【正文】 沒有利用廢易拉罐生產(chǎn)原牌號(hào)鋁合金的企業(yè)。廢易拉罐還原生產(chǎn)制罐 鋁板帶原料是最佳的利用方式。真正被還原生產(chǎn)的并不多。 本次易拉罐翻新機(jī)翻邊裝置虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)正是基于對(duì)國內(nèi)易拉罐制造業(yè)及易拉罐回收利用發(fā)展現(xiàn)狀的考慮，本著易拉罐回收再利用小污染、零污染的原則而展開的，用翻新代替回爐再造，從 而達(dá)到環(huán)境上、經(jīng)濟(jì)上的雙贏。 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 3 2 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置 本次設(shè)計(jì)是鋁質(zhì)易拉罐機(jī)械翻新機(jī)翻邊裝置的設(shè)計(jì)，該裝置做成獨(dú)立的一臺(tái)機(jī)器，與去封蓋裝置、封罐裝置構(gòu)成一個(gè)翻新機(jī)系統(tǒng)。翻邊的定義 :在坯料的平面部分或曲面部分上，利用模具的作用，使之沿封閉或不封閉的曲線邊緣形成有一定角度的直壁或凸緣的成型方法稱為翻邊。因?yàn)榉厱r(shí)在材料和罐頸的軸線方向會(huì)產(chǎn)生較高的應(yīng)力，所以本方法適用于較大的罐徑和較厚較軟的材料。 模具翻邊機(jī)械叫做擠壓式翻邊機(jī)，其 工作原理是靠兩個(gè)壓盤 3 沿桶框 4 的軸線方向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而完成的翻邊的。和傳統(tǒng)的模具翻邊工藝相比，圓銷翻邊是從圓銷滾輪與罐體的接觸點(diǎn)開 始工作，罐體沿翻邊滾輪旋轉(zhuǎn)。其原理圖如 22 所示 圖 22 圓銷翻邊原理圖 （ 3）旋壓翻邊 該工藝對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求高，模具相對(duì)圓銷翻邊來講要簡單一些。旋壓翻邊的最大特點(diǎn)是模具旋轉(zhuǎn)的工藝，內(nèi)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)翻邊模頭完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，罐體與旋轉(zhuǎn)的翻邊模頭接觸，罐體沿著翻邊模頭的徑向運(yùn)動(dòng)，逐步形成翻邊寬度，翻邊模頭的肩胛控制了翻邊寬度。作用在罐頸的絕對(duì)載荷要高于圓銷翻邊。 圖 23 旋壓翻邊原理圖 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 5 工作時(shí)壓輥和桶身三者之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)、平移或擺動(dòng)），滾輪對(duì)桶身進(jìn)行旋壓而使桶身端產(chǎn)生塑性變形得以翻邊。在旋壓加工時(shí)，薄壁筒剛度小，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加彈性變形，附加彈性變形經(jīng)過壓輥后即產(chǎn)生塑性凹凸變形，形成壓痕。 易拉罐翻邊機(jī)主要參數(shù) 易拉罐翻邊機(jī)工作原理 從成本的經(jīng)濟(jì)型、結(jié)構(gòu)的合理性等方面綜合考慮，充分融合了模具翻邊和旋壓翻邊的加工原理，在結(jié)構(gòu)上采用的是旋壓式模具翻邊，帶傳動(dòng)。圖 24 即為易拉罐翻邊裝置的整體結(jié)構(gòu)原理圖 [4]。圖 25 所示為本設(shè)計(jì)的 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置 結(jié)構(gòu)簡圖。 （ 1)電動(dòng)機(jī) 額定功率大小為 ，即電機(jī)型號(hào)為 Y100L6，同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min[6]，主要性能技術(shù)數(shù)據(jù)和安裝尺寸列于表 22 所示 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 7 表 22 Y100L6電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和安裝尺寸 額定 功率 0P /kW 電動(dòng)機(jī)外伸直徑 D/mm 28 滿載轉(zhuǎn)速 0n /（ r/min） 940 電動(dòng)機(jī)外伸軸長度 E/mm 60 堵載轉(zhuǎn)矩 /額定轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)中心高 H/mm 100 (2)v 帶 選用 A 型普通 V 帶，功率 ,小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d 為 106mm，大帶輪的基準(zhǔn)直徑 d 為 355mm，中心距 a 為 500mm，帶的基準(zhǔn)長度 l 為 1800mm，帶的根數(shù) z 取 2 根。軸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 26 所示 圖 26 軸的結(jié)構(gòu)簡圖 本次軸的設(shè)計(jì)承受轉(zhuǎn)矩，受力較穩(wěn)定，相對(duì)來說比較簡單，所以取主軸最小直徑1 40d mm? 較為合適。故 IIIII 段的直徑 為 47mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤滑脂的要 求，取端蓋的外端面與 V 帶輪右端面的距離為 30mm，這里可取 IIIII 軸長為 50mm[8]。限位塊被加工成帶有錐度的階梯軸，與主軸過盈配合，再用螺釘與主軸連接，起到徑向固定、定位的作用。機(jī)頭部分結(jié)構(gòu)如圖 27 所示 圖 27 機(jī)頭部分結(jié)構(gòu)圖 由于模頭受力較復(fù)雜，但力不算大，且摩擦受熱 ，所以模頭材料需要高的硬度和耐磨性。 模頭與限位軸有同心度要求。模頭中間打有換氣孔，此處的氣孔僅為保持氣壓穩(wěn)定，無加工要求。 （ 5）專用夾具 本次設(shè)計(jì)由于易拉罐屬薄壁工件，薄壁零件是較難加工的零件，這類零件在力作用下，容易引起和產(chǎn)生熱變形、振動(dòng)變形，影響工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度，這類零件的壁厚與它的徑向、軸向尺寸相比較，相差懸殊，所以薄壁類零件的剛性較差，易變形，裝夾成為加工質(zhì)量和提高效率的關(guān)鍵。 由于易拉罐的外包裝面有光潔度要求，金屬夾具直接夾緊之后，不能有周向移動(dòng)，但是外面容易被刮花，不符合要求，因此不易采用金屬材料直接夾緊易拉罐罐體作為夾具，只有采用非金屬材料來夾緊定位。 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 9 易拉罐的定位方法如下：通過橡膠套限制其周向移動(dòng)，夾具桶體的夾緊及夾具底部的仿形凸臺(tái)限制其軸向移動(dòng)，這樣易拉罐的六個(gè)自由度均被限制，達(dá)到夾緊目的。豎直方向有一根軸，上軸端有螺紋孔，與夾具桶體連接。做成階梯軸來降低軸的重量，降低腳踏力度。 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 10 3 虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念及相關(guān)技術(shù) 虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念 虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法 , 這些數(shù)字模型即虛擬樣機(jī) ( Virtual Prototype , VP) , 將不同工程領(lǐng)域的開發(fā)模型結(jié)合在一起 , 能從功能、性能和行為上模擬真實(shí)產(chǎn)品。 傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法是“ 由下到上” , 即從部件設(shè)計(jì)到整機(jī)設(shè)計(jì) , 這種方式的弊端是過分注重細(xì)節(jié)而忽略了系統(tǒng)整體性能。虛擬樣機(jī)開發(fā)技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)相比 , 具有如下特點(diǎn) : （ 1） 面向系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)。 （ 2） 涉及產(chǎn)品全生命周期。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員也可地進(jìn)行交流 , 協(xié)產(chǎn)品的開發(fā) 支持分布式協(xié)同設(shè)計(jì)。支持不同領(lǐng)域人員從不同角度對(duì)同一虛擬產(chǎn)品并行地進(jìn)行測(cè)試、分析與評(píng)估活動(dòng)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程正如物理樣機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)展過程中從 CAX 向集成優(yōu)化的現(xiàn)代集成 制造系統(tǒng) ( CIMS) 的發(fā)展歷程一樣 , 復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)開發(fā)已成為一個(gè)系統(tǒng)工程復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程。 虛擬樣機(jī)技術(shù)的相關(guān)技術(shù) 機(jī)械系統(tǒng)的種類繁多，虛擬樣機(jī)分析軟件在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 11 還需要融合其他相關(guān)技術(shù)。 一個(gè)優(yōu)秀的虛 擬樣機(jī)分析軟件除了可以進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析以外，還應(yīng)該包含一下技術(shù)： （ 1） 幾何形體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) （ CAD） 軟件和技術(shù)。 （ 2） 有限元分析 （ FEA） 軟件和技術(shù)。或者利用有限元分析對(duì)構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變和強(qiáng)度進(jìn)行進(jìn)一步的分析。虛擬樣機(jī)軟件運(yùn)用開放式的軟件編程技術(shù)來模擬各種力和動(dòng)力，例如：電動(dòng)力、 液壓氣動(dòng)力、風(fēng)力等等，以適應(yīng)各種機(jī)械系統(tǒng)的要求。虛擬樣機(jī)軟件可以運(yùn)用傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的控制理論，進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真分析。 優(yōu)化分析軟件和技術(shù)。 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 12 4 基于 Solidworks 軟件的虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 近年來 , 虛擬樣機(jī)技術(shù)已在產(chǎn)品 開發(fā)的各個(gè)領(lǐng)域和不同階段取得多研究成果和成功應(yīng)用。福特、 Caterpillar、 John Deere 等國外著名公司也廣泛采用虛擬樣機(jī)技術(shù) , 以減低開發(fā)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)和成本 , 改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量 , 并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面則側(cè)重于虛擬樣機(jī)技術(shù)的在各領(lǐng)域的應(yīng)用研究。各研究院所紛紛開展虛擬樣機(jī)技術(shù)在汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航天航空業(yè)、國防工業(yè)及通用機(jī)械制造業(yè)等方面的應(yīng)用研究、仿真分析及二次 開發(fā)。 SolidWorks 軟件簡介 SolidWorks 的功能與特點(diǎn) Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。 對(duì)于熟悉 微軟 的 Windows 系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用 SolidWorks 來搞設(shè)計(jì)了。 SolidWorks 資源管理器 是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD 文件管理器，用它可以方便地 管理 CAD文件。 在目前市場(chǎng)上所見到的三維 CAD 解決方案中， SolidWorks 是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一。 Solidworks 虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件集成 SolidWorks 的應(yīng)用 CAD 實(shí)體建模僅是整個(gè)設(shè)計(jì)過程的一環(huán) ,Solidworks 主要用于完成零件設(shè)計(jì)、裝配體設(shè)計(jì)和自動(dòng)生成工程圖。 反之修改三維尺寸也會(huì)有同樣結(jié)果。另外 , Solidworks 中有一特征管理員 , 通過它可以隨時(shí)隨地修改某一特征元素的幾何尺寸 , 而不必考慮各幾何特征的相互關(guān)系和先后次序 , 極大地方便了設(shè)計(jì)人員 , 提高了設(shè)計(jì)效率。其中 IPA 可以直觀地顯示大型裝配體并對(duì)其各個(gè)零部件進(jìn)行操作 , 可使設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段真實(shí)地看到 產(chǎn)品的實(shí)際形狀 , 并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行交互設(shè)計(jì)。當(dāng)給模型指定一個(gè)載荷時(shí) , 設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫即自動(dòng)更新。用戶可定義光源、反射度、透明度以及背景景象。 虛擬樣機(jī)技術(shù)的相關(guān)技術(shù)主要包含 6 個(gè)方面 ， ① 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ((CAD)技術(shù)。 ② 有限元分析 ((FEA)技術(shù)?；蛘呃糜邢拊治鰧?duì)構(gòu)件應(yīng)力、應(yīng)變和強(qiáng)度進(jìn)行進(jìn)一步的分析。虛擬樣機(jī)技術(shù)還必須提供驅(qū)動(dòng)力元件，還模擬各種載荷，比如電動(dòng)力、風(fēng)力等 。利用實(shí)物進(jìn)行測(cè)量，然后通過反求工程，快速建立機(jī)械系統(tǒng)模型。虛擬樣機(jī)技術(shù)還可以運(yùn)用控制理論，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。 ⑥ 優(yōu)化技術(shù)。 基于 Solidworks 虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)方法 根據(jù) Solidworks 提供的功能特點(diǎn) , 可以采取圖 42 的步驟和方法進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)和分 [12]。 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 15 5 易拉罐翻邊機(jī)零件建模設(shè)計(jì)及虛擬裝配 要對(duì)機(jī)械 系統(tǒng)進(jìn)行仿真 , 首先要建立機(jī)械系統(tǒng)的裝配模型。 另一種方法是直接在裝配體模型中根據(jù)零件特征和尺寸關(guān)聯(lián)建立起各個(gè)構(gòu)成零件 , 即自頂向下的建模技術(shù)。 利用拉伸、陣列、切除、掃描、鏡像等特征，建立易拉罐翻新機(jī)主要零部件的三維參數(shù) 化模型 .包括軸、支架、帶輪、擋板、上下壓模、旋壓機(jī)頭、上端蓋、夾具裝置等10 多個(gè)零件。在建模過程中，充分利用參數(shù)化尺寸、方程式共享數(shù)值、配置、派生零件等參數(shù)化設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)重用技術(shù)，便于虛擬裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)不合適時(shí)對(duì)其進(jìn)行修改。雙擊桌面的 SolidWorks 圖標(biāo)打開界面。在打開的界面中單擊【文件】 【新建】。選擇上視基準(zhǔn)面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進(jìn)入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖 1 如下。如下圖 52 所示 圖 52 拉伸凸臺(tái) 1 3）創(chuàng)建草圖并拉伸底板。并選擇拉伸凸臺(tái) 2 特征，輸入拉伸尺寸，然后單擊 ，即可完成實(shí)體的創(chuàng)建。選擇基準(zhǔn)面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進(jìn)入草圖繪制狀態(tài)，繪制矩形草圖 3 及 3D 草圖 1，如下。如下圖 54 所示 圖 54 拉伸凸臺(tái) 4 6）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺(tái)。并選擇拉伸特征 2，輸入拉伸凸臺(tái)尺寸，然后單擊 ，即可完成實(shí)體的創(chuàng)建。選擇基準(zhǔn)面，單 擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進(jìn)入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖 6 及 3D 草圖 3，如下。如下圖 56 所示 圖 56 拉伸凸 臺(tái) 7 8）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺(tái)。并選擇拉伸特征 2，輸入拉伸凸臺(tái)尺寸，然后單擊 ，即可完成實(shí)體的創(chuàng)建。選擇基準(zhǔn)面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進(jìn)入草圖繪 制狀態(tài)，繪制草圖 9 及 3D 草圖 6，如下。如下圖 58 所示 圖 58 拉伸凸臺(tái) 10 10）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺(tái)。并選擇拉伸特征 2，輸入拉伸凸臺(tái)尺寸，然后單擊 ，即可完成實(shí)體的創(chuàng)建。選擇基準(zhǔn)面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進(jìn)入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖 11，如下。如下圖 510 所示 圖 51