1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 非晶铁芯裁剪机裁剪装置设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 非晶铁芯是制作非晶合金变压器的主要材料。非晶合金材料的突出特点是铁磁损耗低，所以非晶合金变压器的空载损耗低。当用非晶合金铁芯 用于油浸变压器时可有效减排 CO、 SO、 NO 等有毒的气体，因此非晶合金材料另一个 突出特点就是环保，故被称为 21世纪电力中的“绿色产品”。非晶铁芯变压器应用越来越广，需求量越来越大。 本次毕业设计内容为非晶铁芯变压器所用板材的裁剪机设计。裁剪前首先把由送料机送过来的非晶铁芯材料固定和压料
2、，再把料头牵引到指定地点，再由后面的拉料装置把非晶铁芯拉过裁剪机，由裁剪机进行裁剪。故本毕业设计主要设计了压料装置，料头牵引装置和裁剪装置。在查阅大量的资料和进行了方案比对的基础上，对各装置进行了结构设计和必要的计算校核，绘制了 零件图和装配图，完成了剪切机的设计。 关键词： 非晶铁芯，裁剪机，压料装置，送料装置 II Amorphous core Cutting Machine cutting device Design Abstract Amorphous alloy is the main material of amorphous alloy transformer. The feat
3、ure of morphous core salient transformer is low magnetic loss.Therefore, the non-load loss of amorphous alloy transformer is low. Since amorphous core transformer can reduce the emission of toxic gas,such as CO,SO,NO, the prominent feature of amorphous alloy material is environmental friendly.It is
4、known as the power in the 21st century called as“green products”. More and more amorphous cores are increasingly demanded. The content of graduation is the design of cutting machines for amorphous core material which is used in transformerl. First, the amorphous core material is feeded and fixed, th
5、en, head of traction material send the material to the designated location. Pulling of the amorphous core material from cutting machine is by the pull-back device and then cutting is done. The main design of the graduation project is pressing device, material head fixer and cutting devices.Based on
6、a lot of information collection, comparison of design schemes and a lot of part drawing and assembly drawings, the author finished the design of cutting device of cutting machine. Key words: amorphous core, cutting machines, pressing device, feeding device III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 5 1.1课题
7、的背景和意义 . 5 1.2课题国内外发展现状 . 5 1.2.1 非晶铁芯的发展现状 . 5 1.2.2裁剪装置的发展现状 . 7 1.3课题设计的主要内容 . 8 2设备方案设计和结构设计 . 9 2.1裁剪装置设备的总体方案设计和结构设计 . 9 2.2压料装置的方案设计和结构设计 . 10 2.2.1压料装置的方案设计 . 10 2.2.2压料装置的结构设计 . 11 2.3料头牵引送料装置的方案设计 . 11 2.4裁剪装置的方案设计 . 13 2.5机架的方案设计和结构设计 . 14 3设计计算和校核 . 16 3.1连接 销 设计计算和校核 . 16 3.2液压设备设计计算和校核
8、 . 17 3.2.1液压缸设计计算和校核 . 17 3.2.2液压输出传动轴设计计算和校核 . 18 3.3裁剪装置设计计算和校核 . 19 3.3.1裁剪刀具夹紧机构设计计算 . 19 3.3.2裁剪冲裁力设计计算和校核 . 20 结束语 . 21 参考文献 . 22 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 23 图纸目录 . 20 附录图 1 裁剪装置总装配三维模型 . 24 附录图 2 压料装置三维模型 . 24 附录图 3 剪切装置三维模型 . 25 附录图 4 料头牵引装置三维模型 . 25 附录图 5 连接零件 CAD图 . 26 IV 附录图 6 刀架 CAD图 . 26 附
9、录图 7 挡板零件 CAD图 . 27 附录图 8 定料板 CAD图 . 27 附录图 9 定料板导杆 CAD图 . 25 非晶铁芯裁剪装置裁剪机的设计 5 1 绪论 1.1课题的背景和意义 非晶合金材料是一种新型合金材料，是一种各向同性的软磁性材料。非 晶合金变压器就是用这种新型导磁材料 -非晶合金制作铁芯的变压器。非晶合金材料的突出特点是铁磁损耗低，所以非晶合金变压器的空载损耗低，与 S9系列变压器相比负载损耗基本相近，但是空载损耗下降 70%-80%、空载电流下降40%-60%1。选用非晶合金为铁芯的变压器，其还有一个特点就是环保。在环保方面，当用非晶合金铁芯用于油浸变压器时可有效减排
10、CO、 SO、 NO等有毒的气体，所以可以称其为 21世纪电力中的“绿色产品” 2。非晶合金是同时具有制造过程节能和使用过程节能的“双节能”型材料，其在配电变压器中的推广应用将 成为我国电网节能降耗的重要手段之一。目前，配电变压器用非晶带材的批量生产与供应基本为日立金属所垄断，随着世界范围内的节能环保呼声的日益高涨，国内外对非晶合金的需求越来越大，也越来越迫切，我国的节能环保上面临的压力更大。因此，发展节能型非晶配电变压器已引起人们特别重视。我国目前仅有千吨级非晶生产能力，远不能满足国内的市场需求。保守估计，国内已在数万吨的非晶带材供应缺口，为打破这种原材料受制于人的局面，迫切需要自主发展万吨
11、级非晶产业 3,4。 目前 ,非晶变压器在世界范围内需求扩张和广泛运用，非晶铁芯的生产设备在不断的跟新中不断改进和完善。目前国内市场中能生产非晶合金变压器的厂家多达几十家，但是能批量规模生产并且能够达到一流水平的并不多，所以非晶合金变压器的技术研究还是重点课，非晶合金变压器的主要材料非晶铁芯的生产设备将来会得到更好的设计和改进。对于非晶带材生产中的裁剪设备的开发会在很大程度上影响非晶变压器的生产，对于裁剪设备的设计也是一个技术研究难点。 国内 目前 非晶软磁合金生产企业中多数企业程度不同地存在批量产品质量不够稳定、产品一致性差、性能指标离散较大的问题，其主要原因是有的生产厂家技术装备差、生产工
12、序不全 ，检测手段落后，综合研发实力不强。作为新兴的产业，其发展和进步必然有一个动态过程。 1.2课题国内外发展现状 1.2.1 非晶铁芯的发展现状 自 1980年美国联信公司首次推出 15kVA 非晶合金变压器以来，非晶配电变压器有了很大的发展。目前，非晶合金配电变压器应用的最大容量已经达2500kVA。 1971 年，美国联信公司研究出了非晶合金带材后， 1982 年起美国电非晶铁芯裁剪装置裁剪机的设计 6 力研究所和 GE 公司等着手将这种带材应用到制造小型变压器上， 1988 年批量投入生产，随着技术和工艺上的突破，到 1998 年美国已有多家公司在生产，约100 多 万台在挂网运行。
13、欧洲、日本等也有较多厂家对非晶合金材料做了研究试验，如加速老化、变压器短路、冲击试验等，证明非晶合金在 30年寿命期内，空载特性稳定、运行安全可靠。至今日本约有 20多万台非晶合金配电变压器挂网运行。 2002年日本非晶金属公司已经制造出 5000kVA世界最大的非晶油浸变压器，并投入使用。同年日本“节能法”中，通过了变压器节能“领跑计划”，预计 2006年日本非晶变压器的 40%。 2003年，为了解决环保和原材料回收再利用，建立了以日本电工公司、日本非晶金属公司为中心的非晶变压器铁芯回收、循环利用体质 ，以解决环保的资源后顾之忧。印度和美国联信公司（现被霍尼尔兼并）合作自 1992 年已生
14、产非晶合金配电变压器，每年安装有万余台，其中Andha Pradash 州经过仔细核算，决定该州 100%的配电变压器均购置非晶合金的。在其他亚洲国家和地区，如孟加拉、韩国、泰国等均有非晶合金配电变压器制造厂，预计目前全球挂网运行的非晶合金配电变压器有 200万余台 5,6。 我国非晶合金变压器的研制工作始于“七五”。在国家科技攻关“非晶合金与合金”课题中将“非晶合金铁芯配电变压器研制”作为重点专题。 1986 年 5月，上海钢铁研究 所与宁波变压器厂合作，用该所研制的非晶合金带材试制出国内第一台单相 3kVA 非晶合金变压器 7。铁基非晶合金铁芯具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗 (相当
15、于硅钢片的 1/3-1/5)、低激磁电流、良好的温度稳定性。虽然目前非晶合金变压器的价格约为同容量 9 型变压器的 1.3-1.5倍，但由于空载损耗比 9 型变压器明显下降，因此，非晶合金变压器的总拥有成本仍低于 9 型变压器 10%。根据有关专家的测算，非晶合金变压器与 9 型变压器的价格比接近 1.3： 1，价格差能够在 5 年内收回，从第 6年起，可享受非晶变压器的超低损耗多带来 的收益 8。在节能降耗已成为全社会共识的今天，非晶合金变压器将逐步走到前台。目前，大中城市在春秋季节负荷较低时，空载损耗尤为突出，配网的线损率较高。采用非晶合金变压器将可以较好地解决这一问题，降低配网的线损率，
16、对配电设备的可靠运行，能源和运行费用的节约都是有利的 9。 目前，国内的生产厂家在非晶合金变压器的设计、工艺制造技术已逐步进入世界先进技术行列，国内非晶合金变压器的质量安全可靠，且价位相对较低。据了解目前国内已有企业千吨级非晶带材生产线成功喷出了 220 毫米宽带材，标记着我国在非晶材料的研究和生产达 到了国际先进水平。该企业目前已形成1 万吨的生产能力，预计 2010 年实现 10 万吨的年产量，可有效解决依赖进口带材的不利局面，为非晶合金变压器的大规模生产打下坚实的基础 10。 非晶合金变压器是我国重点推广的新型节能产品，在生活和生产中应用广非晶铁芯裁剪装置裁剪机的设计 7 泛，尤其对现行
17、低耗和环保的能源利用模式想对应，从长远来看，既可为国家节约大量能源，又能取得显著的环保效益，值得大力推广。 1.2.2裁剪装置的发展现状 非晶铁芯制造受到广泛关注。由于非晶铁芯的带材厚度仅 0.02mm，还不到普通硅钢片的十分之一，并特别脆，硬度是取向硅钢片的 5 倍，加工剪切很困难，对设备、刀具要求比较高，一般变压器制造厂家很难加工成铁芯，现在一般都是购买现成的铁芯。目前，扩大非晶合金变压器生产规模的趋势日强，非晶合金变压器铁芯制造发展较快。通常非晶合金铁芯变压器铁芯结构为有接缝卷铁芯的形式，接缝的方式有对接和搭接两种，虽然搭接的方式较对接用料多一点，但是搭接的工艺较对接容易得多，所以应用较
18、广泛。非晶合金铁芯剪切线是非晶合金铁芯制造的关键设备，前些年依靠进口，现在已可以国产化。该设备主要完成非晶合金铁芯的自动剪切和自动堆垛，剪切线采用 PLC 控制方式，伺服执行系统， 触摸屏人机操作界面及高精度机械传动机构，以保证设备的高精度、高自动化、高生产率、高可靠性。在系统功能上可以满足非晶合金铁芯系列对成型铁芯的剪切要求以及对叠接级数，搭接方式，气隙间距等参数的设置、调整。剪切刀具也是该设备的关键部件之一。非晶合金带在冲剪、卷制加工铁芯时产生应力，为了获得良好的空载损耗特性，非晶合金铁芯成型后必须采用氮气保护，在适当温度，一定的磁场条件下进行退火处理，退火工艺比较复杂，要求较高，是非晶合
19、金铁芯制造的关键工序之一。退火出炉冷却至常温，经初步测试合格后，一般要在其两侧端面涂 2mm 厚的 环氧树脂漆，待其加温固化后即可使铁芯成为一个整体，打开接缝即可进行变压器器身装配 11-13。 非晶合金变压器在各类生产生活中的实用将越来越多，所以非晶铁芯生产量将越来越大，现在非晶铁芯带材主要是通过非晶合金带材剪切机进行流水生产，它由放料机系统，主控机箱及电控系统，剪切主机系统和自动叠片及理料系统组成。 而裁剪机就是非晶合金带材生产中重要的组成部分，对非晶合金的大规模，高精度生产起着十分重要的作用，本课题就是对非晶合金裁剪机设备进行探讨和设计。 裁剪 机是利用各种操作方法来对 工件 进行切割的
20、装置，属于金属加 工设备，为 生产 车间必不可少的设备。主要对板材、棒料剪断分离的加工设备。包括直线、曲线剪板机、型材、棒材料剪断机、联合冲剪机、专用剪切机、其他剪切机等。 裁剪机是重要的板类工件加工设备，现在主要是数控液压传动裁剪机，而对非晶铁芯带材的裁剪机主要为压剪的形式，通过裁剪刀的高剪切技术来保证非晶带材的裁剪尺寸和精度。 随着数控技术的不断创新和运用，非晶合金铁芯设备也得到了不断的改进，保证了非晶铁芯生产设备的高精度、高自动化、非晶铁芯裁剪装置裁剪机的设计 8 高生产率、高可靠性 。 实现了非晶铁芯的大批量大规模的生产，对非晶铁芯的广泛运用提供了支持，确保了非 晶铁芯在各行业的大范围
21、使用。 经历了近 几 年的发展，各企业生产的数控液压 裁剪 机，都在逐步向国际主流方向靠拢。当前，数控液压 裁剪 机普遍采用整体焊接结构，经时效处理的机架，具有良好的强度、刚度和精度保持性；采用集成式液压系统伺服驱动，提高了机床运行的可靠性；剪切角度自动调整机构和刀片间隙自动调整机构，将根据被剪板料的材质和厚度，自动完成剪切角度和刀片间隙的调整；根据剪切长度，自动调节剪切行程和后挡料 的 位置 ； 此外，可配备前送料系统或后托料装置，集送料、卸料于一体，有效地提高了设备的自动化程度 14。 1.3课题设 计的主要内容 本课题设计的主要内容就是非晶铁芯材料从导料装置开始，通过压料装置，料头牵引装
22、置，再进入裁剪装置进行裁剪的设计。通过查阅书籍来确定各个部件的总体方案和相对外形尺寸，再通过模拟和分选等方式来确定参数，获得相对较合理的结构方案，再对其他重要零部件进行选择和设计计算，最后对设计的结构校核，并且绘制机械装备图纸和主要零件图纸。 非晶铁芯裁剪装置裁剪机的设计 9 2 设备方案设计和结构设计 2.1裁剪装置设备的总体方案设计和结构设计 裁剪装置到开始裁剪之前要通过送料，压料，料头牵引，到最后才开始裁剪 。各个部件之间结构需要紧凑，再送料上来以后由压料装置先固定，否则材料上来以后会在重力的作用下回料。在开始裁剪之前必须有料头牵引装置使需要裁剪的材料送到一定的地点，再由拉料装置拉到需要裁剪的尺寸，才能开始裁剪。 1 裁剪装置， 2 料头牵引装置， 3 压料装置， 4 非晶铁芯材料 图 1 裁剪过程示意图 总工作流程 ：当裁剪装置 1 剪切料以后，压料装置 3 打开，然后料头牵引装置 2 把料从右边牵引到左边的裁剪装置，由裁剪装置后面的拉料装置把料拉过裁剪装置，到要求裁剪长度以后进行裁剪，同时料头牵引装置 2恢复到右边，压料装置压住材料。当裁剪结束后再从复以上步骤。
