相贯线冲床论文.docx

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相贯线冲床论文

相贯线冲床的制作与应用

作者简介：

刘雷

甘肃铜城工程建设有限公司安装工程公司

摘要

本机器在现有冲床上进行改造，通过改造曲柄滑块其行程轨迹起点、终点位置，和模具，设计能够冲制出相贯线切口的冲头，从管中心分别向上下作用，通过与下模具的冲压从而行成相贯线切口。

以实现安装工程中DN40-DN50焊管栏杆中立杆与横杆接口相贯线的冲制，从而提高栏杆生产制作效率，降低生产成本。

关键词：

曲柄滑块、轨迹、模具、栏杆、相贯线、效率、成本

Modificationofthemachineontheexistingpunch,onatourthroughtransformingslider-cranktrajectorystartingpointandendpointposition,andthemold,thedesignofthecurvecanproduceincisionpunch,respectivelyfromthetubecentertothetopandbottom,bystampingwiththemoldtothecurvelineintotheincision.ToachieveininstallationengineeringDN40-neutralbar（weldedpiperailingsandthecurverailinterfacecoining,soastoimprovetheefficiencyofrailproduction,reducetheproductioncost.

Keywords:

crankslideblock,thecurvetrack,mold,handrailingsteel,lineofintersection，efficiencyandcost

1、制作背景及意义

钢结构生产加工中，栏杆制作是一项非常普遍的项目，其虽然不是工程中的主体结构，但其工程量也往往相对较大。

栏杆构造虽然很简单，一般由DN40-DN50焊接钢管组成，但栏杆制作往往需要耗费很多的工时，这是由于栏杆中立杆与横杆接口需要用气割枪切割相贯线，以保证其接口对接整齐，也为下一步的焊接提供了质量保证。

所以制作起来人工耗时较大，效率低。

为了提高此工序的生产效率，降低人工、材料成本，我们发现标准栏杆中的立杆，每一根长度尺寸及接口相贯线都相同，可以批量生产，非常适合机械批量化生产加工。

如果采用我公司新引进的数控等离子相贯线切割机进行加工，由于其操作较为复杂，再加上栏杆一般由DN40-D50焊管制作，管径小，不在其切割相贯线管径的最佳范围内，切割出来的产品精度不高，效果很不理想，不仅不能提高生产效率，反而造成很多的资源浪费。

所以我们要自制一种机械来满足此构件的生产，受到机械冲床冲制过程的启发，通过探究曲柄滑块的原理，改造报废曲柄滑块冲床的冲头和行程轨迹，使其能够冲制出栏杆中立杆与横杆对接相贯线，从而提高栏杆生产效率，降低能耗，节约生产成本。

2、相贯线冲床的构成

本相贯线冲床主要用于工程标准栏杆中立杆与横杆接口相贯线的制作，由于栏杆焊管一般为DN40-DN50焊管，壁厚3-4mm，材质一般为Q235B低碳钢，抗拉强度375-460MPa，最大许用应力110MPa。

基于以上数据和本着节能降耗，废物重新利用的原则，我们采用报废冲床进行改造制作，由于冲床床体状况基本良好，只需要对其机械传动系统进行修理，清洗机械传动齿轮及更换废旧部件，更换新电机及皮带就可满足机械主体部分的需要。

所以本相贯线冲床与普通冲床组成构造基本一致。

2.1电机功率的选择：

电机容量的选择对电机的正常工作和经济性都有影响，容量选的过小，不能保证工作记得正常工作或使电机因过载而过早损坏，容量过大，电动机价格较高，能力不恩能够充分利用，而且由于电动机经常不恩能够满载运行，其效率和功率因数较低，增加电能消耗而造成能源浪费。

A=P*S[1]

式中A--单次行程有效功率（KJ）

P--公称压力（N）

S--公称压力行程（mm）

A=60*9.8*1000*8*0.001

=4.701KJ

P=A/t=4.704/1.2=3.75KW

所以，根据要求初步确定电动机，我们类比选用5kw左右的电动机，选用Y系列小型三相异步电动机Y132M2-6.

2.2机械原理

图1-1冲床原理图

本机械由机械传动式曲柄冲床改造而成，主体结构：

皮带轮、齿轮、离合器、床体等采用原冲床构件，可节约资源，减少改造成本。

工作机的运动规律影响冲床冲制工件性能，其受力情况是冲床强度和刚度的设计基础。

改造相贯线冲床主要用于栏杆DN40-DN50焊管相贯线的冲制，其所需动能远远低于原冲床设计载荷，满足工作需要。

改造相贯线冲床的工作原理：

如图1-1，把模具的上半部分安装在冲床的上滑块，下模利用压板固定在冲床的工作台上，开启电源电动机，带动飞轮，当离合器闭合时，曲轴转动，连杆跟着曲轴带动滑块沿导轨做上下滑块运动，把旋转运动变成滑块的往返直线运动，模具在冲床的一次行程中完成相应的冲压工作，相贯线的切割就是利用上下模具之间的冲压，完成钢管管壁的切断，从而行成相贯线。

图1-2模具装配示意图

2.3模具的组成及装配

模具（如图1-4）的设计是冲制相贯线冲床的关键。

其模具分为冲针和底模两部分，冲针连接在滑块上，伴随滑块进行上下运动，底模安装并固定在冲床工作台面上，设有冲针运行槽，以保证冲针在槽中沿竖直方向平稳的上下滑动，其次底模的还必须具有固定钢管位置，防止其上下滑动的作用。

冲针上的凸块冲头外形尺寸制作成相应管径相贯线的切面尺寸，冲针运行时，冲针凸块冲头、底模与管壁间的剪切力完成钢管管壁的切断，从而行成相应的相贯线。

冲割下的余料分别从冲针凸块冲头运行槽口上面和下面被冲针带出。

2.4冲针冲裁力

冲裁力计算：

P=K*L*t*r[2]

其中：

K-安全系数（K=1.3）

L-冲裁工件长度。

本构件为焊管，其长度为其相贯线总长度，而立杆与横杆搭接为竖直90°骑座式搭接，通过钣金软件放样计算得其总长为:

L=95mm

t-工件厚度，栏杆焊管厚度为3.5mm。

r-材料抗拉强度，工程栏杆管件一般为为Q235碳素钢，通过查询资料r=400N/mm2。

综上可得P=172.9KN

2.5滑块的行程轨迹及控制

图1-3滑块运行轨迹图1-4滑块运行轨迹

基于模具设计，冲制过程如下：

制作时，将栏杆焊管需要切割相贯线的一端插入模具中固定，此时，冲头位于栏杆焊管中心处。

冲头必须首先向下开始运行，利用飞轮传动的电机动能将栏杆焊管下部分的相贯线冲制而成，然后冲头到达下端止回点后向上运动，回到起始点后，继续向上运动，冲切出栏杆焊管上半部分相贯线切口，然后到达上止回点，最后回到起点，从而完成一次工件相贯线的冲制。

相应的其滑块行程轨迹必须满足如图1-4所示行程，才能冲制出相贯线切口。

而原始冲床行程如图1-3所示，这就需要对原有冲床传动进行改造，使其行程满足加工管型相贯线行程的需求。

图1-5曲柄滑块运行示意图

行程控制改造是难点，通过对比以上两种运行轨迹，我们发现其滑块运行总行程不变，所以我们只需要改变其滑块运行起始点和终止点。

所以通过调整曲轴末端与飞轮的固定角度θ，如图1-5，降低上模具运动的起始点，现场运行调试，找到满足此行程的最佳角度θ=32°，修改曲轴与飞轮连接键槽位置及制作相应的花键，相应的调整离合器闭合与断开的位置，从而达到滑块运动轨迹如图1-4所示，满足了模具冲制相贯线的行程轨迹的需要。

3、模具材质的选择

本机器冲制相贯线的管件一般为钢结构工程中制作栏杆所使用的DN40焊管，材质为Q235B，硬度为187-217HBS,厚度为3-4mm，参照机械设计中，用于此类加工件的模具一般选用45#钢、40Cr制作即可满足要求，但考虑到我公司栏杆生产量大，为了保证模具的使用寿命和生产质量，我们选取安装工程剩余30kg轨道钢进行模具加工，U74Mn，硬度值>HB280。

其高强度和高韧性可远远满足本冲床模具的机械性能要求，增加了模具的使用寿命。

同时也做到了废物重新利用和节能降耗。

4、本冲床的应用与经济效益

相贯线切口展示

本相贯线冲床冲针与底模均为可拆卸构件，可根据生产需要，制作相应管径的冲针和底模。

其适用于dn40-dn50焊管栏杆立杆与横杆接口相贯线的冲制，相对于以往栏杆立杆制作，只需要一人即可轻松完成批量立杆相贯线切割的工作，大大提高了生产效率。

产品质量上由于冲制相贯线为冷切割，相对于以往的热切割-气割，大大减小了构件变形和对构件切口周边金属性能的影响，提高了产品质量，同时漂亮整齐的相贯线切口也为后续焊接工作提供了方便和质量保证，提高了焊接效率和质量，从而使得栏杆生产制作在效率和质量上有了质的飞跃。

自制相贯线冲床目前仅仅用于焊管栏杆相贯线的冲制，通过制作相应的冲头与模具，完全可以冲制管径在40mm-90mm的各种搭接角度的相贯线，用于大批量的管制结构及管架中的相贯线冲制，这方面的拓展我们将在以后的生产实践中去改造实现。

本设备利用废旧冲床改造，不仅降低了设备制作成本，而且将公司闲置废旧机械设备重新利用，降低了资源浪费，提高了公司固定资产的利用率和使用寿命。

在严酷的市场竞争环境下，自制新设备的使用，使得公司在钢框结构平台栏杆、工业厂房钢梯栏杆、等含有焊管防护栏杆制作的工程项目中有了很大的优势，公司在栏杆制作项目上生产材料成本较以往降低40%，人工降低50%，生产效率提高近一倍，每年可为公司增加经济效益约60万元。

参考文

[1]《机械设计手册》第四卷32-127页机械工业出版

[2]《冷冲模具设计》李双义3-3.4清华大学出版社