本發(fā)明涉及機(jī)械制造領(lǐng)域，重點(diǎn)是針對(duì)材料的冷鐓成形裝備。特別是一種成形機(jī)模塊化肘桿式結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、在機(jī)械裝備的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，新產(chǎn)品的研制從設(shè)計(jì)開始到產(chǎn)品試制、定型要經(jīng)歷較長的時(shí)間，投入的人力、物力更多，致使產(chǎn)品的研制成本居高不下，特別是在大型裝備的研制，研發(fā)周期和生產(chǎn)成本問題尤為突出。模塊化設(shè)計(jì)和制造是加快研發(fā)效率、縮短研發(fā)周期、降低研制和生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑。

2、模塊化研制有首臺(tái)裝備研制成功的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，保證后續(xù)裝備能夠順利開發(fā)，提高研發(fā)成功的概率；模塊構(gòu)件的相互選用，增加同一構(gòu)件的數(shù)量，增大生產(chǎn)批量，方便生產(chǎn)組織并降低生產(chǎn)成本；同時(shí)構(gòu)件的模塊化，無需進(jìn)行類似構(gòu)件的設(shè)計(jì)，減小物料的周轉(zhuǎn)和管理成本。因此，裝備產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)，研制周期短、成功率高、整體成本低，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)勢(shì)，提升新產(chǎn)品的競爭能力和市場優(yōu)勢(shì)。

3、改善工作母機(jī)的工藝特點(diǎn)，從源頭提供制造高精度產(chǎn)品的技術(shù)方案，提高裝備質(zhì)量是新產(chǎn)品研制的方向；以模塊化設(shè)計(jì)方法，解決研發(fā)過程中的設(shè)計(jì)壓力，快速、高效、低成本地完成系列化產(chǎn)品的開發(fā)，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)的有效途徑。模塊化與系列化已成為現(xiàn)今裝備產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念，縮短研發(fā)周期、降低制造成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量，為客戶提供可靠的定制化裝備；解決定制化產(chǎn)品研制的同時(shí)，構(gòu)建系列化產(chǎn)品規(guī)格，提升市場競爭能力的成形機(jī)模塊化肘桿式結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明提供的一種成形機(jī)模塊化肘桿式結(jié)構(gòu)，主要包括曲軸、推桿、搖桿、連桿、滑塊和床身，其特征是將推桿、搖桿、連桿三桿鉸接于同一鉸鏈點(diǎn)，曲軸作為主動(dòng)件連接于推桿一端，主動(dòng)件曲軸的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，推桿作用在與搖桿、連桿連接的三桿的共同鉸鏈點(diǎn)上使搖桿擺動(dòng)和連桿的平面運(yùn)動(dòng)而帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)；通過對(duì)推桿、搖桿和連桿的三桿不同長度的調(diào)整獲得不同組成機(jī)構(gòu)的滑塊工作行程，由此實(shí)現(xiàn)通過改變?nèi)龡U中某一桿的桿長來直接有效改變成形機(jī)所需的滑塊行程參數(shù)。

3、本發(fā)明提供了在成形機(jī)模塊化肘桿式結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，確定影響產(chǎn)品規(guī)格系列的主結(jié)構(gòu)模塊和次要結(jié)構(gòu)模塊，以最少的結(jié)構(gòu)更換和替代，獲得新型的結(jié)構(gòu)組成和技術(shù)參數(shù)。

4、當(dāng)設(shè)定滑塊運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閤軸時(shí)，則滑塊的運(yùn)動(dòng)形式是在x軸上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律由構(gòu)成肘桿式結(jié)構(gòu)的各桿件尺寸、布置位置等共同決定。

5、本發(fā)明成形機(jī)模塊化肘桿式結(jié)構(gòu)的工作原理分析如下：在坐標(biāo)系下，設(shè)定推桿桿長為l3、搖桿桿長l1、連桿桿長l2，初始位置時(shí)共軸鉸鏈點(diǎn)o3位于坐標(biāo)原點(diǎn)上，曲軸的支點(diǎn)坐標(biāo)o0(0，―h0),搖桿支點(diǎn)坐標(biāo)o2(―l1，0)。

6、當(dāng)主動(dòng)件曲軸繞支點(diǎn)o0作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，其與推桿的鉸接點(diǎn)坐標(biāo)o1(x1，y1)的關(guān)系由公式(1)、(2)和(3)表示：

7、x1＝x0―rsinθ＝―rsinθ???????????????(1)

8、y1＝y(tǒng)0―rcosθ＝―h0―r?cosθ????????????(2)

9、

10、曲軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)推桿傳遞到共同的鉸接點(diǎn)o3，由搖桿的運(yùn)動(dòng)確定的坐標(biāo)為：

11、x3＝x2+l1cosα＝―l0+l1?cosα????????????(4)

12、y3＝y(tǒng)2+l1sinα＝l1sinα??????????????????(5)

13、其運(yùn)動(dòng)受長度l3推桿的平面運(yùn)動(dòng)和長度l1搖桿的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的約束：

14、

15、然后連桿l2運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則有:

16、

17、或

18、

19、在曲軸運(yùn)動(dòng)起始位置的滑塊位置運(yùn)動(dòng)為行程起點(diǎn)，則行程

20、

21、滑塊的工作行程是成形機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，通過上述關(guān)系式，有了構(gòu)成肘桿機(jī)構(gòu)的桿子長度，就能獲得不同組成機(jī)構(gòu)的滑塊工作行程。其中有些桿長的改變，對(duì)行程的影響顯著，而有些桿長的改變，對(duì)行程的影響效果不明顯。并且有時(shí)改變桿長會(huì)引起整體結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，而有些桿長的改變，無需要求各部分結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)的改變。最理想的方法是通過改變其中的某些桿長，直接且明顯有效地改變成形機(jī)的行程參數(shù)，并且只需替換其結(jié)構(gòu)而不影響其它結(jié)構(gòu)。組成這種結(jié)構(gòu)部分是模塊化設(shè)計(jì)中的主要和核心模塊。

22、以某種基本結(jié)構(gòu)參數(shù)為基礎(chǔ)，分析桿系的變化對(duì)滑塊行程的影響，是解決復(fù)雜問題的直觀有效的方法。在初始位置時(shí)的三桿的鉸鏈點(diǎn)處于坐標(biāo)原點(diǎn)的條件下，給定各桿長度數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式就能直接計(jì)算得到在給定條件下的位移變化規(guī)律。如給以桿長r、l1、l2、l3分別為數(shù)值100mm、400mm、350mm和425mm時(shí)，同時(shí)給曲軸在0°～360°的一個(gè)周期內(nèi)，每10°等間隔取點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，繪制成滑塊的運(yùn)動(dòng)位移曲線。

23、本發(fā)明首先分析肘桿機(jī)構(gòu)對(duì)滑塊行程影響程度，確定主模塊和次模塊；然后再分析工程實(shí)施的方便性和經(jīng)濟(jì)性，確定模塊的組成形式，分析產(chǎn)品的系列化開發(fā)的技術(shù)方案。

24、主模塊的分析的關(guān)鍵通過改變桿長的影響因素，在現(xiàn)有給定的桿長條件為基礎(chǔ)，分別增長或縮短桿長，觀察其對(duì)滑塊行程變化。桿長的變化為±50mm，間隔為25mm長度。

25、搖桿或連桿的長度變化都會(huì)使滑塊的行程產(chǎn)生變化，桿長在原來的基礎(chǔ)上增加或減小50mm，滑塊的行程的變化處于增減8mm以內(nèi)，并且具有相同的變化規(guī)律：長度縮短，滑塊行程增大，反之長度增大，行程縮短。

26、當(dāng)搖桿的長度改變同時(shí)得改變搖桿支承點(diǎn)的位置，連桿的長度改變，也改變了滑塊工作在前死點(diǎn)時(shí)的位置。在具體的裝備結(jié)構(gòu)上，安裝搖桿的支承座必須得到相應(yīng)的改變，滑塊行程增大，得改變滑塊導(dǎo)軌的長度。這兩者的調(diào)整，改變了成形機(jī)床身的結(jié)構(gòu)，需要重新設(shè)計(jì)和加工床身。

27、在保證搖桿、推桿、連桿的鉸鏈點(diǎn)的位置不能變動(dòng)，曲軸、推桿的長度不能獨(dú)立改變，全面考察各桿的變化，伴隨著考察曲軸安裝位置的改變。將曲軸、推桿長度和曲軸固定位置三個(gè)因素組合在一起作為曲軸推桿組件來考察。

28、在實(shí)踐中，可以發(fā)現(xiàn)改變曲軸半徑r的同時(shí)，為保持三桿鉸鏈點(diǎn)位置不變，改變推桿長度或改變曲軸的支承點(diǎn)位置，二種技術(shù)方案產(chǎn)生的滑塊行程變化曲線非常相似。在同樣曲軸半徑r的情況下，曲線的最大行程相差并不大。數(shù)據(jù)表明其值相差在5mm以內(nèi)；若使曲軸半徑r保持不變，安裝位置上下移動(dòng)，調(diào)整推桿的長度保持三桿鉸鏈點(diǎn)位置不變時(shí)，對(duì)滑塊的行程影響更是比較微小，數(shù)值表示，其數(shù)據(jù)相差在0.5mm內(nèi)。

29、在曲軸推桿組引起的行程變化，起作用的主要是曲軸半徑r變化，推桿的長度和支承的位置要適應(yīng)三桿鉸鏈位置不變的要求。最合理的技術(shù)方案是保持曲軸支承點(diǎn)位置不變，根據(jù)曲軸半徑調(diào)整推桿長度，使推桿長度與曲軸半徑之差為支承坐標(biāo)值，對(duì)設(shè)備的更改最少，床身的結(jié)構(gòu)無需改變。

30、上述的分析結(jié)果表明，對(duì)裝備技術(shù)參數(shù)的滑塊行程影響顯著的是曲軸半徑r，其次是搖桿和連桿，為此，選擇主模塊為由曲軸、推桿和三桿連接銷軸組成的曲軸推桿組，其次是連桿，搖桿再次之。通過固定曲軸支承點(diǎn)位置和搖桿、連桿、床身、滑塊的尺寸和位置，根據(jù)曲軸半徑調(diào)整推桿長度，使推桿長度與曲軸半徑之差為支承坐標(biāo)值，由曲軸半徑和推桿長度的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)滑塊行程參數(shù)的調(diào)整。

31、本發(fā)明提供的成形機(jī)模塊化肘桿式結(jié)構(gòu)，選擇主模塊為由曲軸、推桿和三桿連接銷軸組成的曲軸推桿組，能夠顯著改變滑塊的行程，并且滑塊在前死點(diǎn)的位置沒有變化，而只是改變了滑塊后退時(shí)的后死點(diǎn)位置，因此，在具體的裝備上，不用改變曲軸安裝孔、搖桿安裝孔的位置和床身的總體長度，只是改變滑塊的行程，在制造中往搖桿方向，靠近曲軸支承附近預(yù)留足夠的長度，作為滑塊運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌長度。

32、改變連桿的長度，曲軸推桿組和搖桿結(jié)構(gòu)不變，相應(yīng)的曲軸的安裝位置和搖桿的安裝位置不變，但連桿長度改變產(chǎn)生的滑塊行程變化，是使滑塊在前死點(diǎn)的位置產(chǎn)生變化，從而要改變裝備主要構(gòu)件床身的長度。

33、改變搖桿長度要同時(shí)改變搖桿的安裝位置和床身在搖桿端的結(jié)構(gòu)。

34、選擇調(diào)整曲軸推桿組，可明顯獲得裝備的行程技術(shù)參數(shù)的系列化要求外，達(dá)到五個(gè)明顯的不變特征：

35、1、各組成構(gòu)件的安裝位置和安裝方式不變；

36、2、桿系間的連接方式不變；

37、3、組成結(jié)構(gòu)的形式和加工要求不變；

38、4、滑塊行程變化，但滑塊行進(jìn)到前死點(diǎn)的位置不變。

39、5、搖桿、連桿、床身、滑塊等主要構(gòu)件可以保持不變，只改變曲軸和推桿，對(duì)此進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)和制造，就可構(gòu)建新一系列產(chǎn)品。

40、肘桿式成形機(jī)的模塊設(shè)計(jì)，在進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃時(shí)，將搖桿、連桿及曲軸的安裝位置融入到初始設(shè)計(jì)中，選擇曲軸推桿組作為模塊，進(jìn)行產(chǎn)品的系列化開發(fā)，有利于加快研發(fā)周期，降低研發(fā)和裝備生產(chǎn)成本。

41、在整個(gè)裝備的研制中，將曲軸的跨度和滑塊的寬度與工位要求結(jié)合，作為產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)的第二模塊，可以將同一的滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成不同工位的產(chǎn)品。

42、本發(fā)明提供的成形機(jī)模塊化肘桿式結(jié)構(gòu)，是一種新型結(jié)構(gòu)的成形機(jī)，結(jié)構(gòu)上比傳統(tǒng)的曲柄滑塊成形機(jī)復(fù)雜，但它可以靈活地調(diào)整滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在強(qiáng)大鐓鍛力的作用下在鐓鍛終止前后的停留，有利于耗散積聚在制品內(nèi)部的變形能量，保證變形充分，成形精準(zhǔn)，提高制品的鐓鍛精度，提高產(chǎn)品合格率，確保產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減小因制品內(nèi)部的應(yīng)力產(chǎn)生的回彈變形需要的補(bǔ)充加工。