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文檔簡介
1、<p> 耕田機(jī)地輪的制造工藝編制及焊接模具設(shè)計(jì)</p><p> 摘要:地輪是耕田機(jī)關(guān)鍵部位,關(guān)系到該裝置的使用效率與壽命,主要由輪圈、撐管、中心孔、加強(qiáng)筋、葉片五個(gè)零件焊接而成。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究耕田機(jī)地輪的生產(chǎn)制造過程,為了能夠使該耕田機(jī)地輪大批量生產(chǎn),設(shè)計(jì)地輪的組合焊接模具,使地輪的焊接生產(chǎn)過程模塊化,有利于提高整個(gè)耕田機(jī)的生產(chǎn)水平,促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平的提高。</p>&l
2、t;p> 關(guān)鍵詞:耕田機(jī);地輪;焊接;模具</p><p> Plow Machine and Wheel Manufacturing Process Preparation and Welding Mold Design</p><p> Abstract: Wheel is a key part to the plow machine which relates to th
3、e use efficiency and life of the device.The wheel mainly welded by the rims, bracing tube, center hole, the stiffener and the leaf five parts together. This graduation design is mainly study of wheel cultivator in manufa
4、cturing processe.In order to make the plow machine be able to mass production,design wheel combination welding mould, to made the land wheel of the modular production.To improve the production level of the culti</p>
5、;<p> Key words: Plow machine; Wheel; Welding; The mold</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘要1</b></p><p><b> 關(guān)鍵詞1</b></p><
6、p><b> 1前言1</b></p><p> 1.1選題研究意義1</p><p> 1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2</p><p> 2模具的設(shè)計(jì)選擇3</p><p> 2.1葉片模具設(shè)計(jì)方案的選擇3</p><p> 2.1.1沖載力的計(jì)算3</p
7、><p> 2.1.2方案的比較及確定4</p><p> 2.1.3可調(diào)間隙方案的選擇5</p><p> 2.2沖壓模具的設(shè)計(jì)與方案選擇5</p><p> 2.2.1沖載間隙的選取5</p><p> 2.2.2尺寸與公差的選取5</p><p> 2.2.3模具作用力中
8、心的計(jì)算與確定7</p><p> 2.2.4凹模的設(shè)計(jì)方案的計(jì)算與確定7</p><p> 2.2.5凸模的設(shè)計(jì)方案的計(jì)算與確定7</p><p> 2.2.6凹凸模的固定方案的選擇8</p><p> 2.2.7凹凸模的材料選擇及工藝8</p><p> 3焊接夾具的設(shè)計(jì)選擇8</p&g
9、t;<p> 3.1焊接工藝概述8</p><p> 3.2夾具設(shè)計(jì)概述9</p><p> 3.2.1夾具的定義9</p><p> 3.2.2 夾具的應(yīng)用9</p><p> 3.2.3 夾具的作用9</p><p> 3.2.4夾具的組成10</p><p
10、> 3.3輪圈點(diǎn)焊夾具方案10</p><p> 3.3.1方案對比及確定10</p><p> 3.3.2方案設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p> 3.4點(diǎn)焊輪輻桿夾具13</p><p> 3.4.1方案的確定13</p><p> 3.4.2設(shè)計(jì)與分析14</p><p
11、> 3.5葉片點(diǎn)焊夾具設(shè)計(jì)15</p><p> 3.5.1焊接夾具設(shè)計(jì)的意義目的及要求15</p><p> 3.5.2方案的分析與選擇16</p><p><b> 4結(jié)論17</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)18</b></p><p&g
12、t;<b> 致謝19</b></p><p><b> 附錄19</b></p><p><b> 1 前言</b></p><p> 1.1 選題研究意義</p><p> 農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè),關(guān)系到人民的生存大計(jì),農(nóng)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響著、左右著國
13、民經(jīng)濟(jì)全局的發(fā)展[1]。農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中最基本的物質(zhì)生產(chǎn)部門。農(nóng)業(yè)是人類社會(huì)的衣食之源,生存之本。農(nóng)業(yè)是工業(yè)等其他物質(zhì)生產(chǎn)部門與一切非物質(zhì)生產(chǎn)部門存在與發(fā)展的必要條件。農(nóng)業(yè)是工業(yè)特別是輕工業(yè)原料的主要來源。如何讓農(nóng)業(yè)得到更好的發(fā)展,其中,農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)發(fā)展必經(jīng)之路[2]。</p><p> 耕田機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一,廣泛應(yīng)用于農(nóng)田建設(shè)。耕田機(jī)具有專用型強(qiáng),設(shè)備投資少,工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。特別是在地表不平整
14、,又有雜草樹枝石塊等雜物,且地下情況比較復(fù)雜,耕地情況比較惡劣的農(nóng)田,耕田機(jī)的使用對提高耕田的效率,減少人力和物力資源的浪費(fèi)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有重要意義。</p><p> 耕田機(jī)的地輪是其關(guān)鍵部位,主要由輪圈、撐管、中心孔、加強(qiáng)筋、葉片五個(gè)零件焊接而成,而地輪的結(jié)構(gòu)與工藝關(guān)系到該裝置的使用效率與壽命,因此有必要對其進(jìn)行深入研究[3]。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究耕田機(jī)地輪的設(shè)計(jì)與生產(chǎn),為了能夠使該耕田機(jī)地輪大批量生產(chǎn),設(shè)
15、計(jì)地輪的組合焊接模具。</p><p> 1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p> 耕田機(jī)的歷史悠久,早期的犁鏵工具就是耕田機(jī)的雛形,只不過沒有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。到了上世紀(jì)50年代開始,伴隨著機(jī)械化的普及,社會(huì)的發(fā)展,整個(gè)社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)力的提高,而且在一些相關(guān)的部件和結(jié)構(gòu)原理沒有成型和系統(tǒng)的的研究,一些發(fā)達(dá)國家開始使用機(jī)械耕地機(jī)進(jìn)行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè),大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率[4]。
16、現(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益增多的工作要求,耕地設(shè)備的研究走進(jìn)了一個(gè)新時(shí)代,較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國內(nèi)的耕地機(jī)的研究和起步較晚,經(jīng)歷了從犁鏵式、圓盤式、螺旋式和鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的發(fā)展??傮w來說,在我國除了極少數(shù)單位引進(jìn)國外的連續(xù)式耕地機(jī)外,國產(chǎn)耕地機(jī)仍處于設(shè)計(jì)研發(fā)的初步階段,隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的建立和完善,人民生活水平的提高,對農(nóng)業(yè)提出了更高、更多的要求。作為一名當(dāng)代機(jī)械類專業(yè)本科畢業(yè)生,應(yīng)當(dāng)以人民的需要為己任,以自身的專業(yè)知識靈活
17、運(yùn)用于生活,為人民的生活水平的提高盡一份自己的力量。</p><p> 國外最早生產(chǎn)耕地機(jī)的國家主要是美國和蘇聯(lián),其發(fā)展過程大致相同。在國外,機(jī)械化的耕田機(jī)使用非常普遍,目前,特別是美國,其農(nóng)耕業(yè)機(jī)械化水平幾乎達(dá)到了百分之九十以上[5]。而且,農(nóng)耕機(jī)的自動(dòng)化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我國目前農(nóng)耕業(yè)。縱觀目前耕田機(jī)的國內(nèi)市場,國內(nèi)耕田機(jī)品牌雜亂無章,質(zhì)量參差不齊,并沒有形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化的的市場。在社會(huì)分工日益精細(xì)的今天,一個(gè)行
18、業(yè)要想得到更好的發(fā)展,標(biāo)準(zhǔn)化是必不可少的一個(gè)過程。而地輪作為耕田機(jī)上與地表直接接觸工作的部件,其重要性不言而喻,但是,其又是耕田機(jī)中最容易損壞的部件。所以,如何讓地輪的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化,是其研究的重中之重,使得對于整個(gè)耕田機(jī)而言,其組成的各個(gè)部件都是標(biāo)準(zhǔn)化,這樣有利于耕田機(jī)在損壞之后的維修與部件的更換,達(dá)到延長耕田機(jī)整體壽命的目的,從而使得整個(gè)農(nóng)耕行業(yè)的機(jī)械化水平得到極大的提高。</p><p> 因此,本畢業(yè)設(shè)計(jì)基
19、于這一出發(fā)點(diǎn),為了能夠使該耕田機(jī)地輪大批量生產(chǎn),編制地輪的制造工藝,設(shè)計(jì)地輪的組合焊接模具,使之模塊化,順應(yīng)耕田機(jī)發(fā)展的趨勢與需要,農(nóng)耕業(yè)水平的整體提高[6]。</p><p> 2 模具的設(shè)計(jì)選擇</p><p> 2.1 葉片模具設(shè)計(jì)方案的選擇</p><p> 2.1.1 沖載力的計(jì)算</p><p><b>
20、圖1 葉片零件圖</b></p><p> Fig 1 Leaf blade part drawing</p><p> 分析:僅從數(shù)據(jù)分析此方案可行,但是由數(shù)據(jù) 可見,第一道工序所需要的沖載力與設(shè)備所提供的沖載力相差不大,對于設(shè)備的要求比較高。雖然此方案較其他方案省時(shí),且生產(chǎn)效率高,但其硬性要求過高,會(huì)造成隱性成本升高。而且,此方案在設(shè)計(jì)模具時(shí),兩端的支撐處距離過小,
21、不方便原料的進(jìn)給,由此,判定該方案不合適。</p><p> 第三種方案:35T的沖載力遠(yuǎn)高于各個(gè)工序所需要的沖載力,完全滿足加工需求,而且加工質(zhì)量可以得到較好的保證,但是,如果采用這種方法,生產(chǎn)效率較低,模具的數(shù)量要增加一套,加工成本也隨之增加。但是,鑒于生產(chǎn)質(zhì)量是我們生產(chǎn)產(chǎn)品的首要滿足條件,所以決定采取第三種加工方案。</p><p> 2.1.3 可調(diào)間隙方案的選擇</p
22、><p><b> 圖3 輪圈中心孔</b></p><p> Fig 3 The center hole of the rims</p><p> 第一種方案:導(dǎo)軌式調(diào)節(jié);(1)優(yōu)點(diǎn):導(dǎo)軌調(diào)節(jié)方便,快捷;其滑動(dòng)方向與需要調(diào)整的方向保持一致,可以較好地達(dá)到調(diào)整要求。(2)缺點(diǎn):導(dǎo)軌之間的精度以及位置度要求都很高,制作工藝難度大,成本較高,對
23、于產(chǎn)品的推廣不力。</p><p> 第二種方案:螺栓聯(lián)接調(diào)節(jié);(1)優(yōu)點(diǎn):制造工藝簡單,基本可以滿足使用質(zhì)量要求;(2)缺點(diǎn):調(diào)整過程費(fèi)時(shí)繁瑣,而且螺栓調(diào)節(jié)的可靠性不高,有可能松動(dòng),需要及時(shí)檢查和緊固。 </p><p> 綜上所述,雖然第一種方法對于間隙的調(diào)節(jié)可靠性較第二種方案高,但是其較為高昂的制造成本,最終決定選擇第二種方案。</p>
24、<p> 2.2 沖壓模具的設(shè)計(jì)與方案選擇</p><p> 2.2.1 沖載間隙的選取</p><p> 根據(jù)資料,查表可得,間隙值為:0.850至1.150,由于在使用過程中模具有可能會(huì)因?yàn)槟p而使間隙變大,所以基于上述考慮,設(shè)計(jì)與制造模具時(shí)選用最小合理間隙。</p><p> 2.2.2 尺寸與公差的選取</p><
25、;p> 由于公差尺寸未標(biāo)注出來,</p><p> 所以取7加工精度為IT4</p><p><b> 則A=</b></p><p><b> B=</b></p><p><b> d=</b></p><p><b>
26、圖4 輪圈</b></p><p> Fig 4 rim of a wheel</p><p> (1)沖孔模具尺寸計(jì)算 根據(jù)資料查得,</p><p> 取x=0.75,則可得: </p><p> 凸模尺寸:
27、 </p><p><b> (3)</b></p><p><b> 凹模尺寸:</b></p><p><b> ?。?)</b></p><p> (2)圓角與邊模尺寸計(jì)算</p><p><b> 凹模尺寸:</b>
28、</p><p> ?。?) (6)凸模尺寸:</p><p> ?。?) (8)</p><p> ?。?)沖筋模的尺寸計(jì)算 沖筋模的制造精度不要求很高,滿足需要即可。因?yàn)橹圃炀冗^高導(dǎo)致制造成本的增加,不利于整套工藝的推廣和發(fā)展。凹模的深度、寬度以及圓弧半徑
29、等都應(yīng)該以工件要求的尺寸另加板料的厚度5mm,而凸模尺寸不需要,其尺寸即為工件要求尺寸,凹凸模按配合法加工而得。</p><p> 2.2.3 模具作用力中心的計(jì)算與確定</p><p> 沖載壓力的的合力的作用點(diǎn)稱作該沖壓模具的作用力中心。因此,為了使模具和壓力機(jī)的工作順暢不受阻礙,應(yīng)該使該套模具的作用力中心與模具的模柄軸線重合。</p><p> ?。?)
30、落料模的作用力中心:因?yàn)楣ぜ谶@道工序當(dāng)中加工過程關(guān)于X軸對稱,所以可得</p><p><b> =0 </b></p><p> 因此,可以知道在此模具的作用力中心的坐標(biāo)為(27.85,0)</p><p> (2)沖壓半圓孔的作用力中心 由于在此工序的加工過程中,工件呈半圓孔形狀的筒形;凸沖壓模具為圓柱形,因此,可以看出其作用力中心
31、在其圓心,即坐標(biāo)點(diǎn)為(0,0) </p><p> ?。?)壓筋模具的作用力中心 易得兩條加強(qiáng)筋可以看做關(guān)于x軸對稱,所以</p><p><b> ,則</b></p><p><b> =48.5 </b></p><p> 即在此工序中,模具的作用力中心坐標(biāo)為(48.5,0)<
32、;/p><p> 2.2.4 凹模的設(shè)計(jì)方案的計(jì)算與確定</p><p> ?。?)落料模具及沖筋模具的凹模形狀刃口的形狀應(yīng)該與工件的形狀保持一致,形狀相同[7]。(2)沖孔模具的選擇:由于沖壓該孔的精度要求并不是很高,而且該孔的形狀簡單,所以采用錐筒式刃口凹模,簡潔方便,加工成本低。(3)整體式凹模尺寸的計(jì)算(以沖孔模具為例):由公式凹模厚度
33、 根據(jù)計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況以及下模厚度取H=45;(4)凹模上螺孔與外圓距離的選擇與計(jì)算(以落料模具為例):根據(jù)資料查得,選用M10的螺栓;又可知,取=16。而,取=15.</p><p> 2.2.5 凸模的設(shè)計(jì)方案的計(jì)算與確定</p><p> (1)凸模的長度的計(jì)算:,其中:L—凸模的總體長度;—導(dǎo)尺厚度;—附加長度;
34、—凸模固定板的厚度;取,;則可得L=20+20+20=60 (2)凸模的強(qiáng)度校核 </p><p><b> a、承壓能力校核</b></p><p><b> ?。?1)</b></p><p> 而凸模直徑d=266.8,所以可得承載壓力能力合格。</p><p> b、抗縱向彎曲應(yīng)力校核
35、而凸模長度L=60,因此可以知道該模具抗縱向彎曲應(yīng)力能力合格。綜上所訴,凸模的強(qiáng)度校核合格,方案可以通過。</p><p> 2.2.6 凹凸模的固定方案的選擇</p><p> 沖孔凸模與上模板采用H7/m6過盈配合的方法固定。具體方法是將凸模壓入上模板,然后將其磨平。其次,沖孔凹模與下模板是采用M10的螺栓固定[8]。落料凹模、落料凸模、沖筋凹凸模的固定均采用螺栓固定的方式,但稍
36、有區(qū)別,具體如圖所示。</p><p> 2.2.7 凹凸模的材料選擇及工藝</p><p> 根據(jù)資料可以查得,材料選用Cr12,此材料的硬度為HRC58-62</p><p> 以沖孔凹凸模具為例說明加工工藝過程。凹模的加工工藝過程如下:(1)下料:凹模毛坯采用軋制的剛料,然后在鋸床上切斷;(2)磨平:磨平上下兩個(gè)平面;(3)劃線:劃出凹模中心線的各孔位
37、置,然后劃出型孔的輪廓線;(4)型孔粗加工:先按照之前畫好的輪廓鉆孔,除去廢料,然后加工型孔,單面留精修余量0.15—0.25mm;(5)型孔精加工:用已經(jīng)加工好的凸模修整挫平以及壓?。唬?)孔加工:加工各個(gè)螺釘過孔以及銷釘孔;(7)熱處理;(8)重復(fù)第二道工序;(9)型孔精修:鉗工研磨型孔,使其滿足標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到使用技術(shù)要求。凸模的加工工藝過程如下:(1)下料:用軋制的圓棒料,在據(jù)床上切斷;(2)固定部分加工:在車床上車出軸徑為;(3)工
38、作型面粗加工:在車床上車出凸模的輪廓,單面留出壓印挫修余量0.15—0.25mm;(4)工作型面精加工:磨出工作面,并進(jìn)行校驗(yàn);(5)熱處理;(6)精磨:研磨工作面使其滿足標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到使用技術(shù)要求[9]。</p><p> 3 焊接夾具的設(shè)計(jì)選擇</p><p> 3.1 焊接工藝概述</p><p> 焊接是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種金屬連接方法。它是通
39、過加熱或者加壓(或二者并用),以及填充材料,使焊件形成原子或分子間結(jié)合的一種連接方法。</p><p> 焊接實(shí)現(xiàn)的連接是不可拆卸的永久性連接,被鏈接的焊接材料可以是同種金屬或者不同種,同時(shí)也可以是非金屬材料,從這里我們可以看到焊接的巨大優(yōu)勢。在焊接技術(shù)廣泛運(yùn)用以前,連接金屬主要靠鉚接。而與鉚接相比,焊接具有節(jié)省金屬材料、鏈接質(zhì)量優(yōu)良、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)[10]。</p><p> 在機(jī)械
40、制造業(yè)中,廣泛應(yīng)用焊接技術(shù)制造各種金屬結(jié)構(gòu)件,如橋梁、船體、汽車、飛機(jī)、鍋爐等;焊接也常用于制造機(jī)器零件或毛坯,如重型機(jī)械和冶金、鍛壓設(shè)備的機(jī)架、軸、齒輪等。此外,焊接還常用于修補(bǔ)鑄件、鍛件缺陷和局部受損壞的零件,經(jīng)濟(jì)意義十分顯著。</p><p> 焊接方法的種類很多,按焊接過程的特點(diǎn)不同,可分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊方法的特點(diǎn)是將焊件連接處局部加熱到融化狀態(tài),然后冷卻凝固成一體,不加壓力完成焊接;壓焊
41、的方法是在焊接過程中必須對焊件施加壓力,可以加熱也可以不加熱的狀態(tài)下,完成焊接。釬焊的方法是采用低熔點(diǎn)的填充金屬即釬料熔化后,與固態(tài)焊件金屬相互擴(kuò)散形成原子間的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的連接方法[11]。</p><p> 在我們耕田機(jī)地輪的焊接工藝中,一般采用釬焊的方法,不但可以滿足質(zhì)量要求,而且可以節(jié)約成本,操作簡便,有利于推廣。</p><p> 3.2 夾具設(shè)計(jì)概述</p>
42、<p> 3.2.1 夾具的定義</p><p> 為了加工出滿足機(jī)械加工質(zhì)量要求的工件,必須保證工件和刀具在機(jī)床上占有正確的位置和方向,并且在加工過程中得到保持,這種裝置叫機(jī)床夾具,這一過程叫裝夾或安裝。如不特別說明,裝夾或安裝指對工件的裝夾[12]。</p><p> 裝夾實(shí)際上包括了兩個(gè)過程:一是使工件使工件相對機(jī)床、夾具或刀具處于正確位置,稱為定位;二是對工件施加
43、一定的外力使其保持這個(gè)位置在加工過程中不變,稱為夾緊。</p><p> 3.2.2 夾具的應(yīng)用</p><p> 夾具的應(yīng)用十分廣泛,按照夾具的應(yīng)用范圍可以分為通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具等。通用夾具用于對常見形狀和精度要求不高的工件的裝夾,對于形狀較為復(fù)雜和加工精度較高的工件,不能滿足使用要求。該種夾具調(diào)整能力強(qiáng),適用性廣,主要適用于單件和小批量生產(chǎn)。專用夾具
44、是針對某一工件的某一工序的加工要求而專門設(shè)計(jì)和制造的夾具。專用夾具由工廠專門設(shè)計(jì)和制造,能夠提高裝夾效率和加工精度,提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性,在大批量生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用通用夾具。成組夾具是根據(jù)成組加工工藝的原則,為一組形狀相近的零件專門設(shè)計(jì)一種夾具,用于同一組多種零件的加工。它既有一定的效率和精度,又有一定的可調(diào)整性。組合夾具是一種模塊化的夾具,并已商品化。使用組合夾具可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,元件能重復(fù)多次使用,并具有可減少專用夾具等
45、優(yōu)點(diǎn)。隨行夾具在使用中隨著工件一起運(yùn)動(dòng),夾具和工件一起沿著自動(dòng)線從一個(gè)工位移至下一個(gè)工位,直至完成全部工序后才將工件從夾具中拆卸。隨行夾具主要用在形狀復(fù)雜且不規(guī)則、又無良好運(yùn)輸基面的工件裝夾[13]。</p><p> 3.2.3 夾具的作用</p><p> 夾具在生產(chǎn)中的作用也十分巨大,主要有以下幾點(diǎn):(1)準(zhǔn)確確定工件、機(jī)床和刀具三者的相對位置和方向,達(dá)到較高的加工精度。(2)
46、縮短輔助加工時(shí)間,提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。夾具的使用過程包括兩個(gè)方面:一是依靠夾具上面的專門裝置,實(shí)現(xiàn)夾具在機(jī)床上正確位置的安裝;二是通過工件上的基準(zhǔn)面與夾具上的定位元件的接觸,確定工件在夾具上的正確位置和方向,并通過夾緊裝置保持加工過程中正確位置不變。使用夾具后,不但工件安裝時(shí)間大幅度減少,有時(shí)還能省去劃線工序,進(jìn)一步減少輔助時(shí)間;同時(shí)由于工件安裝穩(wěn)定,有可能減少加工時(shí)間,取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。(3)擴(kuò)大加工工藝范圍。(4)降低對工人的技術(shù)要
47、求,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,保障安全生產(chǎn)的目的的實(shí)現(xiàn),具有重要意義[14]。</p><p> 3.2.4 夾具的組成</p><p> 雖然夾具的種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但其主要組成根據(jù)功能可以分成幾個(gè)部分:(1)定位裝置,用于確定工件在夾具中的正確位置,通過它保證工件在加工過程與刀具間保持正確的位置關(guān)系。(2)夾緊裝置,用于保證在加工過程中,工件在夾具的正確位置不發(fā)生變化。(3)對刀與引導(dǎo)
48、元件,用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件,用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的元件稱為引導(dǎo)元件。(4)夾具體,是夾具的基座和骨架,用以連接夾具中的元件和裝置,使其構(gòu)成一個(gè)整體,并用于與機(jī)床有關(guān)部位進(jìn)行連接,以確定夾具相對于機(jī)床的位置。(5)連接元件,確定夾具在機(jī)床上正確位置的元件。(6)輔助裝置,根據(jù)夾具功用需要的其他裝置[15]。</p><p> 在一個(gè)夾具中,定位裝置、夾緊裝置和夾具體是必須齊
49、備的,其他部分可以根據(jù)需要而定。</p><p> 3.3 輪圈點(diǎn)焊夾具方案</p><p> 3.3.1 方案對比及確定</p><p> ?。?)定位方案:零件要求保證尺寸為內(nèi)徑,一般思維應(yīng)該采用三點(diǎn)定位的方法,用內(nèi)圈定位。但是,考慮到在此工序進(jìn)行之前的繞圈工序,為了便于圈的取出,因此有拔模斜度的存在,即所繞圈的尺寸大小不一致。而假如采取內(nèi)圈定位,對于內(nèi)
50、徑小于的圈則存在一個(gè)不可能有三點(diǎn)同時(shí)與定位元件接觸的問題,不符合三點(diǎn)定位原理;同時(shí)考慮到為了操作的簡單方便,故采用外圓三點(diǎn)定位,通過保證外圓的尺寸要求間接達(dá)到內(nèi)徑的技術(shù)要求。(2)夾緊方案:方案a:采用螺栓夾緊;方案b:采用偏心輪棘輪機(jī)構(gòu)裝置夾緊;方案c:采用壓桿機(jī)構(gòu),在壓桿的尾部用一彈簧拉住壓桿。分析比較:方案a的特點(diǎn)是螺紋有自鎖性能,可以使壓緊效果可靠,能承受一定的工作載荷,但壓緊動(dòng)作慢,工作效率較低。方案b的特點(diǎn)是壓緊省力,可利用
51、偏心輪的自鎖性以及棘輪機(jī)構(gòu)的共同作用來實(shí)現(xiàn)夾緊,但此機(jī)構(gòu)承受沖擊載荷的能力不強(qiáng),夾緊輕易松動(dòng),安全性能較差;同時(shí)該機(jī)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致制造的不方便,成本較高,不利于大范圍推廣使用。方案c的特點(diǎn)是夾緊省時(shí)又省力,調(diào)整方便,但是由于彈簧長時(shí)間處于沖擊載荷作用下,容易失效,因此需要定期更換彈簧。鑒于操作對夾緊裝置的要求是:抵抗2000N左右的沖擊力</p><p> 3.3.2 方案設(shè)計(jì)計(jì)算</p>
52、<p> 根據(jù)之前的分析,方案的設(shè)計(jì)計(jì)算主要有以下幾個(gè)方面:第一,彈簧的選用計(jì)算,主要計(jì)算彈簧所受的力的大小,選用彈簧的材料與型號。一般是根據(jù)彈簧的最大工作載荷、最小工作載荷、工作行程以及其他尺寸限制和工作條件等,確定彈簧絲直徑d、工作圈數(shù)n以及其他幾何尺寸,并繪制工作圖;第二,螺栓的校核計(jì)算,首先是根據(jù)連接的類型、連接的裝配情況(預(yù)緊或不預(yù)緊)、載荷狀態(tài)等條件,確定螺栓的受力;然后根據(jù)相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面直徑(螺
53、紋小徑)或校核及強(qiáng)度。螺栓的其他部分(螺紋牙、螺栓頭、光桿)和螺母、墊圈的結(jié)構(gòu)尺寸,是根據(jù)等強(qiáng)度條件以及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的,通常都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,可按螺栓螺紋的公稱直徑由標(biāo)準(zhǔn)中選定。</p><p> ?。?)彈簧的選用計(jì)算 根據(jù)資料機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得,選用LI型彈簧。根據(jù)該型號彈簧的使用條件,查表可得,選用材料為65Mn,其部分參數(shù)為G=78.5GPa E=196GPa 受力分析:以壓桿為研究對象,如下圖所示&l
54、t;/p><p><b> 圖5 壓桿受力簡圖</b></p><p> Fig 5 Compressive bar stress diagram</p><p> 根據(jù)杠桿原理: (12) </p><p> 其中P=2
55、00kg=1960N =335.5 =1150</p><p> 代入可得 =571.8N</p><p> 為了能夠使加工更加安全,適當(dāng)選用較大型號的彈簧,其基本參數(shù)為:材料直徑d=4.5.彈簧中徑,節(jié)距p=7.01,工作極限載荷,單圈彈簧工作極限下變形量fid=2.242,單圈彈簧剛度=378N/min</p><p> 在正常工作條件下,壓桿的
56、受載荷不是沖擊載荷,而是靜載荷=20Kg=196N,在此情況下彈簧受力=196N</p><p> 如下圖所示,求出壓桿的撓度f:</p><p><b> 圖6 撓度示意圖</b></p><p> Fig 6 The deflection diagram</p><p><b> ?。?3)<
57、/b></p><p><b> 其中 </b></p><p><b> 代入得 </b></p><p><b> 彈簧剛度 </b></p><p><b> 其中 </b></p><p> 代入得 K
58、=20.7N/mm</p><p><b> 彈簧的有效圈數(shù)</b></p><p><b> (14)</b></p><p><b> 取n=18.5</b></p><p><b> 彈簧的自由高度</b></p><p&
59、gt;<b> ?。?5)</b></p><p> ?。?)地腳螺栓的校核 </p><p> 彈簧所受的拉力為兩螺栓共同承擔(dān)的總拉力,則各螺栓在沖擊載荷的作用下所受工作拉力:</p><p><b> 則螺栓所受的總拉力</b></p><p><b> ?。?6)</b&g
60、t;</p><p> 其中為殘余預(yù)緊力,取</p><p><b> 則可得 </b></p><p><b> ?。?7)</b></p><p><b> 取</b></p><p><b> 代入得 :</b><
61、;/p><p> 而選取的螺栓為M6,其,因此,地腳螺栓合格。</p><p> 3.4 點(diǎn)焊輪輻桿夾具</p><p> 3.4.1 方案的確定</p><p> ?。?)定位方案的確定:此工序需確定方孔軸套與輪圈之間的距離,以保證輪輻桿能固定于其中。定位方式經(jīng)過分析,決定選用心軸定位,即四方心軸定位[17],由于輪輻桿長短不一,因此
62、對于輪圈而言,并不適合定位,所以,對于輪圈不采用定位裝置。</p><p> ?。?)夾緊方案的確定:進(jìn)行此道工序時(shí),有較大沖擊載荷,使得工件有兩種相對運(yùn)動(dòng):a.方孔軸套往上運(yùn)動(dòng)。b.輪輻桿的外端往上翹,從而將輪圈往上抬起。</p><p> 圖7 輪輻桿點(diǎn)焊夾具示意圖</p><p> Fig 7 Spokes rod welding jig schemat
63、ic diagram</p><p> 定位支撐軸 2.底板 3.定位元件 4.支撐塊</p><p> 1. positioning support shaft 2. base plate 3. locating element 4. Support block</p><p> 現(xiàn)階段的主要問題是,如圖7所示,定位元件3在徑向上的長度太短,距離定位支撐軸太
64、遠(yuǎn),當(dāng)加工時(shí),將輪輻桿鍤入預(yù)定位置時(shí),桿的末端與輪圈接觸端往上蹺,使輪圈往上抬,造成加工質(zhì)量不穩(wěn)定。</p><p> 由夾具的基本知識可以知道,機(jī)床夾具通過工件的定位基準(zhǔn)與夾具的定位元件相接觸,保證刀具與工件在加工前能處于一個(gè)正確的位置,稱為定位;通過夾緊裝置,使刀具與工件在加工過程中保持定位過程所確定的正確位置保持不變,稱為夾緊。根據(jù)對該點(diǎn)焊夾具主要存在的問題的分析,確定其主要問題根源,從定位與夾緊兩方面著
65、手,重新設(shè)計(jì)點(diǎn)焊夾具,修正存在的問題。</p><p> 綜合考慮工藝條件以及加工成本等問題,提出主要解決方案是:針對問題a,用于定位的四方心軸其上加上螺紋部分,在方孔軸套上放一壓板,用螺母擰緊。針對問題b,把六個(gè)定位塊做成在軸向長度為80,安裝的時(shí)候盡可能與四分心軸相近,以保證輪輻條外端上蹺的可能變小。</p><p><b> 圖8 輪圈組合圖</b><
66、/p><p> Fig 8 combined figure of the rims</p><p> 1.中心孔 2.撐管 3.輪圈</p><p> 1. Center hole 2. Stay tube 3. Rims</p><p> 3.4.2 設(shè)計(jì)與分析</p><p> 定位軸及四方心軸與地板
67、之間配合關(guān)系的設(shè)計(jì):通過分析,有三種方案可以考慮方案a:采用 H7/g6 配合,即間隙配合,外加螺栓、墊圈,用螺母固定。方案b:采用H7/g6 配合,同方案a,但是其連接方式采用焊接加工成不可拆卸連接。方案c:采用H7/m6配合,及過盈配合,外加螺栓壓板、墊圈、螺母固定[16]。</p><p> 通過分析可知:方案a的特點(diǎn)是:裝配容易,有較好的互換性,在使用時(shí)間不長的情況下能保證加工質(zhì)量。但是隨著時(shí)間的增長,
68、螺紋連接無可避免地會(huì)出現(xiàn)松動(dòng),在沖擊載荷的作用下,四方心軸出現(xiàn)偏斜,導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確,達(dá)不到定位要求,加工質(zhì)量下降。方案b的點(diǎn)是:能較好地解決方案a中出現(xiàn)的螺栓的松動(dòng)的問題,但是不具有互換性,即當(dāng)四方心軸磨損,達(dá)不到加工工藝要求時(shí),不能再使用的時(shí)候,只能將整個(gè)底板更換,才能繼續(xù)工作。方案c的特點(diǎn)是:此方案能夠較好解決方案a出現(xiàn)的螺栓松動(dòng)的問題以及方案b中不具有互換性的問題,符合工藝要求,同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)勢,但是在裝配時(shí)的過程較方案a與
69、方案b難。</p><p> 縱觀上述方案,分析其優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合對生產(chǎn)質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益的要求,決定采用方案c,符合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)初衷。</p><p> 3.5 葉片點(diǎn)焊夾具設(shè)計(jì)</p><p> 3.5.1 焊接夾具設(shè)計(jì)的意義目的及要求</p><p> 焊接工裝夾具是將焊件準(zhǔn)確定位并夾緊,用于裝配和焊接的工藝裝備。在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中
70、,把用來裝配并進(jìn)行定位焊件的夾具稱之為裝配夾具;而專門用來焊接焊件的夾具稱之為焊接夾具;把既用于裝配也用于焊接的夾具稱之為裝焊夾具;它們統(tǒng)稱為焊接工裝夾具[17]。</p><p> 對焊接工裝夾具的要求:</p><p> ?。?)焊接工裝夾具應(yīng)動(dòng)作迅速,操作方便,操作位置應(yīng)處在工人容易接近,最易操作的部位。特別是手動(dòng)夾具,其操作力不能過大,操作頻率不能過高,操作高度應(yīng)設(shè)在工人最容易用
71、力的部位,當(dāng)夾具處于夾緊狀態(tài)時(shí)應(yīng)能自鎖。</p><p> ?。?)焊接工裝夾具應(yīng)有足夠的裝配焊接空間,不能影響焊接操作和焊工觀察,不妨礙焊件的裝卸,所有的定位元件和夾緊裝置應(yīng)與焊道保持適當(dāng)或者布置在焊件的下方和側(cè)面。夾緊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件應(yīng)能夠伸縮或轉(zhuǎn)位。</p><p> ?。?)夾緊可靠,剛性適當(dāng),夾緊時(shí)不破壞焊件的定位位置和幾何形狀,夾緊后不使焊件松動(dòng)滑移,又不使焊件的拘束度過大,產(chǎn)生
72、較大應(yīng)力。</p><p> ?。?)為了保證使用安全,應(yīng)設(shè)置必要的安全連鎖保護(hù)裝置[21]。</p><p> ?。?)夾緊時(shí)不應(yīng)損壞焊件的表面質(zhì)量,夾緊薄件和和軟質(zhì)材料的焊件時(shí),應(yīng)限制夾緊力,或?qū)侯^行程進(jìn)行限位,加大壓頭接觸面積,添加鋁銅襯墊等措施。</p><p> (6)接近焊件部位的夾具,應(yīng)考慮操作手柄的隔熱和防止焊接飛濺對夾緊機(jī)構(gòu)和定位元件表面的損傷
73、。</p><p> (7)夾具的施力點(diǎn)應(yīng)位于焊件的支撐處或者布置在靠近支撐處的地方,要防止支撐反力與夾緊力,支撐反力與重力形成力偶。</p><p> ?。?)注意各種焊接方法在導(dǎo)熱導(dǎo)電隔磁絕緣等方面對夾具提出的特殊要求。</p><p> (9)用于大型板焊接結(jié)構(gòu)的夾具,要有足夠的強(qiáng)度和剛度,特別是夾具體的剛度,對結(jié)構(gòu)的形狀精度,尺寸精度影響較大。</
74、p><p> ?。?0)在一個(gè)夾具上,定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)的的結(jié)構(gòu)形式不宜過多,并且盡量選用一種動(dòng)力源。</p><p> (11)工裝夾具本身具有較好的制造工藝和較高的機(jī)械效率。</p><p> (12)盡量選用已通用化標(biāo)準(zhǔn)化的夾緊機(jī)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零部件來制作工裝夾具[18]。</p><p> 3.5.2 方案的分析與選擇</p>
75、;<p> 該道工序的目的在于把葉片以及加強(qiáng)筋焊接在輪圈上,完成該道工序?qū)A具的要求:保證葉片與地板垂直,夾緊動(dòng)作迅速,省時(shí)省力。</p><p> 圖 9 地輪裝配示意圖</p><p> Fig 9 Wheel assembly diagram</p><p> 1. 加強(qiáng)筋 2. 葉片 3.輪圈</p><p>
76、 1. To strengthen 2. The blade 3. The wheel rim</p><p> ?。?)定位方案的確定:根據(jù)葉片點(diǎn)焊的位置可知,該道工序要求保證葉片與地板垂直,因此需要采用的定位元件是一個(gè)與地板垂直的擋板,同時(shí)能夠?qū)θ~片上的加強(qiáng)筋進(jìn)行限位。</p><p> ?。?)夾緊方案的確定:此工序要完成11快葉片以及11條加強(qiáng)筋的點(diǎn)焊,因此考慮到葉片與加強(qiáng)筋的數(shù)
77、量較多,首選方案是可以一次性把葉片夾緊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。在夾緊方案上,提出三種思路:方案a在每個(gè)小擋板上加上一個(gè)螺釘,通過旋動(dòng)螺釘夾緊每個(gè)葉片;方案b:采用旋轉(zhuǎn)盤聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu),整個(gè)輪圈置于改旋轉(zhuǎn)盤上,在旋轉(zhuǎn)盤的延伸的11條橫桿的末端同樣也做一塊與地板垂直的擋板,同時(shí)在其中任何一個(gè)擋板上加入一個(gè)螺栓,通過聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu),只需要固定一處,即可將11塊葉片同時(shí)固定;方案c:采用改變夾緊力的方式來設(shè)計(jì)夾緊裝置,通過斜鍥聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)一次夾緊[19]。</p&g
78、t;<p> 僅僅從加工質(zhì)量要求的來看,以上三種方案均能達(dá)到要求,但各有其特點(diǎn):方案a:結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低,但費(fèi)時(shí)費(fèi)力[20]。方案b和方案c的顯著特點(diǎn)是:11塊葉片夾緊的動(dòng)作一次性完成,大大提高了功效,但是兩種方案的結(jié)構(gòu)較方案a的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外,方案b與方案c相比,方案c的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,加工成本也更高。綜合以上考慮,方案b無疑為最優(yōu)選擇。</p><p> 圖 10 焊接夾具組合示意圖<
79、;/p><p> Fig 10 Combination of welding jig schematic diagram</p><p> 1.底盤 2.固定件 3.連接件 4.轉(zhuǎn)動(dòng)盤 5.擋塊 6.緊固件 7.螺栓</p><p> 1.the chassis 2.connector 4. Rotating disk 5. Block is 6. Fasten
80、ers 7. Bolt</p><p><b> 4 結(jié)論</b></p><p> 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成耕田機(jī)地輪的焊接夾具設(shè)計(jì),在整個(gè)設(shè)計(jì)中,需要我們對耕田機(jī)地輪的制造過程進(jìn)行全面具體的研究和規(guī)劃,不僅要合理實(shí)用,而且盡可能</p><p> 便利和降低生產(chǎn)成本[21]。</p><p> 總的來說,本畢業(yè)
81、設(shè)計(jì)的課題范圍很寬,因?yàn)樵O(shè)計(jì)者作為一名未出校門的在校大學(xué)生,故從中選取焊接夾具的方向進(jìn)行研究。在設(shè)計(jì)中,根據(jù)夾具的的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)要求,通過嚴(yán)格的計(jì)算和審核,然后查規(guī)范手冊使各個(gè)部件達(dá)到最佳選擇,設(shè)計(jì)計(jì)算力求認(rèn)真準(zhǔn)確,設(shè)計(jì)制圖方面采用新的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[22]。</p><p> 此次所做的設(shè)計(jì),一方面是用書本的知識如機(jī)械原理,機(jī)械設(shè)計(jì),材料力學(xué),理論力學(xué),工藝學(xué),機(jī)械制圖等來做一套設(shè)備,提高自己的實(shí)踐設(shè)計(jì)
82、能力,在設(shè)計(jì)時(shí)對所學(xué)的知識能有一個(gè)全面地加深,從而對自己的專業(yè)知識有更深的了解,尤其是在設(shè)計(jì)遇到困難的時(shí)候,可以針對自己的不足,有針對性去改正自己的缺點(diǎn),提高自己的不足;另一方面這是對探求真理、強(qiáng)化社會(huì)意識、進(jìn)行科學(xué)研究的基本訓(xùn)練,提高我們的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力有不可替代的作用,是教育與生產(chǎn)勞動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合的重要體現(xiàn),是培養(yǎng)我們實(shí)踐能力,創(chuàng)新意識的搖籃[23]。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)&
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89、07:78-116</p><p> [19] 王啟平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005:47-90.</p><p> [20] 王光斗.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊[M].上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2000:56-122.</p><p> [21] Hindhede I,Uffe.Machine Design Fundamentals:A
90、Practical Approach[M].New York:Wiley,1983:34-46.</p><p> [22] Orlov P.Fundamentals of Machine Design[M].Moscow:Mir Pub,1987:87-97.</p><p> [23] Collacott R A. Mechanical Fault Diagnosis and C
91、ondition Monitoring[M]. London:Chapman and Hall, 1977:23-25.</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲,在此我想對我的母校,我的父母、親人們,我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝意,感謝我的家人對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持;感謝我的母校給了我在大學(xué)四年深造的機(jī)
92、會(huì),讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高,感謝所有老師和同學(xué)們大學(xué)四年來的關(guān)心和鼓勵(lì)。</p><p> 老師們課堂上的激情洋溢,課堂下的敦敦教誨;同學(xué)們在學(xué)習(xí)中的認(rèn)真熱情,生活上的熱心幫助,所有的這些都讓我的大學(xué)生活充滿了感動(dòng)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我得到了很多老師的幫助,其中我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師楊文敏教授對我的指導(dǎo)和支持尤為重要。楊老師平時(shí)教學(xué)任務(wù)較重,但是在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段,從開題報(bào)告、中期審查到最后畢業(yè)設(shè)計(jì)的定稿等環(huán)節(jié)上都
93、給予了我悉心的指導(dǎo)。對楊老師的支持和幫助,我致以最誠摯的謝意。</p><p> 畢業(yè)答辯作為標(biāo)志,大學(xué)生活即將結(jié)束,春夢秋云,聚散離別。我們能夠順利畢業(yè)并找到一份自己的工作,有能力擔(dān)當(dāng)起建設(shè)社會(huì)主義的生力軍,都與老師的辛勤工作和敦敦教誨是分不開的,師恩難忘!老師們的教誨我們銘記在心,在今后的工作中一定努力拼搏,不辜負(fù)各位恩師的期望和厚愛!</p><p><b> 附錄&l
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