易拉罐翻新机械翻边装置虚拟样机设计.docx
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易拉罐翻新机械翻边装置虚拟样机设计
易拉罐翻新机械翻边装置虚拟样机设计
摘要
铝质易拉罐由于材料是铝质合金，可再回收利用，但就国内目前的回收利用现状而言回收技术落后，铝质金属降级使用，造成了资源效用的浪费。
易拉罐翻新机械翻边装置是翻新铝质易拉罐的专用机械，是翻新易拉罐中不可缺少的机械设备。
为了适应翻新不同易拉罐要求，本次是利用SolidWorks软件进行易拉罐翻边机翻边装置虚拟样机设计，由于SolidWorks软件可以十分方便地绘制复杂的三维实体模型、完成产品装配和生成工程图。
有利于发挥人的创造性思维，有利于新产品、新方案的设计，本次设计首先是对机架、带轮、轴、旋压机头、夹具，拉杆，压杆进行在Solidworks三维建模设计，然后进行虚拟装配，并在Solidworks软件进行运动仿真，检测各零件干涉及运行稳定状态，为下一步研究提供科学依据。
关键词：
铝质易拉罐；翻边装置；虚拟样机设计
THEVIRTUALPROTOTYPECANRENOVATE
MECHANICALFLANGINGDEVICEDESIGN
ABSTRACT
Aluminumcansbecausethematerialisaluminumalloy,canberecycled,butintermsofcurrentsituationrecyclingbackwardtechnologyusingdomesticrecycling,aluminummetalrelegatedtouse,notonlythepollutionisserious,isnotconducivetoenvironmentalprotection,thewasteofresourceutility.Canrenovatemechanicalflangingdeviceisaspecialmachineryforrenovationofaluminumcans,cansofmechanicalequipmentrenovationisindispensable.Inordertomeetthedifferentrequirementsofrenovationofcans,thedesignoftheratedpower1.5KWrefurbishedmachineflangingdevice,whichiscomposedofaframe,beltwheel,shaft,spinninghead,upperandlowerpressingetc.,inthemotordrivesthebigbeltwheelrotation,sothattheshellspinningheadcanflipisrotatedabouttheaxis,axialforcetheshellalongthehorizontalaxistotheinner.TheSolidWorkssoftwarecanbeveryconvenienttodrawthree-dimensionalentitymodel,finishedproductassemblyandtheengineeringdrawinggenerationcomplex.Togivefullplaytothecreativethinking,designnewproducts,favorableDingofthenewdesign,mechanicaldesign,helpdesignersmoreaccurate,fasterandmoreefficientlywillbeinnovativeideasintomarketproducts.
KEYWORDS：
Aluminumcans；renovationofmechanicalflangingdevice；virtualprototypedesign
1绪论
1.1国内制罐业发展现状
1959年美国俄亥俄州帝顿市DRT公司的ERNIE.C.FRAZE（艾马尔·克林安·弗雷兹）发明了易拉罐，即用罐盖本身的材料经加工形成一个铆钉，外套上一拉环再铆紧,配以相适应的刻痕而成为一个完整的罐盖。
这一天才的发明使金属容器经历了150年漫长发展之后有了历史性的突破。
同时，也为制罐和饮料工业发展奠定了坚实的基础。
国内易拉罐业始于20世纪80年代初期，虽然只有二十年的历史，却走过了四次危机。
第一次是1988年实行银根紧缩的政策背景下，国内舆论界对易拉罐生产和消费是否符合国情展开激烈论战。
同时国家将原辅材料进口关税由20％提高到40％，生产企业面临生死考验。
第二次危机发生在1989年6月，由于众所周知的原因，全国饮料市场一落千丈，易拉罐业陷入困境。
第三次是“汇率风波”。
20世纪90年代后期，国内易拉罐业迅速发展，原来罐厂扩容，新建厂增加，从而达到年产100亿只的生产能力，但由于需求量始终未能有效突破，生产过剩导致了第四次危机。
近几年，由于一方面是国民的消费习惯及水平的影响，玻璃瓶仍主导着啤酒饮料包装；另一方面是易拉罐已不再被视为高消费品或成为时尚消费，但又由于它具有一定经济水平的消费价位，而难于替代玻璃瓶，国内对易拉罐的需求量始终保持在60亿～70亿只之间。
制罐业大多数处于困境中，受相关行业影响，罐厂要投入很大一笔资金进行大幅度技术改造，用于降低成本，从而使总体价位降下来促进消费。
随着市场竞争加剧，优胜劣汰法则必将在国内罐业中表现出来，国内罐业必将参照国外罐业发展的路子，进行技术改造、资产重组以求发展[1]。
1.2国内易拉罐回收利用现状
我国是世界上废易拉罐回收率较高的国家，同时，又是世界上废易拉罐利用档次较低的国家。
据有关专家估算，我国废铝易拉罐的回收率为85%左右，与国外相比并不逊色，回收的废易拉罐（包我国用于包装方面的铝机金属年消费量达到90万吨，约占铝金属总消费量的14．3％。
括进口的废易拉罐）都被降低档次使用。
易拉罐是一种常用的消机耗品，用过即废。
因此，我国每年至少产生16万吨废易拉罐，另外还有少量的进口废易拉罐，总量在20万吨左右。
易拉罐的罐身、罐盖、拉环所含的元素成份均不同，目前还没有一种简单、经济的方法将易拉罐的三种不同成份的合金分开，只能采用全部重熔的方法得到含有较多合金成份的重熔铝锭。
易拉罐所用材料是一种档次较高的铝合金，但我国技术落后，废易拉罐全部被降级使用。
到目前为止，我国还没有利用废易拉罐生产原牌号铝合金的企业。
开发废易拉罐生产3004铝合金的项目，将会有很高的环境、资源和经济效益。
废易拉罐还原生产制罐铝板带原料是最佳的利用方式。
我国易拉罐再生利用在资源配置上存在问题，多数废铝易拉罐被作为添加料用于其它领域的生产，或作为非标铝锭使用。
真正被还原生产的并不多。
这是由于废铝易拉罐在回收、储运、分选、预处理以及熔炼加工过程还处于粗放式生产阶段，易拉罐作为高价值的废铝资源被降级使用，特别是小企业普遍采用混炼的生产方式，从而造成了资源效用的浪费。
本次易拉罐翻新机翻边装置虚拟样机的设计正是基于对国内易拉罐制造业及易拉罐回收利用发展现状的考虑，本着易拉罐回收再利用小污染、零污染的原则而展开的，用翻新代替回炉再造，从而达到环境上、经济上的双赢。
随着国民经济的增长，百姓生活水平的提高，以及对环保的重视，国内易拉罐的发展利用之路会走得更好[2]。
2易拉罐翻新机械翻边装置
本次设计是铝质易拉罐机械翻新机翻边装置的设计，该装置做成独立的一台机器，与去封盖装置、封罐装置构成一个翻新机系统。
2.1翻边方式简介
翻边是冲压工艺的一种。
翻边的定义:
在坯料的平面部分或曲面部分上，利用模具的作用，使之沿封闭或不封闭的曲线边缘形成有一定角度的直壁或凸缘的成型方法称为翻边。
目前常用的翻边方式有以下三种：
（1）模具翻边
这是最简单、粗糙的方法，翻边时利用模具两端同时成形。
因为翻边时在材料和罐颈的轴线方向会产生较高的应力，所以本方法适用于较大的罐径和较厚较软的材料。
经柱销跟随或模具成形工艺缩颈的罐，在用模具翻边时，可能在罐颈轴向上产生压痕或翻边裂口。
模具翻边机械叫做挤压式翻边机，其工作原理是靠两个压盘3沿桶框4的轴线方向作相对运动而完成的翻边的。
如图2-1所示
图2-1模具翻边原理图
（2）圆销翻边
圆销翻边对设备和模具的技术要求比模具翻边复杂。
和传统的模具翻边工艺相比，圆销翻边是从圆销滚轮与罐体的接触点开始工作，罐体沿翻边滚轮旋转。
翻边的成形与转动的滚轮的曲线相反，罐体沿着翻边滚轮径向旋转，翻边滚的肩胛有阻挡环，直至形成一定的翻边宽度，且保持罐体圆滑无棱角，圆销翻边对材料和罐颈的轴向边较小，该工艺适用于多种几何罐颈曲线的翻边。
其原理图如2-2所示
图2-2圆销翻边原理图
（3）旋压翻边
该工艺对机械设备的要求高，模具相对圆销翻边来讲要简单一些。
旋压翻边的技术结合了模具翻边的优点（如模具和罐体间较小的相对运动、较小的磨损和较小的翻边宽度变化）以及圆销翻边的优点（从点到线的连续工艺），还避免了上述两种翻边技术的不足之处。
旋压翻边的最大特点是模具旋转的工艺，内转轴的旋转带动翻边模头完成旋转运动，罐体与旋转的翻边模头接触，罐体沿着翻边模头的径向运动，逐步形成翻边宽度，翻边模头的肩胛控制了翻边宽度。
翻边过程中，材料所受的作用力要略低于模具翻边，而略高于圆销翻边。
作用在罐颈的绝对载荷要高于圆销翻边。
图2-3为罐体翻边的原理图。
图2-3旋压翻边原理图
工作时压辊和桶身三者之间相对运动（转动、平移或摆动），滚轮对桶身进行旋压而使桶身端产生塑性变形得以翻边。
圆筒壁厚度薄时，其本身的刚度差，在翻边轮的作用下容易产生不规则变形。
在旋压加工时，薄壁筒刚度小，在转动时会产生附加弹性变形，附加弹性变形经过压辊后即产生塑性凹凸变形，形成压痕。
因此，对于薄壁筒，加工时可降低压痕的厚度[3]。
2.2易拉罐翻边机主要参数
2.2.1易拉罐翻边机工作原理
从成本的经济型、结构的合理性等方面综合考虑，充分融合了模具翻边和旋压翻边的加工原理，在结构上采用的是旋压式模具翻边，带传动。
大致步骤为：
电动机转动带动带轮，带轮与轴采用键连接，带动主轴转动，主轴带动旋压成型机头做圆周运动，然后将用夹具夹紧的易拉罐罐身沿轴向上升到一定高度，与旋转的机头啮合，易拉罐缓慢上升，机头向下的旋压力逐渐增大，从而得到所需翻边。
图2-4即为易拉罐翻边装置的整体结构原理图[4]。
图2-4易拉罐翻新机翻边装置的整体结构原理图
2.2.2易拉罐翻边机的传动方案
在综合考虑其结构简易性，使用性能要求及经济合理性等各方面因素，普通V带传动即可满足本设计的要求[5]。
图2-5所示为本设计的易拉罐翻新机械翻边装置结构简图。
图2-5易拉罐翻新机械翻边装置简图
表2-1各零件名称
标号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
零件
电机
小带轮
大带轮
上端盖
主轴
机架
轴承
下端盖
限位轴
2.2.3易拉罐翻边机其他各零部件的参数
易拉罐翻边机是由电机,大小带轮,上下端盖,主轴,机架,轴承,旋压机头，夹具等组成。
（1）电动机
额定功率大小为1.5KW，即电机型号为Y100L-6，同步转速为1000r/min[6]，主要性能技术数据和安装尺寸列于表2-2所示
表2-2Y100L-6电动
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