胡曉珍

(浙江海洋大學(xué)，浙江 舟山 316022)

氣門鎖夾為發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵部件，應(yīng)用廣泛，其質(zhì)量好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。氣門鎖夾如果出現(xiàn)故障，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞或者氣門掉入氣缸，引起事故，造成經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。

國外的氣門鎖夾設(shè)備價(jià)格高，國內(nèi)這個(gè)配件一般是用臺(tái)灣生產(chǎn)的專用成型機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，價(jià)格高。國內(nèi)生產(chǎn)成型機(jī)的廠家很多，但是專門生產(chǎn)氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)的廠家卻很少。國內(nèi)許多廠家也在通過一些發(fā)明專利來開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣門鎖夾成型機(jī)設(shè)備，并取得了一定的成效，加工水平在不斷提高，但國內(nèi)的氣門鎖夾成型機(jī)一般為立式成型機(jī)，仍存在生產(chǎn)效率低、工藝復(fù)雜和自動(dòng)化程度低的缺陷；因此，開展具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣門鎖夾加工設(shè)備的研發(fā)，為企業(yè)開發(fā)一種工藝步驟少、危險(xiǎn)性低、結(jié)構(gòu)簡單合理、生產(chǎn)效率高、加工過程自動(dòng)化的氣門鎖夾生產(chǎn)設(shè)備，具有很高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。

氣門鎖夾的加工由最初的單件車削、單件銑削工藝改變成為沖壓成型工藝，現(xiàn)今主流廠商多采取冷擠壓成型技術(shù)加工氣門鎖夾[3]，一般通過退火、拉拔、冷軋精拔和沖壓成型。

分析國內(nèi)十幾種關(guān)于氣門鎖夾專利的研究可知，鎖夾成型開始主要以普通沖壓機(jī)裝上氣門鎖夾模具來實(shí)現(xiàn)沖壓成型，如俞黎明研制的一種壓制氣門鎖用的模具[4]，專利號(hào)為CN 2282945Y。這種早期的成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，屬于半自動(dòng)成型方法，成型精度較低。隨著研究的深入，專門用于生產(chǎn)鎖夾的成型機(jī)不斷地被開發(fā)出來，最典型的有蔣正啟、劉家法研制的全自動(dòng)鎖夾冷壓機(jī)[5]，專利號(hào)為CN 102554030。該專利涉及到的全自動(dòng)鎖夾冷壓機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括機(jī)器本體，上、下2個(gè)模板，凹模，凸模，成型模和切邊凸模。這種結(jié)構(gòu)的成型機(jī)能加工出各種型號(hào)的氣門鎖夾，只需要更換上下凹凸模的型號(hào)規(guī)格即可，具有加工設(shè)備體積較小、加工速度比較快、成型的工件精度比較高和運(yùn)行比較穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，是目前最常用的立式氣門鎖夾成型機(jī)。本文在該種成型機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)更合理、更高效的臥式氣門鎖夾成型機(jī)。

1 氣門鎖夾的加工工藝

要求生產(chǎn)的氣門鎖夾制品如圖1所示，其外形尺寸為1 220 mm×2 440 mm，厚度為8～32 mm。

圖1 氣門鎖夾

氣門鎖夾加工工藝為：原料棒材→退火拉拔→冷軋精拔→沖壓成型→拋光→淬火→鎖夾制品[6]。

2 臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)的工作原理

本文設(shè)計(jì)的臥式氣門鎖夾自動(dòng)沖壓成型機(jī)完成的加工工藝步驟如下：送料→切斷→沖壓成型→切邊→卸件(見圖2)。

圖2 氣門鎖夾自動(dòng)沖壓成型工藝示意圖

根據(jù)臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)的生產(chǎn)工藝，確定各個(gè)部分的工作原理如下[7]：氣門鎖夾異形窄鋼帶1在送料機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下進(jìn)料，成型右側(cè)凹模2左壓，該成型右側(cè)凹模2左端一側(cè)固定有切塊，其與進(jìn)料裝置4沖壓將鋼帶原料1壓斷，同時(shí)成型右側(cè)凹模2和成型左側(cè)凸模3相互沖壓將鋼帶原料1成型，然后切邊刀5向里壓切將多余的邊料切斷，即加工成氣門鎖夾7，隨后成型右側(cè)凹模2向右歸位，卸料臂6轉(zhuǎn)動(dòng)，將加工完的鎖夾7從成型左側(cè)凸模3上撥掉，完成卸料。

3 臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)的總體方案

本文要求設(shè)計(jì)一種生產(chǎn)效率高(70～80 件/min)，能自動(dòng)完成送料、剪料、沖壓成型、切料、卸料全過程自動(dòng)化的氣門鎖夾生產(chǎn)設(shè)備。為達(dá)到國外同類生產(chǎn)線的效率及產(chǎn)品質(zhì)量，要求設(shè)計(jì)的臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)達(dá)到如下性能：1)沖壓產(chǎn)量高而且穩(wěn)定；2)整個(gè)加工過程簡單可靠，自動(dòng)化程度高；3)高效節(jié)能，調(diào)整較方便；4)操作安全，控制方便，便于監(jiān)控。

通過分析氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)加工原理及性能要求，制定臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及控制方案(見表1)。

表1 臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及控制方案

根據(jù)總體方案布置其各部分結(jié)構(gòu)(見圖3)，該設(shè)備包括卷料架、送料裝置、剪料裝置、沖壓成型裝置、切邊裝置以及卸件裝置。

圖3 總體方案布置

4 臥式鎖夾自動(dòng)成型機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的臥式鎖夾自動(dòng)成型機(jī)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)包括機(jī)體，送料裝置，成型左、右模，切斷、切邊模和卸件裝置。

4.1 送料裝置設(shè)計(jì)

送料裝置采用雙偏心輪來實(shí)現(xiàn)物料的定位夾緊間接送料。自動(dòng)間歇送料裝置的結(jié)構(gòu)主要包括偏心輪、氣缸和夾緊裝置等(見圖4)。整個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)效率約為80件/min，因此每次進(jìn)料間隔時(shí)間約為0.75 s。在氣缸的驅(qū)動(dòng)作用下，安裝在軸上的可滑動(dòng)裝置可以來回滑動(dòng)。送料時(shí)，左偏心輪裝置先處于松開狀態(tài)，由右偏心輪裝置夾緊物料往加工工位處送料，等到異型窄鋼帶到達(dá)待加工位置后，右偏心輪裝置松開并向后做返程運(yùn)動(dòng)，行程約為5 mm，同時(shí)左偏心輪裝置則夾緊鋼帶防止鋼帶倒回，由此來實(shí)現(xiàn)間歇送料。整個(gè)過程只需要對(duì)氣缸進(jìn)行控制，即可完成自動(dòng)化送料。

圖4 自動(dòng)間歇送料機(jī)構(gòu)

4.2 切斷、成型、切邊模設(shè)計(jì)

4.2.1 切斷模設(shè)計(jì)

毛坯料是長條狀異型窄鋼帶，因此在成型之前，應(yīng)將毛坯料切斷，成為一小塊鎖夾坯料，才能方便后續(xù)的成型。切斷模的作用就是對(duì)毛坯料進(jìn)行切斷，為成型做準(zhǔn)備[8]。

切斷模裝置的工作原理如下：送料機(jī)構(gòu)間歇送進(jìn)的鋼帶穿進(jìn)料夾臺(tái)孔里以方便順利導(dǎo)入成型模具，右側(cè)凹模左端一側(cè)固定有切料刀，與進(jìn)料夾臺(tái)形成0.3 mm的間隙，凹模隨液壓機(jī)驅(qū)動(dòng)的沖壓臂左壓，切料刀與進(jìn)料夾臺(tái)剪切將毛坯鋼帶壓斷，完成剪料。

4.2.2 成型模設(shè)計(jì)

成型模用于對(duì)已經(jīng)下料的異形窄鋼帶進(jìn)行沖壓成型。沖壓成型裝置主要由凸模和凹模組成(見圖5)。凸模固定在成型機(jī)的左側(cè)，凹模位于右側(cè)沖壓臂上，隨著沖壓臂瞬時(shí)高速運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)凹模向著凸模的位置運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而將毛坯擠壓成型，獲得成型鎖夾。成型凹模裝在沖壓臂上，位置可以調(diào)節(jié)。在成型凹模上面有一列孔，用來調(diào)節(jié)位置時(shí)與緊固螺釘相配合；另外，還可以利用液壓缸進(jìn)行模具間距的微調(diào)。

圖5 成型模

4.2.3 切邊模設(shè)計(jì)

切邊模是指沖壓成型后對(duì)多余的毛坯料進(jìn)行去除的裝置(見圖6)，其主要包括切料臂和切邊刀。切邊刀處于切料臂的末端位置，由液壓缸推動(dòng)切料臂運(yùn)動(dòng)。切料臂末端斜面推動(dòng)切邊刀完成瞬時(shí)切割。

圖6 切邊模

由于長時(shí)間加工會(huì)導(dǎo)致切邊刀的磨損，所以切邊刀結(jié)構(gòu)采用切邊刀頭和切邊刀梁互嵌(見圖7)，這樣可以方便地更換和打磨切邊刀，保證該切邊裝置處于最佳的工作狀態(tài)。

圖7 切邊刀結(jié)構(gòu)

4.3 卸件裝置設(shè)計(jì)

加工好的工件通過卸件裝置完成工件掉落，同時(shí)應(yīng)保證鎖夾掉落在料槽中。卸件裝置上加裝一個(gè)吹氣管，使加工好的工件在卸件裝置和氣流的共同作用下，準(zhǔn)確、快速地自動(dòng)掉落到進(jìn)料斗中。

卸件裝置采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)(見圖8)，氣缸向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒條向上運(yùn)動(dòng)，齒條帶動(dòng)齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，齒輪軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)排料臂向下轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，從而實(shí)現(xiàn)卸件動(dòng)作；氣缸向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒條向下運(yùn)動(dòng)，齒條帶動(dòng)齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，齒輪軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)排料臂向上轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，恢復(fù)到卸件前的位置。

圖8 卸件裝置

5 氣門鎖夾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分析臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)各個(gè)動(dòng)作，剪料、沖壓成型和切料動(dòng)作需要的力較大，所以宜采用液壓裝置實(shí)現(xiàn)；而送料、卸料需要的力小，宜采用氣動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)。由此設(shè)計(jì)臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)控制系統(tǒng)的方案如圖9所示。

圖9 臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)控制系統(tǒng)

圖9a為氣動(dòng)控制系統(tǒng)，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣源通過分流閥分3路各經(jīng)過電磁閥輸送給氣缸1、氣缸2和導(dǎo)氣管，控制間歇送料機(jī)構(gòu)的進(jìn)退、卸料機(jī)構(gòu)的齒條來回轉(zhuǎn)動(dòng)及吹氣管的送氣。圖9b為液壓控制系統(tǒng)，液壓泵將壓力油通過分流閥分2路經(jīng)電磁閥輸送給液壓缸1和液壓缸2，液壓缸1控制切料臂進(jìn)退完成切邊，液壓缸2控制沖壓臂推動(dòng)凹模完成切斷和成型工作。

6 結(jié)語

本文針對(duì)傳統(tǒng)氣門鎖夾加工設(shè)備存在的缺陷，通過對(duì)臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)各部分運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了符合工作要求的成型機(jī)各部分裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)及可靠的控制系統(tǒng)，提高了氣門鎖夾加工設(shè)備的精度、穩(wěn)定性、自動(dòng)化性能及生產(chǎn)效率。以此設(shè)計(jì)制造出的臥式氣門鎖夾自動(dòng)成型機(jī)具有如下良好的技術(shù)特征：鎖夾弧形誤差在0.05 mm以內(nèi)，表面粗糙度為Ra1.6 μm，長度誤差為0.1 mm，沖壓速度≥70件/min。生產(chǎn)的氣門鎖夾質(zhì)量性能可靠，成本低，能很好地滿足客戶的需求，達(dá)到了國外及我國臺(tái)灣的鎖夾成型機(jī)加工水平，實(shí)現(xiàn)了氣門鎖夾設(shè)備的國產(chǎn)化。