玻璃制品液压压结机设计模具和送料机构设计.docx

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玻璃制品液压压结机设计模具和送料机构设计

摘要

近年来，随着世界各国在机械制造技术方面的高速发展，人们所能够加工制作出的产品质量也越来越高。

而相应的，伴随着人们对高品质、高精度产品的需求越来越大，对于这些尖端产品的生产机械要求也就越来越高。

本课题就玻璃制品（电连接器）的生产机械，即玻璃制品液压压结机的设计方法进行了讨论分析。

采用粉末冶金技术加工生产高品质、高精度的产品，就对模具的设计以及技术要求进行了限制。

此次设计课题针对玻璃制品液压压结机的模具以及送料部分的设计进行了分析计算以及总结。

本次设计包括了两大块内容：

✧针对模具部分进行系统的分析，选择最合适的模具来加工产品。

✧如何在液压机工作时对模具进行合理的送料，并使之能够循环下去

关键词：

压机；粉末冶金；模具；送料

ABSTRACT

Inrecentyears,asthehighspeeddevelopmentthehighspeeddevelopmentofcountriesaroundtheworldinmechanicalmanufacturingtechnologyaspects,peoplecanmanufactureaproductqualitymoreandmorehigh.Andthecorresponding,withpeopleneedinghighquality,precisionbecomemoreandmorebig,theproductdemandforthesestate-of-the-artproductproductionmachineryrequirementsareincreasinglyhigh.

Thistopicisglassproducts（electricconnectors）productionmachinery,namelyglassproductshydraulicpressureknotmachinedesignmethodsdiscussed.Thepowdermetallurgicaltechnologyprocessingproductionofhighquality,precisionoftheproducts,molddesignandtechnicalrequirementsfortherestrictions.

Thisdesigntaskforglassproductshydraulicpressknotmachinemoldandthedesignoffeedingsectionisanalyzedandcalculated,andsummarized.Thisdesignincludestwobulkscontent:

Formouldpartsystemsanalysis,toselectthemostappropriatemouldprocessingproducts.

Howofmouldinhydraulicpressworkreasonablefeeding,andenablethemtorecycle.

Keywords：

compressorPowdermetallurgymouldfeeding

目录

摘要1

1绪论4

1.1概述4

1.2国内外压机的发展现状4

1.3液压压机的发展趋势6

1.4本课题所涉及压机制品的简介6

2模具部分设计计算8

2.1玻璃粉末挤压模结构8

2.2成型部件选择8

2.3送料部分设计9

2.4模具中的设计计算10

2.4.1下料量的计算10

2.4.2装粉高度的计算10

2.4.3压制压力的计算10

2.4.4侧压力和剩余侧压力11

2.4.5脱模压力12

2.4.6行程确定12

3模具各部分尺寸设计以及送料油缸的设计13

3.1模具各部分尺寸设计13

3.2送料油缸15

4.1模具整体布局16

4.2主要零件的连接方式16

5本模具的工作过程18

6本模具的技术特色18

6.1精度高18

6.2质量稳定，密度均匀18

6.3模具合模开模运动平稳，下料流畅19

7总结20

8参考文献21

1绪论

1.1概述

液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。

目前,液压机的最大标称压力已达750MN,用于金属的模锻成型。

随着金属压制和拉伸制品的需求逐年提高,对产品品种的要求也日益增多,另一方面,产品的生产批量也逐渐缩小。

为与中小批量生产相适应,需要能快速调整的加工设备,这使液压机成为理想的成型工艺设备。

特别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后,不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工,而且废品率非常低。

与机械加工系统相比,有极大的优越性。

80年代以来,随着微电子技术、液压技术等的发展,液压机有了更进一步的发展,其高技术含量增多,众多机型已采用CNC或PC机来控制,提高了产品的加工质量和生产率。

1.2国内外压机的发展现状

液压机的液压系统和整机结构等方面发展已经比较成熟,国内外机型无较大差距,主要差别在于加工工艺和安装方面。

良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击振动方面有明显改善。

✧在油路结构设计方面,国内外都趋向于集成化、封闭式设计。

插装阀、叠加阀和复合化元件及系统统在液压系统中得到广泛的应用。

国外已广泛采用封闭式循环油路设计,可有效地防止泄油和污染,更重要的是防止灰尘、空气和化学物质侵入系统,延长了机器的使用寿命。

由于加工工艺等方面的原因,国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。

✧在安全性方面,国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维修,产品可实现负载检测、自动模具保护和错误诊断等功能。

✧液压机的发展最主要体现在控制系统方面。

微电子技术飞速发展为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了前提条件。

相比之下,国内机型虽然种类齐全,但技术含量相比较低,缺乏高档机型,这与机电液一体化和中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。

当前国内外液压机产品中控制系统分为以下3种类型。

✧以继电器为主控元件的传统型　其电路结构简单,技术要求不高,成本较低,相应控制功能简单,适应性不强。

主要用于单机工作,加工产品精度不高的大批量生产,也可组成简单的生产线。

现在,国内许多液压机厂还以该机型为主,国外众多厂家只是保留了对该机型的生产能力,而主要面向技术含量高的机型组织生产。

✧采用可编程控制器（PLC）控制系统　该系统是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,将自动化技术、计算机技术、通讯技术溶为一体的新型工业自动控制装置。

目前,该机型广泛应用于各种生产机械和自动化生产过程中。

早期的可编程序控制器只能进行简单的逻辑控制,随着技术的不断发展,一些厂家采用微电子处理器作为可编程序控制器的中央处理单元（CPU）,不仅可以进行逻辑控制,还可以对模拟量进行控制,扩大了控制器的功能。

可编程控制器有较高的稳定性和灵活性,但还是介于继电器控制和工业控制机控制之间的一种控制方式,与工业控制机相比还有很大的差距。

当前,国内有部分厂家采用该控制系统,如天津锻压机械厂有60%的产品采用PLC来提高控制性能和可靠性。

国外厂家如丹麦的STENHQJ公司采用STEMENS的可编程控制器,实现对压力和位移的控制。

✧应用高级微处理机（或工业控制计算机）的高性能控制系统　该控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高科技含量的控制方式,以工业控制机或单片P单板机作为主控单元,通过外围接口器件（如APD或DPA板等）或直接应用数字阀实现对液压系统的控制,同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统,达到精确控制的目的。

这种控制方式的主要特点为:

具有友好的人机交互性,操作简单,控制精度高;生产高速化,提高生产率;可顺利实现对工作参数（如压力、速度、行程等）的单独调整,能进行复杂工件、不对称工件的加工;预存工作模式,缩短调整时间,与柔性加工要求相适应;可通过软件来消除高速下的换向冲击,以降低噪声,提高系统的稳定性;在安全方面可利用软件进行故障预诊断,并自动修复故障和显示错误。

1.3液压压机的发展趋势

✧高速化、高效化、低能耗。

提高液压机的工作效率,降低生产成本。

✧机电液一体化。

充分利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。

✧自动化、智能化。

微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。

自动化不仅仅体现在加工,应能够实现对系统的自动诊断和调整,具有故障预处理的功能。

✧液压元件集成化,标准化。

集成的液压系统减少了管路连接,有效地防止泄漏和污染。

标准化的元件为机器的维修带来了方便。

1.4本课题所涉及压机制品的简介

电联接器有插头及插座二部件组成，而插头部件由壳体、玻璃绝缘体（见图1）、插针组成。

插座由座壳、针座、玻璃绝缘体组成。

当插头插入插座中，此时所有导线通过插针、针座全部各自导通，而各插针之间可通过玻璃高温绝缘（此处，塑料不再用氢气热处理，温度1050℃～1100℃，时间lh。

再氧化（保证2～l0丝的氧化层），温度700℃，时间5～10min。

再排蜡（玻璃粉为了成型须加入石蜡，而产品中不允许有石蜡），温度500℃，时问24h。

再预烧，温度780℃，时间5-lOmin。

最后进行装配，封接，温度1000℃，时间l5～20min。

而图1零件为玻璃制品绝缘体，55个直径1.8mm小孔用于安装55根插针，高10mm，外圆直径为35mm与插头内孔封接，密度尽可能均匀。

2模具部分设计计算

2.1玻璃粉末挤压模结构

由于玻璃制品的原材料是粉末状的，且没有粘性，犹如“一盘散沙”，故成型前应在玻粉中加入石腊，以确保成型。

用模具成型件（上模、型芯、下模、型腔）保证精度。

用计量装置保证坯件重量。

用振动器保证密度的均匀性，本精密玻璃模具由模架、动力源部件、集成块部件、油缸执行部件、顶出部件、震荡器、模具成型部件、计量装置8大部件组成。

✧模架。

由油箱、4对导柱导套、5块模板组成，其作用是固定所有部件且保证各部件的相对位置，保证各部件的运动精度。

✧动力源部件。

由电机、油泵、联轴器、法兰盘滤油器等组成。

其作用是将机械能转化为液压能，从而控制各阀及执行元件，使模具对玻粉有足够的压制力。

✧集成块部件。

由底座、压力块、方向块、速度块、盖板、油管及管接头等组成。

其作用是控制模具合模、开模、顶出的压力大小、速度大小及方向转换。

✧油缸部件。

由缸筒、端盖、活塞、活塞杆、密封件、导向体、缓冲件等组成。

其作用是将液压能转化为机械能，从而带动模具运动。

✧顶出装置。

由调节杆、活动板、顶杆、顶板组成。

其作用是采用二次顶出，绕开震荡器，保证将压制好的玻坯平稳地，可靠地顶出模外。

✧震荡部件。

采用YZU10-2型立式振荡电机对料胚进行震荡是原料在下模上分布均匀。

✧模具成型部件。

由上模、型腔、型芯、下模等组成。

其作用是保证玻璃制件的形状、位置、尺寸及表面粗糙度值。

✧计量装置。

由料斗、定量计量器、小油缸、定距板等组成。

其作用是按时间、位置要求即定量容积的玻粉加入模具中，以确保质量的稳定性。

2.2成型部件选择

根据设计需要，将模具分为上模、型腔、下模及型芯四部分。

（如图2）

图2、上下模、型腔及型芯安装图

其中，上下模及型腔用45钢做成，由于工件对精度的要求较高，而下模与上模在型腔内合模，故三者的制造精度要求也随之提高。

对于55根直径为1.8mm的型芯，由于其对尺寸精度、表面粗糙度、硬度以及耐磨性等要求较高，选择型芯的材料是SKD11模具钢。

SKD11是-种高碳高铬合金工具钢，热处理后具有很高的硬度磨性，并具有淬透性强，尺寸稳定性好的特点，适宜制做高精度长寿命冷作模具及热固成型塑料模具。

2.3送料部分设计

送料部分如下图3所示，当下模与型腔结合后，送料油缸开始推着接料箱和下滑板一起向前运动，当下滑板运动到极限位置后由于台阶阻挡不再向前运动，送料油缸继续推着接料箱向前运动，当接料箱到达型腔口时开始下料，设定时间为5s，然后油缸拉着接料箱和下滑板开始回退直至初始位置开始继续承料，为下次送料做准备。

为保证下滑板能够随着接料箱一起往复运动，需使下滑板与型腔板接触的下表面光滑并用润滑油进行润滑，而与接料箱接触的两表面做的要粗糙，使接料箱对下滑板的滑动摩擦力大于型腔板对下滑板的滑动摩擦力，从而保证在送料和回退是接料箱和下滑板能够一起运动。

图3送料机构

2.4模具中的设计计算

2.4.1下料量的计算

由于玻璃制品的原材料是粉末状的，且没有粘性，犹如一盘散沙。

故在成型潜在玻璃粉中加入石蜡以确保成型。

根据图一所示制件图可算得：

V制件=S件制•h-55S•h制=0.00000481-0.000000699=0.00000411

=4.11

故，制件的质量为：

m=ρ•V制件=4.11x2.5=10.275g

但是，压坯粉重应该增加操作时的失粉量等，根据粉料中的含氧量，含碳量和挥发物的含量的多少来考虑损耗量，一般情况下总的损耗量可以考虑为1.5%--2%，则m1=（1.015—1.02）m,在此，取m1=1.02m=1.02x10.275=10.4805g,即每次的下料量m可取10.4805g。

2.4.2装粉高度的计算

型腔及接料箱的圆周直径均为35mm，由上面计算可知制件的质量为10.4805g，则松装粉高度h=ρ松装•V=1.1xπ/4x0.035x0.035x0.01=1.04x0.0096=0.009984m=9.84mm

考虑到装料时的损失，将装粉高度定为10mm。

2.4.3压制压力的计算

粉末冶金在压模中由于压力下成型，压制压力是模具制造和选择压机的重要参数，使用钢制模具压制时，施加于粉末体上的压力主要消耗在两个方面：

✧静压力：

当压坯内各处的压力和密度均匀分布，并且不考虑粉末于模具壁之间的摩擦阻力和模具变形阻力时，仅仅为了克服粉末体对压制的阻力F1

✧外摩擦力：

用来克服粉末与模壁之间的摩擦所消耗的力F2

一般情况下，总压制力F总与压坯间的关系为：

F总=P•S

其中，P为单位压制力，S为压坯的受压面积。

压制时单位压力因粉末种类及各种条件而不同。

单位压力过高会损坏模具，通常应该大于1t每平方厘米，通常取2-7t之间。

根据经验，取P=2t/cm2=2000kg/cm2=19600N/cm2,则

F总=P•S=19600x（3.14/4x35x35-55x3.14/4x1.8）2x0.01

=19600x8.22≈160000N=16t

2.4.4侧压力和剩余侧压力

粉末体在压模内受压时，压坯会向周围膨胀，模壁就会给压坯一个等量、反向的作用力。

压制过程中这种由垂直压力引起的模壁给予压坯侧面的应力称为侧压压强P侧。

由于粉末颗粒之间的内摩擦和粉末体与阴模壁之间的外摩擦等因素的影响，传递到模壁的压力将始终小于压制压力。

根据虎克定律，可以得到：

P侧=ξP=

式中，P侧——侧压强（MPa）

ν——泊松比

ξ——侧压系数

P——单位压力（MPa）

查资料可知，ν=0.15，则ξ=0.17P

则有：

P侧=0.17x200=140MPa

而残余侧压强值P侧余的范围为：

P侧余=（0.2—0.3）P

2.4.5脱模压力

使压坯从模具中脱出所需的力称为脱模压力。

脱模压力与压制压力、粉末性能、压坯的密度、侧面积和尺寸，以及压膜的润滑剂有关。

脱模压力与压制压力一般呈线性关系，并随压坯高度和压坯侧面积而增加。

脱模压力的选择在自动压制时非常重要。

为了从模具中顶出压坯，脱模压力必须大于模壁摩擦阻力。

开始顶出压坯所必须的脱模压力P脱可以由下式求出：

P脱=f•P侧余•S侧

式中f——粉末对阴模壁的静摩擦系数

P侧余——残余侧压强（MPa）

S侧——为压坯与阴模壁接触的侧面积（cm2）

压坯与模壁间的摩擦系数主要取决于粉末的成分、粉末中润滑剂添加量、模壁粗糙度、压制压力和模具温度等因素。

在生产中，不同粉末压坯与模壁的摩擦系数之间存在f青铜粉﹤f纯铜粉﹤f铁粉的关系。

粉料中加入润滑剂，可以显著降低摩擦系数。

无润滑剂的金属粉末，摩擦系数在正常压制阶段略有增加，超过一定压力后则上升很快。

对含有较多润滑剂的粉末，压力提高，摩擦系数基本不变或略有增加。

连续压制时，模壁温度增高后，摩擦系数也会略有增大。

模壁粗糙度的改善，有利于降低摩擦系数。

在低速高压制压力条件下，塑性金属粉末有可能与模壁产生粘附现象，即出现“模瘤”。

较差的模壁粗糙度、润滑剂不良和模具温度高，都将加重“模瘤”现象，这会使摩擦系数剧增。

在脱模时，当脱模压力超过压坯在阴模中开始移动的阻力峰值时，压坯继续滑动所需的力将降低。

当然，若果局部磨损或模具制造过程中造成的么些缺陷影响模具内表面时，压坯的脱模压力可能再次突然地明显增大，甚至会使脱模压力P脱超过压制压力，造成模壁拉伤现象。

因此在模具设计时，必须考虑正确选择单位压制力的大小和添加适量的润滑剂，避免这种情况发生。

在生产中一般压坯的脱模压力P脱与压制力P的近似关系为：

P脱=0.1P

故，P脱=0.1x160000=16000N

2.4.6行程确定

选用压机时，必须考虑工作台面的尺寸，以便能安装模具。

工作台面和活动横梁的结构，关系到模具和压机的连接和固定方法。

脱模行程S脱与压坯高度有如下关系式：

S脱≧（2.5-3）h（mm）

即S脱≧（2.5-3）x10=30mm，考虑到上模、型腔、下模以及型芯的尺寸和它们各自在压机上的安装，选用送料油缸的行程为200mm。

3模具各部分尺寸设计以及送料油缸的设计

3.1模具各部分尺寸设计

✧上模尺寸如图4，上模由四个螺钉固定在上模板上，上模与下模和模端有55个直径1.8mm深30mm的孔。

图4上模

✧型腔如图5所示，型腔做成锥筒形，卡在型腔板上，这样可以使下料在型腔内完成，下料完毕后型腔随着下模一起向上运动，以便完成合模、开模和下料等一些列动作。

图5型腔

✧下模如图6所示，安装时下模用四个均匀分布的螺钉安装在下模板上，而55根直径1.8mm的型芯则固定在下模上表面的55个型芯空中，这样在开模时就能够利用型芯与压坯的摩擦力使压坯脱离型腔使顺利开模。

图6下模

✧型芯如图7所示，55根型芯的材料是SKD11模具钢。

SKD11是-种高碳高铬合金工具钢，热处理后具有很高的硬度磨性，并具有淬透性强，尺寸稳定性好的特点，适宜制做高精度长寿命冷作模具及热固成型塑料模具。

图7型芯

3.2送料油缸

送料油缸采用中部半法兰式结构，由中部法兰上的三个均匀分布的螺栓固定安装在油缸固定吊板上，由油缸推拉接料箱的运动实现循环送料。

图8送料油缸

4模具整体布局以及主要零件连接方式

4.1模具整体布局

模具整体布局如图9所示，采用四柱立式液压机，成型部件用上模、型腔、下模、型芯构成，其中上模固定在上模板上，上模板固定不动，而型腔采用椎体式卡在型腔板中，同时注意型腔与上模的同心度，而下模固定在下模板上并保证与型腔、上模同心，而下模板固定被液压缸上下推拉的缓震块固定板上，通过推杆绕开振荡电机来进行二次顶出，把压坯顶出。

而，送料油缸通过中部法兰上的三个螺栓固定在油缸固定吊板上，用U型固定板、螺钉把送料油缸前端的突台固定在接料箱上，从而实现循环下料。

装置中，上模板规格为750X800X30mm，型腔板的规格为750X800X20mm，下模固定板规格为φ500X30mm，缓震块固定板的规格为750X800X20mm。

图9模具部分整体布局图

4.2主要零件的连接方式

✧上模与上模板的连接上模与上模板的连接如图10所示，通过在上模四周均匀分布的四个紧定螺钉直接将上模固定在上模板上，这样的固定方式便于成型模具的拆装和替换。

图10上模与上模板的连接

✧型腔与型腔板的连接型腔与型腔板的连接如图11所示，由于下模要在与型腔结合后由下料油缸推动接料箱进行下料，而后开始上升与上模进行和模，故只需将型腔做成锥心卡在型腔板上即可，不过要保证二者的锥度相同。

图11型腔与型腔板的连接

✧下缓震块与活动板之间的连接如图12由于下缓震块在整个开合模过正中向上基本不受力，故只需用紧定螺钉而不是螺栓连接即可，由于缓震快上要套上弹簧，所以缓震块上的螺孔应做成沉孔以避免螺钉与缓震弹簧发生干涉。

图12下缓震块的连接

5本模具的工作过程

首先启动电机，带动下置油缸工作，油缸带动下模向上运动。

当下模与型腔合上后，计量装置将所需的玻粉倒人模具中，然后振荡器振动，以保证密度均匀。

下置油缸继续带动下模及型腔与上模合上进行压制，限位块保证制件高度10mm。

保压一定时间后，换向阀换向，下置油缸带动下模、型腔下移，这样，型腔在自身作用下从上模中脱出。

下模继续下移，但型腔固定板被大导柱上的销固定，不能下移，这样迫使下模从型腔中脱出。

当下模再往下运动时，调节杆通过固定板、推杆、推板将制件平稳地顶出即可得到玻璃压坯件。

6本模具的技术特色

6.1精度高

本模具最大的难点是如何保证55个Φ1.8mm的型芯在模具的开模、合模过程中都始终处于一个准确的位置进入上模55个小孔中。

在这里，模具的装配、调试有它的特殊性。

首先将各零件按要求加工好，把55个型芯的下模固定孔按松间隙配合加工好。

再将上模固定板、下模固定板、型腔固定板叠起镗孔。

再将导柱压人下模固定板中，以导柱导向将导套分别压入型腔板与上模固定板中。

将下模装于下模固定板中，再调下模与型腔间隙，将型腔固定于型腔板上。

再调整型腔与上模的间隙，将上模固定在上模固定板上。

将55个φ1.8mm的型芯依次插入上模的55个1.8mm的孔中，再合上上下模现场粘结型芯于下模板上。

最后装余下零件，即可保证径向的形状、位置、尺寸精度，互换性好。

采用死挡铁控制轴向高度尺寸精度。

6.2质量稳定，密度均匀

首先由自动计量装置定容控制质量大小。

当下模与型腔合上后继续上行，碰到电气行程开关，此时加料油缸开始工作。

加料油缸活塞杆带动承料箱与底板一起运动，承料箱容积大小可通过微调螺纹机构调节，从而保证质量。

当承料箱通过加料料斗时，料被加到承料箱中，又当底板下料口运动到型腔内径边沿时，被行程挡块挡住，停止向前运动而承料箱继续运动，超前于底板开始加料，加料完毕后触动行程开关，油缸后退，此时承料箱与底板一起后退，底板碰挡块后停止在承料箱中复位，为下一次定容加料作好准备。

由于承料箱加到模具型腔中的玻璃粉各处高度不一，会造成密度不匀，为此在下模的正下方安装一个振荡器，在振荡前，首先将下模与型腔通过凸轮槽机构及弹簧进行自锁，再由振荡器振动匀粉，确保密度的均匀性。

振动时为不影响精度，采用4只弹簧进行缓冲，从而保证振动时模架不振动。

另外为避免液压油等杂质进入玻坯，泵源装置，油缸装置、集成块系统一律安装在下模固定板下方与油箱上方之间，用