一種新型自動(dòng)冷鐓機(jī)切斷保險(xiǎn)裝置設(shè)計(jì)

于曉玲，武帥

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

0 引言

近年來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家率先實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化、智能化、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)等，柔性制造已成為未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)的研究方向。

多工位自動(dòng)冷鐓機(jī)在歐美及日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展迅速，如美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、英國(guó)等，其使用范圍也日益擴(kuò)大。我國(guó)從20 世紀(jì)50 年代初就開(kāi)始生產(chǎn)自動(dòng)冷鐓機(jī)，從單雙擊到80 年代初的多工位冷成形機(jī)，產(chǎn)品種類(lèi)繁多。自動(dòng)冷鐓機(jī)生產(chǎn)的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)件廣泛應(yīng)用于航空航天、核電、汽車(chē)、船舶等各個(gè)行業(yè)中。

近年來(lái)，我國(guó)的冷鐓機(jī)械設(shè)備也獲得長(zhǎng)足發(fā)展。如對(duì)老產(chǎn)品Z47 系列多工位螺栓聯(lián)合機(jī)、Z41 系列多工位螺母冷鐓機(jī)，以及筒類(lèi)、桿類(lèi)多工位冷鐓機(jī)成形機(jī)進(jìn)行多種改進(jìn)和創(chuàng)新，使其更能適合客戶生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的需求。但自動(dòng)冷鐓機(jī)中切斷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式一直比較單一，沒(méi)有較新突破。

本文介紹的新型自動(dòng)冷鐓機(jī)切斷保險(xiǎn)裝置設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)自動(dòng)冷鐓機(jī)切斷箱結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，采用氣動(dòng)控制，維護(hù)方便、準(zhǔn)確性高，提高了切斷安全性，防止切斷意外發(fā)生時(shí)其他關(guān)鍵零件被損壞，確保用戶利益最大化。

1 傳統(tǒng)自動(dòng)冷鐓機(jī)切斷機(jī)構(gòu)

根據(jù)金屬塑變理論，冷鐓機(jī)在常溫下對(duì)金屬坯料施加一定壓力，使之在模腔內(nèi)產(chǎn)生塑變，按規(guī)定的形狀和尺寸成形。切斷箱機(jī)構(gòu)屬于自動(dòng)冷鐓機(jī)產(chǎn)品中重要的核心部件之一，主要完成坯料的切斷工作。其主要工作原理參見(jiàn)圖1，主電機(jī)將動(dòng)力傳遞到曲軸，曲軸上通過(guò)鍵連接1 切斷偏心盤(pán)，9 切斷拉桿一端與1 切斷偏心盤(pán)通過(guò)3 固定銷(xiāo)連接，另一端與10切斷滑塊連接，10 切斷滑塊上裝有切斷凸輪板和回程凸輪板，當(dāng)切斷刀完成坯料切斷動(dòng)作返回時(shí)，切斷返回彈簧推動(dòng)連接在切斷滾子軸上的頂板移動(dòng)，以此來(lái)保證切斷滾子與切斷凸輪板工作狀態(tài)下無(wú)間隙，最終使坯料切斷過(guò)程中切斷刀運(yùn)行平穩(wěn)，切斷長(zhǎng)度可靠，切斷精度高，提高該類(lèi)設(shè)備的零件制造精度，同時(shí)減少噪聲，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

圖1 傳統(tǒng)的切斷機(jī)構(gòu)示意圖

當(dāng)主電機(jī)帶動(dòng)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切斷刀按一定的時(shí)間先后循環(huán)關(guān)系完成切料動(dòng)作，配合完成制件的鐓鍛，9 切斷拉桿一端通過(guò)3固定銷(xiāo)與1 切斷偏心盤(pán)連接，另一端與10 切斷滑塊連接，切斷刀所發(fā)出的切斷力完全由切斷拉桿傳遞，當(dāng)坯料直徑超過(guò)最大切斷直徑時(shí)，負(fù)責(zé)傳遞切斷動(dòng)力的拉桿將承載較大的切斷力，設(shè)計(jì)者在初步確定拉桿的外形尺寸時(shí)通常先用inventor 進(jìn)行三維建模，然后利用Ansys 導(dǎo)入模型進(jìn)行有限元分析，計(jì)算出拉桿最大受力及變形，確定拉桿最終設(shè)計(jì)尺寸。但是當(dāng)拉桿承受的切斷力超載時(shí)將出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，

切斷刀的切斷動(dòng)作與滑塊鐓鍛是有時(shí)間循環(huán)關(guān)系的，一旦拉桿發(fā)生斷裂，不能及時(shí)將切斷刀由第一個(gè)鐓鍛工位拉回至切料工位，這時(shí)主機(jī)仍然通過(guò)曲軸回轉(zhuǎn)將帶動(dòng)滑塊繼續(xù)完成鐓鍛動(dòng)作，最終導(dǎo)致滑塊及陽(yáng)模組件與切斷刀組件撞擊，發(fā)生較大的生產(chǎn)事故，影響生產(chǎn)進(jìn)度，給用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 新型自動(dòng)冷鐓機(jī)切斷機(jī)構(gòu)

新型自動(dòng)冷鐓機(jī)切斷保險(xiǎn)裝置的工作原理如圖2 所示，拉桿設(shè)計(jì)成由切斷拉桿9 與切斷拉桿10 兩部分組合聯(lián)接而成，兩個(gè)4 板與拉桿10 通過(guò)8 個(gè)螺栓連接，同時(shí)夾緊拉切斷拉桿9，兩件夾板6 通過(guò)8個(gè)螺栓與切斷拉桿9 連接，同時(shí)夾緊拉桿10。安全銷(xiāo)7 同時(shí)將切斷拉桿9 和切斷拉桿10 貫穿聯(lián)接，此安全銷(xiāo)上有?4mm 通氣孔，與機(jī)床氣動(dòng)控制系統(tǒng)連接，當(dāng)切斷拉桿承載的壓力過(guò)大時(shí)兩個(gè)拉桿9 和10 將發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)安全銷(xiāo)7 有個(gè)剪切作用，當(dāng)剪切力足夠大時(shí)兩個(gè)拉桿將會(huì)把安全銷(xiāo)剪斷，此時(shí)安全銷(xiāo)內(nèi)部通氣小孔漏氣，氣體泄漏導(dǎo)致壓力降低，管路上連接的壓力控制器就會(huì)將異常信號(hào)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)收到后立即停機(jī)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)停止往復(fù)運(yùn)動(dòng)，避免發(fā)生重大事故。

圖2 新型的切斷機(jī)構(gòu)示意圖

3 改進(jìn)效果

該新型自動(dòng)冷鐓機(jī)切斷機(jī)構(gòu)一改傳統(tǒng)形式中切斷拉桿的單一結(jié)構(gòu)，將切斷拉桿設(shè)計(jì)成一套具有自動(dòng)報(bào)警功能的保險(xiǎn)裝置，由機(jī)床氣動(dòng)控制系統(tǒng)控制，解除了傳統(tǒng)切斷機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的安全隱患。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試用，該保險(xiǎn)裝置與傳統(tǒng)切斷結(jié)構(gòu)相比具有如下有益效果：

（1）氣動(dòng)系統(tǒng)與電控系統(tǒng)結(jié)合，安全系數(shù)高，提高主機(jī)的安全性；

（2）該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)制造容易，操作及維護(hù)方便，性?xún)r(jià)比較高；

（3）提高了工作效率，一定程度上保護(hù)用戶的利益。

該新型自動(dòng)冷鐓機(jī)切斷保險(xiǎn)裝置已在生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛使用，安裝方便，效果明顯，深受廣大用戶的歡迎。