0.1K=1.2查表得=0.85则3.4 V带传动设计V带是一种横断面为梯形的环形传动带，它适用于小中心距与大传动比的动力传递，广泛应用于纺织机械、机床以及一般的动力传动。 其优点有：1.带的材料可弹性形变能减小冲击。2.带传动运行平稳。3.在传动过程中噪音较小。4.折弯机故障过载时带会打滑，起保护作用5.设计为标准件，安装换用简单方便6.带长可以人为控制可通过设计使折弯机结构紧凑。 由于以上优点及其传递扭矩的稳定性，本设计采用V带连接飞轮与电机。以下为V带传动的计算：根据设计功率Pd和小带轮转速n,由机械设计手册图7-9可选A型带。由表7-4查普通V带带轮最小基准直径得A型带，选小带轮直径为75mm故大带轮基准直径大带轮基准直径由表7-7得其传动比误差故可用由带的速度公式 (3-5)式中d为小带轮基准直径，n为电机转速故v=3.1475300/(601000)=1.1775m/s,符合要求根据经验公式初步确定中心距(3-6)0.7（75+340）a2(75+340)即290a830为了结构紧凑节约空间，取中心距为290mm由带的基准长度公式 (3-7)得由普通带基准长度表得计算实际中心距a (3-8)计算小带轮包角 (3-9)=180-（340-75）57.3/299=129.2120故符合要求由公式3-10确定带的带数 (3-10)式中为包角修正系数由表7-4得其为0.96为带长修正系数由表7-5得其为0.99为单根带所能传递的功率查表7-2得其为0.61kw为之前设计的0.55kw故Z=0.86取Z=1根计算带的初拉力 (3-11)式中m为普通带每米长的质量，查表7-1得m=0.1kg/m带入数值得计算带作用于轴上的压力 (3-12)式中F0为送边拉力与拉紧边拉力的向量和，可近似看作带两边所受初拉力的合力Z为带的根数，为小带轮包角故3.5 离合器选择离合器在本设计中起到了重要的作用，其与飞轮相连将飞轮储存的能量传至偏心轴使其旋转产生冲压力。而在冲压过程中离合器又需只传递扭矩而不能将飞轮的高速度传到轴上，结合这一特性本设计采用一种刚性超越离合器来完成这一目的。超越离合器是随着机电一体化产品的发展而出现的基础件，它是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件。它是利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换具有自行离合功能的装置。本设计利用其主、从动件间的相对速度变化来完成离合作用。现在市场中超越离合器的标准件多用于汽车、摩托车的配件，其大多数传递的额定扭矩仅有几千牛每米，而符合本设计扭矩的标准件其小轴的安装要求都大于100mm,而本设计中的安装离合器部分偏心轴径仅有33mm,这明显与设计冲突，故本设计参考选用JB04号小型压力机的离合器总成。其由滚柱、六角凸轮、联轴节、离合器外套和轴套组成，具体实际结构如图3-7离合器总成实际结构图所示。三维模型图如图3-8离合器总成三维示意图所示。图3-7离合器总成实际结构图图3-8离合器总成三维示意图在折弯机未冲压过程中，离合器将飞轮与曲轴连接带动曲轴以同一速度旋转。当冲压发生时轴上由于有载荷的阻力会发生减速，此时飞轮与偏心轴分离而与离合器间的滚子发生相对滑动，由滚子与六角凸轮间的作用力将扭矩连续的传入偏心轴进行冲压。第四章 其它机构设计4.1 折弯结构设计本部分设计参考模具的设计原理完成。设计了与导柱固定连接的滑块，其在折弯中起凸模的作用，导柱上设计有导向槽用来保证滑块的压力中心与凹模相同。由于本设计要求可连续工作且有自动上料机构，所以参考复合模具的原理在滑块的左侧设计了一组槽口以安装可冲裁板料的镶块，后挡板及凹模上的槽口也是同理，在冲压力下通过两组镶块完成对板料的冲裁。折弯机构的滑块的结构尺寸如图4-1所示。图4-1滑块零件图具体的折弯过程为：冲压开始滑块左侧的高出部分先于板料接触，通过两组镶块的剪切作用先将板料冲裁断，冲裁掉的废料自由下落到设计的废料腔中，然后滑块继续向下移动将金属片折弯成型，短暂保压后滑块向上移动与工件脱离，在脱离后送料机构向内送料81mm(包括工件的展开长度71mm及冲裁掉的废料10mm)。送进的板料将成型的Z形工件顶出，工件在右侧收集，完成自动上料和下料。整体折弯机构三维示意图如图4-2。图4-2折弯机构三维示意图图由于该滑块和凹模的外形简单，大批量生产工件，由冲压技术与模具设计书中弯曲模的常用模具推荐材料和硬度要求如表4- 1。冲压件与冲压工艺情况材料凸模硬度/HRC凹模硬度/HRC1形状简单，中小批生产T10A56-6256-622形状复杂Cr12、Cr12MoV60-6460-643大批量YG15、YG2086844加热弯曲4Cr5MoSiV152-5652-56表4- 1模具工件推荐材料和硬度要求表故取其材料分别为YG15和YG20，其中滑块硬度86HRA,凹模硬度84HRA。其中凹模的压力中心通过上机架的滑块导柱导轨和下机架的定位挡块约束，使其二者重合。而滑块因与导柱固连，则由导柱导轨上的槽对其运动一次定位，在下机架的前挡板和后挡板及板上的定位块对其进行二次定位以保证其行程的精确性。4.2 送料机构设计送料机构带轮结构示意图如图4- 3送料带轮零件图所示。图4- 3送料带轮零件图其是由两个送料带轮将板料压紧并传送，其中下轮为主动轮负责动力的传送，上轮为从动轮负责支撑与压紧板料。两轮均通过轴与下机架相连，轴与机架连接部分设计有铜套以减小转动的摩擦力。两轮的间隙距离设计为3mm,两轮轮上设计有可弹性形变的橡胶带，带厚3mm。当板料送进带轮间时轮上的带发生弹性形变将板料压紧并且橡胶带在压紧时产生摩擦力作为进料的动力。其中下送料带轮通过键与下轴连接，下轴通过一对斜齿轮与动力马达连接，由于送料所需的转矩不大，本设计选用型号为DM-06-2A-FB-12的微型减速电机作为动力马达。该送料部分应有控制电路对进料进行控制，使之与冲压行程过程配合，实现定量的间歇运动。其具体参数如下结构参数如图4- 4动力马达外形参数图所示。图4- 4动力马达外形参数图该电机体积小，可安装于下机架的挡板后方。选用一组锥齿轮将其与下送料带轮连接，为料提供动力。 由上文中计算得一次的冲压行程时间为t=0.2s，所需送料81mm，每分钟冲压次数为300次。而送料带轮直径d=60mm。故所需速度v=s/t=0.081/0.2=0.405m/s则送料带转速转/分锥形齿轮型号参数如表4- 2锥齿轮型号参数表所示。表4- 2锥齿轮型号参数表则根据转速比、电机输出轴径和下送料带轮轴径选取锥形齿轮型号为BGSTHS，其材质为45钢，表面有四氧化三铁保护膜。模数为1.5，齿数分别为20和40。满足设计要求。轴上安装尺寸为8mm和10mm，通过螺钉固定。第五章 总体结构5.1总体结构二维三视图二维图可以清晰地表达设计零件的外形尺寸及装配公差要求等信息，本节中给出了金属片折弯机的三视图并对主要结构在主视图里加以剖视使结构更清晰明了。其主视图如图5- 1折弯机主视图所示，侧视图如图5- 2折弯机侧视图所示，俯视图如图5- 3折弯机俯视图所示。主视图中在轴系部分和摇杆导柱部分进行了剖视，以便看到其分布情况及工作原理，下方部分去除了前挡板以便看到送料及折弯部分。图5- 1折弯机主视图侧视图中给出了折弯机整体的尺寸大小、v带传动的分布及v带的中心距大小。图5- 2折弯机侧视图图5- 3折弯机俯视图5.2总体结构三维图相比二维图而言，三维图更直观、生动、立体感强。本节中给出了用Solidworks绘制的折弯机三维图，图中不同零件以不同颜色区分方便查看。具体结构如图5- 4总体结构三维图所示。图5- 4总体结构三维图结论本设计设计了金属片折弯机的整体结构，及个别主要零件的设计计算。设计了主机架作为机体，在其上设计了由电动机、飞轮、V形带组成的动力机构，由偏心轴、球头螺杆组成的压力机构，由导柱、滑块、下机架组成的折弯机构，由下机架、送料轮、小马达组成的送料机构等。并在设计中对部分重要零件进行了参数计算。按照一定要求完成了对金属片进行Z形折弯的设计要求。本设计的优点：1.折弯机体积小制作成本低2.发动机功率小节能高效3.可用于大批量生产4.零件简单易采购替换方便还需改进：1.将电机动力同时供给压力机构和送料机构，实现全机一个动力源2.折弯部分精密度提高参考文献1 成
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