滑块设计论文

滑块设计论文（共9篇）

滑块设计论文 篇1

0引言

随着现代工业产品功能与结构的日益复杂,滑块在模具中的作用也越来越大。文献中对一些常见的滑块结构已多有介绍,但对于滑块的新的发展和应用则介绍不够。本文总结介绍了一些新型的滑块结构,希望能对模具设计者有所帮助。

1公、母配合使用的滑块

原理:公块在母块的滑轨上滑动,受到模板压力时进入工作位置,模具分模使模板提供的压力消失后,公块在顶针弹簧提供的压力作用下完成复位动作。公块依靠模板上的直边(或者母块的直边)限位。1.1使用在下型依靠模板限位的小型公母块,如图1所示。

需要注意的是:1复位顶针不能与母块产生干涉,若出现干涉的情况,则在母块上开设顶针过孔。2复位顶针的弹簧选取力量较小的钢丝弹簧,不需要过大的力,否则会刮伤产品。

1.2使用在上型依靠模板限位的小型公母块,如图2所示。

需注意事项与滑块在上型的情况一致。

1.3限位做在母块上的公母滑块,如图3所示。

该滑块的优点为:占用模板面积小,可以用在模板较小的场合。

1.4使用在下型的较大型公母块,如图4所示。

2侧推滑块结构

其原理为:模具合模时斜冲头推动滑块沿滑轨进入工作位置;分模时滑块在复位弹簧作用下回到初始位置,如图5所示。

需注意模具在合死状态与分开状态时产品在模具上的躲避位置及形状。

3向上斜推滑块结构

原理:与侧推滑块结构相似,不同点在于增加了一个中间过渡块,此块的作用为传递推力、为冲头提供工作方向,如图6所示。

需注意保证冲头不能与产品产生脱料干涉,具体设计尺寸根据模具合死状态与分模状态来确定。

4摆块结构

原理: 摆块围绕某一点作下弧度的摆动,如图7所示。

注意点:顶针的位置与摆动轴的位置必须偏心。

5两对公、母块配合使用结构

原理:同公、母块。

需注意两对公、母块之间的配合关系,滑动距离相等,滑动角度相等。

6结束语

本文介绍的滑块结构都是在模具设计中新出现的一些结构,每一结构都有其独到的好处和用处,也能很好地简化模具结构,减少模具成本,具有很大的实用价值和参考意义。

摘要：如何设计运用滑块是模具设计中非常重要的一环,也是影响模具结构的重要因素。滑块设计运用得当,模具结构将会得到很大简化。本文介绍新改良的滑块结构,希望对相关设计者有参考、借鉴价值。

关键词：模具设计,滑块,设计,模具结构

滑块设计论文 篇2

液压机根据不同标准可以划分为以下类型：以机架结构为依据，可以分为组合、整体框架式以及单臂式；以用途与功能为标准，可以划分为冲压、专用、锻造及打包液压机；根据工作介质可以分为水压机与油压机。液压机对工件的压力加工主要是借助滑块实现的，常为油缸驱动滑块或者固定于滑块上的模具。对于框架式液压机而言，其滑块基本均与主缸活塞杆刚性连接，设计其四角过程中安装了可调节滑块导轨，从运动学视角来看，滑块与活塞杆受油缸、导轨面影响，仅可沿着导轨长度进行活动。一般情况下，油缸固定在上横梁上，活塞、油缸孔因精准配合，因此难以调节。实践中，导轨调整范围应满足补偿累积误差对精度的影响，在此情况下，滑块下平面对工作态度的不平行度级滑块运动方向上对工作台的不垂直度等精度，均要符合主机精度规定。从导轨受力视角而言，在机架受力变形后，导轨面可承受相应的水平力，同时因偏心载荷影响下出现的水平位移，其也应承受随之出现的附加水平力。为了满足上述要求，滑块导轨面应拥有一定的长度与宽度，以此确保导轨面上的比压值处于合理范围。经调查发现，液压机处于精冲、冷挤压或大台面薄板冲压情况下，为了确保导向精度，提高抗偏载能力，需要采取相应的措施，具体如下：第一，滑块导向尺寸加长，普通滑块导向的长度及跨度比例范围在0.3～0.6之间，实践中大多数液压机保持着1.2～2.0的比值，因导向面明显加长，提高了导向精度，减少了偏心载荷情况下的导轨面挤压应力，随之延长了液压机滑块使用时间，此方法可用于大吨位、小台面液压机，效果显著；第二，滑块导向尺寸加宽，上述方法的适应范围小，如果液压机为大台面，因其跨度过大，如果仅依赖滑块导向尺寸增加，则难以满足实际需求，并且要使其更为笨重。为了解决此问题，经学者研究，提出了加宽方法，以此保证了导向及偏心载荷情况下的精度。在对导轨进行结构设计过程中，应关注两个问题：第一，导轨材料选取是否合理；第二，润滑问题。此外，为了进一步增强导轨耐磨性能，使其维修更加简便，可在滑块导轨上设计黄铜垫板或者胶木板，同时导轨应使用45钢进行制造，并且在设计时要关注工艺中热变形所造成的影响，观察导轨间隙。导轨结构图具体分为以下五种：第一种为四角八面推拉式，其优势显著，如简单的结构、便捷的调整、较小的机型等，但也存在不足，分别为较差的滑块精度保持性、偏低的抗偏心载荷能力；第二种为四角八面斜楔式，其优势为便于调整，具有良好的精度保持性以及较高的抗偏心轴载荷能力，但缺点为结构过于复杂，并且整机外形偏大，此形式进可用于大台面、大吨位的液压机，并且其应对抗偏心载荷能力有着较高的要求；第三种为四角八面推拉式结合四角八面斜楔式，它综合了两种形式的优点，对各自的不足有所弥补；第四种为四角八面单面可调式，其优势为紧凑的结构、便捷的调整及较小的机型，但缺点为对加工精度有着较高的要求，特别是立柱；第五种为X型，其主要适用于压制工件需要加热的液压机，因实践中滑块受多重因素的影响，如模具热传导、辐射热等，其会在辐射方向发生膨胀变形，而利用X型导轨后，避免了热变形，防止了导轨间隙，并会产生内应力，但此形式抗偏细载荷能力不足，同时从加工工艺角度来看也不够理性。

2液压机滑块的结构设计及其计算

2.1结构优化设计

结构优化设计主要是根据既有的设计参数，利用适合的优化方法求解出符合全部约束条件的设计变量，并使目标函数取最小或最大值。常见的优化方法有三种，分别为：第一，拓扑优化，主要是在已知的设计区域内，给定边界、外载荷等条件，以此了解结构的最优材料分布；第二，尺寸优化，主要是在已知的结构类型前提下，调整设计区域结构构件的尺寸，以便于获得最适合的尺寸；第三，性状优化，主要是在已知的结构类型条件下，调整设计区域的边界及性状，从而了解最佳的边界及性状。近些年，结构优化问题得到了学者的高度关注，但关于液压机滑块的结构设计及计算研究较少，本研究以YQK-1250框架式液压机为例，展开了深入探讨。现阶段，我国的框架式液压机主要为拉杆预紧式，因此有关研究中均以此类液压机为研究对象，本文选取的液压机选用了楔块作为预紧方式，与其他液压机相比，其优势显著，如机装简便、受力科学等。具体的工作流程如下：工作压力来自于三个工作缸，通过液压缸传递压力，并运动至滑块；压边力源于压边缸，通常压边缸固定在工作台上。在此情况下，上模与下模经合拢，在上下压边力的双重支持下，实现了单向拉伸。在使用液压机时，应充分认识其机身动态性能，还应了解其滑块的动态性能，主要是因滑块直接连接着液压缸及机身，二者连接刚度不牢固。液压机的成型精度及效率等均受滑块影响，如滑块既有的振动频率及振型等，因此对液压机滑块展开结构优化设计及计算是必要的。

2.2滑块有限元分析

多于众多问题而言，如果采用传统的解析法求解，因假设过多而影响结果精度。在现今技术支持下，特别是计算机技术，随之出现了有限元法，其应用日渐广泛与普遍，将其用于各类问题中，获得了近似解，其思想为化整为零、积零为整，对连续求解区域进行离散，使其成为有限个单元的组合体，再构建各单元有关的关系式，经组合以便于处理相应的场问题。有限元分析法常用于非线性分析以及较为复杂问题的求解，其具备丰富的功能，如动态、位移、热传导及准静态等分析，在机械、航空、汽车、化工等领域均扮演着重要的角色，得到了广大学者及科研工作者的认可与青睐。实际应用中主要是使用专门的三维造型软件，对结构展开三维建模，通过有限元软件及三维造型软件间的接口，在有限元软件中导入三维实体，同时划分网格、添加载荷及边界条件等，此后将获得结构应变力变位移云图，结合模拟结构，可对研究对象进行结构优化。关于滑块的有限元分析：第一步便是构建滑块有限元模型，研究中可采用不同的方法进行构造，如：三维CAD软件，建立滑块三维模型，将其导入到ANSYS，建立数值模型，在建模过程中应尽可能地满足滑块的力学特征。有限元分析中最为关键的环节便是网格划分，其中网格的类型、数量等均对计算成本、精度等有着直接的影响，在对滑块结构进行网格划分过程中，结合有限元的特点，可随意选取大小、粗细的网格，但实践中应充分关注两个因素，分别为计算成本与计算精度，以此保证网格划分的合理性与有效性。此外在划分时应遵循以下原则：第一，对结构特征进行简化时要确保其符合基本的运算精度；第二，建立的数学模型应具备针对性，不仅要具有较高的精度，还应拥有较低的成本；第三，选用的网格单元类型应合理，避免出现结构受力处于失真状态。滑块的网格类型可以选用四面体单元C3D4，对网络尺寸进行细化处理，为了提高网格质量，应对其进行全面检查与进一步优化。边界条件的施加情况如下：密度为7.88E3（kg/m3）、弹性模量为208GPa，屈服极限为236MPa，强度极限为426MPa，泊松比为0.29。对于滑块而言，其运动时受液压缸影响，同时其固定点处于滑块和液压缸相连处，因此在分析时需要利用6个自由度对滑块与液压缸进行约束。如图1所示：第二步，分析模态结果，在分析滑块模态过程中采用兰索斯法，经分析后，提取前八阶的既有频率与振型，具体的指标如下：第一阶到第八阶的固有频率分别为35.43Hz、36.43Hz、64.35Hz、114.32Hz、124.34Hz、130.42Hz、158.64Hz、312.45Hz，通过对振型的读取可知，前三阶振型可有效呈现滑块的动态特征，因此对三者给予了重点研究。经模态分析证实，第一阶振型围绕Z中心轴进行旋转，该振型直接决定了滑块的导向性，增加了滑块与导柱间的接触力，随之影响了滑块导向机构的使用时间；第二阶振型围绕Y中心轴进行扭转，此振型直接影响着主缸及侧缸活塞杆，当其水平一致性变化后，三个液压缸便会出现歪斜问题；第三阶振型围绕X中心轴进行扭转，此振型直接影响着工作台上的平面及滑块下的平面，使其平行度发生了改变，同时也对滑块和立柱间的垂直度造成了一定影响。在此情况下，如果未能给予合理优化与改进，加工精度将降低、模具使用时间缩短。

2.3优化算法

优化的对象主要有三个，分别为：第一，设计变量，其具有一定的独立性，又称自变量，通常每个自变量均有着上限值与下限值，并对值的变化范围进行了定义，最多情况下，自变量可有60个，其可同时处在ANSYS程序中，经优化后被设定，状态变量，其为设计变量的函数，具有约束作用，通常其最多可达到100个，经程序优化后被设定；第二，目标函数，其为设计变量的函数，如果设计变量值发生改变，则目标函数值也会随之改变，通常在程序优化中仅有一个目标函数被设定；第三，分析文件，其为命令流出文件，其处于整个分析过程中，体现在前处理、求解及后处理等各个方面。优化算法，在ANSYS中创建不同的优化算法：一种为零阶逼近法，又称为零阶法；另一种为一阶法。第一种方法中涉及两个关键涵义：其为目标函数与状态变量的逼近方法；其使约束问题转变成了非约束问题。第二种方法与上述方法一致，二者均是向目标函数增加惩罚函数后，实现了约束与否问题的转换。该方法可使用因变量对设计变量的偏导数，在重复过程中，梯度计算搜索方向受最大斜度法及梯度计算法影响，此外非约束问题可借助直线搜索法使其达到最小化，利用一系列的子迭代，构成了每次迭代过程，同时其中也涵盖了搜索方向以及梯度计算。与第一种方法相比，后者的缺点明显，即计算量多大，但经严格计算后可获得精准的结果，少数情况下，精准的结果未必表示获得了最佳解。具体的优化流程如下：在ANSYS中展开优化设计，优化计算时，对设计变量与状态变量等设置约束条件，同时设置相应的目标函数、循环控制模型以及最优化方法等，此后结合假设条件构造目标函数，在此情况下便实现了问题的转换，即：由约束优化问题转变为非约束优化问题，再给予迭代计算。在搜索时以约束空间内的某一方向实施，随之会出现一系列的解；根据某一法则，提出新的设计变量，此后再进行新一轮迭代计算。当条件未能符合预先设定的值，则要继续迭代计算，而如果条件符合设定值，则结束计算，并输出结果。

2.4滑块质量优化

液压机滑块作为重要的组成部分，因频繁使用，其受损频率较高，同时其作为滑动部件及受力部分，应对其质量进行积极的优化与改进。由于设计初期便确定了液压机整体数据，因此设计过程中将已知的滑块数据视为变量。经分析证实，滑块质量改变主要受板位置及其厚度的影响，而其也受滑块力学性能及动态性能影响。关于滑块的数学模型，第一，目标函数，其作为滑块质量的最小值minM（x1，x2......xn），因质量受体积、密度决定，即)......,(min)......,(min2121nnxMx×=ρxxxVx，因此在体积处于最小值的情况下，目标质量为最小值，在此情况下，优化时仅关注最小体积即可；第二，设计变量，因滑块质量最小值与其厚度、长度、密度等有关，因此在设计数学模型的过程中，设计变量应选取滑块内部各筋板的厚度，将各号筋板的厚度视为设计变量，初始值均为30、下限值均为20、上限值均为65；第三，状态变量，其为设计变量函数，又称因变量，对于任何液压机而言，其构造确定均应满足结构设计基本要求，即复合材料强度、刚度等需求，状态变量应选取滑块的最大应变及最大应力，结合常规横梁刚度可知，单位跨度挠度应低于0.2mm，滑块宽度经液压机既有参数可知，其为4.5m，在此基础上，滑块挠度应是0.9mm。经优化结果对比可知，滑块质量明显降低，下降幅度在1.5%左右，最大等效应力有所增加，与优化前对比，增长了约15.0%，同时整体应力分布较为均匀，此外Z方向的位移约5.0%。总之，经优化处理，液压机质量减少，侧面体现其应力与挠度增大。

3结语

综上所述，液压机滑块作为重要的部件，其结构设计情况直接影响着液压机的使用效果。本文介绍了液压机滑块的概况，重点探讨了其优化设计及计算，通过有限元分析法及ANSYS软件，构建了相应的模型，待优化后获得了最小质量，同时其位移、应力等分布也更加规律与均匀。

参考文献

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带滑块深孔螺纹车刀的设计与研究 篇3

车床夹盘爪是工厂经常制造、维修的机床部件之一, 夹盘爪内孔为Tr70×10螺纹, 长300mm, 在车削该梯形螺纹孔时, 原用刀具不仅经常打刀、加工效率低, 而且加工的螺纹孔表面有波纹, 影响加工质量, 为解决该加工状况, 研制了带滑块深孔螺纹车刀。该刀具采用滑块型式, 以滑块定位在内孔上, 大大减小了切削时的振动, 改善了加工状况。

2 深孔螺纹车刀的设计

带滑块深孔螺纹车刀装配图如图1所示。该带滑块深孔螺纹车刀由刀体、刀片、滑块和紧定螺钉组成。

2.1 刀体

刀体外形如图2所示。该刀具以刀体50×50方尾定位、装夹在车床刀排上。12×12方孔用于定位、安装刀片, M10螺纹孔与紧定螺钉连接, 利用紧定螺钉将刀片把紧在刀体上。45×50°槽与滑块配合, 滑块在槽内径向滑动。

2.2 刀片

刀片外形如图3所示。该刀片以12×12四方定位、安装在刀体方孔内, 刀尖角为30°, 与加工件夹盘爪内螺纹角度相一致。刀片前角设计为5°, 后角设计为8°, 两侧后角8°。该刀具采用机夹刀片式, 当刀片不可再修磨时, 只需更换新的刀片即可, 避免刀具整体报废状况, 节约工具费用。

2.3 滑块

滑块外形如图4所示。该滑块以两50°斜面定位在刀体50°槽内, 并可在槽内径向滑动, R30在车削梯形螺纹时与工件内孔相贴合, 用于定位该刀具, 以减小振动。

3 结语

滑块设计论文 篇4

创建：在窗体上画出进程条控件，右击，选择属性，然后进行所需的外观设置。

主要属性：ProgressBar 控件有一个行程和一个当前位置。行程代表该操作的整个持续时间。当前位置则代表应用程序在完成该操作过程时的进度。Max 和 Min 属性设置了行程的界限。Value 属性则指明了在行程范围内的当前位置。

(1) Min属性代表进程条全空时的值，缺省时为0。

(2) Max属性代表进程条全空时的值，缺省时为100。

(3) Value属性代表进程条当前的值(但不出现在属性窗口中)，它大于Min属性，小于Max属性。改变Value属性的值将改变进程条的进度显 示。

示例：

Private Sub Command1_Click

If ProgressBar1.Value < ProgressBar1.Max Then

ProgressBar1.Value = ProgressBar1.Value + 5

Else

ProgressBar1.Visible = False ‘当进程条满了的时候让进程条消失

End If

End Sub

2.滑块

Slider 控件是包含滑块和可选择性刻度标记的窗口，在窗体上画出滑块控件，右击，选择属性，然后进行下列设置：

(1)选择滑块的外观

1)方向属性决定滑块的方位，可以是垂直的或水平的滑块。

2)滑块样式属性决定滑块标记的样子。

3)滑块频率属性规定了沿着滑块的标记的间隔大小，缺省的状态是1，表明每个可能值都出现标记，如果把值设置为3，则每三个可能值出现一个标记。

(2)滑块的主要属性及事件

1)Min，Max属性

Min属性决定滑块最左端或最顶端所代表的值。Max属性决定滑块最右端或最下端所代表的值。

2)LargeChange,SmallChange属性

SmallChange决定在滑块两端的箭头钮上单击时改变的值。LargeChange决定在滑块上方或下方区域单击时改变的值。

3)Value属性

Value属性代表当前滑块所处位置的值，这个值由滑块的相对位置决定。

4)Change事件

当滑块位置发生变化时就引发了Change事件。

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对接斜滑块开模制动的注塑模设计 篇5

科学技术和国民经济的快速发展, 促进了塑料工业的技术革新, 逐步实现了生产结构上的优化, 进一步推动了塑件技术的进步和发展。随着企业和生产厂家对塑件的重视程度逐渐提升, 注塑模具在设计方案上也必须做出调整和创新, 来满足社会对塑件的需求。通过对设计方案进行合理优化, 对设计的工艺进行参数上的调整, 保证工艺参数的科学、有效、合理。

1 塑件的结构设计原则

塑件的结构设计首先要保证合理性。比如在装配间隙上的合理, 以插入式的结构为例, 在设计过程中必须预留间隙, 保证整个塑件结构的合理性。还可以通过对塑件刚度以及强度进行安全检测, 保证塑件的结构设计在安全系数上的合理性。其次, 塑件的结构设计还应当遵循可制造性原则, 要在遵循可制造性的前提下对模具进行全面综合的设计, 还必须保证模具制造过程的简化, 提升模具的应用效率。第三, 塑件的结构设计必须考虑到整体的可塑性。通过降低塑件的报废率来保证整个塑件设计的生产效率。第四, 塑件的结构设计应当遵循的另外一个原则就是保证装配效果。塑件设计作为整个结构设计的一个重要构成, 在整个工艺流程中占据重要的作用, 必须要兼顾其它零件的设计, 便于实现装配生产。第五, 在塑件结构的设计方面还应当严格按照标准进行设计方案的改进工作, 实现模块化的设计, 保证结构设计的成熟性。最后, 塑件的结构设计还应当遵循的一个原则是节能性。在兼顾设计成本的基础上, 在设计过程中尽量采用已有的零件进行塑件结构的设计工作, 避免资源的浪费。

在遵循上述原则的同时, 要具体按照塑件的详细结构特征和设计方案的要求来进行模具结构的设计工作, 保证塑件结构的成型质量提升模具的定位精度。

2 注塑模具设计存在的难题

2.1 浇注系统

浇注系统简单来说是指模具中的一个塑料流动通道, 主要分为无流道浇注系统、普通流道浇注系统两种。由于浇注系统在设计上的好坏对模具的外观、性能、成型难易程度有重大的影响, 为此在进行浇注系统的设计过程中必须要严格按照设计方案的要求展开设计工作, 保证整个浇注系统设计的科学合理, 提升设计水平。在进行浇注系统的设计过程中, 主要可以从以下几个方面进行考虑。首先要了解其流动的特点。我们知道, 塑料在不同温度、不同压力下极容易发生变形影响设计效果。为此在进行浇注系统的设计过程中, 必须综合考虑各种不利因素的影响, 兼顾塑件的形状、熔体的收缩和流动、塑件的表面质量、模具浇口的凝料等各种设计要求, 保证浇注系统的设计效果。其次, 借助浇注系统里面的浇口来进行适时凝固的控制工作。塑件的尺寸、外形以及设计方案的要求影响着浇注系统的尺寸和形状, 在进行浇注系统的设计工作时, 必须重视对浇口设计。浇口比较小的模具能够实现对凝料的控制和浇口的控制, 既保证了塑件外形的美观又提升了设计水平。

2.2 开模时的阻力

注塑模具设计上存在的另一个难题便是开模的阻力。注塑模具欲要正常打开进行工作, 必须保证注塑机的开模力要超过开模的阻力, 唯有如此才能保证模具的正常打开。而所谓的开模阻力主要由以下几种类型, 比如摩擦的阻力、间接的开模阻力、直接的开模阻力、塑料的撕裂力、型腔内残存的压力等几种开模的阻力都影响了模具的正常打开。这种情况下必须要解决注塑模具的开模阻力, 采取有效方案来降低其开模时的阻力。通过采用开模的制动装置来避免斜滑块产生的分型动作。比如, 可以在进行注塑模具的开模时, 针对斜滑块难以向外进行分型动作的问题, 通过制动装置来实现对斜滑块运动过程的有效限制, 保证制动装置的顺利运行。一般的情况下, 塑件模具是能够正常打开进行工作的, 一旦出现模具不能顺利打开的情况, 必须要针对具体的模具结构和工作环境来进行具体的分析工作, 找出模具难以实现开模的原因。比如, 因模具的膨胀导致塑料膨胀而出现卡死的现象, 这种情况则必须等到模具冷却以后才能进行正常的开模工作。如果是因为模具卡死而造成的开模阻力, 可能是由于滑动面的硬度不够、塑件的弹簧失效、导柱的动作失误等因素造成的。这个时候就需要针对不同的因素采取具体的解决办法, 降低模具的开模阻力, 实现注塑模具的开模工作。

2.3 成型零件的结构设计

所谓成型零件, 主要是存在于模具中的那些能够决定塑件的尺寸及其几何形状的零件, 它主要包括成型杆、型腔 (凹模) 、镶块、型芯 (凸模) 等几个重要部分。成型零件的结构设计决定了整个塑件的精度和具体形状, 不但对模具的外观有一定的影响, 更重要是对整个模具的寿命也有重要的影响。作为整个模具设计里面的重要组成部分, 成型零件的结构设计工作是注塑模具设计中的难点, 必须要重视起来。在进行成型零件结构设计的过程中, 应当按照塑件的详细结构和塑件的使用要求以及塑料的具体特性来进行设计工作, 保证塑件几何形状的精确性、塑件尺寸的高精度性、塑件外观的光滑性。成型零件的设计还必须保证结构设计上的合理性, 提升塑件的刚度和强度, 此外, 还必须增加注塑模具的耐磨性能。为了方便加工塑件的零部件, 保证模具制造工的高效性, 提升整个注塑模具的成型零件在加工工艺上的特性, 必须要重视对成型零件的结构设计。比如, 在进行成型零件的设计工作时, 通过对型腔的合理布置, 来有效地进行分型面以及浇口位置的选择工作。在明确脱模具体方式以及排气部位的前提下, 来实现模具成型零件设计的有序化和科学化。在此基础上, 按照成型零件在热处理方面、零件的加工工艺、零件的装配等方面的工艺流程和详细的要求, 来实现对磨具成型零件的结构设计。此外, 在进行成型零件结构设计的过程中, 必须保证成型零件在工作尺寸上满足整个模具的设计要求。还需要对那些比较重要的成型零件进行安全监测、质量检测, 从而保证所有零件的强度以及刚度。

3 斜滑块的设计要点以及塑件设计方面的改善措施

3.1 斜滑块的设计要点

在对斜滑块的设计上要从以下几个角度入手, 首先, 选择合适的斜面夹角。一般情况下夹角应当在20-30之间, 在这一区间能够保证斜滑块与斜面的接触也获得了应有的推力。此外, 斜滑块底部和滑块的推杆之间的接触长度必须保证L接=L抽。最后, 斜滑块在设计上还可以进行燕尾式结构的尝试, 避免斜滑块出现翻转。为避免注塑模具出现变形, 在设计过程中必须要保证塑件顶出的受力平衡。为此, 就需要对斜滑块做出合理的设计工作, 来保证塑件的质量。比如, 斜滑块可以借助推杆的作用, 向上运动或者是向外运动, 在完成分型动作的同时也要实现塑件的正常工作。

3.2 改善塑件成型质量的主要方法

注塑模具成型的过程中, 整个塑件在成型质量上难免会受到多种因素的影响而导致模具在设计效果上往往不能尽如人意, 也难以应用于实践。为此, 在对设计过程中存在的问题进行详细分析的基础上, 探究产生问题的详细原因, 从而提出合理科学的改善方法, 提高塑件的成型质量。具体来说主要可以从以下几个方向努力, 首先, 保证注塑模具设计过程中所需的原料在性能上的良好。在注塑模具最终成型之前, 应当对原料进行充分的干燥, 消除里面的水分。此外, 还可以采取那些流动性能比较好的原料, 也能够改善塑件的成型质量。其次, 在制品结构的设计过程中, 前期应当保证制品的壁厚均匀, 尤其要减少结构设计过程中出现的凸台、嵌件等设计方案, 避免出现壁厚不均的现象。对于那些壁厚出现变化的位置, 应当改变现有的结构设计方案, 采取斜坡或圆角的设计方案来保证成型塑件的壁厚均匀。第三, 在模具的设计方面要从浇注系统、成型零件的结构设计等方面来保证塑件结构设计的合理性, 前文已经有过简单介绍。最后, 则是设置塑件成型的工艺条件。工艺条件直接影响着整个塑件结构的成型质量, 通过对模具的温度、冷却的时间、熔体的温度、保压的时间等工艺参数做出具体的调整和设置来保证注塑模的成型质量。

4 结束语

综上所述, 对接斜滑块开模制动的注塑模设计保证了结构的紧凑性, 在操作上也比较方便。整个塑件的质量不但满足了设计要求而且比较实用, 有效解决了浇注系统、开模时的阻力、成型零件的结构设计等技术性的难题。通过对斜滑块的合理设计以及改善塑件的成型质量来保证整个模具的实用性, 提高其生产效率和产品的质量。

参考文献

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滑块设计论文 篇6

液压机作为一种通用的无切削成形基础加工设备,已广泛应用于制造业的各个领域,尤其是大吨位、高水平的模锻液压机已成为重型机床行业普遍关注的焦点[1,2,3]。

航空锻件、车用薄壁锻件等均有投影面积大、尺寸精度高的共性,这就对大型模锻液压机的滑块运行精度提出了更高的要求。滑块工作时一般以立柱为导向,滑块与立柱间导向装置滑动副的质量直接关系到滑块的运动精度及被加工件的尺寸精度,也会影响工作缸密封件与导向面的磨损情况,对模具寿命及机身的受力情况也均有影响[4,5]。

然而液压机工作时,工件几何形状不对称、模具安装误差及受热不均匀等多种因素,都会导致工件变形阻力不对称,造成偏载受力状态,对加工零件的成形精度产生影响[6,7]。若液压机工作时所受偏载过大,则会使滑块与立柱间隙油膜破裂,使立柱与导轨之间产生干摩擦,长期工作后会因过度磨损而失效。国内外学者对偏载的分析与量化及偏载因素对液压机造成的影响进行了广泛的研究[8,9,10]。

综上所述,国内外研究学者对液压机的导向装置及偏载因素进行了一系列的分析和研究,但未考虑滑块导向装置滑动副的导向间隙及导向长度的匹配对整个液压机使用过程中的加工精度、偏载及磨损的影响。一些研究机构及相关企业[11,12]往往根据传统经验取值法确定导向装置滑动副间的配合间隙及导向长度,并没有综合考虑能量损失及可靠性因素。滑块与立柱间导向装置间隙设置不合理会导致导向装置滑动副能量损失较大,滑块与立柱相对运动过程中因磨损严重而失效。

本文从滑块与立柱间的导向装置滑动副间隙的泄漏和摩擦损失出发,基于能量损失最小原则,计算导向装置滑动副的最佳配合间隙,并对满足偏载工况下的最大许用侧向力进行分析,同时在极限偏载条件下对立柱与滑块间的导轨磨损进行校核。据滑块导向装置滑动副的磨损校核方法,计算滑块与立柱之间最佳导向长度,在总效率损失最小的原则下,计算滑块导向装置滑动副的最佳配合间隙。

1 液压机导向装置滑动副能量损失分析

目前,对于大型液压机通常采用方形立柱与可调导向板配合的导向装置。方形立柱上的导轨与活动横梁上的可调导向板的缝隙由具有相对运动的平面组成,立柱导轨与可调导向板平面相对移动而使缝隙中油液产生剪切流动。因此,立柱导轨与可调导向板平面滑动副中的泄漏功率和摩擦功率损失是不可避免的,并且相互制约。

设导向装置滑动副间隙两端压差为Δp,假设立柱导轨与可调导向板是平行无偏斜的,两平行平板形成缝隙,其中一个可调导向板的长度为L(共16块相同导向板,如图1所示),宽度为b,液压油动力黏度为μ,滑块移动速度为v,则通过间隙δ的液压油泄漏量qV为[13]

单位时间内由于泄漏而损失的能量,即泄漏功率损失为

动面处液体内的剪切应力为τ,动面的位置在Z=δ处,如图2所示,活动横梁运动时因剪切油液而产生的应力为

立柱导轨与可调导向板配合面积为A,间隙为δ的平行平面缝中因剪切油液而产生的摩擦力为

因此,单位时间内由摩擦而损失的能量也就是摩擦损失功率,即

由此,因泄漏而损失的功率与因剪切摩擦而损失的功率之和为

基于能量损失最小原则,对式(6)取导数,并使,即可获得使P最小的最佳间隙δ值:

液压机在单个工作周期T内由于滑块与导轨相对运动速度v随工艺过程变化,因此单位周期内的能量损失为

式中PT为单位周期内损失的功率。

2 偏载工况下滑块与立柱配合间隙分析

2.1 基本假设

由于液压机结构复杂,实际工作过程中受力分析影响因素众多,如完全按实际情况来解,则过于复杂,且必要性不大。因此将液压机简化为空间框架,可采取以下基本假设:1液压机前后对称,左右也对称,因此可仅在X方向对液压机进行受力分析;2所有导轨间隙一致;3由于滑块刚度远大于立柱刚度,故近似将滑块视为刚体;4各处的力均假设为集中力。

液压机工作时,存在诸多因素导致工件变形阻力不对称,易造成偏载应力状态出现。为保障液压机正常工作,防止立柱与滑块的导向平面之间摩擦过大及导轨磨损,要求滑块与立柱滑动副之间要保证有一定的油膜间隙,因而在此条件下存在最大许用侧向力[Fp]。

如图1所示,在工作载荷Fworking的作用下,活动横梁受到偏心力矩Fe的作用(e为偏心距),在立柱上引起侧推力F1。将F1按图1所示坐标系分解,假设F1 X为X方向的最大偏载力,柱塞与活动横梁刚性连接,对液压机机架进行受力分析。设h为上横梁下表面到下横梁上表面之间的距离,Zh为液压缸的柱塞导向套受力点到上横梁下表面的距离(Z<1),Yh为滑块可调导向板支承反力作用点到上横梁下表面的距离(Y<1),可求出偏载力矩在液压机两边立柱上的侧推力F1 X[4]:

2.2 最大许用侧向力分析

在偏心矩的作用下,滑块产生倾覆,此时立柱与滑块导轨间形成楔形油膜,两平面间为倾斜缝隙。以渐缩一侧的间隙为研究对象。由于滑块一侧有两块导向板,所以会形成两处楔形油膜间隙,间隙进口处的高度分别为δ1和δ′1,压力分别为p1和p′1;间隙出口处的高度分别为δ2和δ′2,压力分别为p2和p′2,取图2所示坐标,按运动相对性,把滑块看作是固定不动的,则立柱以v的速度运动。楔形间隙内压力分布为[13]

由于倾角α很小,故在图2所示坐标系下有:tanα=α,cosα≈1且ɑα=δ2,(ɑ+l-L)α=δ′2;(L+ɑ)α=δ1,(l+ɑ)α=δ′1;xα=δ。因此滑块与立柱单侧导向板上下侧楔形间隙内压力分布为

则立柱所能承受的最大侧推力为

又p′1≈p1,经整理最终可得

为了使液压机在偏载情况下仍能继续工作,需要满足偏载约束条件,即立柱所受最大侧推力F1 X≤[Fp],[Fp]为最小油膜厚度δ1条件下的许用偏载。

2.3 偏载工况下能量损失分析

滑块在偏载工况下运动时,在图2所示坐标系下,通过上下两侧楔形间隙产生的泄漏量为

单位时间内由于泄漏而损失的能量即泄漏功率损失为

设偏载状况下在动面Z=0处液体内的剪切应力为τ′,此时因剪切油液而产生的摩擦损失功率为F′fv,有

总功率损失为

则此时液压机在单个工作周期T内的能量损失为

2.4 极限工况下导向装置滑动副的磨损校核

立柱与滑块间导向长度设计不当时,在偏载工况下,会使立柱与滑块导向装置滑动副间的接触压力过大,从而使得导轨与导向板间的磨损加剧,甚至会因摩擦自锁而卡死。在极限状态即滑动副内几乎无间隙滑动且变形很小时,导轨与可调导向板因受到侧向力而发生弹塑性变形。

在极限偏载的作用下,此时偏载力达到液压机公称压力,偏心距达到工作台最大尺寸,导轨因弹性变形所产生的分布面应力σ的应力三角形边长为L,等效合力设为N,根据方形立柱液压机受力特点,分析可知等效合力N与立柱在极限偏载工况下所受侧推力平衡,计算过程如式(9)所示。等效力N近似作用在长度为L、宽度为b的平面上,则在不同的方向上为防止立柱过度磨损而失效,需要满足如下约束:

其中,NX、NY分别为极限偏载工况下X和Y方向的等效合力;[p]为许用压力,由Archard磨损计算公式[14,15]可推导:

式中,h′为平均磨损深度;Kc为磨损系数;p为接触压力;v为运动速度;t为磨损时间;H为接触表面硬度。

从最佳间隙出发,考虑偏载工况,为保证滑块与立柱仍能正常工作,设计出滑块导向装置在楔形间隙下的最大许用偏载,要求液压机在实际工作时所受的最大偏载必须在许用值范围内,否则将会使滑块与立柱间的楔形油膜破裂,使立柱与导轨之间的间隙产生干摩擦,长期工作后会因过度磨损而失效。

为保障立柱与滑块间导向装置滑动副在极限工况下不会因过度磨损而失效,本文提出导向装置滑动副间磨损校核方法,若不能满足磨损失效约束条件,则按照磨损校核方法(式(21))计算滑块导向长度L,再将L反代入式(7),计算导向装置滑动副最佳间隙δ。计算流程如图3所示。

3 案例分析

3.1 最佳配合间隙计算

以某快速薄板拉深液压机为研究对象,以轿车前车门内侧板的成形过程为实验对象。已知立柱导轨与可调导向板平面滑动副配合间隙的宽度b=185mm,导向板长度L=560mm,相对运动速度取设计值v=450mm/s,润滑油入口压力Δp=0.3MPa。该液压机使用46号液压油。20℃时该液压油运动黏度υ=128mm2/s,油液密度ρ为0.8741g/cm3,则动力黏度:

则

在图4所示工艺过程曲线下,单位周期能量损失E与平面滑动副配合间隙δ的关系为

由图5可知,单位周期内能量损失与配合间隙之间是凸函数关系,当δ为0.4mm左右时,由式(8)可得此时的能量损失最小约为6.3871×102J。

3.2 偏载工况下最大许用偏载校核

在轿车前车门内侧板的成形过程中,由于偏载力作用,导向装置滑动副之间变成楔形间隙,综合考虑活动横梁上可调导向板及立柱上导轨平面的粗糙度、不平行度及油液中最大杂质颗粒的直径及油膜刚度等因素,取最小油膜厚度δ2=0.03mm[11],则此时倾角;可算出a≈74.29mm。

液压机滑块相关参数如表1所示,则由式(13)计算可得此时滑块与导轨间隙滑动副所能承受的最大偏载为[Fp]=194kN。

此工艺过程中X方向偏心距最大为x=100mm,立柱高度h=5460mm,由式(9)计算可知,立柱所受偏载力F1 X=183kN≤[Fp],因此配合间隙在偏载工况下仍能满足使用要求。

由式(14)~式(20)计算可得偏载工况下由于泄漏和摩擦造成的能量损失为E′=1.1691kJ,经比较可知,液压机在偏载工况下,由于导向装置配合间隙所造成的泄漏和摩擦能量损失相对于平行间隙下的能量损失增加约83%。

3.3 立柱与滑块导向装置滑动副校核

活动横梁在工作阶段,由于工件或模具放置偏心,或模具不对称,工件变形阻力不对称等许多因素造成偏载受压状态,极限工况下,选取最大偏载力F=20MN,根据液压机工作台尺寸(表1),最大偏心距为X方向取x=2300mm,Y方向取y=1250mm,计算可知在X方向和Y方向的等效合力分别为NX=4.21MN、NY=2.28MN。

由图4轿车前车门内侧板的成形过程活动横梁位移-时间图,可知滑块的最大运动速度vmax=400mm/s,磨损系数Kc在润滑不良的情况下为2×10-10,立柱上导向板表面接触硬度H=590MPa,此液压机全生命周期内在此极限工况下累计工作的时间小于30天,平均磨损深度h′=0.03mm,则许用接触压力[p]≈85.36MPa,要保证液压机在全生命周期内不会因极限工况下立柱过度磨损而失效,则须满足

即

因此,此液压机立柱与滑块间的导向装置滑动副的长度能够满足在总效率损失最小的目标下的最佳配合间隙,同时在最佳间隙变化范围内的磨损量的前提下,仍能满足极限工况下的磨损使用要求。

滑块上导向面的长度是影响导向精度的重要因素,在偏心载荷下导轨面挤压应力的大小直接影响液压机的寿命。分别取不同的导向长度L,400mm<L≤600mm,L的取值间隔为20mm,计算不同L值对应的最大许用侧向力Nmax,Nmax与L的关系曲线图6所示。导向面的长度取L=420mm,有,满足磨损校核使用要求。

由图6可知,随着导向长度的不断增大,最大许用侧向力Nmax逐渐减小,因此,滑块上导向面长度L在[420mm,600mm]区间取值时,滑块与立柱间的导向装置滑动副之间的磨损约束均能满足使用要求。取不同的导向长度L,在总效率损失最小的条件下,根据式(7)计算滑块与立柱间的导向装置滑动副最佳间隙δ,间隙δ与导向长度L的关系为线性关系,如图7所示。

4 结论

(1)基于液压机滑块导向装置滑动副能量损失最小原则,从导向装置滑动副最佳导向间隙出发,为保证活动横梁与立柱导向装置滑动副在楔形间隙下仍能正常工作,不会因摩擦过大而卡死或过度磨损而失效,提出最大许用偏载的计算方法,以约束液压机所能承受的最大侧向力。基于活动横梁与立柱导向装置滑动副磨损约束,提出最佳导向长度的计算方法,在总效率损失最小的原则下,计算不同导向长度所对应的导向装置滑动副间的最佳配合间隙。

(2)针对某工程机械用快速薄板拉课20MN液压机,计算其活动横梁与立柱导向装置滑动副最佳配合间隙为0.4338mm,且在偏载工况楔形间隙下仍能正常工作,液压机立柱与滑块间导向装置滑动副的导向长度满足磨损校核使用要求。根据能量损耗模型计算比较,导向装置滑动副在偏载工况下的能量损失相对于平行间隙工作条件下能量损失增加约83%,因此合理地设计模具几何结构,能有效降低液压机工作时所受偏载力及由此而造成的能量损失。

摘要：基于液压机滑块导向装置滑动副能量损失分析,建立了总效率损失的数学模型。基于能量损失最小原则,提出滑块导向装置最佳配合间隙的数值计算方法。在最佳配合间隙下对满足偏载工况下的最大许用侧向力进行分析,同时在极限偏载条件下对立柱与滑块间的导向装置滑动副的磨损进行了校核。据滑块导向装置滑动副的磨损校核方法,计算了滑块与立柱之间最佳导向长度,在总效率损失最小的原则下,计算了滑块导向装置滑动副的最佳配合间隙。案例分析验证了该计算方法的正确性。该方法为液压机滑块导向装置滑动副最佳配合的计算及磨损的校核提供了理论和方法指导。

滑块设计论文 篇7

在世界各航空制造业发达的国家,飞机数字化装配技术早已取代以手动操作为主的传统装配制造方式。我国的数字化装配技术起步晚,仍处于转型初级阶段,和世界先进水平还有很大的差距[1]。近十几年来,在包括浙江大学飞机数字化装配团队等的努力下,我国的飞机数字化装配技术也取得了快速的发展。

在飞机数字化装配技术中,自动钻铆技术是其中一个核心技术,而自动钻铆系统中的自动供钉系统同样是一个核心和难点[2]。在自动钻铆过程中,自动钻铆机发生停机故障有九成以上原因是由供钉系统造成的[3]。与国外普遍采用的供钉装置和自动钻铆机相互固定的供钉系统[4,5]不同,作者在《用于机器人自动钻铆的自动供钉系统试验研究》[6]中提出了一种采用吸盘转移铆钉、气管吹送铆钉的供钉系统。这种系统的供钉装置与机器人平台底座固定,自动钻铆机则跟随机器人手臂在空间移动,即供钉装置与自动钻铆机之间有空间位置变化,这就决定了送钉管道是无法固定的,增加了供钉的难度。

该供钉装置采用吸盘式送钉模块,运用吸盘从供钉管道吸取铆钉并输送至吹钉管道,在该送钉方式下铆钉全程暴露在空气中,受力点单一且夹持不可靠,对吸盘的供气气压稳定性、铆钉与吸盘的接触点随机性、铆钉规格差异性以及工作现场设备振动幅度等实际因素较为敏感,在输送过程中极易逃脱吸盘的吸取而掉落,具有较低的可靠性和较高的故障率。

本研究根据上述吸盘式送钉模块的缺点和问题,设计一种采用带孔滑块作为取钉和移钉载体的滑块式送钉模块,通过结构分析并经过实验验证前期的理论分析结果。该送钉模块的带孔滑块在气缸的驱动下将铆钉从储钉管道输送至吹钉管道,送钉全程封闭。

1滑块式送钉模块

1. 1 结构

该滑块式送钉模块主要由支撑框架、储钉管道、顶针气缸、滑块气缸、滑块、吹气管道以及吹钉管道等组成。

滑块式送钉模块结构图如图1 所示。

储钉管道与储钉装置连接,储钉装置通过筛钉操作将铆钉定向连续地向储钉管道输送。位于储钉管道的两个顶针气缸可以保证每次只有一个铆钉进入滑块的输钉孔内。滑块位于支撑框架内部并与滑块气缸连杆连接,滑块在支撑框架内有两个工位: 取钉位置和吹钉位置,图1 滑块所处位置为取钉位置,滑块在两个位置之间的往返运动由滑块气缸驱动。吹气管道与气源连接,用以提供将铆钉吹至钻铆机的动力气流。吹钉管道与自动钻铆机连接,用于将铆钉输送至钻铆机的目标位置。

1. 2 控制系统

该送钉模块共有4 个控制对象,分别为两个顶针气缸、一个滑块气缸以及一个气源。

控制系统结构示意图如图2 所示。

除了上述4 个控制对象之外,还主要包括: 工控机、PLC和电磁阀。3 个气缸由三位五通电磁阀控制,气源的通断由一个两位两通电磁阀控制,电磁阀的动作逻辑关系由在工控机上编译并传输到PLC执行的程序控制。

由于该送钉模块控制对象的控制信号均为简单的通断数字信号,信号之间的逻辑运算关系也是比较简单的,控制系统采用PLC作为逻辑控制器。当送钉模块与自动供钉系统、自动钻铆系统以及机器人平台协同工作时,整个数字化系统涉及的控制点数众多,逻辑运算复杂,而且会涉及到伺服电动机、各类传感器的信号接收、处理和发送,那么系统须采用运算处理能力较为强大的PLC,以及用来控制伺服电机的Danaher伺服控制器。该机器人平台采用德国BECKHOFF公司的CX1020 型号PLC,信号接收模块采用EL1004,信号输出模块采用EL2004,电磁阀的电磁线圈信号由输出模块EL2004 控制。在送钉模块前期的单独实验阶段由于涉及点数少,出于节约成本和方便实验的考虑,本研究采用OMRON公司生产的CPM1A系列PLC作为控制器,该系列PLC虽然已经属于过时的产品,但是其足以胜任完成该送钉模块的逻辑控制过程。

1. 3 动作流程

该滑块式送钉模块的动作工艺流程图如图3 所示。

滑块位于吹钉位置示意图如图4 所示。

基本动作的循环过程如下:

(1)系统上电启动;

( 2) 各个气缸复位。滑块气缸收回连杆使滑块位于图1 所示的取钉位置,同时长顶针气缸伸出,短顶针气缸收回( 如图4 的顶针气缸状态所示) ,使储钉管道的铆钉依次并且连续地落在长顶针上,为铆钉进入滑块的输钉孔做好准备;

( 3) 取钉。当系统发出送钉命令并确认铆钉情况正常后,短顶针气缸伸出,如图5( a) 所示,顶住②号铆钉不让其下落,随后长顶针气缸收回,如图5( b) 所示,让①号铆钉落入滑块的输钉孔,从而完成取钉动作,随后长顶针气缸再次伸出,为下一次取钉动作做好准备( 如图5( c) 所示) ;

( 4) 移钉。确认取钉成功后,滑块气缸伸出连杆,使滑块移动至图4 所示的吹钉位置;

( 5) 吹钉。气源打开,气流将铆钉沿着吹钉管道输送至自动钻铆机的目标位置,确认到达后则吹钉动作完成;

( 6) 复位。各个气缸复位,吹气气源断开,滑块气缸收回连杆使滑块重新处于取钉位置准备下一次取钉,短顶针气缸收回使铆钉依次下落,此时②号铆钉处于待取状态( 如图5( d) 所示) ,等待系统发送下一个送钉命令。

铆钉从取钉位置到吹钉位置的输送过程全程封闭没有干扰,其输送可靠性与铆钉的规格大小、输钉孔的大小、设备的振动等等因素没有关系,具有很高的成功率,但是储钉管道中两个顶针气缸的动作是否能保证每次有且仅有一个铆钉进入滑块的输钉孔则与上述因素有密切的关系,铆钉太小、管道太粗或者设备振动太剧烈容易导致短顶针气缸无法阻挡铆钉下落,从而有可能导致在取钉时第二颗铆钉的一部分也进入了滑块的输钉孔,那么在移钉动作时滑块和框架会对第二颗铆钉形成切割运动,不仅损坏铆钉和设备,而且存在一定的安全隐患。

2储钉管道逐个送钉问题的分析

储钉管道中短顶针气缸无法阻挡铆钉下落的问题可能与如下两个因素有关: 气缸的顶针伸出长度不够、气缸顶针的推力不足。

2. 1 顶针伸出长度问题

取较小的90°沉头铆钉为例,该铆钉公称直径d =4± 0. 08mm,沉头最大直径D = 7± 0. 18mm,储钉管道内径为D0= 10 mm[7,8,9],当顶针伸出长度不够时,则会发生的情况如图6( b) 所示,铆钉穿过储钉管道剩余空间下落。为了能卡主铆钉,气缸顶针必须伸出足够长度足以将铆钉压在储钉管道内壁上,如图6( a) 所示。

顶针直径d0= 3 mm,则当顶针伸长至储钉管道中间位置时,管道界面的最大圆形空隙的直径为:

所以当短顶针气缸伸长至管道中间位置时,以上述小铆钉为研究对象,即使顶针没有压住铆钉,铆钉也无法从空隙下落。故确定短顶针至少要伸入管道内部一半距离为准。

2. 2 顶针推力问题

顶针气缸的缸体内径为 Φ10 mm,则气缸截面积为:

该顶针气缸的电磁阀工作气压范围是0. 15 MPa~ 0. 8 MPa,取P = 0. 4 MPa,那么顶针提供的推力为:

以较大的沉头6 mm × 16 mm铆钉为例,铆钉质量为M = 1. 2 × 10- 3kg,假设设备在以两倍重力加速度横向振动,那么铆钉对顶针产生的压力为:

该压力值远小于气缸顶针能承受的压力值,所以在普通的气源压力下,气缸顶针能很好保证阻挡铆钉下落。

2. 3 实验验证

该滑块式送钉机构的实验模型如图7 所示。

本研究采用该实验模型,对自动送钉的过程进行重复性实验,从而进一步验证计算分析结果。本研究以90°沉头铆钉为实验对象,按计算要求位置安装短顶针气缸保证气缸的顶针伸出时至少处于储钉管道内一半以上的位置,依次向顶针气缸分别提供0. 4 MPa、0. 41 MPa、0. 42 MPa和0. 47 MPa 4 个不同的气压值,在每个气压值下进行200 次以上的重复实验。

实验数据如表1 所示。

根据实验数据表明,当满足顶针气缸伸入储钉管道一半位置这个条件的时候,在几个不同的气缸供气压力下,自动送钉过程都能顺畅地进行,该送钉模块具有很高的送钉成功率,从而验证了理论分析的计算结果。

3结束语

本研究根据工业机器人平台自动钻铆系统中自动供钉系统的取钉送钉过程进行了分析,针对自动送钉过程中铆钉容易掉落和难以逐一输送铆钉的问题,设计了一种采用带孔滑块来输送铆钉的滑块式送钉模块,解决了上述取钉送钉过程存在的困难,得出了适合铆钉成功输送的顶针位置以及气压强度等条件,最后通过实验验证了上述保证铆钉顺利输送的必要条件。

本研究为自动钻铆系统的送钉模式提供了更多的参考和选择。

摘要：针对工业机器人平台自动钻铆系统中自动送钉难的问题,介绍了一种能够为自动钻铆机自动逐个输送铆钉的滑块式送钉模块。铆钉在从供钉管道到吹钉管道的输送过程中存在着铆钉容易掉落、输送成功率低以及难以逐个送钉的问题,为此通过运用空间分析和受力分析等方法,结合合理的结构设计,提出了利用双顶针气缸控制铆钉的逐一释放、采用带有输钉孔的滑块将铆钉从储钉管道输送至吹钉管道,继而通过气流经吹钉管道将铆钉输送至自动钻铆机的目标位置的送钉方案,并计算得出了满足铆钉逐个输送的顶针气缸伸出长度、最小气缸供气气压等必要条件。研究结果表明,全程封闭的送钉模式提高了输送过程的可靠性和成功率,计算结果和实验结果验证了该送钉模块在自动钻铆系统的可行性。

关键词：自动钻铆,滑块,自动供钉,送钉

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滑块设计论文 篇8

关键词：新型滑块,异形斜顶,基于事例推理技术,零部件事例库

模具是生产各种工业产品的重要工艺装备, 随着塑料工业的迅速发展, 以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用, 产品对模具的要求也越来越高, 复杂的产品在模具设计中, 经常会用到滑块和斜顶。常用的滑块和斜顶结构在UG三维软件设计中可以直接调用, 大大缩短了设计时间。但很多特殊结构的滑块和斜顶在软件中没有调用, 本文首先介绍经过加工改进后的新型滑块和异性斜顶, 结合实际的范例加以介绍, 并通过基于事例推理技术将该类的结构加入零部件事例库进行积累, 方便自已或他人以后在类似的模具设计中进行检索使用, 从而大大减低模具设计的时间和难度。

1 结合具体范例说明新型滑块和异形斜顶的结构

作者所举的塑料产品范例为一款无线耳机外壳, 材料为ABS, 具体结构如图1所示。

该模具设计难点有二处。第一, 内两侧均有倒扣的加强筋, 需用斜顶机构才能脱模, 由于耳机的柄部尺寸很小, 宽度仅为18mm, 采用常用的斜顶机构时两边的斜顶头太厚就会造成顶出时干涉或加工导向T形槽空间不够, 太薄会造成强度不够, 斜顶容易变形。第二, 在底部有个斜侧孔, 以前都只能采用液压缸加滑块的抽芯方法, 相对成本较高而且体积变大不紧凑, 设计必须优化。

笔者用异形斜顶代替普通斜顶, 用滑块带滑块的结构代替液压缸抽芯, 经二年生产实践, 工作正常, 证明设计合理, 结构紧凑, 且成本大大降低。图2为异形斜顶的原理图, 两边斜顶在顶出过程中, 利用斜面接触产生作用力, 使异形斜顶通过底部的滑轨向中间滑动, 顶出时两斜顶间间隙留0.5mm。图3为异形斜顶的三维设计图, 主要在UG软件中通过抽取零件内部倒扣面, 然后进行修剪, 缝合, 拉伸等命令获得所需要的斜顶结构形状。图4为新型滑块, 及滑块带滑块的原理图, 虚线部分为T形槽。图5为在UGNX中的三维设计图, 其抽芯原理为当斜楔块相对相上运动时, 在斜楔块上的T形导向部分带动滑块2运动, 由于滑块2底部的滑轨限制, 滑块2只能水平向右移动。滑块1除了在产品斜侧孔的斜向上有T形导轨外, 底部还有T形导向部分与滑块2的T形槽连接, 当滑块2水平向右移动时会带动滑块1斜向下移动, 慢慢的脱离零件, 从而方便顶出。该结构设计加工方便, 大大节省了成本。

本副模具产品为一出二, 整体结构巧妙紧凑, 布局合理, 图6为模具型芯部分的三维设计图。

2 基于事例推理技术的推广过程

上述两中结构在很多地方都可以推广使用, 现采用基于事例的推理 (CASE-BASED REASONING, CBR) 技术来方便日后自己和他人获取使用。基于事例推理的基本过程可归纳为4个步骤:1) 指定索引:识别新任务的特征, 并指定一个索引;2) 检索:根据索引从事例库中检索相似的事例;3) 改写:改写事例的解以得到适合新任务的解;4) 存储:将新的解存入事例库。

UGNX软件本身就有记忆存储和快速查询的功能, 首先用UGNX软件中的用户自定义特征将新型滑块和异形斜顶都放到事例库中 (图7) , 并对该两种结构中的重要尺寸进行参数化设计, 将两种结构制作成参数化的模块。需要设计的新任务时, 从事例库中查找与当前任务最相近的事例, 通过改变事例的解来得到新的设计结构, 并将新的解存入的事例库中。

3 结语

本文结合具体的塑料产品, 研究了斜顶和滑块的新型结构, 并提出基于事例推理的模具零部件设计, 为今后模具设计模块化, 设计师能简单快捷的把握模具设计细节提供一点思路。

参考文献

[1]李柏林.基于事例推理的塑料模具设计模型.机械科学与技术, 2002, 21 (6) :890-891.

[2]周志平.塑料模具设计中常见问题的分析.长沙航空职业技术学院学报, 2003, 3 (3) :49-51.

滑块设计论文 篇9

实际上该机构经过调整构件状态及尺寸并配合以相应的运动控制, 可以得到非常广泛的用途, 本文以获得滑块沿任意曲线做匀速运动为目标, 通过解析法和商业软件仿真求解的方法获得机构各铰链的运动状态。获得的分析结果及本文所采用的分析方法可用以指导机构驱动元件的运动控制, 并最终运用到一些具体应用领域, 如机器人手部按预定轨迹平稳运行等。

1 机构运动分析

上述提出的研究内容可表示成图2所示的机构运动简图。现假设摇杆滑块机构的滑块A点按照图2所示的运动轨迹匀速运动, 速度为。建立直角坐标系, 可得目标轨迹线在坐标系中的确切位置坐标, 同时也可以获得目标点在整个运动循环过程中沿x、y坐标轴方向的速度和加速度分量。即对应于确定的轨迹来说是已知的, 另外连杆1和摇杆2的长度也是已知量。如此用矢量分析求解的方法, 可以写出机构的封闭矢量多边形在x、y坐标轴上的投影方程, 建立各运动参数与构件尺寸及位置的解析关系, 进而可以求得连杆1和摇杆2的角位移、角速度及角加速度[1,2]。

建立矢量方程式如下:

将式 (1) 分别投影到x、y轴上可得:

写成矩阵形式有:

将式 (3) 对时间求导有:

将式 (4) 对时间求导有:

结合图2所示几何关系, 根据余弦定理有:

进一步化简, 由式 (6) 与式 (2) 联立可求得连杆1和摇杆2的角位移:

由式 (7) 、 (8) 与式 (4) 联立可求得连杆1和摇杆2的角速度:

由式 (7) 、 (8) 、 (9) 、 (10) 与式 (5) 联立可求得连杆1和摇杆2的角加速度:

获得连杆1和摇杆2的角速度和角加速度后, 如果在相应的铰链处设计伺服电动机, 并通过电机控制器及驱动器按照该运动规律控制电机运转, 便可以得到预期的目标点运行轨迹, 并将结论运用到具体工程领域, 以解决实际问题。

2 软件运动仿真

上述分析方法给出了一种解析结果, 通过编写程序或借助计算机辅助设计软件可以得出更加直观的结果。根据前面的方案, 在Pro/E软件中建立骨架模型, 并在装配模块中完成骨架模型的虚拟装配。在装配过程中, 将相对转动的零件之间定义为“销钉”连接, 如摇杆与机架之间的连接、连杆与摇杆之间的连接;将滑块上A点与目标运行轨迹定义为“槽”连接;在槽连接上定义一个槽切向速度电机, 并给定一定的速度大小;最终完成的运动仿真模型如图3所示。进一步在Mechanism模块中添加一个分析定义, 并定义仿真类型为“运动学”, 经过求解后, 便可以得到一组运动仿真结果[3]。

分别定义测量为摇杆与机架所构成的铰链处连接轴的角速度和角加速度, 求解后可以得到摇杆相对于机架的运动曲线, 如图4所示;定义测量为连杆与摇杆所构成的铰链处连接轴的角速度和角加速度, 求解后可以得到连杆相对于摇杆的运动曲线, 如图5所示。

从图中可以看出, 为了获得滑块的目标运行轨迹, 实际需要的两伺服电机运动规律大致相似, 忽略由起始相位引起的曲线平移, 其运动规律表现为比较明显的四个部分, 分别对应于伺服电机正向平稳运行阶段、稳定减速换向阶段、反向平稳运行阶段、稳定加速换向阶段。这一点从两图中的加速度曲线中也可以比较清楚的看出, 整个过程中加速度曲线只有在两次换向过程中有比较大的变化, 其余时段的加速度都比较稳定。这样的电机运动需求对电机控制来讲也是比较容易实现的, 说明研究内容具有一定实际意义。

3 结语

文章以实现摇杆滑块机构滑块沿任意曲线做匀速运动为目标, 分别用解析法和软件仿真分析的方法对机构运动做了分析求解, 并获得连杆、摇杆与机架之间连接铰链的运动状态。求解结果为研究铰链关节处驱动电机的控制方法提供了一定的依据。特别是软件仿真的方法, 可以通过改变分析模型的初始条件, 快速获得多组结果进行对比。研究方法及结果可以使摇杆滑块机构在工程领域得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]孙桓, 陈作模.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 1999

[2]田竹友, 郭莹.微机在机械原理中的应用[M].北京:机械工业出版社, 1994