【導讀】本次設計的題目為打印機壓輪設計。由于制件的形狀復雜，考慮到脫模過程。比較困難，所以采用兩次分型。第二次為側向分型，直接制件從型腔中取出的脫。本次設計的塑件的材料為聚乙烯，生產批量為小批量?；瑝K側向抽芯、零件間隙排氣、熱電偶調節(jié)模具溫度以及循環(huán)冷卻，加工簡便，便于安裝，制冷效果好。注射機選用TTF-200型注射機。經過仔細校核，達到預期設計要求。

　　

【正文】 技術與藝術相融合 ”的原則，對傳統(tǒng)的臺式鉆床進行了一次全新的設計，從機械設計和藝術設計中得到了一次鍛煉。特別是在產品造型設計過程中，我深深的了解到，作為一名設計人員，不但要求有廣闊靈活 的創(chuàng)造性思維，還要擁有廣博的知識，這樣才能對設計有全面的了解，才能產生優(yōu)秀的設計。設計不是孤立的，它是各種知識的綜合運用，是一種知識分散重組的創(chuàng)造性活動。 存在的問題 :一方面，由于時間和條件有限，而且，簡化了部分設計計算步驟，缺少部分計算過程。另一方面，由于對許多領域知識掌握不足和尚缺乏實踐經驗，在整個設計中會出現一定程度的欠缺和不完善。但通過本次設計，使我對產品的設計有了 更 深刻的認識，熟練了所學的專業(yè)知識，鍛煉了運用知識的能力 ，學習到了許多新知識和積累了經驗，同時也看了自己的不足，為以后的設計工作奠定了 基礎。 長春工業(yè)大學學士學位論文 33 參考資料 馮炳亮 、 韓秦英 、 殷振海 、蔣文森編 《模具設計與制造簡明手冊》 上海出版社 由《塑料模設計手冊》編寫組編 《塑料模設計手冊》 機械工業(yè)出版社 宋王恒 主編 《塑料注射模具設計實用手冊》 航空工業(yè)出版社 田克華 主編 《互換性與測量技術設計》 哈爾濱工業(yè)大學出版社 大連理工大學工程畫教研室 《機械制圖》 高等教育出版社 陳作模 、孫恒 主編 《機械原理》 高等教育出版社 濮良貴 、紀各剛 主編 《機械設計》 高等教育出版社 打印機壓輪 34 聲發(fā)射 (AE)監(jiān)測沖壓 美 金 第一部分 :信號特征和胚料硬度的影響 前言 隨著高速沖壓床在工業(yè)上的廣泛應用 ,由于沖床操作時的安全可靠的實時監(jiān)測系統(tǒng)變得益重要 ,其重要的理由用是可籍以避免 模具和機床的嚴重損壞 ,并及早發(fā)現異常操作條件而減少昂貴的停機時間和模具費用 . 送料錯誤 ,潤滑失效 ,零件松動和廢料堵塞等這些沖床的典型損壞形式 ,在未被覺察的情況下 ,產生大量的不良的產品并加速成工具磨損和斷裂或使機架過載，這時高速部床來說尤為嚴重，某些損壞可用光電管，微動開關或由監(jiān)視儀所控制的應變儀檢測，然而這些監(jiān)視的性能是有有限的，但聲信號分析對全過程檢測具有更大的潛力。 沖床聲信號分析不是一個新概念。 Aleen Steward 和 Koss 等人早已把空氣傳播的聲間分析技術應用于噪聲控制和振動分析， Mallick 也用這種方法監(jiān)測沖床，這種新概念也應用在 Mallick 的工作中。他把一個附有加速度計的拾音器裝與沖床的和成套模具附近，以探測沖壓時經空氣傳播的沖床信號，測量沖床的每一個完整沖程的信號強度。在政策條件下，人們認為作為機器特征的聲信號是保持相對穩(wěn)定的，因此，信號強度的任何變化都可以視為異常的運動狀態(tài)。 雖然在和一系列成功地探測了一些異常的操作情況，但難以提高進一步的診斷信息，該系統(tǒng)的局限性在于以分析發(fā)自沖床的復雜信號的原始信號處理方法本身。而且用拾音器探測空氣傳播的聲信號，這一方法受到有限的頻率范圍，空氣中信 號的耗散環(huán)境噪聲干擾的限制。若采用聲發(fā)射技術則可以克服這些限制。因為聲發(fā)生技術采用接觸式壓電晶傳感器和更多的信號處理技術各大學工業(yè)實驗室的科學家和工程師發(fā)展了聲發(fā)生技術，因此本文不再做詳細的討論，文獻中集中介紹了聲發(fā)射技術在工業(yè)上的應用， Lorol 最近的文章對聲發(fā)生領域作了全面的回顧。 過去幾年中，西部電子公司工廠研究中心的工程師發(fā)展了一種微處理機控制了實時聲發(fā)生監(jiān)測系統(tǒng)，以探測 Minster3 沖床（額定壓力 22 噸）的模擬故障形式作為該研究的一個重要部分，對實際沖孔階段發(fā)射的聲發(fā)射信號作了完備的分類，從沖床 循環(huán)時的輸出信號作了完備的分支，從沖床循環(huán)時的輸出信號通過源長春工業(yè)大學學士學位論文 35 鑒別，相對時間以及聲發(fā)射信號每一成分的振幅作了徹底的分析，在鉛筆芯在空氣中折斷的簡單情況中，聲發(fā)射信號特征一般分為信號上升時間，下降衰減等等。然而來自沖床的復雜信號是如此復雜，以致以上信號特征不能提供任何有用的信息，本文所研究的聲發(fā)射信號的真實，有意義的特征是用鑒別，相對時間以及沖孔階段發(fā)射信號的影響。正如所料，這些信號特征取決于包括機床在內的許多因素，典型的影響參數有材料新能和材料厚度，模具的大小和形狀，模具間隙，沖壓速度等。 本文對用于這些實驗 的硬件在第二節(jié)中加以描述，而典型的聲發(fā)射信號的全部特征在第三節(jié)中說明，上述的影響參數中胚料硬度和影響在第四節(jié)中描述，第五節(jié)是關于研究的概要，其實參數如胚料厚度，模具大小和模具磨損的影響將在第二部分發(fā)表。 二、實驗系統(tǒng) 全部實驗系統(tǒng)由沖床、信號處理器和微型計算機三部分組成。沖床型號是Minster3(額定電壓 )22 噸，行程次數 150 次 /分鐘，行程 5 厘米。信號處理器裝在外罩殼中，其示意圖見圖 1。壓力波和剪切波傳感器分別裝在墊板和底版上，可從其中任一傳感器接受聲發(fā)射信號，如放大信號的包絡線超過預置門檻值，其強度 就由電壓 /頻率轉換器作數字化處理，凸模的相對位置由裝在沖床架和滑塊間的線電壓一位移傳感器（ LVDT）同時測出。此外，安裝在飛輪軸上的光傳感器可與線電壓 — 位移傳感器結合。信號處理器在一特定階段測量的數字化包絡強度即為聲發(fā)射計數。目前的研究中，來自沖床傳感器的原始信號早幾百微伏的范圍內，不需要前置放大，而且信噪比很高（ 740db） ,與信號電壓相比，門限電壓可調整得很低，因此在所給時間內聲發(fā)射計數變得很接近包絡線下的面積量度。這樣聲發(fā)射計數的研究便具有直接的物理意義：波動中彈性性能量平方根的相對量度。 為了實時監(jiān) 測，信號處理器上加裝一個“過” — “不過”型的控制開關，當聲發(fā)射計數過高或過低時，聲信號處理器就被激起而起到調整電源的作用。為了調整以得到的數據，將信息儲存在軟盤上，然后將這些數據送入 PDD— 10 計算機中樹立?？删幊绦虻拇翱谠O置也許是目前處理微機控制的監(jiān)控系統(tǒng)最有力的方面窗的數目、位置和持續(xù)的時間可方便地根據輸入參數加以改變。這一性能對分批生產作業(yè)是絕對必要的。 這里有必要討論一下傳感器。壓力波和剪切波傳感器可用于這一研究。具有封閉外殼的壓力波和剪切波傳感器是厚度方向諧振型的低頻（ 150HZ 左右） PZT— 5A 電壓陶瓷傳感器？（市售同壓力波傳感器工作良好，但為了使用可靠必須打印機壓輪 36 制作特殊的封閉外殼的傳感器）根據不同的位置，這種類型可能比其他類型稍好，反之其他類型可能比這種類型好。一般壓力波信號比剪切波信號強，但剪切波傳感器對振動類的機械噪聲如軸承噪聲、喂料噪聲等相對不敏感。還有一點很有趣，剪切波傳感器具有單極性，即傳感器僅對沿某一方向的剪切運動敏感。為了具有最大的敏感性，它的極性可沿著滑塊的運動方向（即胚料斷裂方向）布置。 三、聲發(fā)射信號的特征 談到信號的特征，沖床完整的聲發(fā)射信號可分成兩大類：實際沖孔時發(fā)生和沖程其余 階段發(fā)生的。后者是由軸承、離合器、喂料器所發(fā)生的，是沖床的特征信號。前者的信號是由凸模沖擊和胚料斷裂發(fā)射出的，這不僅取決與沖床，也取決于前面所提到的參數。因此，為了顯示特征，首先要區(qū)分信號的兩大類。 圖 2 所示的沖床 毫米的 C1010 冷軋鋼板的完整的聲發(fā)射信號，用重疊線電壓 — 位移傳感器信號（在穩(wěn)態(tài)時是時間的諧函數）的方法是易于分辨沖床沖程的整個階段。如圖所示，最大的聲發(fā)射突發(fā)發(fā)生在凸模到達下止點前，并在沖完胚料后消失，這意味著，這一特別的突發(fā)信號是在實際沖孔時發(fā)生的。聲發(fā)射信號的其余成分也能以同樣的方 法確定。軸承和離合器的成分可在沖床進行、喂料器不工作的情況下加以區(qū)分，喂料成分可手工步進送料操作加以確定。在信號處理單元設兩個窗口以便進行實時監(jiān)測，如圖示，第一個窗口僅包括沖孔階段，第二個窗口包括從第一個窗口結束一直到下一個由光電管和信號處理器所提供的同步脈沖。這樣，從前一個窗口可觀察沖孔作業(yè)，從后一個窗口可檢測沖床循環(huán)的其余階段并探測異常情況，如零件松動（當從正常操作中獲得的聲發(fā)射計數上下限被預置的信號處理器后，本系統(tǒng)可探測到一個硬幣掉在墊板上并立即停止沖床運轉）。本本文中，注意力僅集中在沖孔階段并就這一 階段的聲發(fā)射信號做一考察。 圖 3 中的蟲牙信號早時間量程中被逐漸放大，在圖中可以看到，沖壓信號由三個不同階段組成： （ 1）持續(xù)約 毫秒的低振幅初始階段； （ 2）其次是接近 4 毫秒的中振幅階段； （ 3）具有后繼衰減的高振幅短突發(fā)階段； 圖 4 表明了相同的聲發(fā)射信號和線電壓 — 位移傳感器跡線重疊的結構（在圖4 及以后的圖中，線電壓 — 位移傳感器跡線調節(jié)到脆斷開始時凸模高度以上 毫米）及沖裁最后分離時凸、凹模的位置和廢料斷裂面的掃描斷鏡照片。從這些圖中可以觀察到以下結果： （ 1）初始低振幅階段是由于凸模沖壓在胚料 上引起的彈性變形產生的，在長春工業(yè)大學學士學位論文 37 此階段，凸模和滑塊沒有受到顯著的扭力，線電壓 — 位移傳感器仍保持諧運動跡線。 （ 2）彈性階段后，胚料兩邊發(fā)生塑性變形，而且開始產生擠壓力類型的塑性剪斷。當這一過程繼續(xù)進行時，凸模和凹模之間的胚料外緣出現強大的阻力，接著，當滑塊速度下降（偏離諧運動）時，即發(fā)射出第二個階段中等振幅的聲發(fā)射信號。 （ 3）當胚料和模具到達圖 4 所示位置時，凸模和滑塊積蓄了足夠大的力以克服胚料的阻力，然后發(fā)生最后的脆斷，這種類型的脆斷是瞬時的。阻力消失后的滑塊急速下降，以恢復穩(wěn)定的諧運動，隨后是減副震蕩。 檢測 掃描電鏡照片可清楚地發(fā)明兩個階段的斷裂現象。與脆斷相比，剪斷形成很慢從廢料下部許多平行的拉痕可容易的區(qū)分出 AE 第二階段的剪切帶，而廢料上部粗糙的斷裂帶是在 AE第三階段形成的。這兩個階段的斷裂很象疲勞斷裂，平滑斷裂表面是在慢速度裂紋擴異階段逐步產生的，隨后是以災難性斷裂宣告結束的疲勞壽命最后階段形成的剪切帶，而廢料上部粗糙的斷裂帶，形成的粗糙斷裂面。 這里討論兩點。第一點早已提到過，圖 3 和圖 4 所表示的發(fā)射信號是特定沖床和底板的特征信號。沖床和底板的不同組合會產生不同的信號。如彈簧卸料板，在凸模沖壓前會產生附加 信號。但對給定的沖床和底板，聲發(fā)射信號的總體特征與參數無關，只有信號的細節(jié)隨參數的變化，因此參數的影響可以從聲發(fā)射信號的細節(jié)變化看到，其次，由于情況各異，要區(qū)分沖壓信號的每一成分是困難的，對高速沖床更是如此。 四、胚料硬度的影響 再許多可能的參數中，胚料硬度是首先要考察的。在實際生產情況中，不希望卷料病毒會有顯著變化，但是，相對較小的硬度改變也會引起 AE 信號特征（相對時間及三種成分的振幅）明顯變化。因此可以認為，了解硬度的影響是進行其他參數研究的前提。 實驗用胚料為 C1010 冷軋鋼條料， *122 厘米， 且有嚴格控制的均勻厚度（ 177。 毫米）胚料經過熱處理獲得不同的硬度，這樣薄的胚料只能用簡單拉伸實驗下測得的極限硬度通過轉換表換算成 HB 硬度。本文中所用的術語“極限強度”和“硬度”表示同一意義并可互換。圖 5 表示這些材料在拉伸實驗下的應力 — 應變曲線。最硬的胚料（約退火四個時間）和軟的（退火五個單位時間）起胚料硬度約為 460MP 和 320MP，最大應變約 7%和 4%，三種胚料具有同樣的彈性模量。 打印機壓輪 38 實驗所用模具為壓配模，凸模直徑 厘米，凸模和凹模雙邊間隙 毫米。 圖 6 表示各種胚料沖壓的 AE/LVDT 信號，聲發(fā)射第三個階段（即脆斷）開始點的模具示意圖和廢料的掃描電鏡照片。下為對聲發(fā)射信號的觀察結果： ○ 1 發(fā)射信號在開始點的相對時間以及線電壓 — 位移傳感器的電壓相同，并與胚料硬度無關，即相對時間和凸模位置在初始沖擊點是不變的； ○ 2 對于軟材料，聲發(fā)射第三個階段擴異延長； ○ 3 對于軟材料，聲發(fā)射第三個階段延遲，其振幅也較小。 可以預料，相同厚度的胚料具有相同的沖擊點。材料韌性的增加使脆斷發(fā)生前凸模切入胚料更深，引起第二 個階段擴異和第三個階段延遲，在電鏡照片中可以清楚地看到，剪切帶增寬，斷裂帶變窄，由于軟材料的斷裂的聲發(fā)射振幅減小，還可以注意到線電壓 — 位移傳感器跡線偏離諧運動較小。 每一根條料除切下一段以測量極限強度（拉伸實驗），另外可沖四十多個孔，所繪制的圖 7 表示其結果，圖 是壓力波傳感器的，圖 是剪切波傳感器的，每一點表示平均聲發(fā)射總計數（在這三個階段所發(fā)出的） NT，這些聲發(fā)射總計數以及樣本方差對每一種材料求平均值，其結果列于表 1，并作圖 8