液压虎钳模具设计方案

1 液压虎钳模具设计方案 绪论 机用虎钳的用途非常广泛，常见于机床上加工各种零件时的夹紧。如铣床、饱床、钻床上加工零件时就常用机用虎钳来夹固被加工零件，具有结构简单、装夹可靠等优点，但随着机械行业的高速发展，人们对加工产品的精度要求也越来越高，传统的台式虎钳精度低，生产效率低下，给我们的生产带了很大的弊端，于是我们对台式虎钳进行了改良，制造出了液压台虎钳， 实际意义：钳工用液压台虎钳，是现在市场所没有的。 一、根据现在生产核技术越来越高，生产精度越高，同时也是生产越来越精巧，夹紧力也要求越 来越准确，不能过大过小。但传统的台虎钳所产生的夹紧力是根据师傅的经理来保证的，因此极有可能会产生以上的不足而使废品率提高，根据生产的需要，特此设计一套适合加工的钳工用液压台虎钳。 二、传统的台虎钳工作效率比较低，传统台虎钳是螺纹传动，无法实现快速夹紧与松开，使得生产效率比较低。现有的液压台虎钳基本上用在车床上，能实现快速夹紧与松开，但是要配有一个机动的动力源，如果用在钳工上就成本太高，所以不适用。新设计的钳工用液压台虎钳，不但可以实现快速夹紧与松开的同时，液压系统的动力源为手动，这样相对于机床用的台虎钳来说 成本比较低，只比传统台虎 2 钳的成本高不了多少。 工作原理：就是将虎钳传统的螺纹夹紧换成液压系统，利用液压系统的系统压力的可调节，通过计算可以调出钳口的夹紧力大小，这样就不会出现夹紧力过大或过小对产品造成的损害。 优点 /缺点： 1 液压台虎钳可以根据具体工件的适应夹紧力大小，准确的调出夹紧力的大小。 2 液压台虎钳可以快进快退，可以在几秒钟内实现夹紧与松开，大大提高了工作效率，这是传统虎钳无法比拟的，但操作较为复杂。 3 液压零件现在已经标准化，可以便于设计和选用，但成本较高 。 钳工用液压台虎钳的总示意图： 3 其工作原理具体为： 台虎钳的夹紧力是靠弹簧来保证的，液压系统在此的功用只是让活动钳口克服弹簧的张力向左移动一点距离，其工作步骤如下： 一、通过调整调整螺母 1，调整好弹簧在图 示位置的张力，使张力等于要加 工零件的夹紧力。 二、压油压手柄 16，通过油管 15 给 6 柱塞缸注入液压油。通过 6 推动 5 活 动钳口向左移动，并且将 16 卡入（图示位置，在 16的下方方块）方块中。 三、用手推动活动钳身向左移动，并且给工件一个初始的夹紧力（预紧力）， 然后用手扳动手柄 10，通过带型刹车磨擦块死死地抱死 3 活动钳身固定体，使它不能再动。 四、完成以上工作以后，就放开油刹手柄 16，释放液压系统的压力，让弹簧 的张力来实现夹紧工作，从而实现快速夹紧。 五、加工完成以后，只需松开手柄 10，然后用手拖开活 动钳身就可以实现快 速松开。 钳工用液压台虎钳的优缺点 与传统的螺纹台虎钳相比，钳工用液压台虎钳有下列优点： 1. 液压台虎钳可以根据具体工作的适应夹紧力的大小，准确的调出夹紧力的 大小。 2. 液压台虎钳可以实现快进与快退，可以在几秒钟之内实现夹紧与松开，大 大提高了工作效率，这是传统台钳所无法比拟的。 3. 液压零件现在已经标准化了，可以便于设计和选用。 与传 4 统的螺纹台虎钳相比，钳工用也液压台虎钳有下列缺点： 1钳工用液压台虎钳相对于传统螺纹台虎钳来说成本提高不少。 2钳工用液压台虎钳 相对于传统虎钳来说操作比较复杂一点，对相关的操作 人员的培训也会比传统的虎钳复杂。 5 液压虎钳总体方案的设计 一 . 液压虎钳的几种设计方案以及工作原理 由于钳工用液压台虎钳，是市场现在少有的，根据现用台虎钳为基础进行改进，有下面两种设计方案， A 与 B 方案都能实现快速夹紧与松开。 此种方案的设计原理是：先压液压手柄 3 给柱塞缸 8注入液压油使小活动钳口向右移动，然后放入工件再用手推动活动钳身 1，给工件一个预紧力，之后就用手往下压刹车手柄 6，使活动钳身迅速固定不动，再后就是放松液压泵手柄 6，使液压系统压力为零，此时释放 6 弹簧的张力，通过弹簧的张力来对工件进行夹紧，只要把刹车手柄 6往上拉，就要可以拖动活动钳口，从而实现快速松开。 此种设计方案的工作原理和 A 种设计方案的差不多，不同之处就在于 B 方案压液压泵手柄 3 时，活动钳口向左移动。 二 . 设计方案的选择 A 种设计方案：虽说设计与加工比 B 种设计方案要简单也可以实现快进与快退，但是在加工（如锉削、凿削、锯削）时，主受力为弹簧的那个方向，因为弹簧虽说可以保证夹紧，但是在受到 冲击力时会因为力的突然增大，而使工件松动。这对工件（如表面质量）也会造成一定的影响；如果冲击力是朝活动钳身这边，因为力的突然增大会使得磨擦块产生的摩擦力无法抱死活动钳身，这样会使得以前的夹紧没效，会使以前的定位无效。 7 B 种设计方案：虽说设计与加工比 A 种设计方案要复杂，同时可以实现快进与快退，但是解决了 A 种设计方案在加工时的主要缺点。因为在受到冲击力的方向只要朝向固定钳身这边，所以不管受多大的力，都不会使工件产生松动。 比较这两种设计方案，两种方案都能实现快速夹紧与快速松开， A 种设计方案只能用于 加工时没有冲击的场合，但是钳工用的台虎钳，不可能在加工时不会不遇到冲击力的，反而是经常会遇到这种情况，所以 A 种设计方案不可取。 B 种设计方案则可以受到冲击力，只要保证受力方向朝固定方向就没有问题了，在钳工加工时要保证受力方向是没有问题的。 由此可见 B 种设计方案要优于 A 种，所以我选择设计方案 B。 三 . 液压虎钳设计方案的优缺点 设计与加工的方法既可以实现快速夹紧与松开，也解决了弹簧冲击力朝活动钳身这边，由于力的突然增大而使得摩擦块产生的摩擦力无法抱死，从而工件夹紧与定位没效的弊端，但虎钳的制作较为复杂，成本较高。 四 . 液压虎钳各部分的设计 传统的虎钳与液压虎钳相比较主要是缺少液压缸，因而液压缸是在整个液压虎钳中最重要的，也是能否降低成本的关键所在，必须得多方面的考虑： （ 1）因为液压元件是标准件，所以尽量选择标准件； （ 2）根据多方面的考虑，以及加工过精度的要求，设定推力为 8 2000N 的力，由于柱塞式液压缸在市场上没有标准，所以选用直径为20柱塞式液压缸； (3)在虎钳工作时，钳中的开度与液压缸的伸长长度无关，而夹紧时伸长长度与台虎钳的开度无关，因而要求结构紧凑，所以选 择一个开度较小的液压缸； (4)为了使液压系统的泄露较小，所以要求系统压力为低压，因此选压力为 10择活塞横截面大一点的。 根据选择的系统压力与夹紧力，得： A=F/P A=2000/10=200 A：柱塞有效工作面积 F：柱塞推力 P: 液体工作压力 由于 A=F/P，得 A=2000/10=200由 A= R=8 3里取 10以选择直径为 20柱塞柱比较合理，设计见图。 9 为了保证操作轻松与降低成本、便于设计，选择液压泵的 横截面积小于液压缸的横截面积且柱塞直径为 8柱塞式液压泵，设计见图液压系统的压力为： A=F/P A= P=2000/（ 3。 14=6 A：柱塞有效的工作面积 R：柱塞半径 但根据弹簧的张力等于： F= F：弹簧的张力 X：弹簧的改变长度 所以当液压缸推动活动钳口移动时，越推会力越大，所以要求 P 10 比计算出来的要大些，所以取 以系统压力为 10时作用在柱塞式液压泵上的力应为： F= F=300N 在经杠杆原理，所以操作者不需用到 300N 的力，操作起来就不用感到很吃力，所以选取的液压元件合理。 正确、合理地选择与使用液压油，对提高液压设备运行可靠，延长元件和系统的使用寿命，保证设备安全，防止事故发生均具有重要意义。 1选择工程机械用液压的依据 （ 1）液压元件 不同的元件对所用的液压 油都有一个最低要求，因此选择液压油时，应根据液压元件的种类、材质、密封件和涂料等及其与液压油的相容性，选择合适的液压油，以满足元件中各运动副的润滑要求，使元件达到设计寿命。 液压泵对液压油的黏度和黏温性能最为铭感，因此，常将它对液压油的要求作为选择液压油的主要依据。 （ 2）系统工况 对执行机构的速度、压力和动作精确度的要求越高，则对所用液压油的耐磨和承载能力等的要求越高。 按照系统可能的工作温度、连续运转时间和工作环境的卫生情况 11 等选油时，须注意油的豁度、高温性能和热稳定性，以减少油泥 等的形成和沉积。 （ 3）油箱大小 油箱越小，对油的抗氧化安定性、极压抗磨性、空气释放性和过滤性等要求也越高。 （ 4）环境温度 若附近无明火，工作温度在 60一下，且承载较轻时，可选用普通液压油；如果设备需在很低的温度下启动。则须选择用低凝液压油。 综上所述，在液压油质量合格的前提下，若系统执行机构的运动速度很高，则油液流速也会很高，液压损失随之增大，而泄漏量将相对减少，故宜选择黏度较低的油；反之，当油的流速低时，泄漏量相对增大，会对工作机构的运动速度产生影 响，故宜选择黏度较高的油。通常，工作压力高时，宜选用黏度高的油，反之，宜选用黏度低的油；环境温度高时，应选用黏度较高的油，反之，应选用黏度较低的油。 （ 5）经济性 须综合考虑：液压油的价格、使用寿命，液压系统的维护、安全运行周期等，并着眼于经济效益好的品牌。 此外，选择液压油时，不能只注意到油价，而忽视品种、质量、维护与再生等情况。如，对高温、高压和精密的液压系统，要选用磷酸醋液抗燃液压油，如用价廉的含水抗燃液压油代替，会使液压泵过早磨损、系统精度降低；又如，高压液压系统，应选用抗 磨液压油。 12 若选用便宜的的机械油或防锈抗氧液压油，则液压泵的寿命会缩短。例如， 度等级为 ，分别用于两个相同的 叶片泵液压系统（压力 度 65，转速1500r/连续运行 250小时后，测得用 的 63倍。因此在中高压系统中，不应使用 或 应选用 对在寒区和严寒区室外作业的工程机械的高压系统，由于气温低、环境温度变化大，应选用高黏度指数的低温液压油，以使系统冷启动容易、油液的流动 性好，使系统在冬、夏季所用的油一致，无需更换。高质量的抗磨液压油具有抗氧化安定性高、水解安定性好、破乳化能力强、空气释放时间短、使用寿命长等优点，可改善系统的运行情况。因此，高性能的液压系统，应用高质量的液压油，虽油价较贵，但油品的使用寿命长、液压元件磨损少、系统维护容易、生产效率高，因此总一的经济效益还是合算的。 当初步选定所用液压油后，还须核查其一货源、黏度、质量、使用特点、适用范围，以及对系统和元件材料的相容性，各项指标是否能完全满足使用要求。 2液压油的合理使用 （ 1）影响液压质量的因素 水。油中水分的含量徐符合国标 技术标准。如果油中水分超标，则必须更换。否则，不但损害轴承，是钢件表面生锈，还会使液压油乳化、变质和沉淀，冷却器导热能力下降，并阻 13 滞管路和阀门，减少滤油器的有效工作面积，增加油的磨蚀作用。 油的氧化。一般工程机械液压油放入工作温度为 30其寿命与温度密切相关。当油温超过 60后，每增加 8则油的使用寿命就会减半，原因是油被氧化。氧气和油中的碳氢化合物反应后，油被慢慢氧化、颜色变黑、黏度增大，甚至严重到氧化物不能溶解于油中，而是以棕 色粘液层沉积在系统某处，造成元件中的控制油道北堵塞，或使滚珠轴承、阀芯、液压泵柱塞等磨损加剧，影响系统的正常运行；此外，油被氧化后还会产生腐蚀酸液。 所以工作环境要求不是很高，所以选择市面上普遍的液压油，如压油（低温液压油）等。 液压虎钳的设计要求是整体高度不超过 250了使结构紧凑，所以对现用的台式虎钳钳身必须进行修改方能适用。 动钳身的设计 为了便于加工，将传统的整体活动钳身改为由几部分组成，活动钳身主要由活动钳口 、钳身杆、液压缸、液压泵组成。其结构如图所示： 14 为了设计和制造简单，降低成本。其液压系统没有油箱，这样就要求工作者定期加油，活动钳口这样设计的作用主要是便于快速夹紧与松开，只要固定钳身能快速抱紧与松开钳身杆，其余的事就全交给活动钳口了，为了满足这些要求将活动钳口用弹簧来推动来实现夹紧，其工作原理是： 一、工作者能调整螺母 7 来调弹簧的张力，因为这个弹簧的张力为夹紧工作的夹紧力，调好夹紧此类工件的夹紧力。 二、工作者用手压压杆 3，给液压柱塞注入液压油，推动活动钳口，并且将手柄卡入液压手柄固定块内。 三、工作者讲工件放入钳口，用手推动活动钳身，给工作一个预紧的夹紧力。 四、将 3 从固定块内拿出来，释放柱塞里的液压油，此时液压系统的压力为零。同时弹簧释放势能，通过弹簧的张力来实现真正的夹紧。 定钳身的设计 在介绍活动钳身时，讲到了固定钳身必须能在很短的时间内，死死地抱死活动钳身不让它移动。另外它还参与夹紧工作，这与现用的台虎钳是相同的，所以可以参照现有台虎钳的固定钳身来进行设计，与现有台虎钳的固定钳身相比，只需要增加一个能实现在很短的时间内抱死活动钳身的装置就行了，其它方面改动不大 ，故可免掉一些强度计算。 固定钳身主要由：底座、固定钳口、活动钳身刹车机构、凸轮机构组 15 成，结构如图所示。此种设计通过刹车手柄 3 往下压时，带动钢带刹车块，通过摩擦力来抱死活动钳身固定光杆。从而实现快速夹紧与松开。不过 要使摩擦力来抱死活动钳身，就要求钢带拉得较紧。 F=:摩擦力 N：正压力 F：摩擦系数 由上面可以看出只要选择摩擦系数大的刹车钢带就能满足夹紧要。钳与工作台的联接设计 为了设计简单，便于制造，降低成本，台虎钳与工作台联接部分 不作任何改动。 16 总结 此次的实训设计把我在大学期间所学到的专业基础知识与生产实践相结合的一次大胆的尝试，也是对自己大学所学的专业知识的检验，而且在本次的设计中学到了许多新的知识，由于自己的经验不足，所以此次的实训设计也是差强人意，但对我来说是一次新的、 大胆的尝试。 经过这两个星期实训设计的学习，给我最深的感受就是我的设计思维得到了很大的锻炼与提高。作为一名设计人员要设计出有创意而功能齐全的产品