简易铜排折弯机设计(CAD图纸+SolidWorks三维模型+说明书)

华 南 理 工 大 学 广 州 学 院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给 班学生 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1. 毕业设计（论文）题目： 某铜排折弯机设备的研发之一 2.应完成的项目： （1）查阅相关文献资料，编写开题报告；翻译相关英文文献一篇； （2）运用所学知识对产品进行工艺性分析，了解产品在生产过程中对设备的基本要求； （3）根据产品要求对设备进行内部零部件进行设计及外部结构设计；利用所学三维/二维软件绘制设备总装图，绘制主要零件的平面图； （4） 对设备进行功能设计，使之能实现预定的生产功能，达到要求，并对设备传动等进行模拟分析。 （5）出图，总图纸量不少于2张A0； （6）完成不少于1.2万字的设计说明书。 3.参考资料以及说明： （1）机械制造技术基础曾志新、刘旺玉主编 ，高等教育出版社 （2）机电系统建模与仿真：张立勋等编著，2010-02，哈尔滨工业大学出版社；（3）机电传动控制：星钟等编著，2007-07，华中科技大学出版社 （4）机械机构及应用：陈国华编著，2008-01，机械工业出版社；（5）机械技术基础机构和零件综合应用周家泽主编，2009-01，武汉大学出版社（6）选1.5万字英文翻译资料（译成中文约为5千字左右），主要内容应与机械制造等有关 （7）自选三维软件或二维软件学习资料，主要内容应包括建模、装配、工程图、设计等 4.本毕业设计（论文）任务书于 2013年1月21日发出，应于2013年5月18日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。 专业教研组（系）负责人 审核 年 月 日 指导教师（导师组负责人） 签发 年 月 日1 目录 第一章 折弯机简介 2 1 1 折弯机的应用 2 1 2 折弯机的分类与组成 2 第二章 弯曲模具的设计 3 2 1 分析零件的工艺性 3 2 2 确定工艺方案 3 2 3 进行必要的工艺计算 3 2 4 Z 型弯曲模具主要零部件设计 5 2 5 弯曲模具其他零件设计与选用 7 第三章 液压系统的设计 11 3 1 设计要求及工况分析 11 3 2 确定液压系统主要参 13 3 3 计算和选择液压元件 16 第四章 液压缸的设计 23 4 1 液压缸基本参数确定 23 4 2 液压缸结构参数确定 25 4 3 液压缸主要性能参数 36 第五章 折弯机特点分 37 结论 38 致谢 39 参考文献 40 2 第一章 折弯机的简介 1 1 折弯机的应用 折弯机技术先进 性能可靠 是较理想的板料成形设备之一 它广泛用于飞机 汽 车 造船 电器机械及轻工等行业 生产效率较高 1 2 折弯机的分类及组成 折弯机分为手动折弯机 液压折弯机和数控折弯机 折弯机包括支架 工作台和夹 紧板 工作台置于支架上 工作台由底座和压板构成 底座通过铰链与夹紧板相连 底 座由座壳 线圈和盖板组成 线圈置于座壳的凹陷内 凹陷顶部覆有盖板 使用时由导线对线圈通电 通电后对压板产生引力 从而实现对压板和底座之间薄 板的夹持 由于采用了电磁力夹持 使得压板可以做成多种工件要求 而且可对有侧壁 的工件进行加工 3 第二章 弯曲模具的设计 2 1 分析零件的工艺性 本次被折弯的零件的断面形状是 Z 形 由图 2 1 可知 零件结构简单 弯曲要求达到 尺寸的精度 弯曲半径等均符合弯曲工艺要求 图 2 1 零件示意图 结论 该零件适合弯曲 2 2 确定工艺方案 该零件是 Z 形弯曲 且该弯曲件生产批量大 材料塑性较好 所以采用一次成 形的 Z 形弯曲模 该方案效率高 2 3 进行必要的工艺计算 2 3 1 弯曲件展开长度的计算 因为 属于有圆角半径 较大 的弯曲件 所以弯曲1 50 531 rmtm 件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算 视直边区弯曲前后长度不变 圆角区展 开长度按弯曲前后中性层长度不变条件进行计算 1 变形区中性层曲率半径 2 1 1 50372 61rkt m 4 2 毛坯尺寸 中性层长度 2 2 zLlA 其中 中性层圆角部分的长度 018 2 3 003 1492 64 18Am 该零件的展开长度为 2 27 85 zLl 5 取 85mm 则毛坯尺寸为 z 85m 以上各式中 中性层曲率半径 mm k 中性层位系数 查表 2 1 得 k 0 37 r 弯曲件弯曲半径 mm t 弯曲件材料厚度 mm 弯曲件的展开长度 mm zL 弯曲中心角 0 弯角 表 2 1 中性层的位移系数 K 值40bMPa r t 0 3 0 5 1 0 1 5 2 3 4 5 6 7 8 K 0 34 0 37 0 41 0 44 0 45 0 46 0 47 0 48 0 49 0 50 2 3 2 弯曲件回弹值的计算 因为 r t 0 5 5 所以是大变形程度 大变形程度时 圆角半径回弹小 不必计算 只计算凸模角度 已知弯曲中心角 查表 2 知 校正弯曲时 回弹角做 0990 4 5 如下修正 2 6 090 37451 6K 5 则凸模中心角 2 7 0091 678 3t 该模具采用回弹补偿来减小回弹 对于 Z 形件的补偿 根据已确定的回弹角 减小 模具角度实现补偿 2 3 3 弯曲力的计算 Z 形件弯曲力 2 8 220 6 13751087 bkBtFNr 式中 F 自由弯曲时的弯曲力 N B 弯曲件宽度 mm t 弯曲材料厚度 mm r 弯曲件内圆角半径 mm 材料抗拉强度 弯曲件材料为铝 其抗拉强度 110MPa MPa b b K 安全系数 一般 K 1 3 2 4 Z 形弯曲模模具主要零部件设计 2 4 1 凸模的设计 当弯曲件的相对弯曲半径 r t 较小时 取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆 角半径 r 但不能小于材料所允许的最小弯曲半径 故minri0 30 9tm 凸模圆角半径可取弯曲件的内弯曲半径 即 r 1mm 2 9 p 2 4 2 凹模的设计 1 凹模圆角半径 凹模入口处圆角半径的大小 对弯曲力以及弯曲件的质量均有影响 过小的凹模圆dr 角半径会使弯矩的弯曲力臂减小 毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力增大 弯曲力增加 并 易使工件表面擦伤甚至出现压痕 在生产中 通常根据材料的厚度选取凹模圆角半径 当 t 2 mm 3 6 t dr t 2 4 mm 2 3 t t 4 mm 2 t dr 6 该工件厚度 t 3mm 故凹模圆角半径 板料长度很长又厚的 Z 形件236drtm 采用无底凹模进行弯曲加工降低冲压力 即该 Z 形弯曲件凹模 其底部可开退刀槽 2 弯曲凹模深度 凹模深度要适当 若过小则弯曲件两端自由部分太长 工件回弹大 不平直 若深 度过大则凹模增高 多耗模具材料并需要较大的工作行程 对于 Z 形弯曲件 凹模深度及底部最小厚度如图 2 3 所示 数值查表 2 2 可知凹模的 深度可取 35mm 凹模底部的厚度可取 h 52mm 0L 3 凹模结构 由于凹模要和工作台联接 所以要在凹模上开螺钉孔 其结构如图 2 4 所示 图 2 4 凹模基本结构图 表 2 2 弯曲 Z 形件的凹模深度及底部最小厚度值 mm 板 料 厚 度 2 2 4 4 弯曲件 边长 L h 0Lh 0Lh 0L 7 10 25 25 50 50 75 75 100 100 150 150 200 20 22 27 32 37 40 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 22 27 32 37 42 47 15 25 30 35 40 45 32 37 42 47 52 30 35 40 50 65 3 弯曲凸 凹模的间隙确定 Z 形件弯曲时 凸 凹模的间隙是靠调整凸模下止点位置 与模具设计无关 但在 模具设计中 必须考虑到模具闭合时使模具工作部分与工件能紧密贴合 以保证弯曲质 量 2 5 弯曲模具其他零件的设计和选用 2 5 1 凹模固定螺钉的选择及强度校核 凹模的固定采用内六角圆柱头螺钉 选用 GB T70 1 2000 M16 40 材料 20 号钢 由于凸模受推力 则需要对内六角圆柱头螺钉进行强度校核 在工作时 内六角圆柱头 螺钉受到剪切力和挤压力 需要校核切应力和挤压应力 其切应力计算公式为 2 10 QA 式中 Q 剪切面上的剪力 12870FN A 剪切面面积 2 11 24Ad d 内六角圆柱头螺钉截面圆的半径 凹模总共用 4 个内六角圆柱头螺钉固定 所以每个内六角圆柱头螺钉所受的切应力为 2 12 24QFAd 代入数据得 226187014MPad 查表 1 知道 45 号钢的剪切强度极限 320Mpa 即其许用切应力 可b 320ba 知 8 2 13 160320MPaPa 即内六角圆柱头螺钉的剪切强度足够 其挤压应力的计算公式为 2 14 bsPA 式中 P 挤压面上的挤压力 挤压面面积 bsA 如图 2 所示为螺钉的所受挤压力的示意图 图 2 5 螺钉受力示意图 可知其挤压面面积 挤压力为 2210610bsAldm 1287031 54FPN 所以每个内六角圆柱头螺钉所受的挤压应力为 637 528 38010bs bsPMPaaMa 所以内六角圆柱头螺钉的挤压强度足够 表 1 常用金属材料的剪切强度极限 b 金属名称 软质 退火的 MPa 硬质 冷作硬化的 MPa 铝 70 110 130 160 硬铝 220 380 紫铜 180 220 250 300 9 黄铜 220 300 350 400 20 号钢 320 400 30 号钢 360 480 45 号钢 450 560 不锈钢 520 560 2 5 2 凸模联接销轴的选择及强度校核 销轴是联接凸模和活塞杆的 在工作过程中销轴受到剪切力和挤压力的作用 所选 销轴为 GB 882 1986 D40 160 材料为 35 号钢 需要校核销轴的切应力和挤压应T 力 销轴所受剪切力及挤压力如图 3 所示 图 2 6 销轴受力示意图 1 校核圆柱销的剪切强度 圆柱销的受力如图 3 所示 a a 和 b b 两截面皆为剪切面 这中情况称为双剪 利 用截面法以假想的截面沿 a a 和 b b 将圆柱销截开 由所取研究对象的平衡条件可知 圆柱销剪切面上的剪力为 2 15 128706435FQN 剪切面面积为 10 2 16 2223 140314dAm 则圆柱销的工作切应力为 2 17 6435273 510QMPaaA 查表 1 知 45 号钢的剪切强度极限 符合强度条件 所以圆柱 b 销的剪切强度足够 2 校核圆柱销的挤压强度 圆柱销的挤压面是圆柱面 用通过圆柱直径的平面面积作为挤压面的计算面积 又 因为长度为 的一段圆柱销所承受的挤压力与两段长度为 的圆柱销所承受的挤压力相1 2 同 而前者的挤压面计算面积较后者小 所以应以前者来校核挤压强度 这时 挤压面 上的挤压力为 2 18 12870PFN 挤压面的计算面积为 2 19 221610bsAdm 所以圆柱销的工作挤压应力为 故挤 6874354020bs bsPMPaMPa 压强度也是足够的 11 第三章 液压系统的设计 3 1 设计要求及工况分析 3 1 1 设计要求 根据动作要求 先将其具体化 即 对于工作部分凸模 应完成快速前进 工作进 给 保压 快速退回 原位停止 构成一个动作循环 其快进行程为 250mm 工作进给行 程为 50mm 快进速度为 100mm s 工作进给速度 10mm s 折弯机工作部件总重量为 G 784N 快退速度允许略高或略低于快进速度 往复运动的加速和减速时间不希望超过 0 2s 动力滑台采用自制导轨 其静摩擦系数为 f 0 2 动摩擦系数为 f 0 1 液压系统 中的执行元件使用液压缸 3 1 2 负载及运动分析 1 工作负载 其工作负载为凸模所承受的弯曲力 12870N 3 1 trKBFbt 26 0 2 惯性负载 3 2 NtvgGm 402 18 974 3 阻力负载 静摩擦阻力 3 3 NFfs 156742 0 动摩擦阻力 3 4 f 8 4 运动时间 快进 3 5 svLt5 2101 工进 3 6 t2 快退 3 7 svLt 310531 由此得出液压缸在各个工作阶段的负载如表 3 1 所示 12 表 3 1 液压缸在各工作阶段的负载值 工况 负载组成 负载值 F N 推力 mF N 启动 fsF 156 8 165 加速 fdm 118 4 124 6 快进 f 78 4 82 5 工进 fdtF 12870 12870 快退 f 78 4 82 5 注 1 液压缸的机械效率 0 95 2 不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用 m 3 1 3 负载图和速度图的绘制 负载图按上面表 3 1 内数值绘制 如图 3 1 所示 速度图按已知数值 快退行程 和工进速度sv 103 ll50 221 mll30213 等绘制 如图 3 2 所示 m2 图 3 1 折弯机液压缸的负载图 13 3 2 确定液压系统主要参数 3 2 1 初选液压缸工作压力 为使液压缸的快进速度和快退速度相等 故采用单活塞杆液压缸 快进时液压缸的 进出油路用差动连接 快退时油进入有杆腔 从无杆腔排出 且取 D d 由表 3 2 2 3 3 可知 初选此液压缸的额定工作压力可取 16Mpa 表 3 2 按载荷选择工作压力 载 荷 N4105 工作压力 MPa 0 8 1 1 5 2 2 5 3 3 4 4 5 5 7 表 3 3 各种机械常用的系统工作压力 机床 机械 类型 磨床 组合 机床 龙门 刨床 拉床 农业机械 小型工程 机械 建筑机械 液压凿岩 机 液压机 大中型挖掘 机 重型机械 起重运输机 械 工 作压 力 MPa 0 8 2 3 5 2 8 8 10 10 18 20 32 3 2 2 计算液压缸主要尺寸 鉴于凸模快进和快退速度相等 这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸 A1 2A2 快进时液压缸差动连接 工进时为防止发生前冲现象 液压缸的回油腔应有 背压 参考表 3 4 选此背压为 p2 0 5MPa 14 表 3 4 执行元件背压力 系统类型 背压值 Mpa 回油路有节流阀的调速系统 0 2 0 5 回油路有背压阀或调速阀的调速系统 0 5 1 5 拉床 龙门刨床等采用辅助泵补油的闭 式回路 1 0 1 5 为了得到稳定的低速进给 以采用液压缸的无杆腔作为工作进给时的工作腔为宜 故 3 8 mPFD 241 式中 D 为液压缸的内径 活塞外径 mm F 负载力 N 无杆腔的工作压力 MPa 1p 有杆腔的背压 MPa 2 液压缸的机械效率 取为 0 95 m 代入得 41287016 5Dm 则活塞杆直径 3 9 mDd9 852 按 GB2348 80 应选用标准值分别为 D 125mm d 90mm 由此算得液压缸无杆腔和有 杆腔的实际工作面积 221 1 5907 6 mAA 凸模在快速运动时 系统中也存在一定的背压 设其为 0 5Mpa 此项背压为综合阻力 引起的 实际值未必如此之大 但设计时可取值略偏大 15 图 3 3 液压缸的不同工况图 液压缸的不同工况如图 3 3 所示 快进时缸的进出油路为差动连接 产生综合阻力的 当量液阻用 R 表示 其缸筒的力平衡方程 3 10 mFAp 21 式中 进油压力 无杆腔的活塞面积 1 有杆腔活塞的差径面积 2A F 负载力 液压缸的机械效率 m 将 代入 并整理得进口压力5 012 p210 5 48mFApMPa 工进时缸筒的力平衡方程 3 11 mFAp 21 整理并代入有关数据后得进口压力 MPaAFp 97 146 125 90780741201 快退时缸筒的力平衡方程 16 3 12 mFAp 121 整理并代入有关数据后得进口压力 211 68mpMPaA 三种工况泵所提供给系统的流量 分别为 1Q 快进 3 in 2 3 121LvQ 13 工进 3 mi 4 721A 14 快退 3 15 in 3821LvQ 上列各式中 分别为快进 工进 快退速度 其中 6 47m min 后文有3v 说明 输入功率 P 计算如下 快进 3 kWQp3 01 16 工进 3 17 86 1 快退 3 18 kpP07 3 3 计算和选择液压元件 3 3 1 确定液压泵规格及液压泵驱动电机的功率 1 计算液压泵的最大工作压力 由图 3 4 表明 液压缸的最大工作压力出现在工进阶段 其对应流量为 7 4L min 由表 3 8 知可取进油路上压力损失为 0 3Mpa 压力继电器调整压力高出系统最大工作压力 之值为 0 5Mpa 则液压泵的最大工作压力应为 3 MPapB7 1503 97 14 16 17 表 3 8 进油路总压力损失经验值 系统结构情况 总压力损失 MPap 一般节流调速及管路简单的系统 0 2 0 5 进油路有调速阀及管路复杂的系统 0 5 1 5 2 计算液压泵的流量 液压缸所需的最大流量 38 2L min 作为选择液压泵流量的主要依据 若回路中泄漏 按液压缸输入流量的 5 估计 由于溢流阀的最小稳定流量为 3L min 则液压泵的总流量 应为 3 min 1 432 805 1LqB 17 3 确定液压泵的规格和电动机功率 根据以上的压力和流量的数值查阅产品目录 最后确定选择 5ZKB725 型拄塞泵 其 参数为 额定工作压力 16Mpa 最高工作压力 25Mpa 排量 106 7ml r 额定转速 1450r min 将计算值和标定值进行比较 计算压力为 15 77Mpa 小于液压泵的额定工作 压力 16Mpa 且不在液压泵最大压力下长期工作 因而可用 计算流量为 43 11L min 所以流量也能够用 液压泵额定转速为 1450r min 满足使用要求 综上可知此液压泵可 用 由于液压缸在工进时输入功率最大 这相当于液压泵输出压力为 15 77Mpa 流量 43 1L min 如取齿轮泵的总效率为 则液压泵驱动电机所需功率为 8 0 B 3 kWqpPB 56 1208 16 437 15 33 18 根据此数值查阅电机产品目录 最后选定 Y 系列 IP44 三相异步电动机 其型号为 Y200L 4 其额定功率为 30 kW 转速为 1470 r min 电动机和液压泵之间用联轴器连接 3 3 2 确定其它元件及辅助元件 1 确定阀类元件及辅件 确定阀和各类辅助元件时 应先计算出液压缸的进出口的流量 快进 差动连接油 18 路 时 液压泵给液压缸无杆腔的流量为 3 min 2 38121LvAQ 19 从液压缸有杆腔排出的流量为 3 in 4 35071 59in 6212 Lcv 20 流经液压缸无杆腔进油口的流量 Q 忽略流经调速阀 7 的流量 3 min 6 3in 4 35mi 2 81LQ 21 工进时 进入液压缸无杆腔的流量为 3 in 4 721vA 22 从液压缸无杆腔排出的流量为 3 min 5 3071 59min 6022 LccvQ 23 快退时 进入液压缸有杆腔的流量 由于满足式 的1Qmin 2 38 121LvAQ 要求 将液压泵的流量调定为 38 2L min 故也为 38 2L min 其快退时液压缸的运动速度 为 3 min 47 601 59in 23813cLAQv 24 快退时从液压缸无杆腔排出的流量为 3 in 4 7965 12in 47 62132 Lcmv 25 将上列数据列于表 3 9 以便选定阀和各辅助元件 由图 3 3 中各种阀和其他辅助元 件的选定为 二位二通电磁阀 5 选为 DG4S2U 012A 型 其额定压力为 21Mpa 许用流量 额定流量 为 40L min 而通过该阀的流量为 35 4L min 所以该型号的二位二通电磁 阀可用 系统中各元件的选定见表 3 10 表 3 9 折弯机液压缸两腔的进出流量 L min 19 快进 工进 快退 油腔名称 进入流量 排出流量 进入流量 排出流量 进入流量 排出流量 无杆腔 73 6 7 4 79 4 有杆腔 35 4 3 5 38 2 2 确定油管 各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定 液压缸进 出油管则按输入 排 出的最大流量计算 由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进 出油量已与原定 数值不同 所以要重新计算 如表 3 11 所示 表 3 10 各工况实际运动速度 时间和流量 20 快进 工进 快退 输 入 流 量 112 65 43 659071 min8minBqALL 17 4 inqL 143 minBqL 排 出 流 量 21 5907 83265 in4 inqALL 21 5907 4265 min3iqAL 212 65 43907 1 in89inqAL 运 动 速 度 112 3 65 907 min78inBvqAm 21 7 465 in0 ivqA 312 4 5907 min ivqA 根据这些数值 由表 3 12 知油液在压力管中的流速可取 4m s 由式 计算得vqd 与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为 3 mvqd0 21641 3843 26 3 vqd13 56041 343 27 根据表 3 13 这两根油管都选用内径 25mm 外径 34mm 的 15 号钢的无缝钢管 管路 支架间距离 不得大于表 3 14 所列支架最大距离 采用焊接式管接头 钢管壁厚 的强 度计算 3 2pd 28 P 工作压力 Mpa 21 d 管子内径 mm 许用应力 Mpa 对于钢管 抗拉强度 Mpa nb S 安全系数 当 p17 5 Mpa 时 S 4 已知 15 号钢的抗拉强度 378Mpa 代入数据得 b 16253 78m 所选钢管的壁厚 3 dD2 35 423 29 所以满足条件 钢管强度足够 表 3 12 允许流速推荐值 管道 推荐流速 m s 吸油管道 0 5 1 5 一般取 1 以下 压油管道 3 6 压力高 管道短 粘度小取大值 回油管道 1 5 3 22 表 3 13 钢管公称通径 外径 壁厚 联接螺纹和推荐流量表 公 称 压 力 MPanp 2 5 8 16 25 31 5 公称通径 mm 钢管外径 mm 管接头联接螺纹 mm 管子厚度 mm 推荐管路通 过流量 L min 3 4 5 6 8 10 12 15 20 25 32 40 50 65 80 100 6 8 10 14 18 22 28 34 42 50 63 75 90 120 M10 1 M14 1 5 M18 1 5 M22 1 5 M27 2 M33 2 M42 2 M48 2 M60 2 1 1 1 1 1 1 6 1 6 2 2 2 5 3 3 5 4 5 1 1 1 1 1 6 1 6 2 2 2 5 3 3 5 4 5 6 1 1 1 1 6 1 6 2 2 5 3 4 4 5 5 6 7 8 5 1 1 4 1 6 2 2 2 5 3 5 4 5 5 5 5 6 5 8 10 1 4 1 4 1 6 2 2 5 3 4 5 6 7 8 5 10 12 0 63 2 5 6 3 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1250 2500 23 表 3 14 推荐钢管弯管的最小曲率半径 mm 管子外径 0D10 14 18 22 28 34 42 50 63 最小曲率半径 50 70 75 75 90 100 130 150 190 支架最大距离 400 450 500 600 700 800 850 900 1000 3 确定油箱 初始设计时 先按经验公式确定油箱的容量 待系统确定后 再按散热的要求进行 校核 经验公式为 3 QV 30 式中 液压泵每分钟排出压力油的容积 LvQ 经验系数 见表 3 15 由此可知 油箱的容积为 1243 517 2vVQL 采用开式油箱 液压油选择 N150 号普通液压油 代号为 YA N150 表 3 15 经验系数 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 高压系统 1 2 2 4 5 7 10 12 24 第四章 液压缸的设计 4 1 液压缸基本参数的确定 液压缸一般来说是标准件 但有时也需要自行设计 本节主要介绍液压缸主要尺寸 的计算及强度 刚度的验算方法 液压缸的设计是在对所设计的液压系统进行工况分析 负载计算和确定了其工作压力 的基础上进行的 首先根据使用要求确定液压缸的类型 再按负载和运动要求确定液压 缸的主要结构尺寸 必要时需进行强度验算 最后进行结构设计 液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径 D 缸的长度 L 活塞杆直径 d 主要根据液压缸 的负载 活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数 4 1 1 活塞直径和活塞杆直径的确定 为使液压缸的快进速度和快退速度相等 故采用单活塞杆液压缸 快进时液压缸的 进出油路用差动连接 快退时油进入有杆腔 从无杆腔排出 且取 D d 由表 4 2 1 4 2 可知 此液压缸的额定工作压力可取 16Mpa 最大工作压力取 20Mpa 表 4 1 按载荷选择工作压力 载荷 40N5 工作压力 MPa 3 2 的缸筒为中等壁厚缸筒 其壁厚用下列经验公式计算 D 4 02 3pDcP 4 27 式中 D 缸筒内径 p 液压缸的最大工作压力 缸筒内应力 缸筒材料的许用应力 强度系数 当采用无缝钢管时 0 01 c 计入筒壁公差及腐蚀时的附加壁厚 一般可以略去 许用应力可用下式计算 4 bn 5 式中 缸体材料的抗拉强度 b 安全系数 一般取 n 5 n 本缸筒材料采用 35 号无缝钢管 当忽略 值后 则缸筒壁厚和强度条件的计算c 公式为 4 2 3pD 6 4 2 3p 7 查表知道 600Mpa 则b 60125bMPan 把已知数据代入式中得 9 82 3 30pDm 初得液压缸外径 159814 6e 按照 JB1068 67 可知 可取缸筒的外径为 即壁厚为 e 4 4620 2eDm 8 则缸筒所需的强度条件 28 4 1250 12 120 3DpMPaaMPa 9 故缸筒的强度足够 所选壁厚符合强度要求 2 缸筒外形的设计 液压缸采用地脚螺栓固定 与缸盖采用法兰连接 所以要在缸筒两端焊上焊件 用 以加工地脚及法兰 4 2 2 缸盖的设计 1 缸底厚度的计算 该液压缸缸底为平面形 且缸底无油孔 如图 4 1 所示 则液压缸缸底厚度计算公式 4 0 43yphD 10 式中 缸底厚度 mmh 液压缸内径 mmD 试验压力 MPa 工作压力 时 工作压力yp 16pMPa 1 5yp 时 16MPa 1 25p 缸底材料的许用应力 MPa bn 缸底材料的抗拉强度 缸底材料为 45 号钢 其抗拉强度 700MPab b n 安全系数 n 3 5 5 一般取 n 5 代入数据得 1 560 430 4322 440yphDm 由此可取缸底的厚度 h 25mm 缸底和缸筒之间采用法兰联接 29 图 4 1 无孔平形缸底 2 缸头厚度的计算 由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔 因此其厚度的计算方法与缸底有所不同 液压缸缸盖采用螺钉联接法兰 如图 4 2 所示 图 4 2 螺钉联接法兰 因此其厚度计算公式为 30 4 0132cpFDdh 11 式中 F 法兰受力总和 N 法兰厚度 mmh 螺钉孔分布圆直径 mm0D 密封环平均直径 mmcpd 密封环外径 mmH 密封环内径 mm 法兰材料的许用应力 MPa 螺栓孔直径 mm0d 代入数据得 MPadDFhcp 67 13350124 6 803 30 所以可取缸头厚度 m25 4 2 3 液压缸的联接计算 缸盖与缸筒采用螺钉联接如图 4 3 所示 图 4 3 螺钉联接 31 则螺纹处的拉应力为 4 214KFdZ 12 螺纹处的切应力为 4 103 2KFdZ 13 合成应力为 4 231 n 14 式中 螺纹处的拉应力 Pa K 螺纹拧紧系数 静载时 取 K 1 25 1 5 动载时 取 K 2 5 4 螺纹内摩擦系数 一般取 0 121 1K 螺纹外径 mm0d 螺纹内径 mm 当采用普通螺纹时 10 825t 螺纹处的切应力 Pa 螺纹材料的许用应力 Pa sn 螺纹材料的屈服极限 Pas n 安全系数 通常取 n 1 5 2 5 合成应力 Pa F 缸体螺丝处所受的拉力 N Z 螺栓数 由于缸盖螺钉选择内六角圆柱头螺钉 其代号为GB T70 1 2000 材料为45号钢 代如数 32 据得 MPaZdKF9 126941 325021 a3 672 0052 0331 则合应力为 MPPan 507 5 2 即联接强度足够 4 2 4 活塞的设计 由于活塞在液体压力的作用下 沿缸筒往复滑动 因此 它与缸筒的配合应适当 既不能过紧 也不能间隙过大 液压力的大小与活塞的有效工作面积有关 活塞直径应 与缸筒内径一致 即 4 125Dm 15 活塞的长度为一般为缸筒内径的 0 6 1 0 倍 即 L 0 6 1 0 D 75 125 mm 根据实际情况取活塞的长度 L 90mm 活塞的材料选用 HT300 活塞的技术要求如下 1 活塞外径 对内孔 d 的径向跳动公差值为 8 级精度 1D 2 端面 T 对内孔 d 轴线的垂直公差值为 7 级精度 3 外径 的圆柱度公差值为 10 级精度 1 活塞的结构采用组合活塞 并采用 O 型密封圈和 Y 型密封圈相结合的组合密封 如 图 4 4 所示 活塞与活塞杆间采用螺母型连接 使用了垫片和螺母相结合来固定活塞 33 1 活塞杆 2 垫片 3 螺母 图 4 4 常见的活塞组件结构形式 4 2 5 活塞杆的设计 1 活塞杆外形设计及技术参数 前面已经知道活塞杆的直径 d 90mm 在此主要是其他方面的设计 由于活塞为双作 用 所以活塞杆的材料可选用 45 号钢 调质处理 并进行淬火 淬火深度为 0 8mm 表 面镀铬 30 并进行抛光 提高耐磨性和防锈性 活塞杆为实心杆 活塞杆外端头与凸m 模连接 为减小其同轴度 故活塞杆外端头为销轴孔 如图 4 5 所示 活塞杆与活塞用螺 母联接 所以其内端头有螺纹 其结构如图 4 5 所示 根据导程活塞长度导向套及其它元 件 初选活塞杆的长度 L 620mm 图 4 5 活塞杆基本结构图 活塞杆的技术要求 活塞杆要在导向套中滑动 一般采用 H8 f7 配合 活塞杆的外圆 粗糙度 以免活塞杆太光滑 表面形成不了油膜 不利于润滑 0 3aRm 2 活塞杆强度的校核 活塞杆强度的计算 由于活塞杆在稳定工况下 知受轴向推力和拉力 所以可以近似 地用直杆承受拉压负载的简单强度计算公式进行计算 其公式为 34 4 24Pd 16 式中 P 活塞杆的作用力 N D 活塞杆直径 mm 材料的许用应力 Mpa 代入数据得 MPaMPadP14073 8541 39625042 3 液压缸稳定性的验算 液压缸的支撑长度 最大安装长度 所以要验算活塞mdLB9016 杆的弯曲稳定性 即液压缸的稳定性 液压缸的弯曲示意图如图 4 6 图 4 6 液压缸纵向弯曲 液压缸的受力 F 完全在轴线上 主要按下式验证 4 KnF 17 4 2 610BKLIE 18 式中 4 51 108 baE2 mN 19 35 圆截面 4 4 409 6dI 20 F 活塞杆弯曲失稳临界压缩力 N 安全系数 通常取 3 5 6Kn Kn K 液压缸安装及导向系数 K 0 7 实际弹性摸量1E a 材料组织缺陷系数 钢材一般取 a 1 12 b 活塞杆截面不均匀系数 一般取 b 1 13 E 材料的弹性摸量 钢材 25 10 2mNE 已知液压缸推力 代入数据得 kkApF 9616 NLKIB 12226522 03 917 034804 30 knFkNK 9 5 196 所以液压缸稳定性足够 4 2 6 活塞杆的导向套 活塞杆导向套装在液压缸的有杆侧端盖内 用以对活塞杆进行导向 内装有密封装 置以保证缸筒有杆腔的密封 外侧装有防尘圈 以防止活塞杆在后退时把杂质 灰尘及 水分带到密封装置处 损坏密封装置 该活塞杆导向套采用端盖式 如图 4 6 所示 用 O 型密封圈密封 螺钉固定 加导 向环 如图所示 导向套采用摩擦系数小 耐磨性好的青铜材料制作 导向套长度一般为 0 6 1 5 d 根据实际情况可取导向套长度为 L 90mm 导向套的加工要求 内孔和活塞杆外圆的配合为 H8 f7 36 1 活塞杆 2 导向环 3 端盖 4 缸筒 图 4 7 端盖式导向套 4 2 7 缓冲装置的设计 液压缸的活塞杆具有一定的质量 在液压力的驱动下运动时具有很大的动量 在它们 的行程终端 当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时 会引起机械碰撞 产生很大的冲 击压力和噪声 采用缓冲装置 就是为了避免这种机械碰撞 可以防止和减少液压缸活 塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击 在它们行程终端能实现速度的递 减 直至为零 缓冲装置的工作原理是使缸筒低压腔内油液 全部或部分 通过节流把动能转换为 热能 热能则由循环的油液带到液压缸外 该液压缸缓冲装置采用缓冲腔型式 如图 4 7 所示 油液从缸筒侧流出 端盖内有缓冲腔 当缓冲柱塞伸入该腔时 油液通过缓冲柱 塞的环行间隙流出 这种缓冲腔能承受十分高的缓冲压力 可取缓冲间隙 0 1mm 缓冲 行程长度 03lm 37 图 4 8 缓冲腔型式缓冲装置 4 2 8 排气阀的选用 如果排气阀设置不当或者没有设置 压力油进入液压缸后 液压缸内会存有空气 由于空气具有压缩性和滞后扩张性 会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬 行 影响液压缸的正常工作 该液压缸为水平安装 排气阀应设在缸体两腔端部的上方 排气阀的结构采用整体排气阀 阀体和阀针合为一体 用螺纹与缸筒连接 靠头部 锥面起密封作用 排气时 拧紧螺纹 缸内空气从锥面间隙中挤出 并经斜孔排出缸外 这种排气阀简单方便 排气阀的材料用 S45 号碳素钢 锥部热处理硬度 HRC38 44 其 结构如图 4 8 图 4 9 放气装置 4 2 9 油口的设计 油口包括油口孔和油口连接螺纹 液压缸的进出油口布置在端盖上 液压缸油口 连接螺纹尺寸按表及实际可选 M27 2 38 4 3 液压缸的主要性能参数 4 3 1 液压缸的输出力 液压缸的推力 1F 4 1Ap 21 式中 液压缸推力 1kN 工作压力 pMPa 活塞的作用面积 1A2m 4 14AL 22 活塞直径 AL 代入数据得液压缸推力为 kNkApF25 196 12561 液压缸的输出拉力 为 2 4 NkApF 94 507612 23 4 3 2 液压缸的储油量 液压缸的储油量 为 V 4 LsALs 8 361036 1254 24 39 第五章 折弯机特点分析 折弯机是一种技术先进 性能可靠的板料加工设备 可以加工出各种形状的板料 该折弯机与其它的普通类型折弯机相比较 也有它自己的特点和优势 1 该折弯机床身下部作为油箱及各种零件的容体 使液压系统与床身一体 大大缩 小了折弯机的体积 与其它相比减少了空间占用量 2 该折弯机不仅能加工出所需的铝排 而且经过对液压缸行程的调整 能加工出不 同厚度的铝排 消除了加工的单一性 3 该折弯机采用液压控制 比普通的折弯机自动化程度高 而且生产效率高 产品 质量稳定 也大大降低了劳动强度 4 该折弯机结构简单 大部分零件采用通用部件和标准零件 因此其制造周期较短 投产快 5 凸模恋情导轨导向 可获得较高的折弯精度 6 机床在折弯不同厚度的板料时 可选用不同开口尺寸的 Z 形槽凹模 若配用不同 形状的凸凹模 可折弯成各种形状的工件 7 可通过板料折弯力表 求得折弯力的数值 据此调节相应的工作油压 即可保证 所需要的折弯力 被加工铜排要弯成 Z 形 该折弯机能够大批量的生产加工 无论是在加工产品的质 量的稳定性上 还是在使用可靠性上 以及劳动条件上 它的技术经济指标都较高 所 以本设计在技术指标满足的情况下 经济指标也能达到较满意的程度 40 结 论 我国的机械制造业经过几十年的发展 已经比较完善 在板料成形加工设备中较理 想的设备就是折弯机 它不仅能加工出各种形状复杂的零件 而且折弯机技术先进 性 能可靠 所以它广泛用于飞机 汽车 造船 电器机械及轻工等行业 并且生产效率高 本设计通过分析被加工零件的图纸尺寸 来确定折弯机的各个部分 首先 根据铝 排的尺寸及加工后形状 来确定折弯机的模具部分为 Z 形弯曲模具 再从模具的工作情 况来初定液压系统 最后得出折弯机的总体结构图 该铜排折弯机 用电动机作为原动机 采用液压系统机构 工作和操纵自动控制 结 构简单 体积较小 与老机型比较 噪声低 功率损失少 效率高 铜排弯曲角度准确 操作安全可靠 调节方便 特别是减轻了工人的劳动强度 适用于板材的直角弯曲 既 提高了生产效率和铜排弯曲质量 又简化了操作程序 但该设计中也存在一些不足之处 首先 该设计中未涉及折弯机电路方面的设置 其次 该设计仅限于加工 Z 形件 不能用于复杂形状板料的加工 从整机制造成本和工艺分析 此铝排折弯机制造难度小 精度易控制 成本也较低 41 致谢 大学四年即将结束 今天的毕业设计就是大学学习生活的一个句号 在这四年的学习 生活中 我获得了丰富的知识 度过了美丽的四年 思想走向成熟 在这里要感谢各位 老师的教诲 以及各位朋友和同学的帮助 令我感到快乐和荣幸的是这次我的毕业设计 能得到 xxx 老师指导和帮助 本次设计在 xxx 老师的悉心指导和严格要求下业已完成 从课题选择 方案论证到具体设计和调试 无不凝聚着康老师的心血和汗水 在四年的 本科学习和生活期间 也始终感受着各位老师的精心指导和无私的关怀 我受益匪浅 在此向所有的老师表示深深的感谢和崇高的敬意 特别向 xxx 老师表示感谢 在设计过 程中也得到了一些同学和朋友的帮助 在这里对他们表示由衷的感谢 四年生活就要结 束 希望他们在未来的生活中能够多姿多彩 充满快乐 42 参考文献 1 石其年 熊南峰 2005 冷冲模具设计 北京 科学出版社 2 现代综合机械设计手册 编委会 现代综合机械设计手册 北京出版社 3 徐炜炯 1992 模具设计 北京 中国轻工业出版社 4 李双义 2002 冷冲模具设计 北京 清华大学出版社 5 吴伯杰 2004 冲压工艺与模具 北京 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