粉末成型压机。
小组成员：指导老师： 曾小慧
2024年7月。
中国地质大学（武汉）
一． 题目与设计要求 1
1.1题目 1
1.2设计要求 1
1.3 尺寸选择 2
二．方案设计与分析 2
1. 上模冲压机构 2
1.1 方案一：凸轮机构 2
1.2 方案二：曲柄滑块机构 3
2.送料机构 3
3.下模冲压机构 6
三．总体方案 6
1.上模冲方案 7
2.送料机构方案 10
3.下冲模机构方案 14
4.传动机构设计方案 20
四．课程设计小结 21
五．课题设计环境 22
六．参考文献 22
七．附录 23
粉末冶金是将金属粉末的混合料通过压制成型和烧结而制成零件或成品材料的一种工艺方法。在压制长径比h/d=1~1.5的圆柱体压坯时，可采用单向压制，即压制时仅一个方向施力。
压制过程中，阴模固定不动，其他执行构建如图1.1.1所示。
图1.1.1.1
1.上冲模压制机构应具有以下的运动特性：快速接近粉料，慢速压制，压制到位后停歇片刻（约0.4秒左右）保压或接近压制行程终点时再放慢速度而起到保压作用。
2.脱模机构应使下模冲顶出距离准确，复位时要求速度快而冲击小。
3.送粉机构要求严格遵守压制周期的运动规律。
4.进一步要求：上冲模和下冲模的行程可调。
每分钟压制次数：20次。
压坯直径：45mm
上模冲行程：110mm
对于上模冲机构，要求是需要有几个状态，包括快速接近粉料、慢速压制、保压、离开这几个状态。其中保压需要0.4秒左右，而且上模冲受到的冲击力为58kn，受到的冲击力较大。
因此我们想到了以下三个方案，其中有凸轮机构、曲柄滑块机构。
图2.1.1.1
开始时我们选用的上冲模机构用到了了凸轮机构，它能偶满足我们的运动要求，实现短暂停歇的要求，然而冲题目得知上冲模再冲压时，所受到的力会达到58kn，然而凸轮与上冲模之间形成的是高副，在承受到如此大的力的时候会发生形变，从而影响到凸轮以后的工作以及整个机构的稳定工作，于是我们放弃了这个方案。
第二个方案机构简图如图2.1.3.1，是一个曲柄滑块机构[3]，上冲模通过连杆与曲柄相连达到冲压的目的。
图 2.1.3.1
通过查阅资料，我们发现这个机构虽然能够实现快速接近，但是对于短暂停歇不能完全满足，不过通过改变杆长，我们能够将其在一个较大的范围内实现较小位移，从而达到距离变化不大的保压过程，这样就能够实现我们设定的运动规律。
因此在两个方案中，我们选用方案二的曲柄滑块机构来实现上模冲的功能。
送料机构要求送料与出模最好能一起完成，所需的过程最好比较少，整个运动过程比较稳定，不要有过多的速度急速变化过程。
送料机构我们确定的是圆盘形送料机构（如图 2.2.1，图2.2.2），六个送料孔均匀分布在圆形盘上，中间以轴固定从而其可以转动，从而实现送料出模的连续进行。
图 2.2.1
图 2.2.2
通过插于大量资料，我们选用控制送料的间歇运动的机构为一个六槽的槽轮机构[7]（如图 2.2.3），将主动轮的连续转动通过一个销轴转化成槽轮的间歇转动。
其优点在于在运动过程中，运动相较于其他的机构平稳一些，且易于加工。
图 2.2.3
如下图2.2.4为槽轮控制圆盘送料器工作的运动示意图：
图 2.2.4
对于下模冲机构，要求能够配合上模冲的运动，能够承受住上模冲冲压时的冲击力，完成冲压后能够将模顶出完成出模动作。
因此下冲模机构我们选取的是凸轮机构，查阅资料后我们发现，在冲压过程之中凸轮完全可以承受冲压过程中的压力，因此我们选用最简单的盘形凸轮，推杆为对心直动滚子推杆。
图 2.3.2
以上对我们的方案进行了分析、选择，选定了我们的各部分机构，下面就进行整体的装配设计[10]。如下图3.1：
图 3.1按照设想，整个粉末成型压机装配后的的运动配合应该为下图3.2所示的配合循环框图：
图 3.2下图3.3为为三个机构的运动循环线图：
图 3.3上冲模我们选用了曲柄滑块机构（如图3.1.
1），我们的设计要求是上冲模运动范围为0~110mm，因此杆长l应该为55mm，由于冲压模孔直径和送料器孔直径都为45mm，而且送料器孔和模孔高度也为45mm，因此曲柄中心到工作台面距离至少为d==110mm，因此连杆l1长度我们设计为140mm，大于，这样一来连杆l1就不会与送料孔下个撞击了。
图 3.1.1
2.运动分析。
根据l=55，l1=140，曲柄从水平位置开始，根据位移s，转角a的变化可得到下面方程：
s=我们用matlab编程（源程序见附录程序1）,得到上模冲冲头位移-转角变化曲线图3.1.2：
图 3.1.2
根据上面图像分析，我们可以发现在90度到270度间，存在一个较小位移区间，这样我们就能够使得上模冲在压制时能够有个保压过程，时间约为0.4s，在其他转角区域，上模冲能够快速的回到初始位置或到达粉料进行压制，说明其功能已经实现。接下来我们对其速度与加速度进行分析。
对上面s进行求导（源程序见附录程序2）得到速度：
v=因此可以得到上模冲速度-转角图像（源程序见附录程序3）,如图3.1.3：
图 3.1.3
经过数据分析得到了速度去想如上图，发现其速度在60mm/rad间，在0~90度之间速度较大，能够实现快熟接近粉料，之后速度不断降低，在90~268.9度之间速度较小，能够实现慢速压制和保压过程，之后上冲模速度反响增加，快速离开冲模孔达到最远端。这个动作过程与下冲模以及送料盘的运动过程能够配合，满足了设计的要求。
下面我们对上冲模加速度进行分析。
对上面v进行求导，（源程序见附录程序4）得到加速度a：
a=因此可以得到上模冲加速度-转角图像（源程序见附录程序5），如图3.1.4：
图 3.1.4
根据上面图像我们可以发现加速度在80mm/rad之内，对于整个机构的冲击力不是很大，机构能够承受这样的加速度，因此加速度是满足我们的设计要求。
由以上的分析可以确定我们的设计满足设计要求，能够完成要求的各项功能，而且用到的构件比较简单，使得整个机构显得简单易行。在上模冲的设计中，我们体现了设计要求的简单已加工的基本思想。
1.尺寸确定。
送料机构中，我们主要分析器传动装置槽轮机构。由于我们设计的送料装置上有六个送料孔，于是我们为了让每个孔都有停留时间，于是我们设计的是一个有六个槽的槽轮机构，如图3.2.1：
图 3.2.1
为了得到我们所需要的尺寸，我们先根据整体的尺寸确定了槽轮（如图3.2.2）的外缘距中心50mm，相邻槽夹角为60度，槽宽3mm，主动拨轮（如图3.
2.3）与槽轮的中心距为58mm，主动拨轮圆半径为18.3mm，这样我们根据作图法可以确定出如图3.
2.2,、图3.2.
3所示的各数据。
图 3.2.2
图 3.2.3
2.运动分析。
确定以上尺寸后，我们接下来进行槽轮的运动分析，看是否存在速度突变情况。
图 3.2.4
根据上图我们可以列出下面方程组：
rsina=rxsinb
rcosa+rxcosb=l
rcosa+=l
tanb= 令λ=
于是有：通过对以上函数编程，得到角速度（源程序见附录程序6）、角加速（源程序见附录程序7）度图像，分别如图3.2.5，图3.2.6。
图 3.2.4
图 3.2.5
通过图像分析，在槽轮转动的过程中没有出现速度突变即加速度无限大的情况，由于拨杆在槽中是一个高副配合，因此出项速度突变将会影响机构的工作我稳定性，因此我们这个槽轮机构是符合要求的，它能够稳定的运行。
最后我们设计的槽轮机构的主动轮速度为20rpm，其波动槽轮的角度为120度，因此在其余240度内即有2s时间槽轮是停歇的，这样就能够实现在压制时停歇，在压制完成后运动。
由于在冲压过程中下面需要受到一定的压力，所以我们选用的是一组对心直动滚子凸轮，这样一来冲压过程中下模冲受到的压力就能够传递到到基座上，避免机构受力过大，导致机构损坏。
1.尺寸确定。
我们的下模冲的最大位移为45mm，因此我们定的=45mm，r=10mm，最大升程为45mm。
2.推杆运动规律。
对于推杆的运动，我们需要满足下图3.3.1的运动规律：
图 3.3.1
于是我们根据之前的上冲模机构运动和送料器的运动规律得到以下推杆的运动规律：
推程阶段： 4.0497~5.0969（rad）
远休止阶段：0~0.931，4.0497~6.2832（rad）
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