熱芯核射芯機設(shè)計說明書

- 1 -1 前言1.1 設(shè)計背景隨著機械工業(yè)的飛速發(fā)展，尤其是國內(nèi)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，作為機械行業(yè)基礎(chǔ)的鑄造也是近幾年來突顯其飛。鑄造業(yè)中的熱（冷）芯盒制芯工藝的應(yīng)用在國內(nèi)近幾年發(fā)展更是迅猛。國內(nèi)的低壓鑄造工藝與設(shè)備有了長足的進步，設(shè)備的控制精度、可靠性和穩(wěn)定性大大提高。我國鑄造模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，一些低檔次的簡單鑄模，已趨供過于求，市場競爭激烈。 一是進口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技術(shù)含量較低的中低檔模具，因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場滿足率低于鑄造模具總體滿足率，這些模具的發(fā)展已滯后于鑄造件生產(chǎn)，而技術(shù)含量低的中低檔模具市場滿足率要高于鑄造模具市場總體滿足率；二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多，具有一定的競爭力，因此其在國際市場的前景看好。射芯機的制造為鑄造廠大批量生產(chǎn)各種鑄件的砂芯提供了條件，462Q 發(fā)動機是我國引進日本的直列式水化油器汽車發(fā)動機, 該發(fā)動機具有體積小, 功大、 油耗低等特點。自 70 年代末期引進該機后,一些工廠工裝及射芯機也靠引進,使其生產(chǎn)本很高。還有射芯機存在許多的問題，如氣砂比，我們希望在射砂時 ,氣砂比愈小愈好,即用最少的空氣量帶出最多的芯砂。但傳統(tǒng)的射砂機構(gòu)氣砂比較大,空氣消耗量大。還有對射砂機構(gòu)和芯盒的密封要求嚴格 對射砂壓力來講密封要求壓力愈低愈好,緊實要求壓力愈高愈好等。并隨著科技的發(fā)展，PLC 技術(shù)的應(yīng)用，利用 PLC 所具有的高可靠性及超強的順序邏輯控制能力, 和 PLC 技術(shù)改造早期的繼電器邏輯控制的射芯機電氣系統(tǒng),對克服其高故障率, 維修工作量大等方面效果顯著 1。1.2 射芯機工作原理射芯機為電加熱水平分型熱芯盒射芯機，并帶有左右抽活塊機構(gòu)，主要用于鑄造廠（車間）采用覆膜砂或熱芯盒樹脂砂工藝生產(chǎn)鑄鋼、鑄鐵及有色鑄件的砂芯。其工作原理是：利用壓縮空氣將預(yù)先混有樹脂粘結(jié)劑的型砂（覆膜砂或熱芯盒樹脂砂）射入已經(jīng)被加熱到一定溫度的芯盒內(nèi)，在熱作用下，樹脂粘結(jié)劑產(chǎn)生聚合反應(yīng)，使型砂快速硬化而形成砂芯。本機適應(yīng)于覆膜砂、樹脂砂等熱芯盒工藝，若稍加改變可適用于冷芯盒工藝 2。1.3 使用射芯機的注意要點- 2 -射芯機廣泛應(yīng)用是因為其制造的型芯尺寸精確，表面光潔。但是如果射芯機操作不規(guī)范就會在及機械生產(chǎn)中埋下安全隱患，射芯機的操作規(guī)范如下：（1）清除妨礙射芯機設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的妨礙物。（2）按潤滑卡規(guī)定，對設(shè)備進行潤滑。（3）檢查射芯機設(shè)備關(guān)鍵部位的緊固件是否緊固，如有松動，必須緊固好。（4）檢查全部閥門手柄是否都在靜止位置上（5）擰開壓縮空氣總閥，對射芯機設(shè)備進行空載試車。在這個過程中，要檢測機構(gòu)的動作是否正常，檢查各個閥門的管路是否漏氣 3。1.4 芯機分類1.4.1 按工位分類可分為單工位的、多工位的射芯機。單工位的射芯機有一個工位，可以完成合模與射砂功能， ，工作對象單一，結(jié)構(gòu)比較簡單。而多工位的射芯機則是一種具有獨立的控制系統(tǒng)，功能較強大，工作范圍廣，定位精度比較高，通用性比較廣泛的，背用于不斷變換生產(chǎn)品種的大、小批量和多品種的自動機械化生產(chǎn)。1.4.2 按分盒形式分類可以分為水平分盒射芯機與垂直分盒射芯機。水平分盒射芯機可由取芯前的頂芯方式分為下頂芯式和上頂芯式兩種。下頂芯式的特點是水平分盒, 多個射砂口, 多只芯盒可實現(xiàn)四開模并可在芯盒內(nèi)安裝活塊;上頂芯式的特點是水平分盒, 多個射砂口, 多只芯盒。垂直分盒射芯機可根據(jù)砂芯是否形成中空的方法及取芯方式分為8 種。（1）實心式，一種簡單的射砂方式。（2）實心、水平取芯式。（3）翻轉(zhuǎn)排砂式（4）翻轉(zhuǎn)排砂水平取芯式。（5）鐵芯式。（6）鐵芯水平取芯式。（7）吸引中空式。（8）吸引中空水平取芯式。1.4.3 按砂芯固化方式分類可分為熱芯盒與冷芯盒兩種不同的射芯機。熱芯盒射芯機是利用加熱板對砂芯加熱，使其固化。冷芯盒射芯機無需加熱芯盒就可以在芯盒內(nèi)使砂芯固化。1.5 射芯機的主要組成- 3 -根據(jù)上面的資料，本次設(shè)計我采用了垂直分盒。我把要設(shè)計的射芯機分為了以下幾個部分，該機主要由機架、升降工作臺、射砂機構(gòu)、上頂芯機構(gòu)、滑臺和下頂芯機構(gòu)、左右抽活塊機構(gòu)、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。該機構(gòu)固定在工作臺上，并隨工作臺升降，主要由滑動底板、導(dǎo)軌、驅(qū)動油缸、下頂芯板、頂桿、下頂芯導(dǎo)向桿、導(dǎo)套、下頂芯油缸等組成。其中驅(qū)動油缸，采用雙流量閥控制，可實現(xiàn)慢快慢的運動方式。該機構(gòu)主要用于下芯盒的移進和移出并實現(xiàn)下頂芯和機外取芯。- 4 -2 總方案的確定設(shè)計方案要求：1）采用液壓氣壓傳動，工作壓力分別為 16MPa 與 0.6MPa；2）設(shè)計的機械可完成的型芯尺寸：300200200，芯盒最大尺寸：750520500mm；3） 不考慮電氣控制系統(tǒng)；4） 完成液壓缸，氣缸的選型；5 ）結(jié)構(gòu)模塊化，便于裝配。2.1 設(shè)計的目的 1）該熱芯盒射芯機，結(jié)構(gòu)簡單，控制系統(tǒng)采用 PLC 技術(shù)使其系統(tǒng)可靠，零件不易損壞，能定量加砂提高制芯質(zhì)量和生產(chǎn)效率。2）采用氣、電、液聯(lián)合控制，設(shè)置手動、單循環(huán)自動和全自動三種操作方式。3）設(shè)備工作方式為水平分型；芯盒采用電加熱，上下芯盒的溫度分別由數(shù)字式溫度儀進行自動控制。上芯盒固定，下芯盒安裝在液壓驅(qū)動的芯盒移動框上，工作臺采用液壓驅(qū)動，以慢快慢的方式運行，運行平穩(wěn)，合模力大。機器設(shè)有下頂芯機構(gòu)，機外頂芯，操作方便、安全。機器設(shè)有上頂芯機構(gòu)，可完成壓平（根據(jù)工藝要求）和上頂芯的功能。4）射砂機構(gòu)采用左右直線運動，在完成射砂和排氣工作后射砂機構(gòu)立即退出芯盒上方，避免了芯盒對射板的烘烤。5）自動刮砂裝置可將上芯盒上的余砂清理干凈，節(jié)省勞動力。2.2 總方案的確定該射芯機主要由機架、升降工作臺、射砂機構(gòu)、上頂芯機構(gòu)、下頂芯機構(gòu)和滑臺、左右抽活塊機構(gòu)氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組2.2.1 機架的設(shè)計機架主要由底座、上、下立柱、上橫梁、上模安裝架、導(dǎo)軌和限位塊等組成。底座和上架主要材料采用槽鋼焊接成箱型結(jié)構(gòu)，上下立柱采用厚鋼板焊接成工字型結(jié)構(gòu)，具有良好的剛度和強度，高精度，耐磨的導(dǎo)軌。- 5 -圖 2.1 總的基本結(jié)構(gòu)圖1. 機架 2 升降工作臺 3 上頂芯 4 下頂芯2.2.2 射砂機構(gòu)射砂機構(gòu)是射芯機的一個基本部位，它由閘板、射砂腔、射砂筒、快速排氣閥、射頭以及貯氣缸等部分構(gòu)成。射砂前閘板氣缸前伸，打開加砂口。芯砂貯在機器上面的砂斗中，用振動給料器或帶式輸送機通過閘板上的加砂口送入射砂筒。裝至預(yù)定量后，關(guān)閉閘板。把準備好的芯盒緊壓在射砂頭的射孔下面，同時在閘板密封圈下，通過壓縮空氣，使閘板密封后，才進行射砂。射砂時，打開進氣閥，壓縮空氣由貯氣包經(jīng)過進氣閥，進入射砂腔，通過射砂筒頂部以及射砂筒壁上的縫隙迅速進入射砂筒，進行射砂。射砂在很短的時間內(nèi)完成，立即關(guān)閉進氣閥，緊接著打開快速排氣閥，將射砂腔內(nèi)殘余的壓縮空氣排出。由于時間關(guān)系，這部分不屬于我的設(shè)計部分。2.2.3 上頂芯機構(gòu)上頂芯機構(gòu)主要由壓頭、壓緊油缸、導(dǎo)向桿、支承彈簧、壓頭導(dǎo)桿、連桿、上頂芯安裝板等組成。其與射砂機構(gòu)由連桿相連。并且上頂芯機構(gòu)的主要工作是當(dāng)射砂機構(gòu)射后砂后，把模具中的砂壓平，和當(dāng)模具開啟時防止模具有粘在上模具表面。它與射砂機構(gòu)通過連桿連在一起，由射砂機構(gòu)的氣缸驅(qū)動。其工作過程在推動氣缸的作用下，上頂芯機構(gòu)來到上模的上方，在上架氣缸的推動下，壓縮支撐彈簧實現(xiàn)- 6 -壓平動作。并且在上頂芯下降的過程中，同時升降工作臺帶著下模具向下運動。2.2.4 下頂芯機構(gòu)該機構(gòu)固定在工作臺上，并隨工作臺進行升降，主要由滑動底板、導(dǎo)軌、驅(qū)動油缸、下頂芯板、頂桿、下頂芯導(dǎo)向桿、導(dǎo)套、下頂芯油缸等組成。其中驅(qū)動油缸，采用雙流量閥控制，可實現(xiàn)慢快慢的運動方式。該機構(gòu)能隨工作臺上下移動，主要完成下芯盒的移進和移出并實現(xiàn)下頂芯和機外取芯。這個機構(gòu)比較簡單，主要是在氣缸的作用用推動下頂芯板往復(fù)運動。完成需要實現(xiàn)的動作。2.2.5 升降工作臺升降工作臺主要由導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、壓蓋、工作臺和頂升油缸等組成，用于安裝滑臺和下頂芯機構(gòu)、左右抽活塊機，并帶動下芯盒升降以備射砂。對升降工作臺的導(dǎo)向精度、導(dǎo)向桿要求高，保證各零部件之間的位置度和垂直度。此處對導(dǎo)桿的位置度的要求高。2.2.6 左右抽活塊機構(gòu)左右抽活塊機構(gòu)分為左、右兩個部分，其主要由活塊安裝板、導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、底座和油缸等組成。該機構(gòu)的運動部件由液壓驅(qū)動，抽模力大，動作平穩(wěn)?？梢园惭b各種型芯，其安裝方便，為各種型芯的制造提供了可能。- 7 -3 設(shè)計及計算3.1 機架的設(shè)計在機器或儀器中支承或容納零部件的零件稱之為機架。故機架式底座、機體等零部件的統(tǒng)稱。我所設(shè)計的機架在主要由底座使的整體更加的穩(wěn)定,箱底承載著該機幾乎所有的重量,所以材料采用槽鋼焊接成箱型結(jié)構(gòu),上、下立柱、上橫梁、上模安裝架、導(dǎo)軌和限位塊等組成。上下立柱采用厚鋼板焊接成工字型結(jié)構(gòu)，具有良好的剛度和強度，高精度，耐磨的導(dǎo)軌.總體圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 機架總圖3.1.1 機架的設(shè)計準則 機架的設(shè)計主要應(yīng)保證其剛度、強度及穩(wěn)定性。機架的強度和剛度都需要從靜態(tài)和動態(tài)兩方面來考慮的。動剛度是衡量機架抗振能力的指標(biāo)，而提高機架的抗振性能力應(yīng)從提高機架構(gòu)件的靜剛度、控制固有頻率、加大阻尼等方面著手。提高靜剛度和控制固有頻率的途徑是：合理設(shè)計機架構(gòu)件的截面形狀和尺寸，合理選擇機架的壁厚及布肋、注意機架的整體剛度與布局剛度以及結(jié)合面剛度的匹配等 。 43.1.2 機架設(shè)計的一般要求- 8 -（1）在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應(yīng)要求輕、成本低。（2）抗振性要好。把受迫振動振幅限制在允許的范圍內(nèi)。（3）噪聲要?。?）溫度場的分布要合理，熱變形對精度的影響要小。（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理，工藝性的良好，便于鑄造、焊接和機械加工。（6）結(jié)構(gòu)要便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件。（7）有導(dǎo)軌的機架要求導(dǎo)軌面的受力合理、耐磨性要良好。（8）造型好。使之又適用經(jīng)濟，又美觀大方 43.1.3 機架常用材料的選擇材料的選擇，主要是根據(jù)機架的使用要求。該設(shè)計選用焊接機架，因為焊接機架具有制造周期短、重量輕和成本低、強度和剛度比鑄造的高等優(yōu)點。并且焊接機架的使用日益增多。 我選用的是焊接機架。 機架的結(jié)構(gòu)型式主要有槽鋼，角鋼、工字型鋼等焊接而成。該機總高有2795mm,是比較高的因此對機架的抗彎強度能力要求較高.并且在相同面積下工字型鋼截面的抗彎強度最高 。所以我選用設(shè)計選用工字型鋼.如下圖：圖 3.2 工字型立柱3.1.4 機床焊接機架的壁厚及布肋機架壁厚主要根據(jù)剛度來確定的，焊接壁厚約為相應(yīng)鑄件的 2/3 或 4/5。根據(jù)機械設(shè)計手冊取壁厚為 10mm。為提高壁板上焊接的剛度和固定有頻率，防止薄板彎曲和顛振，可在壁板上焊一定形狀和數(shù)量的加強肋。1）焊縫尺寸的確定確定焊縫尺寸的方法一般為按等強度原則。按剛度條件選擇角焊縫尺寸的經(jīng)驗做法是：根據(jù)被焊鋼板中較薄的鋼板強度的 33%、50%、100%做為焊縫強度來確定焊縫尺寸，其焊角尺寸 K 為100%的強度焊縫 K=3/4- 9 -50%的強度焊縫 K=3/83%的強度焊縫 K=3/4這里選 100%的強度焊縫 K=3/4 ，K 為 10mm。但是焊縫的布置要合理。2）焊縫的布置要合理的一般原則：（1）焊縫應(yīng)位于低應(yīng)力區(qū)，以獲得承載能力強，變形小的構(gòu)件； （2）為減小焊縫應(yīng)力集中和變形，焊縫布置盡可能的對稱，最好至中性軸的距離相等；（3）盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，切焊線要短；（4）焊縫不要布置在加工面和需要表面處理的部位上；（5）若條見允許應(yīng)將工作焊縫變成聯(lián)系焊縫；（6）避免焊縫匯交和密集，讓次要焊縫中斷，主要焊縫連續(xù) 。 43.1.5 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌裝置，在機械中是使用頻率較高的零部件之一。而且導(dǎo)軌的精度、承載能力和使用壽命等都直接影響機械的工作質(zhì)量。1 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求：導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度主要是指動導(dǎo)軌運動軌跡的精確度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有：導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形、靜（動）壓導(dǎo)軌副之間的油膜厚度及其剛度。精度保持性 精度保持性主要由導(dǎo)軌的耐磨性決定。耐磨性與導(dǎo)軌的材料、導(dǎo)軌副的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌上的壓強及其分布規(guī)律等因素有關(guān)。剛度 剛度包括導(dǎo)軌的自身剛度和接觸剛度。導(dǎo)軌的剛度不會影響部件之間的相對位置和導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌剛度主要取決于導(dǎo)軌的型式、尺寸、與支承件的連接方式及受力狀況等因素。低速運動平穩(wěn)性 動導(dǎo)軌做低速運動或微量位移時易產(chǎn)生摩擦自激振動，即爬行現(xiàn)象。爬行會降低定位精度或增大被加工工件表面的粗糙度的值 。5上架上的導(dǎo)軌實現(xiàn)了上頂芯機構(gòu)和射砂機構(gòu)在上模具上方可以來回運動。同時還要承載射砂機構(gòu)和上頂芯機構(gòu)的重量 。因此要有一定的抗彎曲強度、有一定抗變形的能力。 考慮到其工作環(huán)境這里選用矩形導(dǎo)軌，其制造簡單、承載能力強，并且矩形導(dǎo)軌的直線性與側(cè)面導(dǎo)軌的直線性在制造是互不影響，材料采用 40Cr 加離子氮化處理，提高精度和耐磨。3.1.6 機架的底座機架的底座采用槽鋼焊接成箱型結(jié)構(gòu)，來增加底部的重力,并承受該機的重量,使射芯機的整體更加穩(wěn)定，并且做成箱型結(jié)構(gòu)簡單，又美觀經(jīng)濟。箱體內(nèi)部設(shè)計加- 10 -有肋板，使結(jié)構(gòu)更加合理。底座上的焊接板與下立柱連接因此對這部分的定位要求較高,因此我采用了鍵連接如下圖：圖 3.3 底座3.2 上頂芯的設(shè)計及計算 頂芯機構(gòu)主要由壓頭、壓緊氣缸、導(dǎo)向桿、支承彈簧、壓頭導(dǎo)桿、連桿、上頂芯安裝板等組成。上頂芯機構(gòu)的主要工作是當(dāng)射砂機構(gòu)射后砂后，把模具中的砂壓平，和當(dāng)模具開啟時防止模具有粘在上模具表面。它與射砂機構(gòu)通過連桿連在一起，由射砂機構(gòu)的氣缸驅(qū)動。這里的壓頭采用了空心圓錐形,用空心形式的可以減輕上頂芯總體的重量. 6圖 3.4 上頂芯連桿是用來連接上頂芯機構(gòu)和射砂機構(gòu)的,為了使用方便我把起設(shè)計成如圖 3.5 圖 3.5 連桿- 11 -連桿固定板我設(shè)計成兩個 L 型的用來把連桿和上頂芯機構(gòu)連接起來 ,結(jié)構(gòu)如下：圖 3.6 連桿固定板上頂芯安裝板與導(dǎo)向桿的鏈接，采用螺紋鏈接這樣既簡單又方便。圖 3.7 下頂芯板3.2.1 氣缸的選擇1.氣缸類型的選擇氣缸的作用來看，本設(shè)計選用單活塞雙作用的氣壓缸。2.氣壓缸的計算從氣缸的壓緊作用來看，它的作用力是克服彈簧作用力 4000N。為了安全起見F=4000X1.5=6000N。所以它所需要的一定的作用力，而氣缸可以產(chǎn)生 10000 的力（不超過 20000） ，可以滿足此處的要求。上頂芯的工作面到上模具的距離為 120 mm，此氣缸的行程為 160 mm。而工作壓力在 0.6Mpa 左右。（1）氣缸缸徑的計算 7- 12 -因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等?；钊趤砘剡\行中產(chǎn)生的推拉力是不等的?；钊麠U產(chǎn)生的推力為 F1，產(chǎn)生的拉力為F2。（3.1） z21FpD4（3.2）z21Fd式中 F1-活塞桿的推力（N） ；F2-活塞桿的拉力（N） ；D-活塞直徑（ mm） ；d-活塞桿的直徑（mm ） ；p-氣缸的工作壓力（N） ；Fz氣缸工作的總阻力（N） ；氣缸工作的總阻力 Fz 與眾多因素有關(guān)，如運動部件的慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以載荷率 的形式計入公式，如要求氣缸的靜推力 F1 和靜拉力 F2，則在計入載荷率后（3.3）pD4F21（3.4）21d計入載荷率就能保證氣缸工作時的動態(tài)特性。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取 =0.3-0.5，速度高時小取值，速度低時取大值。若氣缸要求一般，且工作組頻率低，基本是勻速運動，其載荷率 =0.7-0.85。 7由公式（3.4）可求的氣缸直徑 D。當(dāng)推力作功時 (3.5)pF14當(dāng)拉力作功時 - 13 -（3.6）214DdpF用式 計算時，活塞桿 d 可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定，估定活塞桿直徑可按 d/D=0.2-0.3 計算，必要時也可取按 d/D=0.16-0.4 代入公式P 為 0.6MPa，F(xiàn)2 為 6000N， 取 0.6代入上式求的 D=63.52mm，圓整為 63mm 此處用標(biāo)準氣缸 。選用 QGBZ63-100-FB8 （2）安裝方式選為前法蘭安裝。3.2.2 彈簧的設(shè)計彈簧是一種彈性的元件，它可以在載荷的作用下產(chǎn)生較大的彈性變形。彈簧在各類機械中應(yīng)用十分的廣泛。按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等 4 種。而按照彈簧的形狀不同，又可分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、蝶形彈簧、板簧和平面渦卷彈簧等。在一般機械中，最為常用的是圓柱螺旋彈簧。圓柱螺旋拉伸彈簧空載時，各圈應(yīng)相互并攏。另外，為了節(jié)省軸向工作空間，并保證彈簧在空載時各圈相互壓緊，常在卷繞的過程中，同時是彈簧絲繞其本身的軸線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。這樣制成的彈簧，各圈相互間即具有一定的壓緊力，彈簧絲中也產(chǎn)生了一定的預(yù)應(yīng)力，故稱為有預(yù)緊力的拉伸彈簧。這種彈簧一定要在外加的拉力大于初拉力 F0 后，各圈才開始分離，故可較無預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧節(jié)省軸向的工作空間9。彈簧還需進行工藝試驗和根據(jù) 彈簧的技術(shù)條件的規(guī)定進行精度、沖壓、疲勞等試驗。還有彈簧的持久強度和抗沖壓強度，在很大程度上取決于彈簧絲的表面狀況，所以彈簧絲的表面必須光潔，沒有裂紋和傷痕等缺陷。表面脫碳會嚴重影響材料的持久強度和抗沖擊性能。為了提高彈簧的承載能力，還可以在彈簧制成后進行強壓處理或噴丸處理。強壓處是使彈簧在超出極限載荷作用下持續(xù) 6-48 小時，以便在彈簧絲截面的表層高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形和有益的與工作應(yīng)力反向的殘余應(yīng)力，使彈簧在工作時最大應(yīng)力下降，從而提高彈簧的承載能力。用于長期振動，高溫或腐蝕性介質(zhì)中的彈簧，不宜進行強壓處理。上頂芯機構(gòu)的彈簧的主要是承載作用。彈簧壓縮帶著上頂芯板向下運動。彈簧材料必須具有較高的彈性極限和疲勞極限，同時還應(yīng)具有足夠的韌性和塑性，以及良好的可熱處理性。對于重要的壓縮彈簧，為了保證兩端的承壓面與軸線垂直，應(yīng)將端面圈在專用磨床上磨平。- 14 -（1）材料的選擇并確定其許用應(yīng)力材料這里選用硅錳彈簧鋼，這種鋼中因為加入了硅，故可顯著地提高彈性極限，并提高了回火穩(wěn)定行因而可在更高的溫度下回火。從而得到良好的力學(xué)性能。因為硅錳彈簧鋼的彈性好，回火穩(wěn)定性好，可承載大載荷而被廣泛的應(yīng)用。彈簧按載荷性質(zhì)分為三類：類受變載荷作用次數(shù)在 106 以上的彈簧；類- 受變載荷作用次數(shù)在 及沖擊載荷的彈簧 類受變載荷作用次數(shù)在 103 以5310下的彈簧這里選類彈簧，許用切應(yīng)力 /MPa=640MPa， 許用彎曲應(yīng)力 /MPa=800 bMPa 彈性模量 E=200000MPa,切變模量 G=80000 MPa（2）根據(jù)強度條件計算彈簧鋼絲直徑初步取彈簧中徑為 50mm，選取旋繞比 C 為 10K= =1.16 （3.7）C615.04F 為 600N 根據(jù)公式 =5.2(mm) （3.8d.2KCF）取 d=5mm， D=55mm。則 C=11（極限狀態(tài)時不小于 4 或超過 16）在計算得到K=1.01，于是=5.1（mm）d6401.1上值與原估算值相近，取彈簧鋼絲標(biāo)準直徑為 5mm，此時 D=55 為標(biāo)準值，則D2=D+d=60mm（3）根據(jù)剛度條件，計算彈簧圈數(shù) n由公式的彈簧剛度為（N/mm） （3.9）09.56112FKfG=80000MPa， =60mm 則彈簧圈數(shù) n 為max對于壓縮彈簧 n= =14.5 3max8CFGd- 15 -（3.8）取 n=18 全。此時彈簧的剛度為 Kf=14.5 =8.3( N/mm)1809.而導(dǎo)套與定模板配合取的過渡配合。3.3 升降工作臺的設(shè)計升降工作臺主要由導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、壓蓋、工作臺和頂升油缸等組成，用來安裝滑臺和下頂芯機構(gòu)、左右抽活塊機，并帶動下芯盒升降以備射砂。對升降工作臺的導(dǎo)向精度、導(dǎo)向桿要求高，保證各零部件之間的位置度和垂直度。這里升降工作臺只要是起到支撐作用所以在設(shè)計，并且頂升液壓缸安裝在它的兩邊，升降工作臺上有滑臺，滑臺用焊接的方式和升降工作臺鏈接在一起圖 3.8 升降工作臺3.3.1 導(dǎo)桿的設(shè)計升降工作臺在導(dǎo)向桿的導(dǎo)向下來回往復(fù)運動。因此對其垂直度要求比較高。此導(dǎo)向桿有比較長對其抗彎曲強度要求也比較高。導(dǎo)向桿的兩端其設(shè)計如下圖- 16 -圖 3.9 導(dǎo)向桿3.3.2 液壓缸的選擇（1）液壓缸類型的選擇 10此處設(shè)計頂升液壓缸工作壓力是 16MPa，能提供的作用力是 20000N(工作臺的重力 3000N 左右抽活塊的重力為 500N 下頂芯的重力為 500N 滑臺及軌道的重力為500N 上升的過程中的阻力為 200N 取安全系數(shù)為 1.5)。所以由此要求來選擇液壓缸。此液壓缸主要完成工作臺的升降作用，并承受下頂芯機構(gòu)、滑臺、左右抽活塊的重力，所以選用一個單活塞雙作用的液壓缸，來完成往復(fù)運動。（2）液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)的計算1)壓力油液作用在單位面積上的壓強 （Pa） （3.10）AFp從上式可知，壓力是由載荷的存在而產(chǎn)生的。在同一個活塞的有效工作面積上，載荷越大，克服載荷所需的壓力就越大。額定壓力（公稱壓力）PN，是指液壓缸能用以長期工作的壓力。此處液壓缸的工作壓力為 16MPa，各國規(guī)范通用規(guī)定為(MPa ) （3.11）PNp5.1max選用的液壓缸的最高允許壓力為 =24 MPa2)速比液壓缸活塞往復(fù)運動時的速度之比為 （3.12） 2221)(4dDAD液壓缸的缸徑(mm);d活塞桿的直徑（3)液壓缸的總效率液壓缸的總效率由以下效率組成：- 17 -1）機械效率 ，由活塞及活塞桿密封處的摩擦阻力所造成的摩擦損失， m在額定壓力下，通常可取 =0.90.95 。這里取 =0.9 m2）容積效率 ，由各密封件泄漏所造成，通常來說活塞的密封為彈性材料時v=1；當(dāng)活塞密封為金屬環(huán)時 =0.98。此處活塞密封選擇為彈性材料的，所以vv=1。3）作用力效率 ，是由排出口背壓產(chǎn)生反作用力而造成的。d當(dāng)活塞桿伸出時 （3.12 ）12Apd當(dāng)活塞桿縮回時 （3.13）21pd當(dāng)排油直接回油箱時 1d所以液壓缸的總效率為 （3.14）dvmt液壓缸的總效率 為 0.9.t（4）活塞桿的理論作用力為此液壓缸的理論作用力為 （3.15） tF0F0實際的作用力 負載率，一般取 0.5-0.7。當(dāng) F=20000, =0.6, =0.9 得到其理論作用力為 Nt 370)9.60/(2F（5）氣缸缸筒內(nèi)徑的計算- 18 -由公式 可得，代入數(shù)據(jù)得到氣缸缸筒內(nèi)徑 D=73.3mm.按62104pDFGB/T 2348-1993 把液壓缸內(nèi)徑圓整為 80mm。升降工作臺帶著下模具要和上模具進行合模，所以根據(jù)總體的方案設(shè)計可得知此液壓缸的行程為 S=400mm。在依據(jù)所計算的缸徑 D?？梢赃x擇所需要的液壓缸，:缸徑為 80mm； 3 此液壓缸跟隨升降工作臺上下往復(fù)運動，所以其安裝方式選為中間軸銷式。.此液壓缸的技術(shù)參數(shù)為:缸徑為 80mm； 液壓缸選為 YGQ 80-450-MT3.4 左右抽活塊機構(gòu)左右抽活塊機構(gòu)分為左、右兩個部分，其主要由活塊安裝板、導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、底座和油缸等組成。該機構(gòu)的運動部件由液壓驅(qū)動，抽模力大，動作平穩(wěn) 1圖 3.10 左右抽活塊3.4.1 液壓缸的選擇（1）液壓缸類型的選擇此處設(shè)計液壓缸工作壓力是 16MPa，能提供的作用力是 1000N。由此要求來選擇液壓缸。(2)液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)的計算1)壓力油液作用在單位面積上的壓強 （3.10）AFp- 19 -選用的液壓缸的最高允許壓力為 =24 MPamaxp2)速比液壓缸活塞往復(fù)運動時的速度之比為 由公式 （3.12）2221)(4dDAD-液壓缸的缸徑d-活塞桿的直徑（3)液壓缸的總效率液壓缸的總效率由以下效率組成：機械效率 ，這里取 =0.9 mm容積效率 ，由此處活塞密封選擇為彈性材料的，所以 =1。v v作用力效率 d（3.13）12Apd當(dāng)活塞桿伸出時當(dāng)活塞桿縮回時 （3.1421Apd） 當(dāng)排油直接回油箱時 1d所以液壓缸的總效率為 （3.15） dvmt液壓缸的總效率 為 0.9.t（4）活塞桿的理論作用力為- 20 -此液壓缸的理論作用力為 （3.16） tF0F0實際的作用力 負載率，一般取 0.5-0.7。當(dāng) F=1000, =0.6, =0.9 得到其理論作用力為 （N）t 9.185).06/(1F（5）氣缸缸筒內(nèi)徑的計算由公式 可得，代入數(shù)據(jù)得到氣缸缸筒內(nèi)徑 D=49.9mm.按62104pDFGB/T 2348-1993 把液壓缸內(nèi)徑圓整為 50mm。3 此機構(gòu)主要是抽取模具中使用的芯子，根據(jù)設(shè)計的尺寸，選用液壓缸的行程為 100mm。4 此處的液壓缸的安裝形式為前法蘭式的。選用的液壓缸的標(biāo)準型號為 YGQ 1 50 -50 FD8。3.4.2 導(dǎo)向裝置的設(shè)計（1）導(dǎo)向桿導(dǎo)向桿的要求：1 其材料要求具有較強的耐磨性，此處導(dǎo)向桿的材料為 45 號鋼；2導(dǎo)向桿的配合精度：對導(dǎo)向桿固定端是過渡配合 H7/k6；對導(dǎo)向桿導(dǎo)向端為間隙配合 H7/f612。（2）導(dǎo)套導(dǎo)套也要選耐磨的材料，也選用了 45 號鋼。導(dǎo)套與導(dǎo)向桿的配合為間隙配合H7/h6。3.5 滑臺及下頂芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計該機構(gòu)固定在工作臺上，并隨著工作臺進行升降，主要由滑動底板、導(dǎo)軌、驅(qū)動油缸、下頂芯板、頂桿、下頂芯導(dǎo)向桿、導(dǎo)套、下頂芯油缸等組成。其中驅(qū)動油缸，采用雙流量閥控制，可實現(xiàn)慢快慢的運動方式。該機構(gòu)能隨工作臺上下移動，主要完成下芯盒的移進和移出并實現(xiàn)下頂芯和機外取芯。這個機構(gòu)比較簡單，主要是在氣缸的作用用推動下頂芯板往復(fù)運動。完成需要實現(xiàn)的動作 13。- 21 -圖 3.11 滑臺和下頂芯3.5.1 滑臺上有導(dǎo)軌滑臺上有導(dǎo)軌,這里的導(dǎo)軌我還是選用的矩形導(dǎo)軌。導(dǎo)軌和滑臺的鏈接在焊接的前提下，又用了螺釘鏈接。圖 3.12 導(dǎo)軌從下頂芯的主要工作來看，其作用簡單，所以結(jié)構(gòu)也較簡單。主要是下頂芯板在氣缸的推動下往復(fù)運動。下頂芯板上主要安裝導(dǎo)向桿 14，并間接把氣缸的活塞桿也和頂板鏈接在一起。圖 3.13 下頂芯- 22 -3.5.2 壓缸的主要技術(shù)性能參數(shù)驅(qū)動液壓缸的作用是把下模具推出，便于把型芯取出。用設(shè)計結(jié)構(gòu)定好的尺寸，此處的油缸的行程比較大。這個驅(qū)動油缸的缸徑取 50mm 選用標(biāo)準液壓缸，氣缸外形安裝尺寸符合 ISO/6430 國際標(biāo)準的推動氣缸的選擇為