【JX16-06】V形钢板折弯机设计（二维+论文）
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JX16-06
【JX16-06】V形钢板折弯机设计二维+论文
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【JX16-06】V形钢板折弯机设计（二维+论文）,JX16-06,【JX16-06】V形钢板折弯机设计二维+论文
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摘 要 当前我国正在大力发展基础建设及城市化建设，各种建筑和工业零部件耗费了大量的钢板,其中如何提高钢板折弯加工的效率和质量是最难解决的问题。钢板折弯不仅使用量非常大，而且形状和尺寸变化复杂，尺寸精度要求高。钢板折弯机是钢板加工必不可少的设备之一。在原钢板折弯加工过程中劳动强度大，人力物力消耗大，效率低，质量难以保证的环节。随着我国建筑业和工业的快速发展，越来越需要工作噪音小，环境清洁的折弯机。折弯机是一种能够对薄板进行折弯的机器，根据本课题零件作业的需要，设计了一种利用液压元件驱动的折弯机，在本文对V形钢板折弯机的结构和液压系统进行了介绍、分析和计算，对重要的元件进行了安全性的验算。并对折弯机的结构进行了确定以及计算了折弯力、压紧力，对机架进行了受力分析。关键词： 折弯机，液压，环保 IIIAbstractThe current our country is to develop the infrastructure construction and urbanization, all kinds of construction cost a large amount of steel plate. Efficiency and quality of steel plate bending process is one of the most difficult problem to solve. Not only use steel plate bending is very big, but slao complex shape and size change, high dimension accuracy requirement. Steel sheet bending machine is one of necessary equipments for processing. In the original labor in the manufacturing process of steel plate bending strength, resources consumption, low efficiency, hard to ensure quality. With the rapid development of construction industry in our country, more and more need to work the noise is small, the bending machine of a clean environmentBending machine is a kind of can be carried out on the thin plate bending machine, according to the needs of this topic parts operation, we design a use of hydraulic element driven bending machine, in this article the v-shaped structure of steel plate bending machine and hydraulic system are introduced, analysis and calculation, the important element in the security check. And determine the folded structure of the bending machine and to calculate the bending force, compression force, the stress analysis was carried out on the rack. Key Words：folds the bender ,hydraulic pressure ,environmental protection目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 选题的背景、目的和意义11.2 国内外研究现状11.2.1 国内发展现状11.2.2 国外发展现状21.3 设计内容3第2章 折弯机方案设计42.1 折弯机设计方案确定62.2 折弯机方案分析确定7第3章 液压系统设计93.1 机器电气部分103.2 电气箱上电气元件功能10第4章 机械结构设计124.1 折弯力计算124.2 压边力计算134.2.1 压紧块设计134.2.2压边力计算144.2.3压紧块中心位置的确定154.3 机架的受力分析164.3.1 机架以及相关零件参数的确定164.3.2 机架受力分析184.4 油缸的选取24结 论31参考文献32致 谢33 第1章 绪论第1章 绪论1.1 选题的背景、目的和意义当前我国正在大力发展基础建设及城市化建设，各种建筑和工业零部件耗费了大量的钢板其中钢板折弯加工的效率和质量是最难解决的问题之一，钢板折弯不仅使用量非常大，而且形状和尺寸变化复杂，尺寸精度要求高。钢板折弯机是钢板加工必不可少的设备之一。在原钢板折弯加工过程中劳动强度大，人力物力消耗大，效率低，质量难以保证的环节。随着我国建筑业的快速发展，越来越需要工作噪音小，环境清洁的折弯机。各种钢板品种之多、数量之大、形状之复杂，给钢板的加工带来了不少的困难。近年来,随着整个现代工业技术的发展及市场的需求,板材、管材成形技术及设备也有了相应的进步。但是鉴于以上存在的普遍问题，我们准备设计本课题的V型钢板折弯机。它对原有的钢板折弯机结构和性能进行改造，要求该机具有体积小，效率高，精度高，寿命长，价格低等特点。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内发展现状近几年来，继传统机械加工技术之后，数控技术广泛应用于锻压机械各个领域，国内的数控折弯机也有一定的发展。从1986年10月第一台W67Y-160K/3200数控折弯机由天水锻压机床厂研制成功以来，国内数控折弯技术发展较为有代表性的单位有济南铸造锻压机械研究所、黄石锻压机床厂和上海冲剪机床厂。黄石锻压机床厂和济南铸造锻压机械研究所联合先后完成了W67K-100/3000和W67K-100/3100S型数控三点板料折弯机。其中W67K-100/3100S型折弯机产品属于70年代末开发的新型折弯机。上海冲剪机床厂更是异军突起，从1986年以来先后开发成功具有现代水平的QC12K与WC67K两大系列数控折弯机和具有当代水平的高精度数控三点式折弯机。其中W67K系列数控折弯机采用瑞士CYBELECCNC7200P折弯机专用数控系统，该系统可通过X轴（后挡料位置）、Y轴（机械挡料位置）来控制折弯角度，并由当栅尺检测出滑块位置，由CNC来控制滑块上下死点、快慢速度换点和板料压紧点等。不甘落后的上海新力机器厂奋起直追，1992年下半年起先后研制成功了WD67K系列数控板料折弯机，其中WD67K02-100/3200数控折弯机采用台湾心得科技公司生产的CD-SERVO1702型数控系统，采用二轴切换方式实现二轴的分别控制和定位。该数控折弯机属于经济型，整机性能稳定、可靠、操作简便，该机已销往海内外。另一种WD67K100/320数控折弯机的数控系统采用上海机床研究工作所开发的MTC-1B型，该系统相当于瑞士CYBELEC公司的CNC7200P，具有80年代先进水平。该厂最新研制的WK67K22-100/3200数控折弯机，采用瑞士DNC73PCG-b数控系统。该系统可用英语进行人机对话编程、折弯力计算，并控制折弯力，配有9in高分辨率显示屏幕，输入各折弯尺寸后可显示所折产品的单色图象，直观地提示操作工人应如何进行操作，滑块位置由沅栅尺检测等等。另外，我国最近又研制成功了WC67K-DNC系列三种数控板料折弯机，该系统折弯机采用瑞士CybelecDNC7200型数控系统。该机具有如下特点：图形显示功能和计算机辅助编程功能（CAP），即操作者根据加工图纸，将折弯角度和折弯边缘的长度输入后由DNC显示工件的截面图，并计算所需工件展开长度；引用存储器里的模具参数等计算最佳折弯顺序和每道顺序的定位尺寸；压力计算功能可以计算自由折弯及凹模折弯所需压力；在圆弧折弯计算功能，用直线逼近方式模拟大圆弧折弯加工，计算每一工序的定位尺寸；辅助参数计算机功能，如计算滑块的上死点位置，由DNC连续控制协助操作能避免错误动作。6,8 101.2.2 国外发展现状国外的折弯机早已实现液压驱动，现在已普遍采用电液比例（或伺服）控制技术对两个油缸的同步位置、速度和压力进行精确控制。电液比例控制技术与机械液压伺服阀的液压系统相比，不仅调整方便，控制精度高，容易实现双机联运，而且机械结构简单。液压系统集成化，与数控系统连接简单方便，从而使折弯机的制造、装配、调试和维修的工作量都相应减少。国外著名的液压件公司如Rexroth、Bosch等都可全套提供折弯机的比例控制液压系统，其控制阀块（包括充液阀）直接装在油缸顶部，使液压管路减少到最低程度。著名的Cybelec、Delem、Autobend等公司可以提供折弯机专用的各种档次的数控系统。上述液压系统和数控系统全都可以匹配，进而为折弯机制造厂提供了极大的方便为了进一步提高折弯精度，国外有些折弯机公司已开发了多种板料厚度自动测量装置、折弯角度自动测量装置、折弯角度回弹量自动测量及补偿装置，并已经在折弯机上得到实际应用。为了减轻换模的劳动强度和缩短换模时间，除了普遍使用上模液压快速夹紧装置以外，国外很多折弯机上采用了单模槽凹模，并在工作台上配置下模液压快速夹紧装置，不但便于更换下模，而且保证上下模的轴线自动对中，不需调整有的折弯机已装备了自动换模装置，在折弯机一侧设置模具库，实现自动换模。为了减轻折弯操作的劳动强度，实现无人操作，已有几家折弯机公司开发了多轴数控的专用机器人、与折弯机，组成“折弯机机器人”系统，在生产尺寸较小，形状不很复杂的典型折弯件时实现无人操作。CNC在国外折弯机已经普遍应用，如瑞典Pullmax公司的Ursviken分部每年大约生产200台折弯机，其中90%以上的产品装有CNC加工系统。该公司OPTIM型640KN CNC板料折弯机采用Cybelec公司KNC900数控系统。该公司另一种新式的折弯机具有伺服控制功能（带有偏心折弯功能），折弯过程中可以补偿机身变形的“双工作基准面”，重复精度可高达0.01mm。4多轴控制所具有的多性能使折弯机实现有效控制,悬浮结构和液压模具夹紧装置实现模具自动快速换模，并装有板料的测厚装置，用以检查折弯板的厚度变化是否在折弯机的允许范围之内。国外还有由机器人和折弯机组成的柔性折弯机系统，用于实现柔性折弯。如日本天田公司5500KNFDB型精密折弯机和意大利普利玛公司设计的由机器人组成“折弯机机器人”系统。机器人装在折弯机的工作台上，沿工作台移向自动叠料机，以钳爪夹住一块板料（板料已升起到与夹钳相同的水平面上），回到其工作位置，操作板料直到完成全部折弯工序为止，然后再回到自动叠料机处卸下已成形的工件并夹起另一块板料。2-51.3 设计内容根据要加工的钢板的加工要求，设计一套钢板折弯机，并通过该设计培养独立设计的能力。本设计拟解决的关键问题：1折弯力及压边力的确定2机架的受力分析3油缸的选取33第2章 折弯机方案设计第2章 折弯机方案设计本设计的折弯机适应折弯钢板厚度2.0-3.0mm。具体对该折弯机来说所加工零件的材料为不锈钢，厚度为2.5mm。在折弯加工之前，零件已经由冲压机床进行了加工，即板材的四周已经向内剪出长为45mm的边（如图2-1所示）。 图2-1 折弯产品加工前的零件图经过折弯机加工之后，即变成图2-2所示的结构。图2-2 折弯产品的零件图对比图2-1与图2-2，可得本设计所要完成的工作就是将图2-1所示的零件沿分割线将两边部分向上折起90度，即达到图2-2所示的形状。要求在折弯后，零件内侧的弯曲半径为3mm。同时由零件图可知加工过程就是一个弯曲过程，而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。要完成加工过程，就要使零件的变形达到纯塑性变形阶段，只有这样加工出的零件才能达到实际生活所需第2章 折弯机方案设计2.1 折弯机设计方案确定由折弯产品的零件图可知，要实现的功能就是将图2-1所示的形状折弯成如图2-2所示。要实现这一功能可以有如下的方案：方案（一）利用冲压机床加工设计一台专用的冲压机床来加工，将待加工件置于冲压机床的工作台面上，然后通过机床的冲压头作用加工而成。利用冲压机床加工的效率高，但是由于所需加工的零件面积相对冲压机床的工作台很大，这样要求冲压头也很大，而零件本身的厚度仅为2.5mm，单位面积上所能承受的压力很小，在加工过程之中零件很易断裂。因此该方案难于实现。方案（二）利用折弯机床加工在方案（1）之中，为了加工得到所需的零件，所利用的方法就是将待加工件置于一工作台上，然后从待加工件的正上方施加一冲力。相对方案（1）而言，方案（2）主要是从零件的下方施加一个始终垂直于零件的力，使零件的一部分向上折起成图2-2所示的形状。具体来说就是设计一台专用的折弯机，先将图3-1所示待加工件虚线左边的部分置于折弯机的工作台上，再在工作台的正上方施加一垂直工作台的力，将零件压紧在工作台上，然后在零件的右边部分施加一个垂直该部分的力，慢慢的将右边部分向上折起，直到达到所需的形状（加工过程受力如图3-1所示）。方案（2）改进了方案（1）之中出现的问题，避免了在零件的表面施加一很大冲量。使零件在加工过程之中受力均匀，不会发生断裂现象，该方案可行。可选用该方案进行设计，来加工零件。图2-3 零件加工过程受力图2.2 折弯机方案分析确定通过设计原理的分析比较以及选用，结合所给的任务书，可以确定折弯机的基本结构，施加在零件上的压边力要求是一恒力且要进行保压，且在加工完成之后，该力可以撤除以便取走加工件，则可以选用一个双作用的油缸用做压紧缸，利用油缸活塞杆的上下移动来完成加工。又由任务书可知主机采用三梁二柱式的结构，且活动梁采用主柱导向，下梁焊接在机架上，上梁通过导柱与下梁相连，则可以大概的定出折弯机的结构，即压紧油缸固定在上梁之上，活塞杆与活动梁相连，通过活塞杆的上下移动来带动活动梁运动（如图3-2所示）。图2-4 折弯机结构简图又由于零件的四周有一高边的，则不能让活动梁直接压在零件之上，因此必须根据零件的结构来设计一压紧块，让压紧块与零件作用。折弯机三梁二柱结构的确定提供了在加工过程之中的压边力，由图3-1可知要折弯零件不仅需要压边力，更重要的是需要有折弯力，由分析可知，要求折弯力在加工过程之中始终与零件垂直，则必须设计一个机构，通过机构的转化来实现上述的要求。结合任务书可得，提供折弯力的施力体为油缸即折弯缸。其机构可如图3-3所示。图2-5 折弯机构图该机构为一个含一个移动副的四杆机构，有三个转动副和一个移动副，其自由度为：F=3n-2PL=3 324=1该机构的原动件为移动副，具体对折弯机构来说就是折弯油缸。通过折弯机结构和折弯机构的确定，可以定出折弯机的结构和折弯机工作过程：即为先是压紧油缸的活塞先动作，推动活动梁和压紧块向下运动，直到压紧块压住零件，并且保压一段时间，在压紧缸保压过程中，折弯缸对零件进行折弯加工。加工完成后，压紧缸的活塞杆向上运动，将活动梁与压紧块移走，以便取走已加工件。由以上的叙述可知，要完成零件的加工，最关键的就是要有能够提供压紧力和折弯力的机构，且保证两力在工作过程之中的相互协调。第3章 液压系统设计根据板料折弯机的使用要求及对加工板料的特殊要求，我们考虑采用液压传动作为板料折弯机的主要传动形式。由机器的特性可知，在机器工作时尚模块必须有以下几个动作：快速向下、慢速向下、向下点动、保压、快速向上。机器工作时，为了节约能源，在滑块距被加工工件较远时，滑块采用快速向下的动作。这样不仅节约能源，而且可以提高劳动生产率；当滑块距被加工工件很近时（通常为2040mm），滑块的下移速度会明显降低。此时，主要是因为上模将要接触工作，为了避免有较大的刚性冲击其下降速度减小，即为滑块的慢速向下阶段；当上模块接触被加工工件时，考虑到加工板料的特殊要求，上模块必须向下点动的形式来加工工件，以避免板料应力在短时间内迅速增大，损坏被加工工件；保压过程是板料折弯机工作过程不可缺少的。刚刚压制好的工件会因为应力的存在而有恢复原来形状的本性，为了保证加工精度，折弯机在压制过程结束后必须进行保压过程。一般情况下，加工板料越厚保压时间越长，反之亦然；当压制工作全部完成以后，为了节约能源和提高劳动生产效率，上模块即滑块采用快速向上动作，以便下一个工作过程的开始。为满足以上工作位置的要求，设计液压系统如CAD 图纸：其工作原理为：电动机按泵标注的箭头方向旋转，即顺时针方向旋转，带动轴向柱塞泵将滤清的油液通过吸油管进入阀板和电磁阀回入油箱；10 号阀封闭14 号油缸下腔油液使滑块停在任意位置上，此时各电磁阀不工作，油泵输出的油回入油箱当电磁阀YV1、YV4 得电，滑块快速下降，下降速度由10 号YV3 阀调节并回入油箱，油缸上腔的油由油箱灌满。当滑块下降撞倒限位开关时，电磁阀YV1、YV3、YV4 得电，16 号阀关闭，油泵输出的油进入油缸，滑块进入工作速度（慢速）工作行程时间的长短由电气的行程开关碰头和可调节电位器控制，滑块慢速下降的速度由8 号阀调整。在回程的瞬间要求电磁阀YV1 失电2 秒钟实行泄压，随后电磁阀YV2、YV4 得电，滑块回程。2、液压系统的压力调整YV4 下的溢流阀是保证机器的公称力，不至因过载而损坏机器，液压系统中压力可从压力表中看出，最高工作压力为17MPa，使用时不准超过，回程工作压力10MPa 之内，由13 号溢流阀调整。3.1 机器电气部分本机器采用380V,50HZ,3PH 交流电源供电，电动机为Y160L4，额定功率为15KW，电气原理图见CAD 图纸，电气元件清单。3.2 电气箱上电气元件功能接通电源，电源指示灯亮，即可点动电机，如电机不能起动，电机可能缺相；如不缺相，则按电气原理图顺序检查，在点动电机时，必须检查电机的转向，电动机的旋向与油泵箭头方向一致，方可正常运转，否则将会损坏油泵。机床的操作方法及控制原理本机床上模具的上下运动均由双踏板脚踏开关SF 控制，运动的性能由功能选择开关2SA 控制，加压保压时间由 KT1 旋转调节，上死点由行程开关SQ（上）控制，加压的起点由下行程开关SQ（下）控制（位置可调）。各种运动性能分述如下：1. 连续行程（自动循环）当2SA 选择在连续挡位上2SA3 时，踏下脚踏开关SF1 下，KA1 得电并自保，KA3 得电，YV1、YV4 得电，滑块下行，碰到控制下行位置开关SQ1 下时，KA3 失电， KA6 得电，YV1、YV3、YV4 得电慢下，同时接通KT3 进行加压，延时保压，保压终止时，KT3 延时触头闭合，接通 KT1，KT1 的瞬时触点断开 KA5，使YV1 失电，油缸卸荷。KT1经过延时触点断开，KA4、KA6断电（ 这时如果仍踏住脚踏开关SF1 下滑块就停止不动），KA2 得电，YV2、YV4 得电，滑块上行，碰到上行程开关就止，KA2 断电，YV2、YV4 失电，滑块停止，由于KA1 自锁，KA3 得电，YV1、YV4 得电，滑块快下，撞到SQ1 下时，加压慢下，保压卸压回程，进行第二个循环、第三个循环。2. 单次行程当2SA 选择在单次位置时，2SA2 通，踏下脚踏开关SF1 下，KA1 得电，KA3得电，YV1、YV4 得电，滑块快下，滑块撞到 SQ1 下时，KA3 失电，KA4、KA5、KA6、得电，YV1、YV3、YV4 得电，滑块慢下，加压、保压，保压结束 KT3 动作，KT1 得电动作，其瞬时触点断开KA5，使YV1 失电，油缸卸荷，经KT1 延时断开 KA4、KA6，使YV1、YV3、YV4 断电，滑块停止，松开SF1 下、KA2 得电，YV2、YV4 得电滑块回程上行、直到撞到上行程开关SQ2 上而停止。注意：滑块在此任意位置放开脚踏开关，SF1 下，滑块回程至上死点。3. 点动行程当2SA 选择点动位置时，2SA1 通，踏下脚踏开关SF1 下，KA1 得电，KA3 得电，YV1、YV4同时得电，滑块快下。（滑块碰到下撞块时，进入慢下）松 开SF1下，滑块停止在任何位置上，踏下脚踏开关2SA（ 上），KA2得电，YV2、YV3得电，滑块上行，松开2SA 上，滑块停止在任何位置上。注意事项：A、机床必须有可靠的接地保护或接零保护。B、下撞块不得调得过高，因为在加压和保压过程中必须压住下行程开关2.3 本章小结本章完成了折弯机液压系统电器元件的选择以及电路图纸的绘制，电器箱和电路图纸控制原理的说明。第4章 机械结构设计第4章 机械结构设计4.1 折弯力计算在整个设计过程之中，最终要达到的目的就是要将一板材加工成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折弯零件所需的折弯力入手。而此处所讲的折弯力即为在弯曲模中的弯曲力。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，零件的弯曲属于自由弯曲。查冲压手册可得V形件的自由弯曲力计算公式为: (4-1)式中 F自-自由弯曲力,N； b-弯曲件的宽度, mm； t-弯曲件的厚度，mm； r-弯曲件的内半径，mm； b-材料的强度极限，MP； K-安全系数，一般取K=1.3。由于板材的材料为不锈钢，材料的厚度为t=2.5mm.查冲压手册，不锈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rmin=0.4t（t为材料的厚度）;当弯曲线平行于扎制方向时rmin=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板材内的扎制方向，因此：rmin=0.8t=0.80.6=0.48mm；此时的rmin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，零件折弯后内侧的半径为3mm，大于弯曲的最小半径，能加工。弯曲的最小半径rmin和弯曲后的结构如图4-1所示。图4-1 弯板材的示意图零件图的宽度b=300mm、厚度t=2.5mm、弯曲内侧半径r=3mm，查机械设计手册中的零件的强度极限b不小于295MP，此处取b=550MP。则材料的自由弯曲力为： 。所以得出折弯力不低于146250N。4.2 压边力计算4.2.1 压紧块设计由折弯机的原理可知要对零件进行折弯必须有一压紧力先压住零件，然后再进行加工。压边力由压紧油缸提供，通过压紧块作用在板材之上。而由图2-2中可得，所加工的零件表面不是平整的，则需要在活动梁的下面装一压紧块用来与零件接触，而压紧块的结构完全是由零件的结构来确定。又零件一直位于工作台平面上的部分长为792mm，宽为522mm。四周有高为20mm的边，则将压紧块的长设计为520.8mm以便不碰到零件。从主视图上看，使压紧块前后侧的平面与活动梁前后侧的平面对齐，而任务书中要求工作台的有效面积为550mm250mm，则取压紧块的宽为300mm。又零件的中间部位排列有一些凸起，则压紧块的下部与一侧面应挖去深为5mm的块，在加工该处时由于结构的限制只能用铣床来加工。当零件折弯后，为使折起部分的凸起不与压紧块相干涉，则应在压紧块的侧面开一深为5mm，宽为490mm的槽。总的说来就是让压紧块压住零件的三条靠外侧的边。同时由于零件的特殊结构，折弯前两侧的高与其垂直的平面的相交处是半径为3mm的圆弧，折弯后折弯半径也为3mm，则要求压紧块同时与零件两相交面接触的地方也加工成半径为3mm的圆弧。又由于所折弯的零件为2.5mm厚，则对压紧块的精度要求很高，因此在装配压紧块与活动梁时，应配作定位销孔。在确定定位销孔的位置是应使两孔之间的直线距离越大越好，这样能够减小定位的误差，同时定位销与其孔应为过盈配合。则压紧块的具体结构如图4-2所示。其具体的结构尺寸见压紧块零件图。图4-2 压紧块结构示意4.2.2压边力计算在4.2中已将压紧块的结构设计好，压边力的计算查冲压手册可得：压料力即压边力是V形自由弯曲力的3080，即，式中：压料力，N； F自由弯曲力， N；V形自由弯曲力的计算公式为：式中：K系数，mm，一般取0.3-0.6；b弯曲件的宽度，mm；t弯曲件的厚度，mm；又由折弯产品的零件图可知板材的宽度b=300mm、厚度t=2.5mm，查机械设计手册中的零件的强度极限b不小于550MP，此处取b=550MP。则材料的自由弯曲力为：又由于有：，取中值，则压边力为：。所以压边力不能小于123750N。4.2.3压紧块中心位置的确定在4.2和4.3中，已经将压紧块的结构和具体尺寸确定，为计算方便在确定位置时将压紧块的长度取为520mm。由于压紧块的形状不规则，则其中心位置不在与活动梁相连的平面的几何中心位置。也就是说压紧块的中心不在活塞杆对活动梁作用的受力中心，这样在压紧缸保压过程中，将会产生转矩，则为了维持系统的平衡，导柱会对活动梁产生的弹力。对压紧块的中心求解可采用面积等价法。由图4-2可知，可将压紧块分为两部分，即对中间的规则部分和余下的部分分别求其中心。以压紧块两边的交点为原点，两边分为X和Y轴建立坐标系（如图4-3所示）。图4-3 压紧块中心图由图可知，将压紧块分为四部分，则D的中心坐标为（260，159），A的中心坐标为（15/2，150），B的中心坐标为（520-15/2，150），C的中心坐标为（260，5+13/2）。设A、B、C三块的合中心为A1（x1，y1），则显然，在X轴方向上关于C点对称，则x1=260。在Y方向上由面积法得:y1A1=150A+150B+（5+13/2）C其中：A、B、C分别表示对应的三部分的面积；A1=A+B+C。代入数值可得： y1=92.6；则A、B、C三块的中心为A1（260，92.6）；设整个压紧块的中心为A0（x，y），则可转化为求A1与D的合中心。同理可得：x=260， y=96.9； 而假若压紧块为一规则形状时的中心位置应为（260，150），则由以上可见压紧块的实际中心位置沿Y轴方向偏离出压紧块的受力中心150-96.9=53.1mm；以上即为压紧块的中心的求法，实际上就是压紧块的中心所在平面a平行于两导柱所确定的平面b，且平面a向着零件弯曲线的方向平移了53.1mm的距离。4.3 机架的受力分析4.3.1 机架以及相关零件参数的确定由任务书可知，折弯机采用三梁二柱式。三梁采用焊接结构，机架采用焊接结构，则机架的材料均选用焊接性能好的A3，下梁焊接在机架上，又要求工作台的工作面积为550mm250mm，且导柱要通过螺母固定在下梁上，则选机架的底座为740mm720mm，下梁选用A3，其尺寸为720mm306mm44mm，将两导柱中心之间的距离设计为620mm，导柱的直径为60mm。这样两导柱内侧之间的距离为560mm，同时，在下梁上还应装两个定位轴座，使折弯机构的中心定位在下梁所在平面上。取定位轴座的宽度为80mm，取定位轴座上销轴的直径为25mm，则销轴的台阶的宽度为5mm，则工作台可用的长度为720-2（80+5）=550mm。工作台的宽度应大于活动梁的宽度取306mm。则工作台的实际有效面积可达到550mm306mm。同时在加工零件时，可根据零件的具体尺寸在下梁上钻两个直径为5mm的螺纹孔，使两螺纹孔确定一个平面。又零件在未加工前的面积为1040mm522mm，折弯部分的长度为248mm，因此余下的长度大于下梁的宽度，则可在下梁的一侧加一个托板托住零件伸出的部分。托板外侧的最外端焊上两个带内螺纹孔的小挡块，小挡块上装有螺钉，螺钉是用来定位零件在工作台上的位置。这样，下梁上两螺纹孔与托板上的螺钉就准确的确定零件在工作台上位置。机架、下梁和导柱的确定，就已经定出了折弯机的基本框架，活动梁在导柱上移动，上梁固定在导柱的另一头，又对于折弯机来说，应尽可能的保持三梁的长与宽一致，这样不仅结构对称而且受力也均匀，由此可确定上梁的尺寸为720mm300mm。同时在上梁的中心开孔，使压紧油缸的活塞杆上下移动，油缸又通过法兰固定在上梁之上，这样上梁可以选用厚为50mm的钢板，又因为油缸位于上梁的中心，且作用力大，则在上梁的中心将产生挠度，因此在上梁的外侧焊接两钢板以增加其刚度，由于上梁为一组焊件，则将上梁选用A3。同时由于上下梁分别固定在导柱的两端，活动梁在导柱上下移动，则要求两导柱平行，为了保证平行可在上下梁与导柱相配合的四孔处焊上厚度为5mm的钢板，再对钢板进行加工，以减小加工面积。则上梁的具体结构如图4-4所示(具体尺寸见零件图)。图4-4 上梁结构图由以上的叙述可知，已将上下梁的结构和具体的尺寸确定。而对于活动梁，是为了使活塞杆与其相连，带动压紧块上下运动，其结构简单。活动梁的长与宽分别与上梁一致，取720mm和300mm，但在活动梁长的一侧应挖去一长为524mm，宽为20mm的槽以让开零件折弯后四周的边产生干涉。同时，由于活动梁要在导柱上上下活动，则应在活动梁上装上导向套，同时配作螺纹孔用来装配油杯，其结构如图4-5所示（具体尺寸见零件图）。图4-5 活动梁结构示意图三梁的确定已经将折弯机的具体结构定出，同时将工作台与地面的距离定为800mm，由此来确定机架的高度，同时机架的结构为焊接式，则将机架的材料选为A3，机架的底座选长740mm，宽720mm，高为25mm的钢板，然后在平行于底板长的方向上焊上两垂直于底板的钢板，为增加其强度，再在两垂直钢板之间焊上一钢板，这样从正上方看三块钢板，就形成了一个H的形状，然后在三垂直底板的另一端焊接一长720mm，宽286mm，厚20mm的钢板，再在该钢板上焊接两根型号为8的槽钢，用来连接下梁。这样整个机架和下梁就形成了一组焊件。同时，在底板上还需装上一个支撑架用来定位折弯缸。在中间垂直钢板上开一个长为300mm，宽为150mm的孔让折弯缸通过。而对于折弯缸底座的支撑架，将其设计为一个单独的构件，这样既便于加工有便于装配。其具体的结构尺寸由折弯缸尾部转耳来决定。另外，在导柱与上下梁相连接的地方应采用过渡配合，这样可以保证导柱装上后不会晃动。由以上叙述可知，已经将折弯缸的具体结构和各梁的尺寸定出，只需要校核各处的强度来确定所选的零件尺寸是否合格。4.3.2 机架受力分析通过压紧块中心的计算可知，在压紧缸的保压过程之中，由于压紧块的受力中心与压紧块的中心不重合，则将会以压紧块中心产生偏转，但系统却是保持平衡的，则活动梁将受到导柱对其产生的弹力，受力图见图4-6。对该系统进行受力分析得，系统受到压紧力P，重力G，支撑力N以及导柱对上梁的弹力T1和T2，由于T1和T2为一对内力，则T1= T2，又由钢的密度为：=7.8g/cm3，则将活动梁与压紧块当中规则的形状来计算，可求得其重量为： 因为压紧力为50KN，则重力远小于压紧力，在计算过程之中，可忽略活动梁与压紧块的重力，即认为P=N。对活动梁和压紧块进行受力分析得：在水平方向上：T1=T2，且方向相反；在竖直方向上：N=P=27718.2N。再以O点为转动中心，以逆时针转动方向为正，则力矩平衡方程为：则由上述计算可知，在压紧缸保压的过程之中，导柱受到活动梁的两弹力作用，在此时导柱相当于一固定梁，受到一对大小相等，方向相反的力作用，将发生弯曲变形，受力图如图4-6所示：图4-6 压紧块受力图 图4-7 导柱受力简图对导柱进行受力分析，取水平向右为正，竖直向上为正，则可分别求得导柱在水平方向与竖直方向上所受到的力：在水平方向上： ；在竖直方向上： 由于，则。对导柱由力矩平衡方程可得：当确定好各力的大小后，设弹力T1的作用点为C，T2的作用点为D，则C点的弯矩Mc为： 代入数据 D点的弯矩Md为:代入数据 则其弯矩图为：图4-8 导柱受力弯矩图则由弯矩图可知，危险截面将在截面D，由于导柱的材料为45，查机械设计手册1，可得45的屈服极限为，安全系数为4，则导柱的许用强度为：。又由于导柱的截面形状是直径为42mm的圆，则可求得它的抗弯截面系数为：则导柱的弯曲强度条件为：带入数据得：则由上式可知导柱的强度满足要求，安全。由以上计算可知，导柱的强度小于许用值，但由于导柱两端固定，而在靠近下梁的一端受到活动梁对其的弹力作用，则导柱将会产生弯曲变形，如果导柱的挠度过大，产生的变形将会影响活动梁在上面顺利移动。由图4-8可得，导柱的挠度是由弹力T1和T2产生的。则可以分别求出弹力T1和T2产生的挠度，再将两挠度合成，而得出总的挠度。其具体的示意图如图4-9所示：图4-9 导柱弯曲变形示意图 又有b=0.03m，a=0.225m，d=0.07m，c=0.185m，设总长为l=0.255m。则弹力T1对导柱作用产生的挠曲线方程为：将数据带入挠曲线方程，可以求得在弹力T1的作用下，C和D处的挠度。 同理可得，在弹力T2的作用下，DA段的挠曲线方程为： 将数据带入挠曲线方程，可以求得在弹力T2的作用下，C和D处的挠度。在C点时，x=a=0.225m，则挠度为： 在D点时，x=c=0.185m，则挠度为： 分别求出弹力T1和T2的挠度后，再将其合成，则可求出总的挠度：由上可知，弹力T1和T2对导柱产生的挠度在C点为，在D点为，由数值可知道，挠度的值很小，因此，它对导柱产生的影响很小，不会影响活动梁的上下移动。由以上可知，导柱的强度与刚度均安全。由上梁的结构可知，压紧缸固定在上梁上，在保压过程之中，压紧缸的活塞对活动梁有一压力，即压边力，而压边力是由压紧缸内部液压油对活塞作用，再通过力的传递传给活动梁，则同时将对油缸产生一个反作用力，在该力的作用下，油缸有向上运动的趋势，又由于压紧缸通过法兰固定在上梁之上，则相当于在上梁的中心受到一竖直向上的力，该力与压边力同大，则上梁在该力的作用下，将会产生弯矩，其示意图为图4-10所示。图4-10 上梁受力示意图对上梁进行受力分析得，在竖直方向上，取竖直向上为正，在水平方向上，取水平向左为正，则；竖直方向上：由于力F作用在上梁的中心位置，则，所以：方向竖直向下。水平方向上：。则上梁在中心位置所受的弯矩最大为： 其弯矩图如下图所示：图4-11 上梁弯矩图由于上梁为组焊件，则选用焊接性能好的A3作为材料，查机械设计手册1可得A3的屈服极限，取，安全系数为4，则上梁的许用强度为：。又由于上梁的截面形状是高为50mm，宽为300mm的长方形，则可求得它的抗弯截面系数为：则上梁的弯曲强度条件为：带入数据得：则由上式可知上梁的强度满足要求，安全。由上梁的结构可知，上梁的长为720mm，宽为300mm，则上梁的受力相当于一两端固定的梁，将会产生挠度，且在梁的中心位置挠度最大。其示意图如图4-12所示。图4-12 上梁的受力变形图由上梁的弯曲变形图可知，上梁的最大挠度将梁的中心位置，即O点。又由4-12可知，l=620mm，则上梁的挠曲线方程为： 则上梁将会向上弯曲，对导柱产生弹力，上梁弯曲后，与导柱相连接的孔底部中心偏移的距离为：由装配图上配合可知，上梁允许的最大偏移为0.03mm，远大于实际的偏移，但如果孔的配合值小于实际的偏移值时，就会对导柱产生弹力，影响活动、梁的上下移动。为了提高其弯曲刚度，可采取了改善梁的结构形式，减小弯矩的数值的方法。具体的做法就是沿上梁长的方向焊接了两钢板，这样将进一步减小上梁在中心位置的挠度。减小上梁对导柱的弹力。4.4 油缸的选取通过折弯力的计算，以及折弯机构的确定，可知选用的折弯缸应为双作用的油缸，又由任务书可得，折弯缸的内径为50mm，公称压力为10KN，则可由此求得折弯系统的压力为：则要选的系统压力与压紧缸相同，因此也可选用冶金设备用标准液压缸系列，由于折弯缸的尾部要固定在底座的平台上，则要求折弯缸的尾部带耳环，而折弯缸的另一端则通过耳环与推板相连，当油缸的活塞杆伸出时推动推板绕其中心转动，在转动时，由于折边板固定在推板上，且在初始位置，折边板的上平面与零件的下平面重合，则折边板也会随着推板一起转动，且在转动时，折边板的上平面始终与零件的下平面重合，这样就保证了在折弯过程之中始终有一个垂直于零件的力作用在上面。同时又由于折边板与推板的转动中心线重合，则零件将以该中心线向上折起。其过程见图4-13。图4-13 折弯过程流程图由图4-13可知，在折弯过程之中，折边板对零件的作用力始终垂直于零件，而折弯的推力则由折弯缸提供，再通过折弯机构传给零件。查机械设计手册5从冶金设备液压缸技术规格中可得：当缸径为50mm是，选速度比为1.46，则活塞杆的直径为36mm，此时推力为49.88 KN，拉力为33.59KN，均达到系统需要的要求，又由技术规格可得，该液压缸在上述参数下的最大行程为290mm。由于折弯缸尾部的定位点未定出，则折弯缸的准确行程不能确定，则在装配图上可量得折弯机构初始位置与终点位置之间的直线距离约为180mm，则查液压缸行程参数系列，初定折弯缸的行程为200mm。由尾部单耳环型液压缸的安装尺寸可得ZM=289mm，则折弯缸的整个长度为ZM与行程s之和，即为489mm，同时可查得尾部耳环的相关尺寸，其中耳环中心孔的直径为30mm。又由于折弯缸的头部需与推板上的铰链相连，则折弯缸的头部选用外螺纹，该螺纹为M272，长为40mm。同时根据为螺纹的结构设计一耳环用来与推板上的铰链相连，则由此可知折弯缸头尾部耳环中心之间的距离为289+200+60=549mm，其中头部耳环的中心到其底端面的距离为60mm。通过估计的行程可确定折弯缸的长度为549mm，再以折弯缸的长度为半径，以折弯机构在起始位置时头部耳环中心为圆心作圆，则折弯缸尾部的中心一定在该圆的圆弧上，设折弯缸在起始位置时与竖直方向的夹角为，且在折弯的过程之中是不断变化的，其具体的受力情况如图4-14所示。图4-14 折弯机构受力简图由图4-14可得：1为推板的起始位置，2为推板的终点位置，3为临界位置（即折弯缸推力P的水平方向上P1的分力的作用线过O点，对O点的力矩为0）。且折边板的厚度为l=20mm，折弯机构的受力中心A与转动中心之间的距离为a=125mm，受力中心A到推板的距离也为l=20mm，连接OA，则A点的轨迹即为以O为圆心，OA为半径的圆弧，且，设推力P的分力P1和P2对转动点O的作用线分别为l1和l2，l2与OA的夹角为。在推板转到临界位置3之前的过程之中，推力P对O的转矩的作用效果始终与折弯力的作用效果相反（见图4-15），以O点为转动中心，以逆时针方向为正，由力矩平衡可得： (4-2)图4-15 折弯机构受力图 又有： 则式（1）可化为： (4-2)由式（2）可知，在这个过程之中，要使折弯缸的推力最小，即只要最大，此时，又由于在初始位置时=9.10，则此时要求=80.90。随着推板绕O点转动，则不断的增大，当到达临界位置3时，此时=900折弯的推力沿水平方向上的分力P2的作用方向过折弯机构的转动点，即分力P2对折弯机构的转动点的力矩为0。随着折弯机构的继续转动，当到达终点位置时，此时=99.10时即图4-14所示的位置2，则在该过程之中，由力矩平衡方程可得： (4-3)又有: 则式（3）可化为： (4-4)在推板的继续转动即从位置3转到位置2，为满足最大， 由于均大于900，应使尽可能的小。又由机架的具体结构，初定=400，则由此可定出折弯缸底座工作台的具体尺寸。再由确定的尺寸量得折弯缸的行程为178.7mm，小于选取的行程200mm。当确定好的具体值后，就可以定出折弯缸在转动的过程之中的受力情况，由于。又由装配图可量得在折弯机构从起始位置转动临界位置，再转动到终点位置时的值分别为400、40.10和390，的值分别为9.10、900和99.10。则在位置1时，由式（2）可求得折弯缸的推力为：；在临界位置时，折弯缸的分力P2对转动中心的力臂为0，即L2=0，而P1对转动中心的力臂就为OA，大小为126.6mm，则可求得起大小为：；或者在临界位置时=900，则式（2）可以化为：由以上两式可知，折弯机构在起始位置与临界位置时折弯缸的推力很接近，但由式（2）可得，当时，折弯机构的受力最小，且该位置存在于折弯机构在从起始位置转到临界位置这一过程之中，由装配图上量得此时的=42.60、=47.40，则可求得此位置折弯缸的推力为：；在终点位置时，折弯缸的推力可按式（4）计算，则：表4-1不同情况下折弯机构的受力350400450500550起始位置1363.2N1255.2N1171.4N1105.8N1054.2N最小位置948.8N948.8N948.8N948.8N948.8N临界位置1358.5N1241.6N1186.2N1129.5N1083.7N终点位置1362.2N1094.4N1202.5N1143.1N1105.8N则由以上的分析可得，折弯缸在工作过程之中，其所需要的推力先减小，然后折弯力又慢慢的变大，当达到临界位置时，折弯缸的推力与在起始位置时很接近，再随着折弯机构的继续转动，折弯缸的就推力又慢慢的减小，直到达到终点位置，但在终点位置时折弯缸的推力比在起始位置时小。则可以得到折弯机构在转动过程之中起始位置时的受力最大，在起始位置与临界位置之间的某一位置时受力最小。由此可知，预设的折弯缸与竖直方向的夹角符合要求。由以上可知，预设的行程可满足工作要求，同时该折弯缸适用于-400+800C的液压油、机械油和乳化液等介质。其具
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