肥料自动包装机袋进给部装设计【含CAD图纸、说明书】
毕业设计(论文)题目:肥料自动包装机袋进给部装设计The Department of Fertilizer automatic packaging machine with bags 院(系)名称机械工程与自动化学院 专业班级机械设计制造及其自动化专业机设062班 学生姓名曹 振 捍 学号060103039指导教师(签字)评阅教师(签字) 摘 要肥料自动包装机适用于包装颗粒状、低黏度的肥料。市场上现有的肥料包装机大多数是半自动包装机,就是包装袋的进给是用人工的方式进给的,生产效率不是很高,而且加大了劳动强度,在生产时还有一定的危险,本设计为给袋式的自动进给。本文介绍了题目的研究背景和意义,论述了肥料包装机在国内外的发展状况和前景,介绍了本次设计研究的内容及方法。本次设计的重点是包装机的总体设计方案、包装过程的装袋、取袋、张口和夹持的方式,在此基础上进行了运动与结构的设计。本次设计采用的包装方法是回转式,转盘是通过槽轮机构的启停来完成各个工艺的要求;通过气泵的吸力(大气压)来吸取包装袋(不透气);依靠气缸提供动力的机械手来夹持包装袋进行多工位的位置要求;同时本机采用PLC微电脑控制气压阀来调节气缸,使机器完成全自动,同时该机还有结构简单、造价低、无污染、密封可靠、噪声小和人机功能合理的特点。关键词: 肥料;包装;包装机;供袋AbstractFertilizer automatic packaging machine for packing granules, low viscosity of the fertilizer. Fertilizers available in the market most of semi-automatic packaging machine packing machine is packing bags is to use artificial feeding means feed, the production efficiency is not high, and increasing the labor intensity in production there is still certain dangerous, this bag is designed to automatically feed. This article describes the background and significance of the research topics discussed fertilizer packaging machine development at home and abroad, introduces the design of this study the content and methods. The design focuses on the overall design scheme packing machine, packaging and bagging process, taking bags, open mouth method and means of clamping, in this based on the movement and structure design. The design of the packaging used is rotary, start and stop through the slot to complete the round of the requirements of each station; through the pump suction (atmospheric pressure) to absorb bags; rely on the cylinder-powered mechanical hand to grip bags multi-station position request; while the machine is PLC controlled pneumatic valve to achieve fully automatic machine, while machine is still a simple structure, low cost, clean, reliable sealing, noise, and machine features reasonable features. Key words: Fertilizer; packaging; packing machine; for bags目录第1章 绪论11.1 研究内容的现状11.2 选题意义2第2章 肥料自动包装机总体方案设计42.1 任务书42.2 任务书抽象化42.3 确定工艺原理52.4 功能分解52.5 确定每种功能方案52.6 形态矩阵求解62.7 边界条件72.8 方案评价72.9 简图82.10 主要参数确定82.10.1 设计内容82.10.2 技术参数及要求82.11 执行机构方案确定92.11.1 袋的供给92.11.2 张口装置92.11.3 夹持机械手102.11.4 转盘10第3章 执行系统设计计算113.1 外槽轮机构设计11第4章 传动系统设计计算144.1 电机选择144.1.1 选择电动机功率144.2 总传动比计算及传动比分配154.3 各轴的转速、功率及转矩的计算154.4 传动零件的设计计算174.4.1 带传动设计计算174.4.2 直齿圆柱轮计算194.4.3 链传动设计计算234.5 轴的计算254.6 轴承寿命计算324.7 键联接的选择344.8 联轴器的选择34第5章 肥料自动包装机的安装、维护和安全要求36第6章 结论37参考文献38致 谢4042第1章 绪论1.1 研究内容的现状包装工业是国民经挤支柱产业之一,随着经济的发展其在国民经济中所占比重和作用越来越大世界各国经济发展历程证明这点。改革开放以来,随着市场经济的发展商品流通的增加物质的不断丰富,生活水平的提高,人们在追求商品内在质量提高的同时对商品包装的要求也在不断提高,包装工业随之迅速发展在我国国民生产总值中已占到2以上,与经济发达国家的差距正逐步缩小。包装机械在包装工业中地位十分重要,对包装工业现代化具有举足轻重的作用。目前,我国的包装企业大部分规模偏小,“小而全”是其主要特征之一,同时存在着不顾行业发展要求,重复生产那些成本低、工艺水平比较落后、易于制造的机械产品,行业内目前大约有1/4的企业存在低水平重复生产现象。这是对资源的极大浪费,造成包装机械市场的混乱,多数企业年产值在几百万元到1000万元之间,低于100万元的企业为数还不少。每年有近15%的企业转产或倒闭,但又有15%的企业加入这个行业,极其不稳定,现象阻碍了行业发展的稳定性。随着科学技术的不断发展,各种食品、水产、化工、医药、轻业加工品等的出现,对包装技术和设备都提出了新的要求。目前,包装机械竞争日趋激烈,未来的包装机械将配合产业自动化,促进包装设备总体水平提高,发展多功能、高效率、低消耗的包装设备。传统的包装机械多采用机械式控制,如凸轮分配轴式,后来又出现了光电控制、气动控制等控制形式。但是,随着加工工艺的日益提高,对包装参数的要求不断增多,原有的控制系统已难以满足发展的需要,应采用新的技术改变包装机械的面貌。当今的包装机械是集机、电、气、光、磁于一体的机械电子设备,应着力于提高包装机械的自动化程度,将包装机械的研发与计算机结合,实现机电一体化控制。总体来讲,它是将微机技术引入到包装机械,应用机电一体化技术,开发智能化包装技术,按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装系统进行生产,生产过程的检测与控制、故障的诊断与排除将实现全面自动化,实现高速、优质、低耗和安全生产。可用于加工的精确计量、高速充填和包装过程自动控制等,将使包装机械结构大为简化,提高包装产品质量。如塑料袋封口机,其封口质量与包装材料、热封温度和运行速度等有关。如材料(材质、厚度)发生变化,那温度和速度也要随之改变,但变化多少却难把握。如采用微机控制,将各种包装材料的封口温度和速度的最佳参数匹配输入微机存储器,再配上必要的传感器,组成自动跟踪系统,这样,不管哪个工艺参数改变,都能保证最佳的封口质量。采用新技术,建立自动化、多样化、多功能集成化的包装机械新体系包装机械其技术发展趋势主要体现在高生产率、自动化、单机多功能、多功能组成生产线等。在封口方面应用热管和冷封口技术。另外,随着包装从单一技术转向与加工相结合研究取得进展,应将包装技术领域延伸到加工领域,开发包装、加工一体化的加工包装机设备。中国包装机形成行业仅20年,基础相对薄弱,技术及科研力量不足,其发展相对滞后,在某种程度上拖了食品和包装工业的后腿。上个世纪70年代末,年产值只有七八千万元,产品品种仅有100多种。近5年来包装机行业每年以11%12%的平均增长速度发展,高于同期国民经济增长速度,销售总额由1994年的150亿元增加到2000年的300亿元,产品品种由1994年的270种发展到2000年的3700种。预测到2010年,国内行业总产值可达到1300亿元(现价),而市场需求可能达到2000亿元。如何能够尽快的赶上并且抓住这个巨大的市场是我们迫切需要解决的问题是包装的方法。如今产品水平上了新台阶,开始出现规模化、成套化、自动化的趋势,传动复杂、技术含量高的设备开始出现。可以说我国的机械生产已满足了国内的基本需求,并开始向东南亚及第三世界国家出口。1.2 选题意义随着消费者需要的多样化,尤其是超级市场的发展,包装突出日益重要的地位。完成包装所需的机器设备,在包装工业中的需求量最大。包装的主要目的,在于促进销售,并为消费者提供使用上的方便,在包装设计中,除保证包装内容物质和量的要求外,还需重视包装装潢的重要作用。包装的主要目的,是为流通储运提供保障,要求包装坚固牢实。包装是对被包装物所采取的一种保护性措施,包装的主要目的在于保护产品的使用价值。因此,包装中还要顾及到物品在流通中的运输、装卸、存贮保管和销售的方便;此外,包装的装潢还起到美化、宣传和推销的作用。包装加工是产品在生产中的最后环节,是高产品的商品价值不可忽视的重要环节。加入WTO后,国际包装机械行业竞争日益激烈,国外的绿色贸易壁垒对包装机械行业提出更高的要求,所以,必须改变传统的包装机械设计及开发模式,本设计包装机考虑到使包装机械在其全生命周期中(设计、加工制造、装配、使用、维修直至废弃后处理处置过程)对环境无影响或影响最小化、资源低耗、易于回收等“绿色特征”,以提升我国包装机械的核心竞争力。 市场上现有的肥料包装机大多数是半自动包装机,就是包装袋的进给是用人工的方式进给的,生产效率不是很高,而且还大大加大了劳动强度,在生产时还有一定的危险,因此,本设计选用了给袋式的自动包装机来补缺这个缺陷。第2章 肥料自动包装机总体方案设计2.1 任务书表2.1 任务书功能主要功能包装肥料辅助功能称重,取袋适应性对象颗粒装肥料,低粘度肥料环境常温、室内性能动力1000w外形尺寸整体重量包装能力1200袋/小时可靠度99%寿 命10年经济成本人机工程操作方便安全性保证人身、设备安全,有漏电保护装置2.2 任务书抽象化 此设计的目的是将一定量的肥料装入包装袋中,按条件绘制黑箱,如图1所示。 黑箱 肥料 包装 包装好的肥料 图2.1任务书抽象化2.3 确定工艺原理成叠袋 取袋 拉袋 张口 充料 计量 计 数 封口 送出产品成叠的袋经过摩擦轮的带动进给,拉出一个袋子送入下道工序,袋子到达张口位置,用气吸把袋子的口吸开,通过夹持机构加紧后,送入肥料等,通过计量装置测量,肥料充填后通过横向密封装置加热而被横向封密,松开袋子,落入输送带送去,完成加工。2.4 功能分解2.5 确定每种功能方案2.6 形态矩阵求解表2.2 形态矩阵功能解分功能1234A供料重力机械人工B袋进给摩擦轮重力吸气盘C动力电动机汽油机液压马达气压马达D张口气压缸液压缸齿轮E封口齿轮杆机构滑块F控制带摩擦传感器离合G交互旋钮按钮触摸可能组合方案:N=3x3x4x3x3x4x3=3888候选方案 ( 1 ) A1+B1+C1+D3+E1+F1+G1 ( 2 ) A1+B1+C1+D2+E4+F2+G1 ( 3 ) A2+B2+C3+D2+E2+F2+G3 ( 4 ) A2+B3+C4+D1+E2+F2+G2 ( 5 ) A2+B3+C4+D1+E1+F4+G22.7 边界条件外界:对外界条件要求内部:对外界条件影响2.8 方案评价表2.3 方案评价P1P2P3P4P5SiViP100.50000.50.05P20.500000.50.05P31100.502.50.25P4110.5002.50.25P51111040.4si=10 vi=1.0即(5)号方案最好2.9 简图 5 321 4 6 7 8图2.2 结构简图 1-袋箱,2-吸气,3-张口,4-机械手,5-供料,6-转盘,7-横封,8-输送带2.10 主要参数确定2.10.1 设计内容肥料自动包装机袋进给部装设计2.10.2 技术参数及要求(1)主要参数:生产能力:1200袋/小时 袋子尺寸:直径300450mm;高450800mm2.11 执行机构方案确定2.11.1 袋的供给通过吸气(真空)来吸取包装袋,从而达到取去一个包装袋的目的,如图2.3所示。 图2.3 吸气式袋进给2.11.2 张口装置通过吸气(真空)来吸取包装袋的两个面,气缸拉动杠机构,使其向两侧张口,来达到张口,如图2.4所示。图2.4张口装置2.11.3 夹持机械手 用气缸来带动齿条,往复移动,上下两个齿条夹一个齿轮,使其夹持包装袋,还具有保压的作用,如图2.5所示。图2.5夹持机械手2.11.4 转盘转盘机构由槽轮组成,运动为间歇是的进给,来满足四个工位的要求,通过气缸来完成上下运动,如图2.6所示。图2.6 转盘机构第3章 执行系统设计计算3.1 外槽轮机构设计 槽数 Z=4 效率 Q=1200个/min 圆销数 m=1 中心距 a=c=2000mm 动停比 k= 工作转盘静止时间td=2s 转动惯量 JV=15kg。 槽轮每一次转动过程中的转角为2,主动件相应的转角为2 =90 2=-2=180-90=90 槽轮一个循环的时间为:T=3s拨盘转速为:n1=转位分度时间为:tf=实际周期为:实际生产率:圆销中心轨迹半径取圆销半径 RT=15mm得槽轮外圆半径R2=取圆销与轮槽底部之间的径向间隙 =5mm轮槽深度为:h=R1+R2-C+RT+=141.42+142.2-200+15+5=103.62mm拨盘回转轴径d1 符合要求。12)单根V带传递的基本额定功率P1根据带型Z型、=71mm和=1400r/min由17第14篇表14.1-17b得=2.8kw, =0.056。13)确定V带根数Z由17第14篇表14.1-13小轮包角系数=0.95,由17第14篇表14.1-15得带长修正系数=0.99则取 Z=114)单根V带的预紧力F0由17第14篇表14.1-14得每米V带的质量m=0.06kg/m,则15)计算轴压力Q按式3-31 Q=2F0zsin=2148.441sin(150.28/2)286.95N4.4.2 直齿圆柱轮计算1.选择齿轮材料精度等级齿轮一般机械,小齿轮材料选用45钢,调质处理,由表51查得 小齿轮45调质,硬度217255HB,取硬度为235255HB;大齿轮材料选用45钢,正火处理,硬度162217HB,取190217HB。齿轮精度等级为8级(GB10095-88)低速级传递功率=40.9w,齿轮转速=5.6r/min,传动比i= 0.5每天1班,预期寿命10年。计算应力循环次数N 由18第16篇图16.2-18得1.081.13 由18第16篇图16.2-22得=1.0由18第16篇图16.2-21得1.0由18第16篇图16.2-19得由18第16篇表16.2-46得由文献17 第14篇 中图14-16(b)得=690Mpa,=570MPa由文献17 第14篇 中(14-28)计算许用接触应力=ZN1ZXZWZLVR=685.6Mpa =ZN1ZXZWZLVR=592.6Mpa 2.按齿面接触强度确定中心距小轮转矩T6,由21中式(5-2)得初选取,由18第16篇表16.2-43得 由u=i=0.5。由21中式(5-14)计算由21中式(5-18)计算中心距 mm取中心距=75mm估算模数m =(0.010.02=0.5251.5由18第16篇图16.2-3得取标准模数m =1.5mm齿数,取Z1=67i=33/67=0.493齿轮分度圆直径 d1=mz1=100.5mm=mz=49.5mm齿轮齿顶园直径 =103.5mm=52.5mm齿轮基圆 =cos=94.45mm =cos=46.52mm圆周速度 m/s 由18第16篇表16.2-73选齿轮精度为8级3.验算齿面接触疲劳强度按电机驱动,载荷平稳,由18第16篇表16.2-36取KA=1.0由18第16篇表16.2-39,按8级精度和VZ1/100=0.294m/s,得Kv=1.02。齿宽mm取b1=30mm,b2=35mm由18第16篇表16.2-40,按b/d1=30/100.5=0.30,轴的刚度较大,二级传动中齿轮相对轴承为悬臂支撑,得1.04由18第16篇表16.2-42得出Ka =1.2计算载荷系数按公式计算端面重合度齿顶压力角由18第16篇式16.2-15计算由18第16篇表16.2-34计算齿面接触疲应力Mpa 安全。4.校核齿根弯曲疲劳强度按=67, =33由18第16篇图16.2-23得,由18第16篇图16.2-24得,。由21中式(5-23)计算 由18第16篇图16.2-26得,得MPa MPa由21中图5-15,得,。由21中式(5-32),m =1.55mm, 。取,。由21中式(5-31)计算许用弯曲应力MPaMPa由21中式(5-24)计算齿根弯曲应力 MPa MPa,安全。 MPa MPa,安全。5.齿轮主要几何参数Z1=67,Z2=33,u=0.5,m=1.5mmd=m Z1=100.5mmd=m Z2=49.5mmd=d+2ham=103.5mmd=d+2ham=52.5mmd=d-2(ha+c)m=94.45mmd=d-2(ha+c)m=46.52mm75mm4.4.3 链传动设计计算链轮基本参数计算传动功率0.046kw 确定链轮齿数 (1) 修正功率P kw式中为工况系数 为主动链齿数系数 查文献20 第14篇 表14.2-4得 =1.0 =1.1(2) 链条节距查文献20 第14篇图14.2-2选型号 为08A节距为12.7图4.4.3链轮 = =254mm 取 (3) 计算链长节数 = 式中 取节(4)链条长度L(5)最大中心距(6)实际中心距取 1190(7)链速(8)有效圆周力(9)小链轮包角(10)链轮几何尺寸计算,4.5 轴的计算图4.5.1轴1轴的设计计算(小槽轮轮盘轴的设计计算)(1)选择轴的材料: 轴的材料为45号钢,调质处理。由文献18 第19篇 表19.1-1查得材料力学性能数据为: MPa, MPa,MPa , MPa,E=2.1510 MPa(2)按扭矩初步估算轴端直径 根据文献18 第19篇 表19.3-1公式初步计算轴径,由于材料为45,由文献18 第19篇 表19.3-2选取 A=115,按文献18 第19篇 中式(8-2)mm取=20mm该轴轴长=188mm 轴的其他结构有实际情况决定。(3)初选滚动轴承因该轴为垂直方向安装,上装有链轮,槽轮盘。需要调整轴向位置,考虑装拆调整方便等原因,根据轴端尺寸,链轮,槽轮盘的定位方式和轴承的大概安装位置,初选圆锥滚子轴承。(4)设计轴的结构a两轴承之间的跨距b确定轴承的润滑方式与密封方式滚动轴承采用脂润滑。c布置轴上零件,设计轴的结构根据安装和定位的需要,初定各轴段直径和长度,各跨度尺寸,作轴的简图如图(a) 图4.4.4.1简图(a)(5)轴上受力分析 轴传递的扭矩21.7Nm 链轮的圆周力 链轮的压轴力力 槽轮轮盘的圆周力 材料的自重G即 轴向力 G=200N图4.4.4.2受力分析图(b)(5)求支反力,画受力图(c)(d)在X-Y平面内由 即H面解得 :91.0N 353.9 N图4.4.4.3X-Y平面受力分析图(c)在X-Z平面内由即V面解得 :97.1N 209.8 N图4.4.4.4X-Z平面受力分析图(d)(6)求弯矩图和转矩图,画弯矩图和转矩图在H平面弯矩图 Nmm Nmm在V平面弯矩图 Nmm A B C D A B C D图4.4.4.5H平面(上)弯矩图(e),V平面(下)弯矩图(f)垂直平面弯矩图(图3.3垂直面弯矩图) A B C D图4.4.4.6平面弯矩图(g)(7)转矩图轴传递的扭矩21700 Nmm作转矩图(图4.4.4.7转矩图) TT=21700NmmCA图4.4.4.7平面弯矩图(h) (8) 求计算弯矩 ,画弯矩图 ,其中 得 A B C D图4.4.4.8转矩图(9)轴的强度校核.确定危险截面根据轴的结构尺寸及弯矩图、扭矩图,截面C处弯矩最大,故属于危险截面,需对截面C进行强度校核。截面C的计算应力 =23.43MPa 式中 W抗弯断面系数,由文献21 第19篇 表19.317查得 查得,所以安全。.安全系数校核计算由于此轴转动,弯矩引起对称循环的变应力,转矩引起的为脉动循环的切应力。由于是对称循环弯曲应力,故平均应力根据文献18 第19篇式(19.32)得出:=4.61 式中45钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限,由表19.1-1查得=257Mpa;正应力有效应力集中系数,由文献18 第19篇 表19.3-5,按配合查得=1.90;表面质量系数,轴经车削加工,由文献18 第19篇表19.3-8查得=0.95;尺寸系数,由文献18 第19篇表19.3-11 查得=0.84。切应力幅为=MPa式中 :抗扭断面系数, =15.42根据 文献18 第19篇式(19.3-3) =10.65 式中:、45钢扭转疲劳极限,由文献18第19篇表19.1-1查得=155Mpa; 切应力有效应力集中系数,由文献18第19篇表19.3-5按配合查得:=1.45;同正应力情况;平均应力折算系数,由文献18第19篇表19.3-13查得=0.25。轴C截面的安全系数由文献18第19篇式(19.3-1)确定=4.23由文献19第19篇表19.3-4可知:S=1.8,SS,所以该轴C截面安全的。4.6 轴承寿命计算已知成型轴轴颈直径d=20mm,工作中无冲击;工作温度低于C,要求轴承寿命为10年。由18第20篇表20.6-1初选圆锥滚子轴承30204。基本额定动载荷26.8KN,基本额定静载荷=18.2 KN。圆锥滚子轴承30205。基本额定动载荷32.2KN,基本额定静载荷=23 KN。由前面计算得知,该对轴承的水平支反力分别为91.0N 353.9 N垂直支反力分别为:97.1N 209.8 N轴承径向力: N合成支反力: 计算轴承的派生轴向力S 图4.6圆锥滚子轴承 求轴承的轴向载荷A由 轴的结构知=200 N=max(44.4+200,137.1)=244.4 N=max(44.4)=44.4 N计算轴承的当量动载荷P由查表9-6, =1,=0 查表9-6, =0.4,=2查表9-7,取=1.5 = (+)=1.5(1133.1+01908)=199.7 N= (+)=1.5(0.4411.4+244.4)=380.0 N 计算轴承2的寿命查表9-4 8小时一班工作制,每天两班,一年工作360天计算轴承的使用年限为年4.7 键联接的选择槽轮拨盘装在轴上,需用键进行周向定位和传递转矩。由前面设计计算得知:槽轮拨盘材料为45,轴的材料为45钢,与轴的配合直径为21mm,轮毂长为L=35mm。传递转矩T=21700 1.选择键联接的类型和尺寸。选择最常用的圆头(A型)平键,因为它具有结构简单,对中性好,装拆方便等优点。键的截面尺寸由键所在轴段的直径 d由标准中选定,键的长度由轮毂的宽确定,查表得两个键为:带轮端的=66,=25mm。2.键联接的强度计算普通平键的主要失效形式是键,轴和轮毂三个零件中较弱零件的压溃。由于带轮材料是钢,许用挤压应力由表2-10查得=100MPa。=9.06MPa518.6许用转速n=3600r/min22.5r/min第5章 肥料自动包装机的安装、维护和安全要求 1、 本设备在装配调试过程中,对各部件之间的运动位置及自动控制系统都已经按运动要求调试好,使用时不要再做调整。2、在运转中,如发生故障,应立即关掉电源,才能进行修理,在修理过程中绝对不允许,硬敲硬打,以免损坏机器。3、工作结束后,应做好清洁工作,将残留在机器上的污滞清理干净。检查电源是否已经关掉。第6章 结论本设计依据气泵吸气原理,采用吸头的吸力(大气压)来吸取包装袋(不透气),吸头采用2个执行头循环取袋;机械手通过齿轮齿条的换向来左右运动夹持包装袋;回转式转盘采用槽轮机构的来实现启停,以满足工艺要求。本机具有装袋、取袋、张口、夹持、回转等功能,能够装载直径300450mm,高400600mm的包装袋、包装颗粒状肥料和低粘度的肥料、装填肥料重量10-20kg、包装能力达到能1200袋/时的任务。本机采用回转式的工艺路线,节省空间,整体结构紧凑;本机采用气动装置减少噪音,卫生;本机成本低、安装维修方便、新颖、可靠,且运转平稳、性能良好、外型美观;本机适用于室内等干燥的场合。本次设计参考了各类包装机械设计的长处,同时借鉴了其它机械的优点完成了肥料自动包装机取袋部装设计。本机还存在生产率偏低、自动化程度低、单机功能偏少等问题,应在生产率、自动化、多功能方面给以改进。参考文献1 高德. 包装机械设计.化学工业出版社,20002 机械设计手册.软件版.V3.03 孙凤兰.包装机械概论.印刷工业出版社,20054 许林成等.包装机械原理与设计.上海科学技术出版社,19885 包装机械机构参考图册编写组.包装机械机构参考图册.上海科学技出版社,1998 6 孙桓.机械原理.高等教育出版社, 2000 7 田万禄.机械设计课程设计.东北大学出版社,2000 8 黄靖远.机械设计学.机械工业出版社, 20049 侯珍秀.机械系统设计.哈尔滨工业大学出版社,200310 孙志礼等.机械设计.东北大学出版社,200411 中国机械CAD论坛http:/www.jxcad.com.cn/read.php12 包装机械设计.辽宁工业大出版,200713 中国知网.http:/www.cnki.net/index.htm 14包装与食品机械1997年第15卷第6期15孔志礼 .机械设计.东北大学出版社, 2000年9月第一版16 成大先.机械设计手册.第四版.第一卷. 化学工业出版社,200217 成大先.机械设计手册.第四版.第三卷. 化学工业出版社,200218成大先.机械设计手册.第四版.第四卷.化学工业出版社,200219成大先.机械设计手册.第四版.第五卷.化学工业出版社,200220机械设计手册.新版.第二卷.机械工业出版社.200421机械设计手册.新版.第三卷.机械工业出版社.200422Error! No bookmark name given.,Error! No bookmark name given.,Error! No bookmark name given.定量螺旋给料机的结构研究J.盐业与化工.2010,(01)23朱建萍,王鹏. 包装机械设计方法研究J.包装工程,2007,(07)24印波,李克天,刘吉安,陈铁强,蔡召虎.槽轮组合驱动的取箱板机构的设计及运动分析J.包装工程,2009,(02)致 谢经过几个月的不懈努力,终于顺利地完成了本次毕业设计的全部内容。在这几个月中,指导老师投入了大量的时间和精力,她不厌其烦地认真讲解、指导,对我的毕业设计起到了很大的帮助,她精益求精、严肃认真的治学态度给我留下了终身难忘的记忆,让我受益菲浅。我要在此刻毕业设计即将结束的时候,致以我最诚挚的敬意和感谢!感谢尚老师在我的整个毕业设计过程中给予的无私奉献和真切关怀。在毕业设计过程中,当我遇到困难时同学们也热心地伸出了援助之手,与我共同分析问题、解决问题,使毕业设计顺利地进行下去。当我工作出现困难,心理上出现波动时,他们都能给予我及时的关心和帮助。我心里十分感激他们,在此,我对所有帮助过我的同学表示感谢!然后还要感谢大学四年来所有的老师,为我打下机械设计专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 最后,再次感谢帮助过我的老师和同学,以及在我的毕业设计过程中所有给予我帮助的人。感谢四年来对我的大力栽培 附 录 摘自: 制造工程与技术(机加工)(英文版) Manufacturing Engineering and TechnologyMachining 机械工业出版社 2004年3月第1版 美 s. 卡尔帕基安(Serope kalpakjian) s.r 施密德(Steven R.Schmid) 著原文:20.9 MACHINABILITYThe machinability of a material usually defined in terms of four factors:1、 Surface finish and integrity of the machined part;2、 Tool life obtained;3、 Force and power requirements;4、 Chip control. Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.20.9.1 Machinability of SteelsBecause steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.Leaded Steels A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface during cutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face of chips when machining leaded steels.When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)the lead melts directly in front of the tool, acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stress in the primary shear zone, reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letter L between the second and third numerals (for example, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter L means “low carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels). Consequently, there is a continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.Calcium-Deoxidized Steels. An important development is calcium-deoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo) are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced. Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds.Stainless Steels. Austenitic (300 series) steels are generally difficult to machine. Chatter can be s problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have good machinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a built-up edge, and require tool materials with high hot hardness and crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.The Effects of Other Elements in Steels on Machinability. The presence of aluminum and silicon in steels is always harmful because these elements combine with oxygen to form aluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive. These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels.Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their composition. Plain low-carbon steels (less than 0.15% C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are more abrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior to machining. Machinability of most steels is improved by cold working, which hardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability. The effect of boron is negligible. Gaseous elements such as hydrogen and nitrogen can have particularly detrimental effects on the properties of steel. Oxygen has been shown to have a strong effect on the aspect ratio of the manganese sulfide inclusions; the higher the oxygen content, the lower the aspect ratio and the higher the machinability.In selecting various elements to improve machinability, we should consider the possible detrimental effects of these elements on the properties and strength of the machined part in service. At elevated temperatures, for example, lead causes embitterment of steels (liquid-metal embitterment, hot shortness; see Section 1.4.3), although at room temperature it has no effect on mechanical properties.Sulfur can severely reduce the hot workability of steels, because of the formation of iron sulfide, unless sufficient manganese is present to prevent such formation. At room temperature, the mechanical properties of resulfurized steels depend on the orientation of the deformed manganese sulfide inclusions (anisotropy). Rephosphorized steels are significantly less ductile, and are produced solely to improve machinability.20.9.2 Machinability of Various Other Metals Aluminum is generally very easy to machine, although the softer grades tend to form a built-up edge, resulting in poor surface finish. High cutting speeds, high rake angles, and high relief angles are recommended. Wrought aluminum alloys with high silicon content and cast aluminum alloys may be abrasive; they require harder tool materials. Dimensional tolerance control may be a problem in machining aluminum, since it has a high thermal coefficient of expansion and a relatively low elastic modulus.Beryllium is similar to cast irons. Because it is more abrasive and toxic, though, it requires machining in a controlled environment.Cast gray irons are generally machinable but are. Free carbides in castings reduce their machinability and cause tool chipping or fracture, necessitating tools with high toughness. Nodular and malleable irons are machinable with hard tool materials.Cobalt-based alloys are abrasive and highly work-hardening. They require sharp, abrasion-resistant tool materials and low feeds and speeds.Wrought copper can be difficult to machine because of built-up edge formation, although cast copper alloys are easy to machine. Brasses are easy to machine, especially with the addition of lead (leaded free-machining brass). Bronzes are more difficult to machine than brass.Magnesium is very easy to machine, with good surface finish and prolonged tool life. However care should be exercised because of its high rate of oxidation and the danger of fire (the element is pyrophoric).Molybdenum is ductile and work-hardening, so it can produce poor surface finish. Sharp tools are necessary.Nickel-based alloys are work-hardening, abrasive, and strong at high temperatures. Their machinability is similar to that of stainless steels.Tantalum is very work-hardening, ductile, and soft. It produces a poor surface finish; tool wear is high.Titanium and its alloys have poor thermal conductivity (indeed, the lowest of all metals), causing significant temperature rise and built-up edge; they can be difficult to machine.Tungsten is brittle, strong, and very abrasive, so its machinability is low, although it greatly improves at elevated temperatures.Zirconium has good machinability. It requires a coolant-type cutting fluid, however, because of the explosion and fire.20.9.3 Machinability of Various MaterialsGraphite is abrasive; it requires hard, abrasion-resistant, sharp tools.Thermoplastics generally have low thermal conductivity, low elastic modulus, and low softening temperature. Consequently, machining them requires tools with positive rake angles (to reduce cutting forces), large relief angles, small depths of cut and feed, relatively high speeds, and Proper support of the workpiece. Tools should be sharp.External cooling of the cutting zone may be necessary to keep the chips from becoming “gummy” and sticking to the tools. Cooling can usually be achieved with a jet of air, vapor mist, or water-soluble oils. Residual stresses may develop during machining. To relieve these stresses, machined parts can be annealed for a period of time at temperatures ranging from to (to), and then cooled slowly and uniformly to room temperature.Thermosetting plastics are brittle and sensitive to thermal gradients during cutting. Their machinability is generally similar to that of thermoplastics.Because of the fibers present, reinforced plastics are very abrasive and are difficult to machine. Fiber tearing, pulling, and edge delamination are significant problems; they can lead to severe reduction in the load-carrying capacity of the component. Furthermore, machining of these materials requires careful removal of machining debris to avoid contact with and inhaling of the fibers.The machinability of ceramics has improved steadily with the development of nanoceramics (Section 8.2.5) and with the selection of appropriate processing parameters, such as ductile-regime cutting (Section 22.4.2).Metal-matrix and ceramic-matrix composites can be difficult to machine, depending on the properties of the individual components, i.e., reinforcing or whiskers, as well as the matrix material.20.9.4 Thermally Assisted MachiningMetals and alloys that are difficult to machine at room temperature can be machined more easily at elevated temperatures. In thermally assisted machining (hot machining), the source of heata torch, induction coil, high-energy beam (such as laser or electron beam), or plasma arcis forces, (b) increased tool life, (c) use of inexpensive cutting-tool materials, (d) higher material-removal rates, and (e) reduced tendency for vibration and chatter.It may be difficult to heat and maintain a uniform temperature distribution within the workpiece. Also, the original microstructure of the workpiece may be adversely affected by elevated temperatures. Most applications of hot machining are in the turning of high-strength metals and alloys, although experiments are in progress to machine ceramics such as silicon nitride. SUMMARYMachinability is usually defined in terms of surface finish, tool life, force and power requirements, and chip control. Machinability of materials depends not only on their intrinsic properties and microstructure, but also on proper selection and control of process variables.译文:20.9 可机加工性一种材料的可机加工性通常以四种因素的方式定义:1、分的表面光洁性和表面完整性。2、刀具的寿命。3、切削力和功率的需求。4、切屑控制。以这种方式,好的可机加工性指的是好的表面光洁性和完整性,长的刀具寿命,低的切削力和功率需求。关于切屑控制,细长的卷曲切屑,如果没有被切割成小片,以在切屑区变的混乱,缠在一起的方式能够严重的介入剪切工序。因为剪切工序的复杂属性,所以很难建立定量地释义材料的可机加工性的关系。在制造厂里,刀具寿命和表面粗糙度通常被认为是可机加工性中最重要的因素。尽管已不再大量的被使用,近乎准确的机加工率在以下的例子中能够被看到。20.9.1 钢的可机加工性因为钢是最重要的工程材料之一(正如第5章所示),所以他们的可机加工性已经被广泛地研究过。通过宗教铅和硫磺,钢的可机加工性已经大大地提高了。从而得到了所谓的易切削钢。二次硫化钢和二次磷化钢 硫在钢中形成硫化锰夹杂物(第二相粒子),这些夹杂物在第一剪切区引起应力。其结果是使切屑容易断开而变小,从而改善了可加工性。这些夹杂物的大小、形状、分布和集中程度显著的影响可加工性。化学元素如碲和硒,其化学性质与硫类似,在二次硫化钢中起夹杂物改性作用。钢中的磷有两个主要的影响。它加强铁素体,增加硬度。越硬的钢,形成更好的切屑形成和表面光洁性。需要注意的是软钢不适合用于有积屑瘤形成和很差的表面光洁性的机器。第二个影响是增加的硬度引起短切屑而不是不断的细长的切屑的形成,因此提高可加工性。含铅的钢 钢中高含量的铅在硫化锰夹杂物尖端析出。在非二次硫化钢中,铅呈细小而分散的颗粒。铅在铁、铜、铝和它们的合金中是不能溶解的。因为它的低抗剪强度。因此,铅充当固体润滑剂并且在切削时,被涂在刀具和切屑的接口处。这一特性已经被在机加工铅钢时,在切屑的刀具面表面有高浓度的铅的存在所证实。当温度足够高时例如,在高的切削速度和进刀速度下铅在刀具前直接熔化,并且充当液体润滑剂。除了这个作用,铅降低第一剪切区中的剪应力,减小切削力和功率消耗。铅能用于各种钢号,例如10XX,11XX,12XX,41XX等等。铅钢被第二和第三数码中的字母L所识别(例如,10L45)。(需要注意的是在不锈钢中,字母L的相同用法指的是低碳,提高它们的耐蚀性的条件)。然而,因为铅是有名的毒素和污染物,因此在钢的使用中存在着严重的环境隐患(在钢产品中每年大约有4500吨的铅消耗)。结果,对于估算钢中含铅量的使用存在一个持续的趋势。铋和锡现正作为钢中的铅最可能的替代物而被人们所研究。脱氧钙钢 一个重要的发展是脱氧钙钢,在脱氧钙钢中矽酸钙盐中的氧化物片的形成。这些片状,依次减小第二剪切区中的力量,降低刀具和切屑接口处的摩擦和磨损。温度也相应地降低。结果,这些钢产生更小的月牙洼磨损,特别是在高切削速度时更是如此。不锈钢 奥氏体钢通常很难机加工。振动能成为一个问题,需要有高硬度的机床。然而,铁素体不锈钢有很好的可机加工性。马氏体钢易磨蚀,易于形成积屑瘤,并且要求刀具材料有高的热硬度和耐月牙洼磨损性。经沉淀硬化的不锈钢强度高、磨蚀性强,因此要求刀具材料硬而耐磨。钢中其它元素在可机加工性方面的影响 钢中铝和矽的存在总是有害的,因为这些元素结合氧会生成氧化铝和矽酸盐,而氧化铝和矽酸盐硬且具有磨蚀性。这些化合物增加刀具磨损,降低可机加工性。因此生产和使用净化钢非常必要。根据它们的构成,碳和锰钢在钢的可机加工性方面有不同的影响。低碳素钢(少于0.15%的碳)通过形成一个积屑瘤能生成很差的表面光洁性。尽管铸钢的可机加工性和锻钢的大致相同,但铸钢具有更大的磨蚀性。刀具和模具钢很难用于机加工,他们通常再煅烧后再机加工。大多数钢的可机加工性在冷加工后都有所提高,冷加工能使材料变硬并且减少积屑瘤的形成。其它合金元素,例如镍、铬、钳和钒,能提高钢的特性,减小可机加工性。硼的影响可以忽视。气态元素比如氢和氮在钢的特性方面能有特别的有害影响。氧已经被证明了在硫化锰夹杂物的纵横比方面有很强的影响。越高的含氧量,就产生越低的纵横比和越高的可机加工性。选择各种元素以改善可加工性,我们应该考虑到这些元素对已加工零件在使用中的性能和强度的不利影响。例如,当温度升高时,铝会使钢变脆(液体金属脆化,热脆化,见1.4.3节),尽管其在室温下对力学性能没有影响。因为硫化铁的构成,硫能严重的减少钢的热加工性,除非有足够的锰来防止这种结构的形成。在室温下,二次磷化钢的机械性能依赖于变形的硫化锰夹杂物的定位(各向异性)。二次磷化钢具有更小的延展性,被单独生成来提高机加工性。20.9.2 其它不同金属的机加工性尽管越软的品种易于生成积屑瘤,但铝通常很容易被机加工,导致了很差的表面光洁性。高的切削速度,高的前角和高的后角都被推荐了。有高含量的矽的锻铝合金铸铝合金也许具有磨蚀性,它们要求更硬的刀具材料。尺寸公差控制也许在机加工铝时会成为一个问题,因为它有膨胀的高导热系数和相对低的弹性模数。铍和铸铁相同。因为它更具磨蚀性和毒性,尽管它要求在可控人工环境下进行机加工。灰铸铁普遍地可加工,但也有磨蚀性。铸造无中的游离碳化物降低它们的可机加工性,引起刀具切屑或裂口。它需要具有强韧性的工具。具有坚硬的刀具材料的球墨铸铁和韧性铁是可加工的。钴基合金有磨蚀性且高度加工硬化的。它们要求尖的且具有耐蚀性的刀具材料并且有低的走刀和速度。尽管铸铜合金很容易机加工,但因为锻铜的积屑瘤形成因而锻铜很难机加工。黄铜很容易机加工,特别是有添加的铅更容易。青铜比黄铜更难机加工。镁很容易机加工,镁既有很好的表面光洁性和长久的刀具寿命。然而,因为高的氧化速度和火种的危险(这种元素易燃),因此我们应该特别小心使用它。钳易拉长且加工硬化,因此它生成很差的表面光洁性。尖的刀具是很必要的。镍基合金加工硬化,具有磨蚀性,且在高温下非常坚硬。它的可机加工性和不锈钢相同。钽非常的加工硬化,具有可延性且柔软。它生成很差的表面光洁性且刀具磨损非常大。钛和它的合金导热性(的确,是所有金属中最低的),因此引起明显的温度升高和积屑瘤。它们是难机加工的。钨易脆,坚硬,且具有磨蚀性,因此尽管它的性能在高温下能大大提高,但它的机加工性仍很低。锆有很好的机加工性。然而,因为有爆炸和火种的危险性,它要求有一个冷却性质好的切削液。20.9.3 各种材料的机加工性石墨具有磨蚀性。它要求硬的、尖的,具有耐蚀性的刀具。塑性塑料通常有低的导热性,低的弹性模数和低的软化温度。因此,机加工热塑性塑料要求有正前角的刀具(以此降低切削力),还要求有大的后角,小的切削和走刀深的,相对高的速度和工件的正确支承。刀具应该很尖。切削区的外部冷却也许很必要,以此来防止切屑变的有黏性且粘在刀具上。有了空气流,汽雾或水溶性油,通常就能实现冷却。在机加工时,残余应力也许能生成并发展。为了解除这些力,已机加工的部分要在()的温度范围内冷却一段时间,然而慢慢地无变化地冷却到室温。热固性塑料易脆,并且在切削时对热梯度很敏感。它的机加工性和热塑性塑料的相同。因为纤维的存在,加强塑料具有磨蚀性,且很难机加工。纤维的撕裂、拉出和边界分层是非常严重的问题。它们能导致构成要素的承载能力大大下降。而且,这些材料的机加工要求对加工残片仔细切除,以此来避免接触和吸进纤维。随着纳米陶瓷(见8.2.5节)的发展和适当的参数处理的选择,例如塑性切削(见22.4.2节),陶瓷器的可机加工性已大大地提高了。金属基复合材料和陶瓷基复合材料很能机加工,它们依赖于单独的成分的特性,比如说增强纤维或金属须和基体材料。20.9.4 热辅助加工在室温下很难机加工的金属和合金在高温下能更容易地机加工。在热辅助加工时(高温切削),热源一个火把,感应线圈,高能束流(例如雷射或电子束),或等离子弧被集中在切削刀具前的一块区域内。好处是:(a)低的切削力。(b)增加的刀具寿命。(c)便宜的切削刀具材料的使用。(d)更高的材料切除率。(e)减少振动。也许很难在工件内加热和保持一个不变的温度分布。而且,工件的最初微观结构也许被高温影响,且这种影响是相当有害的。尽管实验在进行中,以此来机加工陶瓷器如氮化矽,但高温切削仍大多数应用在高强度金属和高温度合金的车削中。小结通常,零件的可机加工性能是根据以下因素来定义的:表面粗糙度,刀具的寿命,切削力和功率的需求以及切屑的控制。材料的可机加工性能不仅取决于起内在特性和微观结构,而且也依赖于工艺参数的适当选择与控制。
收藏