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旋转式压片机冲模和轨导的磨损分析

旋转式压片机是一种多冲模压片机,冲模均匀排列在转盘的边缘,当装盘转动时,上下冲杆沿着固定的轨导作升降运动,充填、加压、出片连续进行。
一、         上冲杆在运动中与轨导的受力分析
上冲杆在运转中除加压时和压轮接触受压轮的压力和颗粒的反作用力,其它工步都是和轨导接触,受轨导的支承力和滑动摩擦力,受力分析如下图:
 
在竖直平面上冲受重力G,轨导对冲杆的支承力F和转盘孔对冲杆的压力N。
 
根据力的平衡条件    N=F×sinα=Fx
G=F×cosα=Fy
式中α为冲杆与轨导的接触平面和冲杆径向之间的夹角,该夹角的大小直接影响冲杆和轨导的磨损。
当夹角α为45°时,
Fx=Fy=Fsin45°=√2/2F,
此时冲杆所受向上的力和沿径向向外的力大小相等,上冲在出片上行时无法向上运动,因此夹角必须小于45°,上冲才能正常运行,一般应为30°至40°为易。由于加工制造误差,当上冲杆与上轨导接触间隙较大时,往往上冲的提升斜面和轨导的过渡圆角相接触如图
 
虽然冲杆尾部的斜面与轨导的斜面都小于45°,但实际接触点不在斜面而在过渡圆弧的A点,A点的切线与径向的夹角显然大于45°,此时冲杆受到的径向力大于轴向力,即Fx﹥Fy。冲杆在力偶Fx和N的作用下很难向上运动,在强制向上运动中冲杆斜面与轨导接触处发生较大的摩擦力,一般来说摩擦力表面是由许多形状类似而大小不等的粗糙峰所组成,滑动摩擦力较大时,表面摩擦峰相互嵌入,表面处于塑性变形状态,由于变形热和摩擦热集中在很小区域,因而接触点产生瞬时高温。目前使用冲杆或轨导的材料一般为轴承钢,该材料淬火后在常温下硬度较高,但高温时硬度剧骤降,不像高速钢那样具有“红硬性”,因此接触点温度升高时材料达到屈服极限бs,材料开始塑性流动,在接触处将产生被剪切断裂性划伤,使冲杆或轨导报废,甚至损坏设备。
为避免上轨导单边提升冲杆的缺点,目前许多压片机的上冲上行轨改成双向提升的形式,这样双边产生的轴向力相互抵消,减少磨损提高冲杆和轨导的使用寿命。
 
二、         下冲杆和下轨导的接触磨损情况
下导轨装置位于转盘下方的主体上,主体为一方实体,左右槽内装有下压轮,其平面的圆边外装有对称的两副经过热处理的下导轨,下导轨有凹槽,并用螺丝紧盯在主体平面上形成一定坡度,当下冲在运动时,它的尾部嵌在导轨槽内,随着槽的坡度做升降运动。下导轨的材料一般为轴承钢GCr15,其淬火硬度一般控制在HRC60以下,主要磨损表现在顶出片时,冲杆端部与出片轨斜面的摩擦。
出片时下冲杆受力如图
             
受:动力F
冲杆自重和片剂的压力之和T
出片轨的支持力N
与出片轨之间的摩擦力f
冲杆在这四个力的作用下处于匀速圆周运动,不考虑离心力和力偶因素,按共点力平衡条件
∑Fx=F-Nsinα-fcosα=0
∑Fy=F-Ncosα-fsinα=0
式中α位为下冲上行轨斜面与水平面的夹角,f为摩擦力与冲杆底面和轨导斜面的接触情况有关。
从上式可见当动力F一定时,α越小,摩擦力越小,在运转过程中出片越顺利,这就要求在设计加工中,尽量减小出片轨的螺旋升角,考虑到安装空间,升角一般定在10 °左右,为减少摩擦力,冲杆端部、出片轨斜面要减小粗糙度,提高光洁度,一般控制在Ra0.2---0.4,并抛光处理,以便把摩擦降低到zui低。
减少冲模和轨导磨损,除合理设计结构外,还应在摩擦面增加润滑油膜,上冲油膜不要太多以免污染片剂。下冲与导轨的接触面要始终有油膜起润滑作用,以减少摩擦力,提高耐磨性,延长冲杆和轨导的使用时间,降低费用,减少生产成本,提高经济效益。
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