毕业设计（论文）防爆带挂钩成型机机械系统设计

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1、本 科 毕 业 论 文设计题目： 防爆带挂钩成型机机械系统设计 摘要在研究国内外防爆带成形机的发展状况和我国防爆带成形机械存在的问题基础上，根据零件作业的要求，设计一种利用液压传动系统为动力的防爆带成形机。成型机利用侧向冲压对挂钩部位进行弯曲加工。防爆带广泛应用于各显像屏幕设备当中，为防止显像管爆炸,从而避免产生各种安全隐患。其防爆带成形机设计成熟、结构简单、制造成本低廉，产品应用范围广。在防爆带成形机设计方案中，首先，根据对于防爆带带料的选择及成形工艺的分析等设计出合适的机械结构，并选择合适的加工流程；其次，针对弯曲的需要，计算各零件的力学性能，在设计该成形机的同时结合了原有的机械设计的方案

2、，对原有的机械设计进行改进和创新。在设计中引用了CAD技术。关键词: 防爆带成形机 传动系统 侧向冲压 弯曲加工2AbstractResearch at home and abroad explosion-proof belt forming machine development and Chinas explosion-proof belt is formed on the basis of the problems exist in mechanical, according to the requirements of parts operating, design a kind of

3、 using hydraulic transmission system for the power of the explosion-proof belt forming machine. The forming machine utilizes the side stamping to carry on the bending processing to the hook. The explosion-proof zone is widely used in various imaging screens, so as to prevent the explosion of the pic

4、ture tube, thus avoiding all kinds of safety hazard. Its explosive proof belt forming machine is mature, simple in structure, low in manufacturing cost, and wide range of products.In explosion-proof belt forming machine design, first of all, for explosion-proof belt belt material selection and formi

5、ng process analysis and design of suitable mechanical structure according to and select suitable machining process; secondly, in view of the need for bending, calculate the mechanical properties of the parts and in the design of the forming machine combined with the original mechanical design scheme

6、, to the original design of the machine for improvement and innovation. In the design, the CAD technology is cited. Key words: explosion-proof belt forming machine hydraulic transmission system lateral stamping bending processing1.绪论11.2 设计研究的主要内容11.2.1 研究内容11.2.2 研究方法21.2.3 技术路线22. 防爆带产品的零件图22.1 产品

7、的零件图23.防爆带成形机设计原理和机构方案53.1 防爆带成形机设计原理的分析、确定53.1.1方案分析53.1.2加工过程分析53.2 防爆带成形机结构方案的分析、确定64. 防爆带成形机设计的计算和结构说明84.1 弯曲力的计算84.1.1零件的材料分析84.1.2零件的工艺分析84.1.3总的工艺力的计算94.1.4公称压力的计算94.1.4模具工作部分尺寸的计算94.2标准元件的选取124.2.1 液压缸的选取124.2.2油箱的选取144.2.3阀的选取144.2.4机构材料的选取145.防爆带挂钩成形机液压传动系统的设计155.1 拟定液压传动系统原理图156.防爆带挂钩成形机装

8、配图18设计总结19参考文献20致 谢211.绪论1.1 防爆带成形机设计的目的和意义显像管是一种内部呈真空的玻璃器件，它是在高温下粘接成形的，在冷却过程中容易产生残余应力，可能会导致显像管自身爆裂，为防止显像管爆炸，目前大多数企业都采取在显像管外侧安装防爆带。目前电视机和计算机的显示器都在向大屏幕发展，由于显像管的重量是和屏幕尺寸的3次方成正比。为减小显像管爆炸带来的危险，更需要提高防爆带的质量，故对防爆带的焊接、耐热等性能和表面质量要求很严格。防爆带是经冷轧和热处理后的带材，经纵剪机裁成盘形卷料，在其表面涂有防锈层。按显像管的大小和防爆带扎紧方式不同，目前工业中一般采用0.61.00mm，

9、宽度16mm或19mm的规格的带材。本课题来源于企业，研究的对象为64cm防爆带成形机的设计，研制一种专门适用于显像管防爆带产品成形的设计开发，此设计的目的和意义主要是解决传统的人工上料，去料问题，采用传输装置全自动送料，减少人工压紧工件，劳动强度大，安全可靠性差及模具容易损坏等问题，避免工伤事故；其次是在满足冲孔折弯精度的条件下节省原材料及成本，使防爆带成形机生产的产品具有优质、高效、节能、节材、成本低等显著特点。1.2 设计研究的主要内容1.2.1 研究内容设本课题在当前防爆带成形机的基础上，设计一种在防爆带挂钩进行弯曲加工的操作简单、效率高的防爆带挂钩成形机，并且提高弯曲角度的控制精度，

10、提高所设计防爆带成形机的适用范围。设计一台64cm防爆带挂钩成形机，防爆带的上料采用全自动送料，角度控制和挂钩的弯曲由成形机中凸模、凹模来进行确定和加工。该防爆带成形机主要由液压传动系统、操作系统、工作台面、动力传动装置等部分组成。1.2.2 研究方法在充分了解现在国内外防爆带成形机的基础上，分析各种成形机的优缺点，利用已有的样品及技术，通过借鉴改进，设计出一种更加高效的防爆带成形机。设计过程中主要用到机械制造、机械设计、材料力学、动力传动装置设计等课程方面的知识。1.2.3 技术路线收集、参观、研究、查阅相关资料写出开题报告根据设计条件，进行零件制造方法分析，确定方案防爆带挂钩成形机结构确定

11、、基本参数计算、零部件设计动力设备计算选型动力传动装置、工作台面设计绘制防爆带挂钩成形机的总装配图及各非标准零件图撰写设计说明书。2. 防爆带产品的零件图2.1 产品的零件图本设计的防爆带挂钩成形机适用于弯曲防爆带厚度为1.7mm。具体对该防爆带的成形机来说，所加工防爆带的材料为Q235号钢，长度为598.4mm，宽度为469.26mm，高度为350.5mm，厚度为1.7mm，。在弯曲加工之前，防爆带已经进行了折弯加工和冲裁加工。（如图 2.1 所示）。图 2.1 防爆带产品加工前的零件简图 经过防爆带挂钩成形机加工之后，即变成图 2.2 所示的结构。图 2.2 防爆带产品的零件简图 图 2.

12、3 加工成型后的挂钩简图 对比图 2.1 与图 2.2，可得本设计所要完成的工作就是在图 2.1 所示的小孔下方加工出所需的挂钩，即图 2.2、图 2.3所示的挂钩。挂钩加工过程是一个弯曲过程，可分为三个阶段： （1）弹性弯曲阶段 此时外弯曲力矩的数值不大，应力小于材料的屈服点；（2）弹-塑性阶段 在阶段 1）的基础上，外应力继续增大； （3）纯塑性阶段 在阶段 2）的基础上，随着外应力的继续增大，毛坯的材料完全处于塑性变形阶段。 3.防爆带成形机设计原理和机构方案3.1 防爆带成形机设计原理的分析、确定3.1.1方案分析由防爆带产品的零件图可知，要实现的功能就是将图 2.1 所示的形状弯曲成

13、如图 2.2 所示。要实现这一功能可以有以下的方案：方案一：利用防爆带挂钩成形机对挂钩进行逐一加工；方案二：利用防爆带挂钩成形机对挂钩进行折半加工，即先对防爆带相邻的两个面的挂钩进行加工，在对另外两个面进行加工；方案三：利用防爆带挂钩成形机对挂钩进行同步加工。方案分析：方案一和方案二都需要两道或以上工艺才能完成，要花费更多的时间，需要安放更多的加工工作台，延长生产线的工作长度和加工工时，而使用方案三则可以有效的避免这些问题，因此本设计采用方案三。3.1.2加工过程分析为了加工得到所需的产品零件，所利用的方法就是将待加零件水平竖直置于工作台的加工位置上，然后由液压传动系统提供的动力推动加工模向挂

14、钩待加工的位置施加一冲力，使得挂钩成型。方案三主要是将加工模的凹模固定在防爆带外面要加工挂钩的各个位置，凸模模座固定在防爆带里面要加工挂钩的各个位置，主要由楔块推动凸模向前，对挂钩进行侧冲从，而弯曲成图 2.2 所示的形状。而为了防止防爆带在加工时会发生偏移，造成加工误差，在工作台上会安放适量的定位块，使得防爆带不会移动，且将防爆带垫到一定的高度利于加工。具体来说就是设计一台专用的用于挂钩弯曲成型的防爆带挂钩成形机，如图 3.1 所示为待加工零件的受力分析过程，要使挂钩弯曲达到所需要的形状即可（加工过程受力如图 3.1所示）。 图 3.1 零件加工过程受力简图 3.2 防爆带成形机结构方案的分

15、析、确定通过设计原理的分析、确定，结合所给的任务书，可以基本确定防爆带成形机的大概轮廓。加工时，施加在零件上的力要求是一恒力，且在加工完成之后，该力可以撤除以便取走加工件，则可以选用一个单杆双作用的加紧液压缸做来提供动力，液压缸竖直安放在工作台下，通过活塞杆的伸缩运动对零件进行加工。液压缸机构可如图 3.3所示。 图3.2 液压缸机构1. 缸体 2.弹簧 3. 活塞 4.缸盖 5.密封圈6.法兰盖 7.活塞杆 该机构为一个单杆双作用液压缸机构，由缸体、缸盖、法兰盖、活塞、活塞杆和密封圈等组成，具体对弯曲机构来说就是液压缸。通过弯曲机结构的确定，可以定出挂钩成型机的结构和它的工作过程：即先是液压

16、缸的活塞杆先动作，同时推动楔块向下运动，推动与凸模连接的楔块向前运动冲出所要的挂钩，并且保压一段时间，完成防爆带的U形弯曲加工。加工完成后，液压缸的活塞杆向上运动，带着大楔块离开与凸模连接的小楔块，以便小楔块由弹簧带动回到原位，使凸模脱离与防爆带的接触，以便取出已加工完成的防爆带零件。由以上的叙述可知，要完成零件的加工，最关键的就是有能够弯曲力的机构。4. 防爆带成形机设计的计算和结构说明4.1 弯曲力的计算4.1.1零件的材料分析Q235，属于碳素结构钢,查冷冲压工艺及模具设计附表1可知其抗剪强度=310-380MPa,抗拉强度为=380-470MPa，断后伸长率=21-25。此材料具有良好

17、的塑性和较高的弹性,其冲压加工性能好。根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行弯曲加工。4.1.2零件的工艺分析在整个设计过程之中，最终要达到的目的就是要将防爆带加工出挂钩，即如产品的零件图所示的形状。则在整个设计计算过程之中首先应从弯曲零件所需的弯曲力入手。弯曲力的大小不仅与毛坯尺寸、材料的机械性能、凹模支点间的距离、弯曲半径以及模具间隙等因素有关，而且与弯曲方式有很大的关系，因此要从理论上来计算弯曲力是很复杂的，计算的精确度也不高，通常在生产中是采用经验公式或经简化的理论公式来计算。 弯曲有自由弯曲和校正弯曲之分，自由弯曲即在弯曲的过程之中，被弯曲的部分没受到外部的阻碍，而校正弯曲是在弯

18、曲的过程之中在外部对弯曲部位施加一个阻力来限制弯曲件的自由变形。 在本设计中，零件的弯曲属于校正弯曲。查冲压手册可得U形件的计算公式为: 式中：-校正弯曲力，单位为 N； B-弯曲件的宽度，单位为 mm； t-弯曲件的厚度，单位为 mm； r-弯曲件的内半径，单位为 mm； -材料的强度极限，单位为 MPa；由于带料的材料为Q235钢，材料的厚度为t=1.7mm.由于查冲压手册，Q235钢所对应的最小的折弯半径分为两种情况：当弯曲线垂直于扎制方向时为0.4t（t为材料的厚度），当弯曲线平行于扎制方向时为0.8t。又由于在加工过程之中难于知道扎制的分布情况，则假设弯曲线平行于带料内的扎制方向，因

19、此：=0.8t=0.8*1.7=1.36mm 此时的所在的层为材料变形的中性层，也是该材料所能折弯的最小半径，而在本设计之中，防爆带挂钩弯曲后内侧的半径为2.36mm，大于弯曲的最小半径，因此零件能加工， 又由折弯产品的零件图2.1可知防爆带挂钩的宽度为4.67mm，厚度t=1.7mm，弯曲内侧半径 r=2.36mm，零件的强度极限=380-470MPa，此处取=470MPa。则材料的校正弯曲力为：以上即为一个挂钩进行弯曲加工时弯曲力的计算过程，也就是说在弯曲挂钩的过程之中，液压缸通过弯曲机构的转化最终作用在一个挂钩上的力不能小于2.073KN。4.1.3总的工艺力的计算 F总-总的工艺力；以

20、上即为挂钩进行弯曲加工时，液压缸通过弯曲机构的转化最终作用在挂钩上的力，该力不能小于2. 9022KN。4.1.4公称压力的计算 F公=1.2* F总=1.2*29022N=34826.4N=34.83KN. F公-公称压力。以上即为所有挂钩进行弯曲加工时，液压缸所输出的力，该力不能小于34.83KN。4.1.4模具工作部分尺寸的计算 (1)凸、凹模间隙，由冲压工艺与模具设计可知C=（1.05-1.15）t，取C=1.1t=1.87mm，(2)凸、凹模宽度尺寸。由于工件尺寸标准在内形上，因此以凸模作基准，先计算凸模的宽度尺寸。基本尺寸为22.0mm，料厚1.7mm的弯曲件未标注公差0.1mm，

21、则Lp-凸模的宽度尺寸;Ld-凹模宽度尺寸。公差取IT7级。 图4.1凸模的零件图 图4.2凹模的零件图 图4.3凹模模座 因为挂钩的加工过程并不纯粹是弯曲加工，因此其他零件的选取要按照实际的情况进行。 图4.4弯曲加工模具4.2标准元件的选取4.2.1 液压缸的选取通过弯曲力的计算，以及防爆带挂钩成形机机构的确定，可知选用的液压缸是单杆双作用式液压缸，通过4.1弯曲力的计算，可得总的校正弯曲力的大小为F总=2.9022KN，公称压力F公=34.83KN，由此可知液压缸的输出力为F输出=F公=34.83KN。通过查液压技术实用手册得液压缸的工作压力P=4MPa，确定液压缸的主要结构参数，最大负

22、载F=F输出=34830N。则液压缸内径计算为根据液压技术实用手册取圆整得液压缸内径为=125。活塞杆直径计算为：由液压技术实用手册得P=4.5MPa10MPa，取=1.33 -是速度比。根据液压技术实用手册取圆整得活塞杆直径为=63。液压缸实际有效面积计算：(1)无杆腔面积：，(2)有杆腔面积：。 活塞杆伸出速度为，则缩入速度: 活塞杆外推时流量 -无杆腔面积； -活塞杆伸出速度； -为容积效率，取=0.9.则活塞杆外推时流量；活塞杆缩入时流量: -有杆腔面积； -活塞杆缩入速度；活塞杆缩入时流量: 。由于液压缸是直接竖直安装在防爆带挂钩成形机的工作台下的，在液压缸的活塞杆上端通过螺钉与大楔

23、块连接。防爆带挂钩成形机的工作过程就是靠液压缸的活塞杆不断进行缩入、外推运动带动大楔块去推动小楔块，从而使模具加工出所需的挂钩。4.2.2油箱的选取 油箱的作用就是储油，散发油的热量，沉淀油中的杂质，逸出油中的气体。查液压技术实用手册得油箱体积的计算公式为： -系数，低压系统取24，高压系统取57，这里取4,； q-最大流量。 计算油箱体积为： ； 根据液压技术实用手册取体积为4L的油箱。4.2.3阀的选取（1）换向阀：是利用阀芯和阀体间的相对位置的改变来控制油液的流动方向接通或关闭油路从而控制执行元件的启动、停止及换向。在液压传动系统的初步设计当中，已经确定了采用电磁换向阀进行调节液压传动系

24、统中液压缸的运动顺序，采用一个三位四通的电磁换向阀来控制整个回路的循环动作。电磁换向阀可直接安装在液压站上。（2）溢流阀：主要是用来溢去系统中的多余油液，使泵的供油压力得到调整，并通过阀的作用保持所需供油压力维持恒定。本系统采用直动式溢流阀来调节系统的供油压力。（3）调速阀：是由定差阀与节流阀串联而成的组合阀，系统中使用调速阀来控制液压缸活塞杆推出和缩入运动。在系统中，液压缸的活塞杆推出与缩入时的速度和动作顺序主要由调速阀来进行控制。4.2.4机构材料的选取在该防爆带成形机设计当中，成形机机构材料的选取都选取为45钢，经查工程材料机成形工艺可得45钢常用材质为中碳调质结构钢，45钢广泛用于机械

25、制造，这种钢的机械性能很好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。5.防爆带挂钩成形机液压传动系统的设计5.1 拟定液压传动系统原理图在液压传动系统的初步设计当中，已经确定了采用电磁换向阀进行调节液压传动系统中液压缸的运动顺序，只有一个液压回路，采用三位四通的电磁换向阀来控制这个回路的循环动作。电磁换向阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制。具体的工作过程为：先是液压缸的活塞杆缩入带动大楔块向下运动，推动与凸模连接的小楔块向前完成防爆带挂钩的U形弯曲。待将零件加工完成后，液压缸将活塞杆推出，带动大楔块向上运动，脱离与小楔块的接触，凸模通过弹

26、簧退回原位置，脱离于防爆带的接触，以便取出已加工的防爆带，如图5.1所示。图5.1 液压传动系统原理图液压传动系统电磁换向阀的动作顺序表如表5.2所示。图5.2 电磁换向阀的动作顺序表以上则为液压传动系统设计过程。6.防爆带挂钩成形机装配图 图6.1防爆带挂钩成形机装配图 图6.2成形机装配图主视图1.液压站 2.液压缸 3.挂钩加工模 4.螺钉 5.大楔块6.导杆 7.铜套 8.导杆固定模座 9.定位块设计总结经过一段时间的防爆带挂钩成形机毕业设计，任务书上的任务现在基本已经完成了，本次毕业设计的结束，意味着我们的大学生活也跟着结束。在做毕业设计这段时间里，我在专业知识、查找资料和独立思考问

27、题方面的能力有了一定的提高，也从中学会了，在遇到困难的情况下，我应当如何去解决、如何去思考，通过这样对我即将踏入社会从事工作有着重要的影响。在本次设计当中运用到了大量的专业知识，例如：机械设计、机械制图、冲压工艺及模具设计、材料力学、工程材料及成形工艺、液压传动等学科。通过在设计中查阅和复习相关知识，对部分已生疏的学科又重新做了相应复习，并在曾经学过的基础上有了更深一层的理解，同时也将书本上学到的知识用到了实际当中，将单一的学科和其他配套的学科融合在一起，学会了综合思考问题，提高了自己的逻辑思维能力。在刚开始面对这次防爆带挂钩成形机设计的时候，我是无从下手，脑子一片空白，但经过工厂观看一些类似

28、的成形机和查阅一些相关的资料，遇到问题就不断查找资料和询问老师，问题解决为止，使得自己对这次设计有了新的认识，并对防爆带成形机的机构有了新的了解。解决了这些大问题以后，可以说这次设计成功了一大半。此外，在设计中还用到了一些计算机辅助设计软件，比如防爆带挂钩成形机画装配图、零件图时用到Auto CAD，从而使防爆带成形机的结构、零件的形状和尺寸得到准确的表达。这次毕业设计是对大学四年所学专业知识的一次总结，并得到了一些见解和收获，对以后的工作和学习产生了深远的影响。感谢指导老师对我的指导和关心，使我得以顺利完成毕业设计任务。由于本人理论基础和实践水平有限，错误在所难免，希望老师和同学谅解并指正。

29、参考文献1、 机械设计手册第五版 化学工业出版社；2、 机械设计手册.机架、箱体及导轨 机械设计手册编委会 机械工业出版社；3、 非标准设备设计 姚永明编 上海交通大学出版社；4、 自动化制造系统 赵东福编 机械工业出版社；5、 机械制造自动化技术 周骥平编 机械工业出版社；6、 液压技术实用手册宋景春编 中国电力出版社；7、 冲压工艺及模具设计 朱旭霞编 机械工业出版社；8、 工程材料机成形工艺卢志文编 机械工业出版社；9、 机械设计郑江、许瑛编 中国林业出版社、北京大学出版社；10、机械制图王兰美编 高等教育出版社；致 谢本毕业设计是在高级工程师王老师的悉心指导下完成的。在毕业设计期间，王

30、老师给予了我很大的帮助，刚开始接到毕业设计的题目时，我是毫无头绪，王老师不仅详细的给我讲解，还带领我们到生产的工厂观察实物，从而对设计有更为直观的理解。王老师在繁重的教学工作之余，为我这次的毕业设计创造了良好的学习条件和研究环境，并提供了丰富的研究资料。王老师承担了本次毕业设计大部分具体的指导工作，以其深厚的专业知识和丰富的实际经验，为我这次毕业后设计的指导，花费了许多时间和精力，具体的给我分析研究内容。由于王老师的关心和精心指导，本毕业设计才得以顺利完成，借此机会，我向王老师表示最诚挚的谢意。这次毕业设计中我学到了许多关于防爆带挂钩成形机的知识，也让我对大学四年所学的专业课知识进行了温故和复习，这对我今后的工作也是非常有用的。更重要的是，我学到了凡事要取得成功，必须有一个良好的心态，一步步坚持不懈的努力，不可操之过急，也不可灰心丧气。最后，我再次对王老师表示真诚的感谢和深深的敬意。21