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通風(fēng)降溫工程_VK系列產(chǎn)品專用模具的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)通風(fēng)機(jī)主軸圓錐形

摘要：介紹VK系列壓縮機(jī)氣冷設(shè)備中加工翅片用的沖壓模具的設(shè)計(jì)、裝配及調(diào)試。
0引言
　　冷沖壓是一種先進(jìn)的金屬加工方法，它是建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，利用模具和沖壓設(shè)備對(duì)板料進(jìn)行加工，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。本課題的研究重點(diǎn)在于以生產(chǎn)實(shí)際需要為前提，利用企業(yè)現(xiàn)有的加工的資源，合理優(yōu)化選用設(shè)備、設(shè)計(jì)沖壓模具，滿足生產(chǎn)的需要。
1翅片結(jié)構(gòu)
　　翅片結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其材料為T2。


圖１　翅片結(jié)構(gòu)圖

2加工方案的確定
2.1可行的五種方案
　　翅片通常是由箔料通過(guò)安裝在沖床中的級(jí)進(jìn)模，連續(xù)經(jīng)過(guò)各道子模沖壓而成的。根據(jù)最終產(chǎn)品的形狀要求，主要可以擬訂出以下五種加工工藝方案:
　　1）沖孔?翻直邊?翻橫邊?壓波形?分條、壓邊?切斷；
　　2）多次拉深?沖孔?翻直邊、橫邊?壓波形?分條、壓邊?切斷；
　　3）沖孔?翻邊?減薄拉深?翻橫邊?壓波形?分條、壓邊?切斷；
　　4）多次拉深?壓波形?沖孔?翻直邊、橫邊?分條、壓邊?切斷；
　　5）鼓凸?深沖?壓波形?翻邊?減薄拉深?壓橫邊?分條、壓邊?切斷。
2.2加工方案的確定
　　目前，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的模具多為拉深模，鋁箔的拉深一般采用引伸后三次拉深成形法。考慮到鋁的伸長(zhǎng)率較大，一般為10%~20%，杯突值在5~6；而中等硬度的銅箔伸長(zhǎng)率僅為3%~8%，杯突值在3~4，所以產(chǎn)生同樣的拉深變形時(shí)，銅料的拉深次數(shù)應(yīng)高于鋁料，拉深變形系數(shù)應(yīng)大一點(diǎn)，使每次拉深的變形小一些，否則片料會(huì)在拉深過(guò)程中出現(xiàn)拉破現(xiàn)象。
　　經(jīng)過(guò)上述分析，初步確定拉深材料取T2（中軟），厚度定為t0mm，加工工藝路線為:
　　　　多次拉深?壓波紋?整形拉深?沖孔?翻邊?翻橫邊?切邊、分條?切斷。
3模具的設(shè)計(jì)
3.1排樣圖設(shè)計(jì)
　　排樣圖的設(shè)計(jì)是本課題最關(guān)鍵的一步，考慮以下因素進(jìn)行設(shè)計(jì)：
　　　　1）各道沖壓工序在排樣設(shè)計(jì)中的順序；
　　　　2）工位的確定與空工位的位置；
　　　　3）高速?zèng)_床的工作臺(tái)面大小、落廢料孔的位置；
　　　　4）送料方式及位置；
　　　　5）走料過(guò)程的精確定位；
　　　　6）模具的具體結(jié)構(gòu)與位置。
　　綜合考慮以上因素，并參考國(guó)內(nèi)、外同類模具結(jié)構(gòu)，針對(duì)具體產(chǎn)品，初步安排翅片的加工步驟如下：
　　a.拉深，b,通風(fēng)降溫系統(tǒng).拉深，c.拉深，d.拉深，e.拉深，f.拉深，g.空位，h.空位，i.整形壓波形，j.沖孔翻直邊，k.空位，l.空位，m.翻橫邊，n.空位，o.空位，p.切邊分條，q.空位，r.空位，s.空位，t.空位，u.拉料導(dǎo)正，v.空位，w.空位，x.空位，z.切斷。
３.2壓力中心的計(jì)算
　　在沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)計(jì)時(shí)模具壓力中心應(yīng)與壓力機(jī)滑塊中心一致。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，不僅要正確估算模具的受力大小，而且要計(jì)算出模具的壓力中心，并且將壓力中心安排在一個(gè)合理的位置。
　　壓力中心的計(jì)算方法：
　　　　1）設(shè)上模受到來(lái)自模芯的n個(gè)向上的集中力P1,P2、………、Pn的作用；
　　　　2）所有集中力的合力為R,即


　　　　3）選定與集中力垂直的xoy坐標(biāo)面；
　　　　4）在xoy坐標(biāo)系中，各集中力的作用點(diǎn)分別為（X1，Y1）、（X2，Y2）、…（Xn，Yn），合力的作用點(diǎn)(即壓力中心）為（X,Y）。根據(jù)空間平行力系的合力矩定理，模具的壓力中心為：　　　


　　在本課題中，被加工翅片在寬度方向上各排孔的情況是相同的，設(shè)計(jì)模具時(shí)將沖壓部分在寬度方向上對(duì)稱分布，則各個(gè)作用力壓力中心即在模具的對(duì)稱位置上，所以只需計(jì)算模具在長(zhǎng)度方向上單排孔沖壓時(shí)壓力中心是否在模架中央即可。
　　經(jīng)計(jì)算壓力中心距離模具幾何中心(x=amm）僅為bmm，可以認(rèn)定模具的作用力中心與滑塊的幾何中心重合，所以該模具的整體結(jié)構(gòu)分布是合理的。
3.3模具的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　本文所研究的多工位級(jí)進(jìn)模與揚(yáng)州產(chǎn)JL-45B型開(kāi)式固定臺(tái)式壓力機(jī)配套，沖床最大裝模高度為270mm,滑塊行程為40mm，翅片模具的開(kāi)模高度設(shè)計(jì)為dmm，合模高度為emm，子模的空間高度為fmm。
　　為了降低模架制造難度及便于模具的安裝、調(diào)整、維護(hù)，按照各工位的功能，整套模具采用分塊式設(shè)計(jì)，共劃分為五個(gè)分模塊：前六次拉深為第一模塊，沖孔翻邊及壓波紋為第二模塊，二次翻邊(即翻橫邊）為第三模塊，切邊、分條為第四模塊，切斷模為第五模塊。前四個(gè)模塊由沖床滑塊統(tǒng)一提供沖壓力，滑塊上下運(yùn)行一次，模具開(kāi)合一次，切斷模只有在零件長(zhǎng)度達(dá)到要求時(shí)才進(jìn)行動(dòng)作，前四個(gè)模塊裝在上下模架之間，切斷模裝在模架的一端，為了保證各個(gè)分模具有統(tǒng)一的高度，這里在下模架上設(shè)置一個(gè)厚度為cmm的公共的下模墊板，一端伸出上下大模架的主體部分，切斷子模安置在伸出端一側(cè)。整體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。


1．切斷模2．切邊分條模3．翻邊模4．沖孔翻邊模
5．拉深子模6．上模架7．固定板8．下模架
圖２模具的整體結(jié)構(gòu)

3.3.1大模架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　根據(jù)排樣圖，初步估計(jì)大模架的寬度大于emm，長(zhǎng)度大于gmm。為保證大模具的整體導(dǎo)向精度，擬采用四導(dǎo)柱滾珠模架結(jié)構(gòu)，由于在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)模架中，凹模周圍邊界最大為:B×Lmm，無(wú)與本課題參數(shù)接近的標(biāo)準(zhǔn)模架，所以參照四導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架結(jié)構(gòu)，上、下模板均設(shè)計(jì)成非標(biāo)準(zhǔn)模板。模架的厚度參考最大標(biāo)準(zhǔn)模架的厚度，取tmm，材料取HT200，GB9439,導(dǎo)向部分采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.3.2導(dǎo)向部分設(shè)計(jì)
　　翅片多工位級(jí)進(jìn)模重復(fù)運(yùn)動(dòng)精度是靠滾珠滑動(dòng)式導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)保證的。大模架的導(dǎo)向部分采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，由我集團(tuán)配套分廠生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)，只需按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)相應(yīng)安裝結(jié)構(gòu)尺寸即可，為保證模具的精密導(dǎo)向，除大模架采用4副大的滾動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向外，每套分模架亦分別采用2~4副小滾動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套或滑動(dòng)導(dǎo)向柱導(dǎo)向。同時(shí)各套分模均有定位螺釘銷與下大模板實(shí)現(xiàn)精確定位，以保證高的步進(jìn)精度。
3.3.3大模架模板的選擇
　　上、大模板的大小參照沖床工作臺(tái)的大小和翅片零部件的大小進(jìn)行選取，模板的厚度參照標(biāo)準(zhǔn)沖模的厚度進(jìn)行選取，對(duì)于本課題，上、下大模板板厚取用tmm，由于上下模板結(jié)構(gòu)基本相同，為避免誤加工，取下模架長(zhǎng)度比上模架大Tmm。上模板取B×Lmm，下模板取B1×L1mm。
　　大模架與沖床聯(lián)接固定方式采用8個(gè)M16內(nèi)螺栓將下模板下平面與沖床工作臺(tái)連接固定。大模架與沖床定位方式在下模板采用2-20H7/f8定位銷、孔與沖床工作臺(tái)面定位。
3.4分模設(shè)計(jì)
　　由于拉深模、沖孔翻邊模、二次翻邊模及切邊模均裝在上下大模板之間，由沖床滑塊帶動(dòng)上下運(yùn)行，所以設(shè)計(jì)時(shí)這四塊子模的行程、閉合高度應(yīng)注意相同，沖壓時(shí)箔料的各部分應(yīng)處在同一高度，這是設(shè)計(jì)的第一關(guān)鍵問(wèn)題。
3.4.1拉深子模設(shè)計(jì)
　　從前面的工藝分析及排樣圖可知，首先進(jìn)行的是拉深加工，拉深部分的拉深孔基本形狀是由錐形逐漸向柱形過(guò)渡的。這里采用柱?柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉深，直徑小的凸模頂部進(jìn)入直徑大的筒形凹模，最終形成錐形拉深結(jié)構(gòu)。
3.4.2沖孔翻邊模設(shè)計(jì)
　　沖孔翻邊模是整套模具的第二套子模，在加工中也占有較重要的位置。卷料通過(guò)該套模具完成壓波形、拉深整形、沖孔、翻邊四道工序。由于在該套模具中要求壓出波形，為了使整體結(jié)構(gòu)緊湊，所以在沖孔翻邊模塊的上下模結(jié)合面之間用線切割切出波形，壓波形由上模板和下模的卸料板壓緊來(lái)完成，不再單獨(dú)設(shè)置工位；另外，將沖孔與翻邊工位復(fù)合，由一套模具來(lái)完成，占一個(gè)工位，減小模具結(jié)構(gòu)尺寸。
3.4.3二次翻邊模設(shè)計(jì)
　　二次翻邊分模采用典型的五板四柱式結(jié)構(gòu)，分別為上、下模板，凸、凹模固定板及卸料板。上模板、下模板分別安裝在上大模板、下大模板上。上、下模板與凸、凹模固定板采用M8沉頭螺釘連接、長(zhǎng)導(dǎo)套定位。
　　卸料板用勾板扣在凹模固定板上，運(yùn)動(dòng)時(shí)靠凸、凹模導(dǎo)向。卸料板在沖壓過(guò)程中不僅起到卸料的作用，還起到對(duì)箔料壓緊的作用，卸料板與上模板之間的相對(duì)位精度由一對(duì)直徑為22的滾動(dòng)導(dǎo)向柱來(lái)保證。在上模板與上大模架之間，還設(shè)有楔塊調(diào)整機(jī)構(gòu),冷風(fēng)機(jī)價(jià)格，可以對(duì)二次翻邊的高度進(jìn)行微調(diào)。
3.4.4切邊分條模的設(shè)計(jì)
　　切邊分條模是VK系列氣體冷卻器翅片多工位級(jí)進(jìn)模中的第四副子模，安裝在上下大模架之間，采用2副直徑為Φ22的滑動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。利用該模具可以自由靈活的完成1~8排孔的切邊分條工作。
　　切邊模的作用是將翅片帶料兩側(cè)邊多余的邊料沖剪去，以達(dá)到圖紙的尺寸要求；分條模的作用是將帶料按熱交換器所需裝配孔的排數(shù)進(jìn)行分割。本課題為使整套模具結(jié)構(gòu)緊湊，切邊與分條刀采用同樣的結(jié)構(gòu)，裝在同一套子模架上。
3.4.5切斷模設(shè)計(jì)
　　切斷模是整套模具的最后一個(gè)分模，也是唯一裝在上下大模架之外的一套子模切斷刀的材料采用GCr15，熱處理硬度HRC62。
　　為保證上下切斷刀配合精度，該套子模模架的導(dǎo)向采用2副直徑為Φ22的滾動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，導(dǎo)柱按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/2861.3-90。


摘要：提出了通風(fēng)機(jī)圓錐形軸伸與葉輪軸套（帶輪）孔聯(lián)接要求，列出平鍵聯(lián)接鍵槽深度尺寸計(jì)算及標(biāo)注方法，給設(shè)計(jì)、審校、制造和檢驗(yàn)提供了統(tǒng)一規(guī)范，該聯(lián)接方法實(shí)際應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī)；主軸；圓錐形軸伸；聯(lián)接

中圖分類號(hào)： TH43 　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

Discussion of the Connection Problem in Conical javascript:showjdsw(’jd_t’,’j_’)">Shaft-extension of Main Shaft of Fan

Abstract: In this paper, the connection requirements of conical javascript:showjdsw(’jd_t’,’j_’)">shaft-extension in fan and impeller sleeve pore (with wheel) are pointed out. The methods of calculating and marking the depth dimension of javascript:showjdsw(’jd_t’,’j_’)">flat key joining javascript:showjdsw(’jd_t’,’j_’)">keyway are listed, which provides javascript:showjdsw(’jd_t’,’j_’)">unified standard for design, check, manufacture and test. This connection method is perfect in practical application.

Key words : fan; main shaft; conical javascript:showjdsw(’jd_t’,’j_’)">shaft-extension ; connection

0 引言

　　通風(fēng)機(jī)葉輪軸套或皮帶輪圓柱形軸伸通常采用普通平鍵聯(lián)接，對(duì)于大型通風(fēng)機(jī)由于葉輪或帶輪體積大、質(zhì)量重，設(shè)計(jì)者考慮裝配及維修方便，將通風(fēng)機(jī)主軸與葉輪或皮帶輪孔聯(lián)接部位設(shè)計(jì)成圓錐形軸伸。這樣，對(duì)在圓錐形軸上裝配平鍵提出了新的要求，由于沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定和計(jì)算方法，設(shè)計(jì)者各自為政，給圖樣審校、制造和檢驗(yàn)帶來(lái)困難�，F(xiàn)將圓錐形軸伸與孔聯(lián)接問(wèn)題討論意見(jiàn)和建議歸納如下，供讀者參考。

1 圓錐形軸伸聯(lián)接技術(shù)要求

　�。�1）圓錐形軸伸錐度選用標(biāo)準(zhǔn)錐度，在GB/T157-2001[1]標(biāo)準(zhǔn)中推薦選用1：20錐度，因?yàn)?：20錐度為第一系列，又與機(jī)床和刀具柄常用的莫氏錐度非常接近,通風(fēng)除塵；有的工廠選用1：12或1：10錐度，由于1：12為第二系列，1：10雖為第一系列但偏離莫氏錐度較大，故不推薦。

　�。�2）圓錐形軸伸聯(lián)接方式有兩種：一種是帶鍵槽，另一種是不帶鍵槽。為聯(lián)接可靠通風(fēng)機(jī)上通常設(shè)計(jì)是帶鍵槽的，無(wú)鍵聯(lián)接應(yīng)用于傳遞功率較小，配合精度較高的場(chǎng)合。

　�。�3）圓錐形軸伸或孔，d(D)為大端最大圓錐直徑，即標(biāo)注大徑尺寸及極限偏差，軸與孔的極限偏差可選用±0.05mm。

　�。�4）圓錐結(jié)合長(zhǎng)度L（見(jiàn)圖1），為保證錐度面結(jié)合可靠，錐孔的錐度長(zhǎng)度通常在圓錐結(jié)合長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上再加2mm（見(jiàn)圖2）。

　�。�5）圓錐形軸伸公稱直徑d1指圓錐形軸伸結(jié)合長(zhǎng)度L/2截面直徑，符合GB/T1570-2005 標(biāo)準(zhǔn)[4]；平鍵的尺寸按表1選取。

表1 平鍵尺寸mm

軸公稱

直徑 d 1


＞58~65

＞65~75

＞75~85

＞85~95

＞95~110

＞110~130

＞ 130~150

＞ 150~170

＞ 170~200

鍵公稱尺寸

b × h

18×11

20×12

22×14

25×14

28×16

32×18

36×20

40×22

45×25

　　（6）鍵槽底平面與軸線平行，鍵槽的極限偏差應(yīng)符合GB/T1095-2003[2]的規(guī)定，鍵的型式和尺寸應(yīng)符合GB/T1096-2003[3]的規(guī)定。

　�。�7）圓錐形軸伸與孔要求配對(duì)加工，涂色研合，檢驗(yàn)接觸率應(yīng)不小于70%；特殊用途的產(chǎn)品如核電通風(fēng)機(jī)產(chǎn)品其接觸率應(yīng)不小于80%。

2　 鍵槽深度尺寸計(jì)算

　�。�1）圓錐形軸伸端面處鍵槽深度t軸尺寸計(jì)算公式為

　　　　　t軸=[d-L/（2×20）]/2-t1

　　式中錐度為1：20；d為大端圓錐軸直徑，mm；L為圓錐結(jié)合長(zhǎng)度，mm；t1為鍵槽深度（軸）（查GB/T1095-2003[2]表1）。

　�。�2）軸套、皮帶輪孔端面處鍵槽深度t轂尺寸計(jì)算公式為

　　　　　t轂=[D-L/（2×20）]/2+t2

　　式中錐度為1：20；D為大端圓錐孔直徑，mm；L為圓錐結(jié)合長(zhǎng)度，mm；t2為鍵槽深度（轂）（查GB/T1095-2003[2]表1）。

3　 計(jì)算示例及標(biāo)注方法

　　(1) 圓錐形軸伸端面處鍵槽深度標(biāo)注示例見(jiàn)圖1。

　　按d1直徑查GB/T1095-2003[2]表1得t1=9代入公式中計(jì)算t軸=[85-100/（2×20） ]/2-9=32.25。

　　(2)圓錐形軸孔端面處鍵槽深度標(biāo)注示例見(jiàn)圖2。



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