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【新闻】基于SolidWorks的熔模铸件切割机的设计咸宁

发布时间:2020-10-18 19:18:50 阅读: 来源:石英表厂家

熔模精密铸造以其广泛的适应性以及尺寸的高精度,越来越受到制造行业的青睐,它不仅可以铸出机加工难以制造的复杂零件,而且可以保证尺寸的精度,出模之后几乎不用或很少需要二次加工。由于熔模铸造的零件大部分为异形件,其浇注使用的模头也形状复杂,因此在出模后,将铸件从模头浇口上切下的过程效率低下,人工操作很不安全。为此,就需要一种可以代替人力,进行自动切割的熔模铸件专用切割机器,对于该方面的研究,国外的研究成果要领先于国内,如德国Universal公司的ASANTTM800切割机,德国莱克曼父子公司的TS800全自动浇口切割机等。但国外的铸件切割机器大都适应于大型铸件组的切割'且造价昂贵,而国内的熔模铸件厂家大都为小型家族企业,生产的铸件多为小型件,目前,国内各厂家仍采用人工手动切割,效率低且操作危险。为此,设计了半自动熔模铸件切割机,并分析了关键部件的受力情况,确保了切割机的可靠性,保证了切割工作的安全性,提高了熔模铸件切割的效率。

1切割机总体机构设计1.1熔模铸件切割要求熔模铸件在出模后,成枝状分布,铸件三维模型如所示,其浇口宽度只有10mm左右,大大增加了切割的难度。

铸件三维模型1.浇口2.铸件3.冒口特殊的构造形式,提出了特殊的切割要求。

操作安全。切割过程中,砂轮以将近3 000r/min的转速高速旋转,在进刀切割时,机构不稳定,会造成砂轮片偏摆;进刀速度太快,会卡死砂轮片,极有可能使砂轮片崩碎伤人;此外,在进给过程中,飞溅的火花甚至飞屑都是造成危险的因素。因此,设计时应首要考虑操作人员的安全问题。

适用范围。熔模铸件多种多样,其浇口宽度从第一作者:张云谦,男,1987年生,河北石家庄人,硕士研究生;研究方向为机电一体化。E-mail:zyqq1027126.com通讯作者:孙维连,男,1956年生,河北保定人,博士,教授;研究方向为机械零件失效分析。E-mail:bd999eyou.com几毫米到几十毫米不等,应使切割机的适用范围尽可能的广,提局利用率。

实现半自动化,提高效率。如前所述,熔模铸件的特殊构造造成了其切割的难度,人工切割不但存在安全隐患,而且费时费力。切割机应能够现实切割的半自动化,操作人员只需要装卸工件,其它工作由控制系统完成,把人从劳动中解放出来,既解决了安全问题,也可以提高切割效率。

保证铸件的质量。切割过程应保证铸件的完整性,避免切伤工件。

1.2熔模铸件切割机整体结构设计为满足操作安全的要求,本切割机设计了钣金外壳防护罩M,以及风机除尘装置。其整体外形示意如所示。

8.工件收集箱机械结构整体示意图如所示,主要有Y向倒置工作台,两个切割主轴,以及工件托架机构组成。

为了增大该切割机的适用范围,设计了砂轮主轴调整机构,使得砂轮可以前后移动、上下移动,其中前后调整是为了满足不同的浇口宽度,上下调整是为了补偿磨损的砂轮片,使得砂轮片可以充分利用。为实现切割的半自动化,采用了步进电机工作台,控制器采用信捷PLC,人工上件后,由按钮启动或暂停进给,并可调节进给速度。为了避免切伤工件,设计了倒置工作台,若采用正置工作台,即砂轮片在上,工件在下,切下的工件就会掉在下面一排的浇口中卡住,继续进刀,会切伤卡住的工件。为此采用了倒置工作台,这样使得切下的工件可以自行掉落。另外由于是人工上件并夹紧,整个模头很重,设计了工件托架机构,机构采用杠杆原理,脚踩踏板可以托起整个模头,使得操作人员可以轻松上件。

2熔模铸件切割机关键机构设计2.1切割主轴调整机构2.1.1切割主轴部装该机构采用双主轴两侧布置,可以同时切下模头上的两排铸件。由于需要频繁更换砂轮片,两个主轴在纵向上需错开一定的距离,为更换砂轮片留一定的空间。这种双主轴布置需要考虑浇口的宽度,应使两个砂轮片之间的横向距离与浇口宽度相匹配,以避免切伤铸件,为适应不同宽度的浇口,设计了主轴可前后调整的机构,如所示。

1.调整底座2.滑板3.锁紧螺母4.套筒手柄5.顶杆6.套筒7.导套在套筒外圆面锥外螺纹,导套内孔锥内螺纹,套筒法兰安装手柄,转动手柄可以使主轴随套筒前后移动,并加设锁紧螺母,避免在砂轮高速旋转时前后晃动,提高切割时的主轴稳定性。同时,为了补偿砂轮损耗,设计了上下滑动调整机构,如图中滑板2在顶杆5作用下,可在调整底座1中上下移动,从而带动主轴套筒整体上下移动。

22主轴止动结构的设计本设计中,砂轮片夹紧采用的是螺钉连接,在主轴端部打螺纹孔,通过螺钉锁紧夹持片,进而压紧砂轮片,主轴部装剖面图如所示。这样,在装拆时拧螺钉的同时,主轴会跟着起转动,难以拧紧螺钉,为此,采用了顶丝,在主轴套筒上打螺纹孔,并在主轴上相应位置铣两个平面,当装拆砂轮片时,用顶丝将主轴顶住,达到止动的目的。

主轴部装剖面图M8螺钉6.前夹持片7.后加持片由于切割功能的要求,该切割机结构十分紧凑,砂轮片的装拆只能穿过观察窗进行,很不方便,而且砂轮片的损耗速度很快,在大量作业时,需要频繁更换砂轮片。这就要求整个切割主轴的机械结构应该方便砂轮片的装拆。故设计了顶丝止动结构,如所示。

2.2倒置工作台2.2.1总体结构设计如前所述,工作台正置会出现卡件伤件的现象,因此本切割机采用倒置工作台,工作台倒挂在机架顶部,如所示,铸件在上,砂轮片在下切割。所用夹具为台虎钳,并设计了专用钳口4块,用螺栓固定在原有钳口上,从而把模头冒口的空间让出来。

2.2.2薄弱环节受力分析由于将工作台倒置,许多在正置时不承受力或承受的力很小的零件将会承受很大的力,需要提前校核该工作台的可靠性。本设计利用SolidWorks自带的有限元分析模块对其进行受力分析,同时对工作台的变形进行了分析。基本流程是:建立模型、添加约束载荷、划分网格、求解、结果分析、洞察分析、参数化设计和结果分析。

1)分析预处理。为使分析中剔除其它因素的干扰,简化了三维模型,只需留下4个滑块与工作台。

其它的预处理都是参数设置。首先,将材料设置为45号钢,滑块视为刚体,将4个滑块固定,设定连接方式为螺栓连接。施加的外部载荷主要有三部分,各部分的重力,包括滑块以及工作台;另外把台钳以及铸件的重力当做拉力计算,数值设定为300N;第三部分是切割过程中的横向剪切力,将该力移动至滑块上,并增加了一个适当的扭矩,数值分别为20N,0.5Nm.工作台受力分析如下所示。

2)分析结果。为应力云图,在设置了实体材料为45号钢后,SolidWorks的Simulation模块会自动将该材料的屈服强度集成到分析中,如显示,最大屈服强度为620.422MPa,由应力云图可知,工作台的各个部分应力均在最大屈服强度以下。为应变云图,直观的反映了工作台各部分的实际位移。由可见,最大位移为7.003xl0mm.为安全系数云图,在预处理中我们选择了屈服强度为第一安全因素,位移为第二安全因素,因此,安全系数根据材料屈服强度得到,n1时,为安全范围。

以直观形象地看出工作台在正常工作时应力、应变的变化情况,为设计提供了一定的理论分析依据。由分析仿真结果可得出安全系数达到预期设计要求。编写完成后,进行样机调试,进一步完善所编程序。

3结论本文所设计的熔模铸件切割机系统设计新颖,主轴调整机构可以适应不同宽度浇口的铸件的切割,并且可以补偿砂轮片的损耗,最大限度的利用了砂轮片;主轴止动结构的设计方便了砂轮片的装拆;倒置工作台的设计避免了卡件伤件的现象,保证了切割的质量。

采用PLC控制工作台的前进后退,实现了切割的半自动化。通过Solidworks的三维建模以及有限元分析,在理论上达到了设计要求。

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