机械毕业设计（论文）-冰箱门封磁条剪切系统设计【全套图纸】.doc

2008届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）冰箱门封磁条剪切系统设计摘 要剪切机是工业生产中常用的设备，广泛应用于剪切各种材料。门封磁条是门封组件中的重要组成部分。本文主要针对目前磁条剪切大多采用人工方法存在的缺点，着重对磁条的放置、输送、剪切一体化的自动化设备及相关技术问题进行了设计分析。通过查阅各类相关文献，全文叙述了冰箱门封磁条实际的生产过程、存在的问题以及剪切技术发展状况，设计了自动剪切和手工剪切两种方案，并对相应的放料机构、送料机构以及剪切机构中的零部件进行分析计算和比较，确定出在3秒钟内完成磁条准确送出和定长剪切的方案，最后做出论文总结。关键词：剪切机构，放料机构，送料机构全套图纸，加153893706The Design of Shearing System for Refrigerator Magnetic Door SealABSTRACTShearing machine is an equipment commonly used in industrial production, it is widely used in cutting various materials. The door seal is an important part in door seal component. In this paper, in view of the shortcomings of manual methods which currently used in shearing of the refrigerator magnetic door seal, the thesis focuses on the automation of the structural design on the placement, transmission and shearing of the magnetic stripe are designed together with the analysis of related technical problems. By the adoption of reading various types of related literatures, the paper describes the actual production process、the existing problems of the magnetic strip and the development of shear technology, and two kinds of schemes are designed, that is，manual and automatic cutting. Morover, the corresponding deposition mechanism, as well as the feeding mechanism and the shearing mechanism are carried on analysis、calculation and comparison，then a program is identified to complete the seals submiting accurately and length of shearing in 3 seconds and finally come to the conclusion. KEYWORDS: shearing mechanism, deposition mechanism, feeding mechanism 目 录第1章 绪论11.1 课题的提出11.2 冰箱门封磁条概述11.2.1 门封磁条的结构及性能11.2.2 门封磁条的保养及维护31.2.3 门封磁条的生产工艺41.3 剪切设备的发展状况51.3.1 剪切机的发展状况71.3.2 剪切机的分类71.3.3 剪切技术概述91.4 本课题的主要研究工作121.4.1 本课题的来源及类型121.4.2 本课题的研究目的及意义121.4.3 本课题主要研究内容13第2章 总体方案分析142.1 系统功能分析142.2 开卷机构分析142.3 送带机构分析142.4 剪切机构分析15第3章 具体结构设计173.1 开卷机构设计173.2 送料机构设计183.3 剪切机构设计193.3.1 剪切模的设计203.3.2 剪切运动的设计203.4 气缸往复运动控制回路213.5 气缸速度控制回路22第4章 零部件设计及计算234.1 电机的选取234.1.1 开卷电机的选取234.1.2 送料电机的选取234.2 剪切机构的设计计算244.2.1 冲裁力的计算244.2.2 剪切气缸的设计254.3 凹凸模的设计计算264.4 齿轮的设计计算274.5 同步齿形带及带轮的设计计算294.6 轴的设计计算31总结35致谢36参考文献3739第1章 绪论1.1 课题的提出电冰箱磁条是门封中的重要组成零件，它的质量好坏直接影响电冰箱的保温效果，从而对冰箱的整体质量具有较大的影响。目前，门封磁条的剪切大多采用人工的方法，剪切方式采用气缸带动冲头进行磁条剪切，盘状磁条仿造能够旋转的铝盘上，通过操作工人手工穿过剪切工作台，使磁条碰到相应的定位挡块，长度的尺寸精度由挡块与剪刀之间的定位精度以及操作工人的技术水平决定；这种加工方法具有效率低、工人劳动强度大、废品率高、质量不稳定等缺点，进而影响到冰箱的质量。而企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展，它必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本，制造出合乎市场需要的、性能合适的产品，而产品质量的优劣，制造周期的快慢，生产成本的高低，又往往受工厂现有加工设备的直接影响。因而为适应现代化需要以及生产要求，本次设计结合电冰箱门封磁条剪切的实际情况，设计冰箱门封磁条的自动送带、剪切的自动化设备以及分析相关的技术问题。1.2 冰箱门封磁条概述1.2.1 门封磁条的结构及性能冰箱门封系列产品是冰箱制冷等各种指标最终得以实现的保证，关键是气密性和抗拉性， 冰箱对门封条最重要的一条要求是良好的密封性和隔热性，它是用在冰箱门体和箱体之间的用来密封的一种冰箱配件。冰箱门封组成主要由两部分组成，一种是氯化聚乙烯外套，一种是磁性胶条。如图1-1，1-2所示。随着电冰箱生产量的不断扩大，各磁性行业生产厂家都需要用国产原材料取代进口原材料在进口设备上生产出用户满意的产品。在这一生产实践过程中，逐步对国产原材料的特性有了较深的认识，生产工艺逐渐完善，生产出符合标准要求，并达到和超过进口原材料，使用户满意的产品。 图1-1 门封胶套 图1-2 门封磁条 氯化聚乙烯外套是一种特殊的粉末状胶料，由高密度聚乙烯氯化而得，缩写形式为CPE，其分子式是： 由分子式可知，CPE不存在双键，填充量大，同时由于CPE具有其它弹性材料无可比拟的吸收填料的性能，因此，是世界上公认的作为磁性密封材料的最理想的高分子弹性材料，也是磁条生产的主要胶料。由于磁条的物理性能取决于塑料化工原料，而一般磁性材料厂对塑料化工原材接触较少，针对这种情况，我们对起主要作用的CPE进行如下化验分析。从有关资料获证，CPE随含氯量的不同其特性各异，当含氯量低时，其特性接近于聚乙烯，而含氯量高时，其性能接近于聚氯乙烯，目前使用的CPE的含氯量在(25-40) %的范围内。1目前，因种种原因，在原材料尚不能定点的情况下，磁条的生产就必须在材料配比上加以充分的考虑。磁性胶条是将磁性材料和塑化胶结合后挤塑充磁而成，磁条的生产工艺流程为配料炼胶切片碎粒挤条检验，在磁条的生产过程中，配料和挤条是质量的控制点，在配料时，对几种材料的混料方式、混料时间及投入各种材料的先后顺序、比例严格按工艺要求执行，并对混好的料在炼胶前进行质量鉴定，在挤条工序（挤出磁条充磁后即为成品），严格按三级检验制度（即工人自检、车间质检、质管部门专职检验）进行。21.2.2 门封磁条的保养及维护磁性门封条是电冰箱的一个重要组件，然而，在日常使用中它却往往为有些用户所忽视。磁性门封条通常使用软质氯化聚乙烯挤塑成型，中间插入塑料磁条组成。其主要作用是密封箱门，使箱内与外界环境隔绝，一方面不让外界的高温空气侵入箱内，另一方面又不使箱内的冷气逃散(或称“跑冷”)。电冰箱使用时间长了，磁性门封条因长期受冷热温度变化的影响，以及水泡和灰尘的侵蚀，会逐渐老化、硬化；又因箱门经常开启和关闭，使门封条受挤压变形，受摩擦而磨损，产生裂纹，严重时会影响箱门的密封性能。为了使电冰箱保持和恢复正常的工作状态，平时应做好磁性门封条的清洁保养工作，通常，可根据不同情况分别采取不同的处理方法。 第一，对于使用多年的电冰箱，因塑料老化，长期磨损，从而引起门封条严重变形，有的甚至发生严重翘曲或裂缝、残缺。对于这些严重老化、变形、扭曲、起褶、裂纹较多，并已失去弹性的门封条，应及时更换新的磁性门封条。第二，由于安装不当或者经较长时间使用，箱门关闭后与箱体不平行，磁性门封条出现缝隙。针对上述情况，如果门封条变形轻徽，平面不平直，则可将固定磁性门封条的螺钉松开，在有缝隙处下面垫入薄橡皮，再重新拧紧螺钉(拧紧力不可过大，以免造成门内胆碎裂)，消除缝隙。有两种常用的检查电冰箱门封条密封行的简易方法，方法一：在室温下，将箱门正常关闭后，可用一条厚度为0.08mm，长度为200mm，宽度为50mm的纸条垂直的插入门封的任何一处，纸片不应自由滑落。方法二：在箱内安装一只功率为40瓦左右的低压灯泡（可用36V的低压灯泡），关闭箱门后从缝隙中观察有无漏光现象。此外，还应检查箱门的开启是否灵活，正常情况下，当箱门距离箱体沿口约5mm处，门封条的吸力能自动把箱门吸合，关闭，吸力过大或过小都不合适，同时，在日常使用中应当做好电冰箱门封条的清洁保养工作，应定期（至少一季一次）用干净软布浸中性洗涤剂，拧干后擦拭门封处，晾干。31.2.3 门封磁条的生产工艺门封条广泛应用于各种冰箱、冰柜、饮水机、饮料柜、消毒柜、厨具及多种日用产品和其它工业产品。随着门封条技术在我国的不断发展和完善，国产门封条设备以其具有竞争力的价格和日趋成熟的技术逐步取代了昂贵的进口设备。图1-3，图1-4及图1-5为国内生产厂家生产的门封磁条生产线及使用的切割机。4图1-3 普通门封条生产线图1-4 全自动冰箱门封条生产线图1-5 切割机该设备中的自动生产线集冲孔，切割，机械手于一体，由一台PLC控制系统操作，具有操作简单，切割精确，自动化程度高，高校稳定等特点。本生产线为全自动生产线，PVC改性料掺加不超出25%的粉碎料经人工上料至拌料机自动干燥上料机挤出机料斗经挤出机塑化挤出，通过挤出模具成型定型模冷却定型进入循环水槽冷却压缩空气吹掉水份牵引机牵引通过打孔机及打孔模具自动打孔牵引辅机切角机进行45精确切角机械手自动取料全自动摆料机摆料人工将成品门封条盘取走。 该生产线的主要特点是实现了生产自动化，生产效率高，在生产门封条的同时完成了打孔、45精确切角、机械手取料和全自动摆料工序，整条线只需一人操作，每段切除的料角是老式生产线的1/5，大幅度提高了成品率。电气控制系统采用OMRON公司的PLC，由触摸屏控制，整条生产线各工序间配置了智能算法，通过触摸屏进行参数设定操作，即可获得合格产品。1.3 剪切设备的发展状况国外切割设备是随着硅片的直径从小到大逐渐发展起来的，随着硅棒直径的增大，内圆切割的局限越来越明显，如刀口损耗及刀片制造困难等。国外已寻求到一种新的切割途径：用钢丝线锯切割。其主要原理：由主动轮和绷紧槽轮之间的多线钢丝做切割运动，送料机构将硅棒向线锯做切割进给运动，由浆料喷咀定量补给研磨液。为了保证钢丝的恒量磨速，设置了钢丝送收系统和松紧调节机构，片料切断后落于收片盒中，实现一次多片的切割加工。瑞士Meyerburger公司生产的DS261，可切割300 mm300 mm400 mm方形，这些都代表了当今世界线锯切割机的最高水平，在2000年，美国的科罗拉多斯普林斯的Laser Technology West有限公司设计了一种类似于线锯的切割机，该切割机可切割直径450mm硅及碳化硅、砷化镓、碲化铋等半导体材料，该种切割机用了一种比磨砂线方式更先进的具有细小金钢砂的伸缩性，以钢丝砂为芯，外面涂上镍层，从而使切割速度更快，切割200 mm片子只需1 h，400450mm片子只需2 h，切割刀口的质量更高的线锯式切割机，它代表了这种切割方式最新发展水平。我国的切割设备起步于60年代末70年代初，经历了3个不同的发展期，即测绘仿制期(19701973年)，自主开发期(19731985年)和跟踪世界先进水平期(1986年以后)。通过近30年的跟踪、消化、吸收、创新的发展，代表着我国切割设备行业的信息产业部电子第四十五研究所和其它兄弟厂所、院校先后研制出了用于不同种类、不同材料、不同直径的各种切割机。满足了国内切割从50150 mm各种直径的切割设备，主要用于切割硅类半导体、陶瓷、宝石、磁性材料、太阳能电池、靶材、石墨等材料,基本上满足了国内150mm以下各种材料的切割，最具代表性的是信息产业部电子第四十五研究所研制的QP613切割机(6机)代表了当前国内切割设备的最高水平。这些切割机主要采用滚动轴承支承的主轴结构，也有采用滚体静压支承主轴结构。这些设备的研制成功为我国替代进口设备节约外汇起到了积极的作用，但产品的销售却以中低档和集成电路以外的材料切割为主，进行硅片加工为主的设备还不够多。国外切割设备在21世纪必将会有更大的发展，我国应加大投资力度，集中精力，人才开发研究符合我国国情的新一代切割设备，提高切割机的质量，以满足我国大规模集成电路发展的需要。51.3.1 剪切机的发展状况 在机械制造的各个行业中，下料是加工工艺过程中的第一道工序。下料后毛坯断面质量的好坏直接影响到后续工序中成品的质量、成品率和经济效益。随着现代精密成形工艺，如冷挤压、体积模锻、精密锻造等各种少(无)切削工艺的广泛使用，对毛坯的断面不平度、坯件椭圆度、断面倾斜度和重量误差等提出了越来越高的精度要求。 生产实践中常用的下料方法大致可分为下列3大类型，即剪切下料，锯床下料，车床切削下料。其中剪切下料生产效率高，材料损耗小，模具简单，得到了最广泛的应用。但其所剪毛坯料的精度最差。锯床下料虽可获得精度较高的坯料，但锯缝处材料的损耗大;另外，每年锯条的消耗也是一种相当可观的浪费。车床切削所获得毛坯精度很高，但材料的浪费较其它下料工艺要高，而且由于表面刀具切痕的存在，会对今后的成形工艺带来隐患。因此近十几年来，人们对精密下料研究的重点放在取代传统剪切工艺的高新技术工艺方法上面，并且取得了许多成果。6近年来，虽然有各种新型的断料方法，如电火花方法，激光方法，超声波方法，电子束下料方法和等离子体下料方法等，但考虑到成本和实际应用情况，少无切削的精密下料仍然是研究和应用的重点。精密剪切方法是各国竞相发展的一种下料方法，日本、美国、德国、英国、法国和意大利等国均研制生产了各种剪切机床或剪切模具，这些机具改善了普通剪切的一些缺陷。71.3.2 剪切机的分类剪切机是工业生产中常用的设备，广泛应用于剪切各种材料，剪切的种类很多，从不同的角度出发，有不同的分类方法。按剪切方式可分为横剪和纵剪；按被剪件温度分为热剪和冷剪；按剪切机的驱动方式分为机械、液压和气动剪；按机架的型式分为开式和闭式剪；按被剪件品种分为钢坯、板材和型材剪：按剪刃形式和配置特点又可分为平行刃、斜刃和圆盘剪等。型材棒料剪断机的剪刃为成形刃。对金属材料进行剪切的剪机随所剪切材料的不同有各种型式。剪切机按其结构可以分为机械驱动式和气动式两种.气动式剪切机通过压缩空气在气缸内推动滑阀转动，使切刀运动，剪切单板。这种剪切机用聚胺酯橡胶砧辊代替底刀，单板在砧辊上通过，切刀切在砧辊上将单板切断，因此不需要研磨、安装、调整底刀，使用方便，剪切单板速度快（每分钟可达400次），质量好，适宜于高速度自动剪切，故新型的高速自动单板剪切机，多为气动式剪切机。 图1-6所示为几种剪切机的示意图。有类似剪刀为叉口剪图1-6a)，有剪刃为水平放置的平口剪如图1-6b)，还有剪刃有一定斜度专门用来剪切较宽板带材的斜刃剪如图1-6c)。以上几种剪机有一共同的特点，都是往复式的，也就是说它们工作方式不是连续的，当剪刃向某一方向移动剪断了被剪物后，它们还需要有一个返回不工作的空行程，让刀刃回到原来的位置，准备着再开始另一次的剪切。但图1-6d)所示的圆盘剪则不然，当被剪材料进入两盘形重叠的刀刃间后，两刀盘不断旋转，被剪材料就会连续地被剪下去，直至被剪的材料剪完为止。这是一种连续作业的剪机，常用于成卷带材的剪边用。 a) b) c) d ) a）叉口剪 b）曲柄机械平口剪 c）液压斜口上切剪 d）双盘连续边剪图1-6 剪切机的基本类型曲柄摆式飞剪是热轧板厂精整车间的主要设备之一，曲柄摆式飞剪是用来把带钢剪切成定尺钢板。它对钢板的剪切质量，剪切断面起着决定作用，如图1-7所示。曲柄摆式飞剪由给料机构(矫直机、夹送辊、板尾输出机)和剪切机构(飞剪本体)两大部分组成。主传动电机通过传动装置和机架装置传给飞剪左右主曲柄轴，主曲柄轴转动飞剪本体的上剪架，使上剪架绕曲柄旋转做具有复杂轨迹的连续运动，并通过连杆的一端与下剪架相连接，上剪架旋转同时也带动下剪架绕空切偏心做前后摆动，主曲柄轴旋转一圈，上、下剪刃也做一次周期性运动，剪切时计算机发出指令，空切油缸运动，上、下剪刃相遇一次，带钢被剪断。1-带钢 2-四辊矫直机 3-夹送辊 4-差动器 5-伺服电机 6-主电机 7-飞剪本体图1-7 曲柄摆式飞剪在锻压机械中，采用型材棒料剪断机来剪切各种截面的毛坯，己供模锻使用。在冶金机械的型钢轧钢车间，使用型材棒料剪断机对各种断面的型材棒料轧件进行切头、切尾、切定尺等。此外，型材棒料剪断机还适用成批、大量生产的轴承、齿轮、汽车和拖拉机等行业的冷却和下料之用。普通的棒料剪切得到的切口面比由切削加工得到的切口面质量差，常常达不到要求的精度。由于剪切下料方法具有下料效率高和没有材料损耗这两个其它切断方法所望尘莫及的优点，只要能提高剪切坯件的精度，剪切下料方法仍具有旺盛的生命力。 1.3.3 剪切技术概述目前研究和逐步应用的精密剪切方法主要有：(1) 径向夹紧剪切先将棒料夹紧，然后完成棒料的剪切。径向夹紧剪切的优点在于，消除了普通剪切方法棒料产生倾斜的几何原因，消除了被剪切坯料所受的弯曲力矩，从而解决了坯料先弯后剪切的问题，但问题是改变了剪切区材料的应力状态，形成多向压力。(2) 轴向加压剪切在坯料的端面施加轴向压力，使剪切过程中棒料剪切区的轴向压力增加，实现材料的塑性剪切分离。这种方法主要适用于铜、铝和低碳钢等软材料。由于在剪切过程中存在很大的压应力，剪刃和设备的工作环境恶化，而且实现机构复杂、昂贵。 (3) 青脆温度热剪切这种方法经常适用于低碳钢的剪切。剪切前将棒料预热至温热状态，利用这一温度区域钢的青脆性进行剪切。虽然其剪切面的主要部分是剪裂带，但凹凸较少，剪切面质量好，压塌量、椭圆度都明显减小。该剪切方法适用于大直径棒料的剪切。 (4) 高速剪切通过高速加载提高坯料的剪切质量。在高速载荷下，被剪材料的韧性下降，脆性增大，剪切变形区域变窄，塑性变形小，从而提高了剪切质量。高速剪切冲击力大，能耗大，设备受力状况恶劣。 精密剪切设备即通过运用上面所提到的径向夹紧剪切方法，减小棒料剪切时的几何变形，提高了棒料剪切端面质量。由于限制了棒料的轴向位移，棒料处于夹紧和受压状态，得剪切区的材料处于三向压应力状态，达到塑性剪切的目的，从而提高了毛胚的剪切质量。这种方式剪切的毛胚能与棒料平行下移，剪切面的变形很小，得到的毛胚断面具有光滑、平整倾角小等优点。实验证明，当夹紧力为剪切力的0.8-1.5倍时，毛胚剪切断面的质量达到最佳。8剪切机的剪切模有开式，半封闭式和全封闭式。剪切直径40mm以下的棒料一般用全封闭式模具加工，即套筒式剪切模。通常的套筒模只能剪切单件，虽然比开式模的剪切精度高，但是有时仍然满足不了精密塑性成形工艺的要求，特别是对于直径较大的热轧棒料，由于直径公差大，轴向直径度误差较大等问题，使棒料与模孔的间隙较大，致使产生剪切斜度，剪切件质量较差。同时，一般单件套筒式剪切模需要有机构或动力将截下的料块从套筒剪刃中排出(简称出件)。9影响剪切质量的主要因素：（1） 轴向压力在棒料塑性剪切时，若轴向的压力增大会导致剪切变形区的静水压力增大，这有利于增强金属材料的塑性、抑制剪裂纹的产生和延长塑性剪变位阶段，从而增大塑性剪切光亮带、减少断裂区，提高剪断面的质量。在轴向加压的实验中，随着轴向压力的增大，拉缩区变窄，压缩变形减少，剪切变形更加集中于剪切面处，这导致剪切件的塌角减少，几何精度提高。总的来说，轴向压力具有两方面的功能：一是提高材料的塑性，以获得光亮平整的剪断面：二是改变了材料的流变行为，以减少剪切件的几何畸变。（2） 轴向间隙轴向间隙的存在会导致剪切变形区内静水压力的显著减小，塑性变形区因而减小，断裂面就会增大，影响剪切质量。轴向间隙在棒料自由剪切时，过大或过小都不可取；在夹紧剪切时，轴向间隙很小，在理论和实践上都能得到较好的结果。总而言之，剪切过程中需要设法控制轴向间隙。（3） 径向间隙棒料与模具的径向间隙对剪切质量的影响也比较大。当径向间隙较大时，存在弯曲效应，有弯曲力矩存在，静水压力减小，裂纹将首先在棒料的上、下端产生，从而难以将裂纹面控制在剪切面附近较小的区域内进行，上下裂纹难以平整的连接，剪切分离面凹凸不平，产生与板料冲裁加工类似的现象，难以保证剪切质量。可以说径向间隙越小对提高径向间隙越有利。（4） 剪切速率一般的讲，剪切速率越高，断面质量越好。在温度保持一定的情况下，提高剪切速率或加载速率对金属材料的弹性变形过程及与其有关的力学性能没有影响，但相对速率超过一定的值后，“由于在高速载荷作用下，几乎瞬时作用于位错很高的应力，使位错运动速率急剧增加，位错速率越高，则其能量愈大，宽度愈小，结果P_N增大”这样会限制塑性变形发展，结果塑性变形抗力提高并使局部高应力区形成裂纹，因而增加了金属材料的变脆倾向，金属更易发生脆性断裂，减少了材料的几何畸变，在高应力和高剪切速率下，裂纹的扩展、会合就更迅速、更加规则，断裂面也因此更加平整，这也是高速剪切能大幅提高剪切质量的主要原因。试验证明，各种型号的钢材特别是含碳量较高的碳素钢在高速剪切时剪切质量都有显著提高，对于一些硬铝和镍合金也是如此。但是对铜及合金，锌和一些软铝进行高速剪切时尚未得到良好的效果。另外，冷拔材料比热轧材料效果好。（5）其它因素长径比、剪刃形式，温度、材料的性质等因素对剪切质量都有影响。长径比越大，一般的说剪切质量越好。通过实验也验证了L/b越小整体畸变就越严重。可以通过修磨剪刃后角来提高剪切质量，而适宜的温度、材料性质对提高剪切质量亦有很大的影响。10 1.4 本课题的主要研究工作1.4.1 本课题的来源及类型本次设计课题是应实际生产生活中的需要，剪切完的磁条穿入相应的胶套固定在冰箱门上，通过磁条的磁性与冰箱门框紧密接触，阻止冷藏室的热量交换。门封磁条的剪切如果采用人工方式，则生产效率低、工人劳动强度大、废品率高、质量不稳定，进而影响到冰箱的质量。本课题属于应用性设计，结合目前电冰箱门封磁条剪切的实际情况，设计一台冰箱门封磁条的自动送带、剪切的自动化设备及分析相关的技术问题。 1.4.2 本课题的研究目的及意义 此次课题，主要是对冰箱门封磁条的剪切生产线进行系统设计，涉及到一些机械结构的设计，再次熟练并掌握CAD绘图软件。用本科阶段所学的知识解决实际问题，使综合设计能力得到提高。一方面，让设计者能够接触到实际生产中的问题，通过对冰箱门封磁条检验剪切的系统设计，掌握有关问题的常规解决步骤，并对剪切生产线有一个深的了解，开发设计者的思维，将所学习的理论知识应用到实际中；另一方面，对所学知识融会贯通，提高综合运用知识的能力，使机械与电子结合起来，为将来从事实际工作打下良好的基础。 二十一世纪是技术创新的年代，只有掌握了高新技术，拥有了新颖的产品，才能开拓市场，创新将是市场竞争的主要标志。随着全球科技和经济的发展，企业不仅追求技术创新，而且重视管理创新、组织创新和生产模式创新，以此推进企业技术进步与技术发展。随着先进技术的不断发展，对于磁条的剪切过程，运用手工操作已经不能满足实际的需求，自动代替手动必将有一个很好的发展前景，它不仅实现了自动化生产而且大大降低了工人的劳动强度，并使加工精度有了很大的提高，它符合生产的需要更顺应时代的进程。1.4.3 本课题主要研究内容 本次课题主要研究内容是：熟悉了电冰箱门封磁条所使用材料的物理性能、结构特点和生产企业的状况；了解了冰箱门封磁条的实际生产过程和存在的问题及目前国内外冰箱门密封的形式、特点。特别是对磁条剪切形式及国内外的专用设备的应用现状作了研究。磁条的剪切有多种方式，在保证磁条两端具有45尖角要求的情况下，本次设计主要进行了手工送带和自动送带两种方案设计，并对方案进行相应的分析计算和比较；门封磁条自动剪切系统设计包括磁条的放置、准确送出、定长剪切、磁性检测等过程，设计磁条的剪切过程在3秒钟内完成；另外对剪切工作台及相关部件进行了具体设计分析，并进行了主要的有关零部件的设计与计算。第2章 总体方案分析2.1 系统功能分析该系统主要完成磁条的剪切工作，该工作设备主要由三部分组成，分别是：放料机构，送带机构和剪切机构；另外还需要辅助部分，分别是开卷工作台、送料机构工作台和剪切工作台。放料系统主要完成磁条的放置，通过使用合适的机构将磁条顺利送出；送带系统主要完成磁条的进给工作，通过该机构来保证磁条的进给长度，达到对磁条长度精度的要求。因此，该机构在整个设备中占有重要地位；剪切系统主要完成对磁条的剪断工作，当磁条进给达到指定的长度要求时该机构负责将磁条剪断，精度要求不是很高，主要要求剪断的断口处整齐且没有毛边。辅助部分：放料机构主要完成整盘磁条的承载和开卷工作；送料机构工作台主要完成输送装置的承载；剪切工作台主要是承载剪切模。通过分析可知，由以上所述的三个主要机构以及辅助部分完全可以实现磁条剪切工作的自动化生产。2.2 开卷机构分析 由于磁条是在橡胶材料中添加磁性物质制成的，故磁条本身存在着一定的橡胶性质，比如当温度比较高时磁条就会变的比较软，如果只靠送带机构的动力来拉动磁条向前运动，磁条就会因受力过大而被拉伸变形，此时就会影响磁条的质量，而且在磁条冷却后也会因收缩而使磁条变短，从而影响了磁条的长度精度，因此需要一个机构来打开成盘的磁条从而减少送带机构对磁条的拉伸，进而提高剪切精度。 开卷机构的另一个作用是用来作为磁条的载体来放置整盘磁条，由于新买的磁条呈圆盘状，因此开卷机构必须有相应的转盘放置并可以带动磁条卷转动，从而将磁条卷打开向外送出。2.3 送带机构分析生产线上目前常用的传递方式主要有三种：直接传递、摩擦轮传递、带式传递。三种方式分别具有以下特点：（1）直接传递：结构简单，安装方便，适用于重量不大的场合。（2）摩擦轮传递：是最常用的一种方式，其输送距离不受影响，结构比较简单，工作可靠。 （3）带式传动：多用于传递大型零件工作稳定，距离较长时中间需加带轮支撑且易发生抖动现象。 送带机构可以由两种方案来完成：摩擦轮传递方式的伺服电机控制系统和直接传递方式的气动控制系统，现将两种方案进行分析和讨论：（1）伺服电机控制方案伺服电机控制系统主要考虑以伺服电机为进给机构的进给动力，通过伺服电机的转速，确定摩擦轮所转过的角度判断出此时磁条送出的长度，从而来确定送带的长度。也即进行磁条的定长控制，伺服电机主轴安装有带轮，通过摩擦轮轴上的带轮并进行适当的减速，计算出摩擦轮的周长从而达到精确送带的目的。 （2）气动控制方案气动控制系统主要考虑用气缸作为机构的进给动力通过控制气缸运动的长短来控制送带的长短。气缸与滑块相连，磁条可以放在滑块上，由此气缸通过滑块带动磁条进给达到精确送带的目的。 2.4 剪切机构分析剪切机构主要完成磁条的剪切工作，要求剪成两端具有45尖角，断面要求整齐，通过对机构的分析以及剪切要求可以考虑应用模具加工，用冲裁模进行冲孔工序的操作。冲模的运动动力可以由两种机构来实现，一是曲柄连杆机构；一种是气缸机构。曲柄连杆机构主要是由电机驱动，通过带轮带动曲柄连杆机构电机的电能转化为连杆机械能，曲柄连杆机构和冲裁模相连，从而一起上下运动实现磁条的剪切过程。气缸机构是由气缸活塞杆直接带动冲裁模进行上下往复运动实现磁条剪切，整个操作过程由PLC进行控制，当达到规定长度时，PLC发出信号，同时方向控制阀的电磁铁通电，气缸执行动作，从而做到人机界面统一。现对以上两种机构进行分析：（1） 曲柄连杆剪切机构 采用曲柄连杆所控制的剪切机构工作过程为：曲柄3通过连杆2带动剪切模实现下降剪切上升的工作循环的整个过程。机构简图如2-1所示。1剪切模 2连杆 3曲柄图2-1 曲柄连杆机构（2） 气缸剪切机构 采用气缸剪切机构，主要的运动过程为气缸带动模架一起做上下往复运动，通过活塞杆与模架的连接来实现工件的冲裁剪切。（3） 方案的确定将上述两种结构相对比，可以得出使用曲柄连杆机构实现工件的剪切工作过程较为复杂，由于曲柄连杆实现的不单纯是上下直线的运动，还涉及到摆动动作，容易出现死点机构这样使得它的动作循环过程不容易得到很好的控制，工作性能不能达到最优；而采用气缸机构，由于是标准件不需要生产制造降低了生产成本，并且便于更换更符合实际生产的需要，满足互换性原则，气缸的控制可以通过行程开关和电气的方式实现，简单易行，所以在本设计中采用气缸带动冲头进行剪切作为最佳方案。第3章 具体结构设计根据一二章节所述内容，对本设计的总体方案有一个整体定制，经论证该方案是可行的，以下从开卷、送料和剪切三部分机构进行具体分析。3.1 开卷机构设计 由于新买的磁条呈圆盘状，所以开卷机构是冰箱门封磁条剪切系统设计中必不可少的部分，在设计的过程中要使得磁条的放置简单化、实用化，易于实现开卷，减少开支。磁条的放置有两种方案，一是竖直放置，这种方案设计的优势在于，磁条开卷后直接呈水平剪切工作状态，因此在剪切输送过程中不必再使用磁条矫正机构，但是这种放料机构在放置和取出时不方便，考虑到这些因素，本次设计采用另一种方案：水平放置，如图3-1所示：这种方案采用圆盘托着磁条卷放置在可以转动的轴上，圆状外罩托盘起挡料作用，轴承座紧固在箱体上，这种放料装置优点在于放料、取料方便、可靠，只是在磁条开卷后需要一个方向的矫正。 图3-1 水平放料装置3.2 送料机构设计作为剪切设备三大部件之一的送料机构，不仅要实现工件的夹紧和定长输送，而且要防止在剪切过程中因工件受剪端的受力和移动而产生的倾斜，如果工件产生倾斜，势必会影响工件的剪切质量，甚至无法保证工件的准确加工位置。冰箱门封磁条的宽度为10mm，厚度2mm，长约50m盘成直径400500mm的磁条卷，由于磁条宽度，厚度都不大，且材料较软，参考如图3-2所示的摆动剪切机，本次设计采用三对上下夹送辊，第一对夹送辊并不转动，并且与水平面倾斜一定角度放置，这样对开卷磁条的转向矫正时有一个和缓冲，避免了直接九十度过渡，另外两对主要完成磁条的输送工作，由同步齿形带传动实现同步动作，在传送过程中需要考虑磁条水平面内垂直于传送方向的滑动，因此要采取定位装置，减小磁条传送误差，本次设计采用支撑架和挡板进行磁条的定位，其中所用夹送辊也具有定位作用。111-受卷台 2开卷机 3开头夹送辊 4清洗涂油机 5矫直机6活套 7夹送辊 8摆动剪切机 9-传送皮带 10堆检机 图3-2 摆动剪切机夹送辊的转动以电机作为原动力，通过同步齿形带轮带动夹送辊的运动，同步齿形带是以钢丝绳或合成纤维为强力层，以聚氨酯或氯丁橡胶为基体，在带的内周支撑齿状，用来与同步带轮的齿相啮合的一种传动带，同普通传动带相比，具有传动比准确、结构紧凑、传动比范围大以及可以在低速传递动力等优点。输送夹送辊安装方式如图3-3所示。 图3-3 输送轮安装方式3.3 剪切机构设计定尺剪切控制由定尺送料辊完成，送料控制由定尺送料辊完成。定尺送料辊电机的启动及停止由剪切机凸轮开关控制。送料辊电机每次转过精确的转数、决定了定尺送料的精度，它由剪切速度及送料长度决定。开卷剪切线送料控制采用数字式系统，剪切机构为气缸带动剪切冲压模，根据图3-4进行本课题的剪切机构设计。 图 3-4 剪切系统结构示意图123.3.1 剪切模的设计本次课题设计的剪切材料为宽10mm，厚2mm的盘状冰箱门封磁条，剪切机构采用冲裁模冲孔工序，对剪切模具主要设计如下：采用直通式凸模，凸模上端开槽，装入固定板后铆接固定；凹模采用整体式，由于剪切磁条所需的力较小，卸料装置采用弹压式，确定卸料板的型孔与凸模的间隙值为0.15mm，由于是冲孔工序出料方式为下方并且为废料；模架类型采用换动导向模架类型，利用导柱、导套进行滑动导向，导套安装在上模座上，导柱安装在下模座上，由于送料方向只有一个，故模架类型采用中间导柱模架，导柱对称分布，受力平衡，拔模方便，综合以上所述，本次设计的剪切模主体结构做剪切运动时，直通式凸模、上模座、卸料板、卸料螺钉在气缸带动下整体沿导柱作上下直线运动，卸料板在卸料螺钉和弹簧的作用下压紧磁条，凸模向下继续动作，在凹模洞口处将磁条冲掉。剪切模结构如图3-5所示：1-上模架 2-卸料螺钉 3-弹簧 4-卸料板 5-凸模 6-凹模 7-下模架图3-5 剪切模3.3.2 剪切运动的设计 目前，门封磁条的剪切多采用人工的方法，剪切方式采用气缸带动冲头进行磁条剪切，盘状磁条放在能够旋转的铝盘上，通过操作工人手工穿过剪切工作台，使磁条碰到相应的定位挡快，长度的尺寸精度由挡快与剪刀之间的定位精度以及操作工人的技术水平决定。本次设计结合目前的剪切方法设计了自动、手动两种方案，其中自动剪切方案又采用了气缸带动冲头和机械传动带动冲头两种方案。 （1） 手动剪切运动 此次设计的手动剪切方案和目前常用的人工剪切方法一样，采用气缸带动冲头进行磁条剪切，盘状磁条放在能够旋转的盘上，通过操作工人手工穿过剪切工作台，磁条的剪切长度通过一个卡尺和一个定位挡块来进行确定。（2） 自动剪切运动 本次自动剪切设计了启气动剪切和机械传动剪切两种方案，其中气动剪切和手动剪切相同，机械传动采用了曲柄连杆机构带动模架进行剪切运动，曲柄连杆的结构部分根据机构而定，机构的原动力采取电机通过同步齿形带传动。3.4 气缸往复运动控制回路本次设计了手动和自动两种剪切方案,均为气缸带动冲头进行剪切。其中手动剪切的往复运动回路应为一次往复运动回路，操作一次，实现前进后退各一次；自动剪切为连续运动回路。一次往复运动回路常见的有加压控制回路、采用单向顺序阀控制的回路。手动剪切方案一次剪切采用单向顺序阀控制回路，如下图3-6a）所示。自动剪切设计要求实现连续的剪切运动，故采用连续运动往复回路，如下图3-6b）所示。13a）单向顺序阀控制回路 b)连续往复运动回路1-按钮阀 2-换向阀 3-气缸4-顺序阀 1-排气截留阀 2-换向阀3-气缸 4-行程阀 5-手动阀 图3-6 气缸往复运动控制回路如图a）所示，操作手动按钮1，使换向阀换向并处于左位，其输出气流进入3的无杆腔，活塞杆伸出。活塞运动到终端时，系统内的压力升高，压力升至4的调定值时，顺序阀打开，输出气压使换向阀换向（图示位置），气缸有杆腔进气，无杆腔排气，活塞杆缩回，完成一次往复运动。如图b）所示，操作手动阀5，其输出经处于压下状态的行程阀（1）给换向阀2一控制信号，使换向阀2换向并处于左位。该阀的输出进入气缸的无杆腔，有杆腔余气经换向阀和排气节流阀（2）排入大气，气缸活塞杆伸出。当活塞杆伸出时，行程阀（1）复位把来自手动阀的气路断开。当气缸活塞杆伸出至其挡块压下行程阀（2），换向阀控制端的余压经行程阀排空，使换向阀复位，活塞杆缩回。此时行程阀（1）又处于压下状态，再一次给换向阀施加控制信号，使它换向，又使气缸重复以上动作。只要手动阀不关闭，上述动作就会一直进行下去，实现连续往复运动。关闭手动阀后，气缸在循环结束后回到图示位置。图中排气节流阀（1）和（2）是用与调节气缸活塞运动速度的。3.5 气缸速度控制回路 速度控制主要是指通过对流量阀的调节，达到对执行元件运动速度的控制。对于气动系统来说，其承受的负载较小，如果对执行元件的运动速度平稳性要求不高，那么，选择一定的速度控制回路，以满足一定的调速要求是可能的。对于气动系统的调速来讲，较易实现气缸运动的快速性，是其独特的优点。众所周知，速度控制回路的实现，都是改变回路中流量阀的流通面积以达到对执行元件调速的目的。 图3-7 气缸速度控制回路 第4章 零部件设计及计算4.1 电机的选取4.1.1 开卷电机的选取启动时间 负载转矩 （4-1）其中转动惯量， 工作转速欲取工作转速 参考机械设计零件手册14，圆柱体转动惯量，由表1-22查得，由表1-23查得 ，则料盘转动惯量 轴的转动惯量 电机选择：电机带动托盘机构，采用同步带降速传动，电机采用能耗制动，参考机械设计手册中册，选择JZT系列小型电磁调速异步电动机，型号为JZT-62-4，调速范围为2401200r/min。4.1.2 送料电机的选取 磁条要求剪切长度在600mm1200mm之间，设计剪切过程在3秒内完成，故磁条的传送速度为200mm/s400mm/s。 设计传送辊半径 ，所以夹送辊转动角速度 转动周期 所以设计夹送辊转动速度为。 传送辊的速度需要可调，所以电机的速度要能得到很好的控制，并且夹送辊要进行磁条的定长控制，需要编码器，电机使用交流伺服电机，根据北京凯奇拖动控制系统有限公司生产的电机，选用型号KM-11-110，转速151500 。4.2 剪切机构的设计计算4.2.1 冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入板料的深度（凸模行程）而变化的，通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： （4-2） 式中： F冲裁力（N）；L冲裁周边长度(mm)；t材料厚度（mm）；b材料抗剪强度（MPa）；K系数系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动的等因素的影响而给出的修正系数。一般取。15磁条剪切刃口形状如图所示： 其中： ，参考中国模具设计大典3得到。 从凹模顺着冲裁方向把零件或废料从凹模腔顶出的力称推件力()；从凸模上将零件或废料卸下来所需的力称卸料力()。16推件力 卸料力 （4-3） 式中 ：冲裁力（）；同时梗塞在凹模内的零件（或废料数）， ；材料厚度（）；圆柱形凹模腔口高度（）；、推件力、卸料力系数，由文献16得 ， .故得： 采用弹性卸料装置和下出料方式的总冲裁力为： 4.2.2 剪切气缸的设计 在本次设计的磁条剪切自动化生产线上，磁条的剪切要求时间很短，以报上生产