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通風降溫工程_VK系列產(chǎn)品專用模具的設(shè)計與試驗通風機主軸圓錐形

摘要：介紹VK系列壓縮機氣冷設(shè)備中加工翅片用的沖壓模具的設(shè)計、裝配及調(diào)試。
0引言
　　冷沖壓是一種先進的金屬加工方法，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)備對板料進行加工，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。本課題的研究重點在于以生產(chǎn)實際需要為前提，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安裝在沖床中的級進模，連續(xù)經(jīng)過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，國內(nèi)設(shè)計的模具多為拉深模，鋁箔的拉深一般采用引伸后三次拉深成形法�？紤]到鋁的伸長率較大，一般為10%~20%，杯突值在5~6；而中等硬度的銅箔伸長率僅為3%~8%，杯突值在3~4，所以產(chǎn)生同樣的拉深變形時，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，使每次拉深的變形小一些，否則片料會在拉深過程中出現(xiàn)拉破現(xiàn)象。
　　經(jīng)過上述分析，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
3.1排樣圖設(shè)計
　　排樣圖的設(shè)計是本課題最關(guān)鍵的一步，考慮以下因素進行設(shè)計：
　　　　1）各道沖壓工序在排樣設(shè)計中的順序；
　　　　2）工位的確定與空工位的位置；
　　　　3）高速沖床的工作臺面大小、落廢料孔的位置；
　　　　4）送料方式及位置；
　　　　5）走料過程的精確定位；
　　　　6）模具的具體結(jié)構(gòu)與位置。
　　綜合考慮以上因素，并參考國內(nèi)、外同類模具結(jié)構(gòu)，針對具體產(chǎn)品，初步安排翅片的加工步驟如下：
　　a.拉深，b,通風降溫系統(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壓力中心的計算
　　在沖壓生產(chǎn)過程中，設(shè)計時模具壓力中心應(yīng)與壓力機滑塊中心一致。在設(shè)計模具時，不僅要正確估算模具的受力大小，而且要計算出模具的壓力中心，并且將壓力中心安排在一個合理的位置。
　　壓力中心的計算方法：
　　　　1）設(shè)上模受到來自模芯的n個向上的集中力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坐標面；
　　　　4）在xoy坐標系中，各集中力的作用點分別為（X1，Y1）、（X2，Y2）、…（Xn，Yn），合力的作用點(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)計模具時將沖壓部分在寬度方向上對稱分布，則各個作用力壓力中心即在模具的對稱位置上，所以只需計算模具在長度方向上單排孔沖壓時壓力中心是否在模架中央即可。
　　經(jīng)計算壓力中心距離模具幾何中心(x=amm）僅為bmm，可以認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
　　本文所研究的多工位級進模與揚州產(chǎn)JL-45B型開式固定臺式壓力機配套，沖床最大裝模高度為270mm,滑塊行程為40mm，翅片模具的開模高度設(shè)計為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，按照各工位的功能，整套模具采用分塊式設(shè)計，共劃分為五個分模塊：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。前四個模塊由沖床滑塊統(tǒng)一提供沖壓力，滑塊上下運行一次，模具開合一次，切斷模只有在零件長度達到要求時才進行動作，前四個模塊裝在上下模架之間，切斷模裝在模架的一端，為了保證各個分模具有統(tǒng)一的高度，這里在下模架上設(shè)置一個厚度為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
　　根據(jù)排樣圖，初步估計大模架的寬度大于emm，長度大于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)標準模架中，凹模周圍邊界最大為:B×Lmm，無與本課題參數(shù)接近的標準模架，所以參照四導(dǎo)柱標準模架結(jié)構(gòu)，上、下模板均設(shè)計成非標準模板。模架的厚度參考最大標準模架的厚度，取tmm，材料取HT200，GB9439,導(dǎo)向部分采用標準結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。
3.3.2導(dǎo)向部分設(shè)計
　　翅片多工位級進模重復(fù)運動精度是靠滾珠滑動式導(dǎo)柱、導(dǎo)套來保證的。大模架的導(dǎo)向部分采用國家標準的導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，由我集團配套分廠生產(chǎn)，設(shè)計時，只需按標準設(shè)計相應(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副小滾動導(dǎo)柱導(dǎo)套或滑動導(dǎo)向柱導(dǎo)向。同時各套分模均有定位螺釘銷與下大模板實現(xiàn)精確定位，以保證高的步進精度。
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的大小和翅片零部件的大小進行選取，模板的厚度參照標準沖模的厚度進行選取，對于本課題，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M16內(nèi)螺栓將下模板下平面與沖床工作臺連接固定。大模架與沖床定位方式在下模板采用2-20H7/f8定位銷、孔與沖床工作臺面定位。
3.4分模設(shè)計
　　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，由沖床滑塊帶動上下運行，所以設(shè)計時這四塊子模的行程、閉合高度應(yīng)注意相同，沖壓時箔料的各部分應(yīng)處在同一高度，這是設(shè)計的第一關(guān)鍵問題。
3.4.1拉深子模設(shè)計
　　從前面的工藝分析及排樣圖可知，首先進行的是拉深加工，拉深部分的拉深孔基本形狀是由錐形逐漸向柱形過渡的。這里采用柱?柱結(jié)構(gòu)進行拉深，直徑小的凸模頂部進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
　　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完成，不再單獨設(shè)置工位；另外，將沖孔與翻邊工位復(fù)合，由一套模具來完成，占一個工位，減小模具結(jié)構(gòu)尺寸。
3.4.3二次翻邊模設(shè)計
　　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、長導(dǎo)套定位。
　　卸料板用勾板扣在凹模固定板上，運動時靠凸、凹模導(dǎo)向。卸料板在沖壓過程中不僅起到卸料的作用，還起到對箔料壓緊的作用，卸料板與上模板之間的相對位精度由一對直徑為22的滾動導(dǎo)向柱來保證。在上模板與上大模架之間，還設(shè)有楔塊調(diào)整機構(gòu),冷風機價格，可以對二次翻邊的高度進行微調(diào)。
3.4.4切邊分條模的設(shè)計
　　切邊分條模是VK系列氣體冷卻器翅片多工位級進模中的第四副子模，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
　　切斷模是整套模具的最后一個分模，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的滾動導(dǎo)柱導(dǎo)套進行導(dǎo)向，導(dǎo)柱按國家標準GB/2861.3-90。


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

關(guān)鍵詞：通風機；主軸；圓錐形軸伸；聯(lián)接

中圖分類號： TH43 　　　　文獻標識碼： 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

　　通風機葉輪軸套或皮帶輪圓柱形軸伸通常采用普通平鍵聯(lián)接，對于大型通風機由于葉輪或帶輪體積大、質(zhì)量重，設(shè)計者考慮裝配及維修方便，將通風機主軸與葉輪或皮帶輪孔聯(lián)接部位設(shè)計成圓錐形軸伸。這樣，對在圓錐形軸上裝配平鍵提出了新的要求，由于沒有統(tǒng)一的規(guī)定和計算方法，設(shè)計者各自為政，給圖樣審校、制造和檢驗帶來困難。現(xiàn)將圓錐形軸伸與孔聯(lián)接問題討論意見和建議歸納如下，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準錐度，在GB/T157-2001[1]標準中推薦選用1：20錐度，因為1：20錐度為第一系列，又與機床和刀具柄常用的莫氏錐度非常接近,通風除塵；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)接可靠通風機上通常設(shè)計是帶鍵槽的，無鍵聯(lián)接應(yīng)用于傳遞功率較小，配合精度較高的場合。

　�。�3）圓錐形軸伸或孔，d(D)為大端最大圓錐直徑，即標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)合長度L（見圖1），為保證錐度面結(jié)合可靠，錐孔的錐度長度通常在圓錐結(jié)合長度的基礎(chǔ)上再加2mm（見圖2）。

　　（5）圓錐形軸伸公稱直徑d1指圓錐形軸伸結(jié)合長度L/2截面直徑，符合GB/T1570-2005 標準[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加工，涂色研合，檢驗接觸率應(yīng)不小于70%；特殊用途的產(chǎn)品如核電通風機產(chǎn)品其接觸率應(yīng)不小于80%。

2　 鍵槽深度尺寸計算

　�。�1）圓錐形軸伸端面處鍵槽深度t軸尺寸計算公式為

　　　　　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)合長度，mm；t2為鍵槽深度（轂）（查GB/T1095-2003[2]表1）。

3　 計算示例及標注方法

　　(1) 圓錐形軸伸端面處鍵槽深度標注示例見圖1。

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

　　(2)圓錐形軸孔端面處鍵槽深度標注示例見圖2。



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