摘要-钣金冲压工艺是各行业的重要组成部分。在小型工业中，通常采用手工操作的钣金冲床。所采用的设计涉及到机械和自动化等特性，这些特性采用微控制器。本计画设计气动控制冲孔机，对铝塑等不同材质的1-2mm薄板进行冲孔作业。减少冲头力是本计画的主要目标，是通过修改冲头工具设计来实现的。从而降低了对冲孔力的要求，研制了气动数控机床。该项目的第二个目标是减少设置。在冲孔过程中改变两孔之间的节距时，为新节距设计而设置机器会浪费大量时间。在这个项目中，我们通过微控制器控制机器来减少这个时间，通过微控制器我们可以自动改变节距，而无需改变机器的设置，通过计算机编程输入节距的变化。

关键词：钣金冲压，自动冲孔机，聚氨酯管，数控冲床。

1导言

当今世界越来越注重实际，越来越重视降低成本，因此，钣金冲压工艺必须以经济的操作方式进行，更容易实现批量生产，并对其他技术参数进行更大的控制。在大多数钣金工序中，冲压是工序中的主要工序。将此操作自动化可以缩短时间，也可以减少人力。自动化是机械工作与电子工作相结合的过程。利用计算机和指挥软件操作和控制生产的自动化系统。自动化这一过程的原因可能是为了减少制造提前期、提高劳动生产率或提高工人的安全。在这些装置中，高压空气用于以所需的压力移动活塞，活塞由改进设计的冲头组成，以将金属板冲压成所需的形状和尺寸。然后得到薄而平的金属片。它是金属加工中使用的基本形式之一，可以切割和弯曲成各种不同的形状。金属板可以是扁平的，也可以是卷曲的。金属板材在汽车车身、飞机机翼、医疗桌、建筑物屋顶和许多其他方面有着广泛的应用。

1.1 问题陈述

 

在传统的气动冲孔机中，所有的操作都是手动控制的，因此降低了生产率，并因此降低了产品的精度。在传统的气动冲孔机中，为了适应新的节距，往往要花费大量的时间来改变机床的设定值。为了克服上述问题，解决的办法是使用数控冲床，但是数控冲床的成本很高，小型工业负担不起数控冲床的成本。

1.1 目标

 

1.       使系统用户友好。

2.       尽量缩短机器的设定时间。

3.       开发一种需要较少劳力且易于非熟练工人操作的机器。

4.       以最低成本开发机器。

2甲烷学

 

最初，我们倾向于通过考虑标准冲床的所有参数以及商品的生产需要（如板材厚度和要冲孔的直径）来设计机器。一经取得商品信息，按规定的压力和计算出的压力从目录中指定气瓶。一旦选择了气瓶，就要选择相反的气体元件，如DV阀和气体软管。一旦选择了所有的气体元素和处理元素，我们往往会选择替代电气和电子元件，如直流电机和微控制器，传感器。一旦完成的元素和风格的机器，我们倾向于创建三维cad模型。

 

2.1材料选择

 

2.1.1框架

 

这个框架是用钢制成的。因为，钢材在市场上很容易买到，而且使用经济。它具有高塑性和高韧性等明显的力学性能。钢的含碳量从0.15%到0.25%不等。在碳含量范围内，这种钢的最终强度和抗压强度随碳含量的增加而增加。

 

2.1.2剪刃

 

切割刀片由热加工钢材料制成。刀片需要经得起高切削力，这将通过将高速钢作为刀片材料来实现。高速钢提供可靠的韧性，并保持明显的耐磨性。一个典型的成分是：十八种金属元素，四维金属元素，一种是V，0.7%的碳，其余的是铁。

 

2.2 设计计算书

 

2.2.1压力计算

压力=切削力+剥离力

铝板样计算

这里是一个计算不同厚度铝板所需冲孔力的示例。

•周长，L=31.41 mm。（D=10mm时）

•如果板材厚度，t=1mm。

•铝的最大抗拉强度，Tmax=180 N/mm2

•总切削力=L x t x Tmax

= 31.41 × 1 × 180

=5654.86牛

•剥离力=切割力的15%

=848.229牛顿

•压力=切割力+剥离力

=5654.86牛顿+1350牛顿

=6503牛顿

2.2.2减少的冲头力计算

所需的力减小了，可以通过公式看出，

F=Fmax.K.tK.t+1

哪里，

F=提供剪力后的折减力，单位：牛顿（N）

Fmax=冲压厚度为t的板材所需的最大力（单位：牛顿（N））K=穿透率t=板材厚度（单位：mm）

I=工具的剪切量（以t为单位），单位：mm

铝板

1） 对于I=t/5&K=0.6 F=0.75Fmax

2） 对于I=t/4&K=0.6 F=0.705Fmax

3） 对于I=t/3&K=0.6 F=0.643F最大值

4） 对于I=t/2&K=0.6 F=0.545Fmax

5） 对于I=t/1&K=0.6 F=0.375Fmax

我们选取经验关系式为，F=0.375Fmax

因此，I=t/1，K=0.6，F=

最大0.375Fmax

因此，F=0.375 X 6503 N

F=2500牛

因此，在给冲头施加剪切力后，减小的力为2500N。

我们选择的冲孔力范围为2000N–2500N。

2.2.3气缸计算

•双作用气缸

•延伸行程（工作行程）

•F=P x A

式中，F=冲孔力

P=工作压力

A=圆柱体面积

因此，2500=（12 x 10^5）x（π/4 x D^2）

直径=25mm

因此，我们从目录中选择25mm x 40mm双作用气缸。

2.2.4冲头设计修改

如果冲头的表面是传统的运动轴，整个周长是在同一时间削减。通过倾斜冲头表面的角度，这一特点被称为剪切，切削力大大降低。边缘现在是以一种非常进步的方式切割的，几乎像剪刀的一次尝试。

 

 

2.2.4设计

CATIA V5R20代码用于生成和建模。刀片样式问题包括：

•间隙通常为织物厚度的100%至100%。

•较高的刀片成角，因为切割从一个表面加工到另一个表面加工，因此减少了所需的力。

•采用切割型切割刀片。

•方刃刀片最受欢迎，而不是刀口。

框架样式问题包括：

•根据所用切割刀片的长度，选择框架的尺寸。

•框架的长度是为了使机器紧凑，并结合起来，以适应切割的长度。

 

 

图2.2.4

三。组件

3.1微控制器

•微控制器是一种紧凑的微电路，设计用于控制系统中的特定操作。典型的微控制器在一个芯片上包括处理器、存储器和输入/输出（I/O）外围设备。Atmega328是由Atmel公司生产的一种非常时尚的微控制器芯片。它是一个8位微控制器，具有32K的非易失性存储器、1K的EEPROM和2K的内部RAM。Atmega328是所有微控制器芯片中的一个，该区域单元与受欢迎的Arduino板一起使用。

•微控制器ATmega328P

•工作电压：5V

•数字I/O引脚

•14（其中6个提供PWM输出）

•PWM数字I/O引脚6、模拟输入引脚6、闪存32 KB（ATmega328P），其中0.5 KB由引导加载程序使用。

 

图3.1微控制器

3.2 直流电动机

直流电动机由机械装置、线圈、转子和带电刷的电气开关组成。电机内部两个磁场之间的极性相反，导致其显示。直流电机面积单位最佳风格的电机和面积单位使用的单位电器，如电动剃须刀，并在电动车窗的汽车。直流电动机可以是一种将电能转化为旋转能量的机器。它的运动是由电磁的物理行为引起的。直流电动机内部有感应器，用来制造磁场以产生运动。

•转速：12伏时为30转/分

•总长：92mm

•刷子类型：贵金属

•齿轮头长度：21mm

•输出轴：居中

•轴直径：6mm

•轴长：19mm

•齿轮组件：重型金属齿轮

•电机重量：500gms

•直流电源：4至12V

 

图3.2直流电机 

3.3 5 X 2电磁阀

电磁阀是一种管理装置，一旦通电或断电，可以关闭或允许流体流动。这个机构的形状像磁铁。一旦通电，就会形成一个磁场，在弹簧的作用下拉动柱塞或旋转线圈。5/2方法可以是一个5端口，2位阀，它将流体或空气放入双作用装置的一个表面，同时允许另一个表面排气口排气。直接作用的区域单元线圈阀，该区域单元严格由阀内的磁引力激活，不依赖流体辅助。

  

图3.3 5 x 2电磁阀

3.4双作用气缸

双作用气缸在每个表面都有一个端口，每个端口都配备有液压油，用于活塞的伸缩。如果市场上没有外力来缩回活塞，则使用双作用气缸，或者在每个行驶方向需要较大力的情况下使用双作用气缸。双作用气缸（DAC）利用空气的力量在每个伸展和收缩冲程中进行操纵。他们需要两个端口允许空气进入，一个用于投掷，一个用于凸轮冲程。。

•型号：SC25x40

•动作类型-双动作

•材料-铝合金

•孔径-25mm

•行程长度-40mm

 

 

图3.4双作用气缸3.5压缩机

压缩机是一种机械装置，它通过减小气体的体积来增加气体的压力。空气压缩机是一种特殊类型的气体压缩机。压缩机与泵相似：两者都能增加流体的压力，并且都能通过管道输送流体。

 

图3.5压缩机

 

3.6聚氨酯管

 

聚氨酯管用于输送气动流体，即压缩空气。聚氨酯是塑料和橡胶中性能最好的。它提供耐磨性和撕裂性，高拉伸强度和伸长率值，并具有低压缩。

 

 

图3.6聚氨酯管

 

 

3.7压路机

 

辊子用于支撑通过辊子的板材。这些辊子通过给定的送料，在自动化的帮助下使金属板保持坚硬并向前通过。这些辊子在直流电机的帮助下以电子方式操作。

 

图3.7滚筒

 

 4工作原理

 

纸张将通过送纸辊送纸。辊子上的齿轮装置与供给薄板的直流电机啮合。将使用感应接近开关/传感器，它检测金属板，并同时记录金属板的长度，因为金属板经过金属板。一旦检测到，这些信息将作为输入发送到包含一系列继电器的微控制器电路。微控制器执行与写入一致的计算。来自微控制器的输出将被发送到电控电磁阀（电磁阀）。阀门管理机构根据收到的信号启动。与进给辊上的齿轮装置啮合的直流电机接收来自接近开关的输入，从而可以启动/停止。此方法提供了沿需要切割的所需长度输入各种板材的方法。

 

 

图4方框图

 

5结论

         确定了气动切割与液压冲孔机相比成本极低。切削厚度的变化将通过不当的气团机械装置和额外的硬化刀片而膨胀。这种机器有利于小型板材切割行业，因为他们买不起昂贵的液压切割机。随着自动化程度的提高，它提供了输入要切割的板材数量和所需板材长度的功能。因此，随着操作精度的提高，大大的减少了人工成本。