液压板料折弯机的设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】

液压板料折弯机的设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】,说明书+CAD+SOLIDWORKS,液压,板料,折弯,设计,说明书,仿单,cad,solidworks 本科毕业设计 (论文) 题目： 液压板料折弯机的设计 院 系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016 年 3 月 摘 要 板料折弯机是板材加工、成型的设备之一，特别是在钣金制作公司，经常需要用到 这个设备，尤其是在批量加工生产的场合，更是要用到。 该折弯机采用液压系统机构，工作和操作半自动化控制，结构简单，体积较小，与 老机型相比，噪声低、功率损失少、工作效率高、板料弯曲角度准确、操作安全可靠、 调节方便。适用于板材的直角弯曲，既提高了生产效率和弯曲质量，又简化操作程序， 减轻工人劳动强度。 该种折弯机的设计主要涉及弯曲模具的设计和液压系统的设计，折弯机工作部分是 弯曲模具，选用“V”形弯曲模具。液压系统主要是为折弯机提供动力，根据弯曲工件所 需弯曲力选择电动机、液压泵以及液压缸等一些液压元件。 关键字：折弯机，模具，液压系统，板料 Abstract The Benging Machine that technologically advanced and reliable performance,is the preferred one of the sheet metal forming equments.The Bending Machine is widely used in aircraft、 automobiles、 shipbuilding、 electrical machinery and light industries. The purpose of this graduation project is to design an aluminum row bending machines.The original motives can use electromotor and diesel engines.This bending machine uses the hydraulic system,and manipulation of semiautomatic control,simple structure,relativelysmall.Comparison with the old models,this bending machine has some advantures.Such as low noise,low power loss,high efficiency,accurate angle of aluminum row bending,safeand reliable operation and convenient regulation.For the high-angle beng of sheet metal,it not only increases the production efficiency and quality of bending aluminum row,but also simplifies the proceduresand reduces labor intensity of workers. The design of the bending machine mainly involves the designs of bending mould and hydraulic system.The work part of the bending machine is bending mould, to choose the V-shaped bend mould.Hydraulic system is the impetus for the bending machine.According to the bending force of the bending workpiece to choose the motor,hydraulic pump and hydraulic cylinders and other hydraulic components. Keyword: Bending machine,mould,hydraulic system,Sheet metal 0 目 录 摘要 .I ABSTRACT.II 1 折弯机简介 .1 1.1 折弯机的应用 .1 1.2 折弯机的分类与组成 .3 2 弯曲模具的设计 .5 2.1 分析零件的工艺性 .7 2.2 确定工艺方案 .8 2.3 进行必要的工艺计算 .10 2.4 Z 型弯曲模具主要零部件设计.14 2.5 弯曲模具其他零件设计与选用 .17 3 液压系统的设计 .23 3.1 设计要求及工况分析 .26 3.2 确定液压系统主要参数 .27 3.3 计算和选择液压元件 .29 4 液压缸的设计 .30 4.1 液压缸基本参数确定 .32 4.2 液压缸结构参数确定 .33 4.3 液压缸主要性能参数 .35 5 折弯机特点分析 .36 结论 .37 致谢 .38 参考文献 .39 1 1 折弯机的简介 1.1 折弯机的应用 板料折弯机是板材加工、成型的设备之一，特别是在钣金制作公司，经常需要用到 这个设备，尤其是在批量加工生产的场合，更是要用到。 1.2 折弯机的分类及组成 折弯机作为板材加工的设备的一种，有多种分类，主要分为手动折弯机，液压折弯 机和数控折弯机。折弯机通常包括一个机身，模具和折弯凸模和凹模，工作台被布置在 机身上面，模具安装在折弯机的工作台上面，通过安装在模具上面的凸、凹模的作用， 使板材发生挤压变形，从而形成折弯件。 2 弯曲模具的设计 2.1 分析零件的工艺性 根据本次设计的内容，拟定折弯成型的工件为 Z 形工件，根据下图 2-1 所示，本次折 弯加工的折弯件结构较为简单，厚度也适中，所以适合折弯。 图 2-1 零件示意图 结论：该零件适合弯曲。 2 2.2 确定工艺方案 根据该工件的零件图样分析可知，该折弯件结构较为简单，且呈 Z 形弯曲状，除了 弯曲工序以外没有其他工序，所以适合用弯曲模折弯。 2.3 进行必要的工艺计算 2.3.1 弯曲件展开长度的计算 1）变形区中性层曲率半径 (2-1)1.50372.61rktm 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 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 67 8 3 K 0.34 0.37 0.41 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 2.4 Z 形弯曲模模具主要零部件设计 2.4.1 凸模的设计 针对本次设计的 Z 形折弯件，根据零件图可知，它的折弯尺寸较大，但是弯曲半径 较小，所以需要根据实际系统工况来做选择 ，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径 （ ），故凸模圆角半径可取弯曲件的内弯曲半径，即：minri0.30.9tm =r=1mm (2-9)pr 2.4.2 凹模的设计 1）凹模圆角半径 凹模的圆角半径主要是根据 Z 形工件的形状特征来决定的，本次设计的 Z 型件结构 特征一般，并且厚度一般，所以根据查表分析可知，当 t 2 mm ， = (3 6) t dr t 2 4 mm ， = (2 3) t dr t 4 mm ， = 2 t 已经该 Z 型折弯件，厚度=3mm，所以根据以上公式计算得出： =2.5x3=7.5mm。dr 2）弯曲凹模深度 此次设计的是 Z 形弯曲模具的设计，通过以上的设计计算，我们可以知道，凹模的 深度根据系统工况，我们选择 =35mm,凹模底部的厚度根据系统工况，我们选择0L h=52mm。 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 。 4 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 1025 2550 5075 75100 100150 150200 20 22 27 32 37 40 10 15 1520 2025 2530 3035 3540 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/T70.12000 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： 5 (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： (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 6 7 3 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) trKBFbt26.0 Error! No bookmark name given. （2）惯性负载 (3-2) NtvgGFm 402.18.974 （3）阻力负载 静摩擦阻力 (3-3)Nfs .156742.0 动摩擦阻力 (3-4)Ff 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。 8 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 fsF156.8 165 加速 fdm118.4 124.6 快进 f 78.4 82.5 工进 fdtF12870 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/103ll50,221mll30213 等绘制，如图 3-2 所示。m2 图 3-1 折弯机液压缸的负载图 9 3.2 确定液压系统主要参数 3.2.1 初选液压缸工作压力 通常情况下，液压系统的压力是根据它的系统工况来决定的，为了使液压缸有足够 的输出扭矩和运行平稳，通过计算得出液压缸的载荷比较大，所以选择液压系统的工作 压力在 16MPa。 表 3-2 按载荷选择工作压力 载 荷 / N410 5 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 （4-02.3pcP 4） 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， 001 c计入筒壁公差及腐蚀时的附加壁厚，一般可以略去。 22 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： （4-1250.12.120.3pMPaaMPa 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 23 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 16pMPa1.5yp 时， 。16MPa1.25p 缸底材料的许用应力, MPabn 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=3.55，一般取 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。 图 4-1 无孔平形缸底 24 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： （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 25 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 则螺纹处的拉应力为： （4-214KFdZ 12） 螺纹处的切应力为： （4-103.2KFdZ 13） 26 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=1.251.5；动载时，取 K=2.54 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=1.52.5 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 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。 27 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 0.61.0 倍，即 L=（0.61.0）D=75125（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。 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 28 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： （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。 29 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） 圆截面： （4-4 49.06dI 20） F活塞杆弯曲失稳临界压缩力，N 安全系数，通常取 3.56KnKn 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.96.61NLKIFB 122252261 03.7.03484.30 knkNK91.6/9/5.9 所以液压缸稳定性足够。 30 结 论 到如今，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于液压板料折弯机的设计，使我们 充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各 种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时 的指导，确保设计进度，本文所设计的是液压板料折弯机的设计，通过初期的方案的制 定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加 深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计 完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮 助才使我的论文得以通过。 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，此板料折弯机制造难度小，精度易控制，成本也较低。 31 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。因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很 多知识和做人的道理，由衷地感谢我亲爱的老师，您不仅在学术上对我精心指导，在生 活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，在我的生命中给予的灵感，所以我才能顺 利地完成大学阶段的学业，也学到了很多有用的知识，同时我的生活中的也有了一个明 确的目标。知道想要什么，不再是过去的那个爱玩的我了。导师严谨的治学态度，创新 的学术风格，认真负责，无私奉献，宽容豁达的教学态度都是我们应该学习和提倡的。 通过近半年的设计计算，查找各类液压板料折弯机的相关资料，论文终于完成了，我感 到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的， 因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四 年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是来自老 师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识，在这里，谢谢老师以及所有关心我和帮 助我的人，谢谢大家。 32 参考文献 1张福学编著.液压板料折弯机的应用.北京：电子工业出版社，2000。 2何发昌著，邵远编著.液压板料折弯机的原理.北京：高等教育出版社，1996。 3张利平著. 实用技术速查手册. 北京：化学工业出版社，2006.12。 4李宝仁著. 液压技术低成本综合自动化. 北京：机械工业出版社，1999.9。 5宋学义著. 液压板料折弯机速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。 6陈奎生著. 气与气压传动. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.5。 7SMC（中国）有限公司. 液压板料折弯机实用技术. 北京：机械工业出版社，2003.10 8徐文灿著. 折弯机系统设计. 北京：机械工业出版社，1995。 9曾孔庚.折弯机的发展趋势. 液压板料折弯机技术与应用论坛。 10高微,杨中平,赵荣飞等.液压板料折弯机结构优化设计. 机械设计与制造 2006.1。 11孙兵,赵斌,施永辉.折弯机的研制. 中国期刊全文数据库。 12马光,申桂英.工业液压板料折弯机的现状及发展趋势. 中国期刊全文数据库 2002 年。 13李如松.折弯机的应用现状与展望. 中国期刊全文数据库 1994 年第 4 期。 14李明.液压板料折弯机设计.制造技术与机床 2005 年第 7 期。 15李杜莉，武洪恩，刘志海.折弯机的运动学分析. 煤矿机械 2007 年 2 月 33 16Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space.