浙江萧山金龟机械有限公司 浙江省杭州市 311203
摘要：本文介绍了公称压力小于5Nk的微型机械电动压力机的设计及工艺，详细分析了压力机机身、工作台、滑块体、离合器等主要构件的设计、工作原理及部分工艺的分析。
关键词：微型机械；压力机；设计；
引言：微型机械电动压力机是指公称压力小于5Nk的台式压力机，其结构小巧，重量轻，通常用于电子、家电、拉链等行业，亦用于需要打证照钢印的公证处、机关院校等单位。现今国内市场上公称压力小于5Nk的机械压力机以手动压力机为主，从实现冲压自动化，提高功效的角度考虑，设计制造一款微型机械电动压力机能填补该项空白。我们选取公称压力为3Nk的电动压力机为例，压力机主要有：滑块部件、离合器部件、机体、工作台、曲轴、制动器、飞轮、电动机等零部件组成。经过综合设计，主要技术参数暂定如下：公称压力3Nk、滑块行程20mm、滑块行程次数200次/分钟、最大封闭高度90mm、封闭高度调节量7mm、喉口深度70mm、模柄孔直径12mm，深25mm，模柄孔底面尺寸30mm、工作台面尺寸长140mm宽130mm、电动机功率120w。
1. 机体与工作台及滑块部件
机体是压力机的一个最基本部件，所有零部件都装配在它上面，工作时承受全部工作变形力，因此，机体的合理设计对减轻压力机重量，提高压力机精度以及减少制造成本，都具有直接的影响。公称力为3Nk的微型机械电动压力机，由于其整机外形尺寸较小，因此我们设计成曲轴纵置型结构。机身与工作台板如果设计成整体结构，则整机刚性较好，材料选用HT200，铸件需无气孔、疏松等缺陷，人工时效。但整体机身存在以下缺陷：一是从精加工工艺角度考虑，工作台板上有T 型槽及下料孔，工作台板上平面表面粗糙度要求较高，需平面磨床进行平磨，曲轴孔只能镗加工或加工中心加工，因此精加工费时费力，成本较大。二是从用户角度考虑，有些用户要求产品定制，最大封闭高度大于90mm，比如最大封闭高度加高到120mm，只能机身重新翻砂进行加工。使得整机加工周期延长，而用户的定制产品一般要货时间较短，将影响产品的交付时间。为克服以上诸多不利因素，我们把机体与工作台板设计成独立二零件，机体设计成“7”字型结构，曲轴孔加工可设计一付车夹具，利用背面及底面定位，用C6140车床即可加工。从工艺角度考虑，节省了加工成本，提高了功效。二零件加工完毕后，可用四支M10内六角螺栓紧固组合。有用户定制产品，要求增加封闭高度时，可在机体与工作台板之间加一垫块解决，简单而高效。
传统的机械电动台式压力机的滑块部件由曲轴、连杆、球头螺杆、滑块、导轨、飞轮等零件构成。由电动机带动飞轮，飞轮通过离合器带动曲轴连杆旋转，使滑块做上下运动，利用飞轮的转动惯量，使滑块在下死点公称压力行程内产生冲压力。公称力为3Nk的微型压力机可采用偏心滑销结构替代连杆球头结构，利用曲柄头部的行程偏心档安装一方滑销，在滑块左右方向铣一横槽，槽宽与深和方滑销的厚度及宽度相匹配。曲轴的偏心挡旋转，使方滑销左右运动，从而带动滑块做上下运动。此款压力机的行程为20mm。因此方滑销外形尺寸可选为长16mm，宽16mm厚10mm,内孔为10mm，选用材料GCr15,热处理淬火硬度HRC57～HRC62。滑块有三角导轨和方导轨两种，考虑到滑块宽度不大于50mm，选用方形导轨，导轨面可直接用平面磨床磨削加工。滑块体材料选用40Cr，考虑到耐磨性，其表面进行氮化处理，氮化层深0.3到0.35mm，硬度大于HV550。方滑销槽用高精度线切割加工，与方滑销配合间隙在0.01mm到0.025mm。与滑块体相匹配的导轨选用HT200材料。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于用户的安装调试模具时要进行封闭高度的微调，传统压力机可进行调节球头螺杆来进行封闭高度的微调，此款压力机采用在滑块体中车孔安装一模柄，通过模柄体上下调节来进行微调，为防止模柄旋转，在模柄上开一间键槽，滑块体上用圆柱销定位，模柄的下端制作直径12mm深25mm模柄孔，用来安装模具的上模，待调试安装好模具后，拧紧滑块体上端的六角螺钉，锁紧模柄，使压力机的封闭高度保持不变。
2. 曲轴、制动器、飞轮部件
曲轴、制动器、飞轮是压力机的主要零件。曲轴材料选用40Cr，热处理调质，硬度HB200，装配时曲轴上用两只深沟球轴承与机体孔装配固定。二轴承档以及安装超越式离合器档外圆部分需要外圆磨床磨削，其表面粗糙度要求较高。压力机行程20mm，因此曲轴曲柄档偏心10mm，此偏心档制作专用的车夹具。车C6140车床上车削，并放磨削余量0.5mm到0.6mm。精车后需专用的磨削夹具，上外圆磨床进行磨削加工。
压力机的制动问题。压力机上常用的制动器有三种结构型式，即闸瓦式制动器、带式制动器、圆盘式制动器。公称力为3Nk微型压力机由于其装配尺寸较小，因此选用直接作用在曲轴上的径向制动器。通过压簧来调整其制动力的大小，考虑到耐磨性，制动器选用材料为QT500-7，制动器厚度20mm左右，其结构简单，金加工方便易做。制动器安装在曲轴压力机上，其作用是当滑块运动停止后，防止滑块由于自重而下落。离合器脱开后，将运转着的传动零件（如滑块、曲轴等）的动能立即转化为消耗在制动器上的摩擦功，并且相当在曲轴转角5°～15°的范围内将滑块、曲柄连杆机构和传动零件停止运动。
压力机工作过程中，作用在滑块上的负荷是剧增和剧减的周期交替变化着，并且有很短的高峰负载时间和较长的空载时间，即所谓的“冲击负载”。应用飞轮装置以后，可以选用功率较小的电动机，当飞轮转动惯性增大时，所选用的电动机功率就可缩小，接近于压力机的平均功率。反之，飞轮转动惯量缩小，选用的电机功率就需增大。因此，对电动机功率和飞轮转动惯量的数值，应通过计算决定，经过近似计算法，该微型机械电动压力机的飞轮外径为φ190，厚度为30，材料选用HT200，铸件需经人工时效处理，无气孔、沙眼等缺陷，电动机功率为120W。
3. 离合器部件
在曲柄压力机的传动系统中，一般飞轮传动的后面都设有离合器和制动器，用来控制滑块的运动和停止，离合器一般是设置在曲轴上。压力机开动后，电动机和起蓄能作用的飞轮是在一直不停地旋转着。每当滑块需要运动时，则离合器接合，主动部分的飞轮通过离合器使从动部分零件（如曲轴和滑块等）得到运动並传递工作时所必要的扭矩，当滑块需要停止在所需的位置上（滑块行程的上死点），则离合器脱开，主动部分的飞轮和从动部分零件即不发生联系，因而不能再传递运动和扭矩。大多数曲柄压力机的离合器是在繁重条件下工作的，因为在接合瞬间要驱使很大的质量转动，从而产生了很大的动负荷，在工作行程时，还要传递很大的扭矩。所以压力机应采用哪一种类型的离合器，应取决于压力机的行程次数和所传递扭矩的大小，以及使用要求和使用条件等。根据该微型压力机的滑块行程次数200次/分，公称力为3Nk，所以其传递的扭距较小，因此选用结构精巧的超越式离合器，由六角凸轮、滚柱、离合器外套、轴套、联轴节等零件组合。离合器必须耐磨，因此滚柱、离合器外圈、六角凸轮均选用GCr15材料，热处理淬火HRC60～HRC65。该压力机整体装配尺寸较小，因此滚柱直径需合适，一般选用直径8mm。与滚柱相切的离合器外圈，内径选用60mm。为使滚柱受力均匀且受力最小，星轮设计成六等分为六角凸轮，轴套与曲轴通过平键连接，联轴节起到复位滚柱的作用。超越式离合器的六角凸轮加工工艺复杂，精度要求高，应采用专用磨夹具和高精度磨削技术，来保证凸轮六面与内孔中心的对称度，使其对称度不大于0.008mm。与离合器匹配的启动时脱开，停车时挡住的手柄体，则可用小型牵引电磁铁或气缸拉动，电磁铁或气缸则可安装在机体侧面。
4.结束语
随着电子、家电、拉链等相关行业的发展以及公证处、机关院校等单位现代办公的需要，公称压力小于5kN的微型机械电动压力机被广泛应用，将逐步替代手动式压力机，我们在设计中考虑到该款压力机的使用安全，不断进行改进，如加载红外线安全装置、双手按钮操纵装置及全封闭模具罩壳等。
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论文作者:傅平
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/22
标签：压力机论文; 曲轴论文; 离合器论文; 滑块论文; 飞轮论文; 公称论文; 制动器论文; 《防护工程》2019年第3期论文;