机械毕业设计-WE67K-5004000液压板料折弯机设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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目 录 一、 设计的意义 2 二、 设计计算步骤 6 三、 使用说明 24 四、 设计收获与体会 43 五、 参考文献 44 1 2 3 4 一、 设计的意义 板料折弯机是一种使用最广泛的板料弯曲设备，用最简单的通用模具对板料进行各种角度的直线弯曲，操作简单，通用性好，模具成本低，更换方便，机器本身只有一个基本运 动 凡是大量使用金属板料的部门，大都需要使用折弯机。因此折弯机的品种规格繁多，结构形式多样，功能不断增加，精度日益提高，已经发展成为一种精密的金属成形机床。本次所需设计折弯机，用户是电力机车厂车箱分厂，用户本身已有多台板料折弯机，有机械式，也有液压式，都是普通电气控制。现用户为提高产品精度和工作效率，扩大加工能力，要求定购在 40度板料的折弯机，所加工产品精度要高过国家标准一级，加工过程半自动化（工作人员只需踩按开关就能加工出所需工件）。根据用户的具体要求，计划设计 000 数控电液同步折弯机。 折弯机的传动形式有气动、液压和机械三种。气动折弯机一般应用于小吨位。对于本机来说已不适合。机械板料折弯机是由机械压力机演变而成的，基本结构特征与机械压力机相同，采用曲柄连杆机构、离合器和制动器，通过飞轮释放能量产生折弯压力。机械折弯机的优点是滑动与工作台平行精度高，能承受偏载，比较适合冲孔工序。机械折弯机的缺点是： 1）行程和速度都是固定的，不能调整； 2）压力不能控制，在滑块下行程中从曲轴转角的最后 15 度 20 度开始到行程下死点之间，才能达到额定压力，而在行程 的中间位置，有效压力只有额定压力的 65%左右； 3）机器结构布局灵活性差，难以实现数控化和半自动化操作。由于以上分析，机械式折弯机也不适合本机的设计要求。 随着液压折弯机的发展，机械式折弯机的这些优点已不明显，液压折弯机的平行精度更高，也更能承受偏载，并能进行冲孔。液压板料折弯机，也就是采用液压传动的折弯机，与机械折弯机相比具有明显的优点： 1）行程较长，在行程的任何一点都可产生最大压力； 2）具有过载保护，不会损坏模具和机器； 3）调节行程、压力、速度简单方便，容易实现数控； 4）容易实现快速趋近、慢速折弯，可任意 调整转换点； 5）机器结构布局灵活，可以实现多种多样的结构。从以上可以看出，机械折弯机所固有的，难以克服的缺点，采用液压传动都可以解决了。 本机采用计算机数控（ 弯机，具有彩色图形显示；并能预先显示每一折弯工序的折弯过程；自动绘制折弯零件的毛胚展开图；确定最优折弯顺序；选择模具，判断模具，判断折弯过程中零件与模具是否发生干涉；自动编程。数控折弯机的折弯精度比普通折弯机高，而且整批零件的精度一致，生产率比普通折弯机提高三倍以上，零件的弯越多，生产率提高越多。我们设计的 000 数控电液 同步折弯机完全能够满足用户的技术要求。 在一台普通折弯机上对一个多弯零件进行折弯时，首先对整批零件进行第一道的折弯，然后依次进行以下各道折弯。这样需要足够的堆放场地，繁重的搬运工作。如果拥有几台折弯机，可以在每台折弯上进行一道折弯，则又需要占用几台折弯机和几名工人，并在第一个零件完成全部折弯工序以前，整批零件都积压在加工过程中。数控折弯机完全改变了这种生产面貌。根据设定的程序，折弯机自动调整滑块行程和后挡料位置，并设定时间，一个零件的全部折弯工序自动连续进行。并且数控折弯机都有角度直接编程功能，只要输入几个 数据，经过一次试折和修正，即可完成调整工作，不需要技术熟练的工人。而在普通折弯机上需要凭经验经过几次试折。 因此，使用数控折弯机的加工成本，可比普通折弯机节约 20%70%，经济效果十分显 5 著。 设计依据： 序号 名称 参数 备注 1 公称力 50002 工作台长度 40003 工作台宽度 4004 喉口深度 4005 滑块行程 3206 立柱间距离 33007 数控轴数 基本轴： 余轴可任意组合2， V 8 工作台面与滑块间最 大开启高度 6309 机器外形尺寸 422510 油缸快下速度 s 11 油缸工进速度 6 12 油缸回程速度 46 13 滑块空载行程次数 3 次 /分钟 14 最大工作压力 2515 主电机功率 3016 重量 3600017 墙板厚度 11018 工作台厚度 10019 工作台主板厚度 110 20 滑块厚度 110 二、 设计计算步骤 (一 ) 液压计算说明 (1)调速回路选择 旁路节流阀调速回路 6 如图所示，这种回路是把节流阀接在与执行元件并联的旁油路上。通 过调节节流阀的通流面积，来控制泵溢回油箱的流量，即可实现调速。由于溢流已由节流阀承担，故溢流阀实为安全阀，常态时关闭，过载时打开，其调定压力为最大工作压力的 泵工作过程中的压力随负载而变化。 回 油节流阀调速回路 如图所示，将节流阀串接在缸的回油路上，即构成回油节流阀调速回路（泵的出口压力恒定）。用节流阀调节缸的回油流量，实现调速。 进油节流阀调速回路 将节流阀串联在泵与缸之间，即构成进油节流阀调速回路 (见图 )。泵输出的油液一部分经节流阀进入缸的工作腔，泵多余的油液经溢流阀回油箱。由于溢流阀有溢流，泵的出口压力 持恒定。调节节流阀通流面积，即可改变通过节流阀的流量，从而调节缸的速度。 可见，进油节流阀调速加路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。 进油节流调速回路使用普遍 ,但由于执行元件的回油不受限制 ,所以不宜用在超越负载 (负载力方向与运动方向相同 )的场合 多用于轻载、低速场合。对速度稳定性要求不高时，可采用节流阀；对速度稳定性要求较高时，应采用调速阀。该回路效率低，功率损失大。采用双单向节流阀，双方向均可实现进油节流调速。 上述两种回路（即回油节流阀调速回路和进油节流调速回路） 的不同之处： a回油节流阀调节回路的节流阀使缸的回油腔形成一定的背压（ 0） ,因而能承受负值负载，并提高了缸的速度平稳性。 当工作部件在行程终点碰到死挡铁后，缸的进油腔油压会上升到等于泵压，利用这个压力变化，可使并联于此处的压力继电器发讯，对系统的下步动作实现控制。而在回油节流阀调速进，进油腔压力没有变化，不易实现压力控制。虽然工作部件碰到死挡铁后，缸的回油腔压力下降为零， 可利用这 7 个变化值使压力继电器失压发讯，对系统的下步动作实现控制，但可靠性差，一般不采用。 杆腔进油流量大于有杆腔回油流量。故在缸径、缸速相同的情况下，进油节流阀调速回路的节流阀开口较大，低速时不易堵塞。因此，进油节流阀调速回路能获得更低的稳定速度。 泵重新向缸供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油路上没有节流阀控制流量，会使活塞前冲；而在进油节流阀调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。 为进油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接进入缸的进油腔；而在回油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却。 根据以上分析，采用进油节流阀调速回路比较合适。 (2)液压控制阀的选择 选阀种类 a. 液控单向阀 液控单向阀按结构特点可分为简式和卸载式两类。卸载式的特点是带有卸载阀 ，当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯 3，使主油路卸压，然后再顶开单向阀芯。这样可大大减小控制压力，使控制压力与工作压力之比降低到 因此可用于压力较高的场合。 液控单向阀，亦可称作单向闭锁阀保压阀等。它用于液压系统中，阻止油流反向流动，起到一般单向阀的作用；但可利用控制压力油，通过控制活塞打开单向阀芯，使油流实现反向流动。液控单向阀可用在需要严格封闭的油路中，进行单位向闭锁，起到保压作用。 b. 机动换向阀 机动换向阀用来控制机械运动部件的行程，故又称 行程换向阀。它利用档铁或凸轮推动阀芯实现换向。当挡铁（或凸轮）运动速度 v 一定时，可通过改变挡铁斜面角度 节换向过程的快慢。机动换向阀通常是二位的，有二通、三通、四通、五通几种。其中二通的又分常闭式和常开式两种。 c. 电液动换向阀 电液动换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。其中电磁换向阀起先导作用，用来改变控制液流的方向，从而改变起主阀作用的液动换向阀的工作位置。 d. 调速阀 调速阀的流量由手柄在 120范围内进行调节，流量调好后，手柄位置可被锁紧旋钮固定，流量值从刻度盘上显示。减压阀可以选择是否带行程调节器。 e. 普通单向阀 普通单向阀的作用是使液体只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。对单向阀的要求主要有： 反向截止时密封性要好； 作时无撞击和噪声。 该阀在这次设计中被使用。 f. 换向阀 换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动，使与阀体相连的各油路实现接通、切断，或改变液流的方向的阀类。对换向阀的基本要求是： 般 p； 速且平稳无冲击。 该阀在这次设计中被使用。 8 g. 电磁换向阀 电磁换向阀是利用电磁铁吸 力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以易于实现动作转换的自动化。 该阀在这次设计中被使用。 h. 先导式溢流阀 阀是先导控制式的溢流阀，用来控制液压系统的压力； 阀是先导控制式的电磁溢流阀，除控制液压系统的压力外，还能在任意时刻使系统卸荷。 止液压系统过载） 持液压系 统压力恒定） 该阀在这次设计中被使用。 选阀型号 名称 规格 数量 冲液阀 溢流阀 单向阀 直入式插装溢流阀 叠加型溢流阀 电磁换向阀 电液比例先导溢流阀 (3)泵的选择 选泵的种类 a. 齿轮泵 当齿轮旋转时，在 A 腔，由于轮齿脱开使窖逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到 B 腔，在 B 腔，由于轮齿啮合，容积逐渐减小，把液压油排出。 利用齿和泵壳形成的封闭容积的变化，完成泵的功能，不需要配流装置，不能变量。结构最简单、价格低、径向载荷大 。 当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转。吸油腔由于轮齿脱开而吸油，经隔板后，油液进入压油腔，压油腔由于轮齿啮合而排油。 典型的内啮合齿轮泵主要有内齿轮、外齿轮及隔板等组成。利用齿和齿圈形成的容积变化，完成泵的功能。在轴对称位置上布置有吸、排油口。不能变量。尺寸比外啮式略小，价格比外啮合式略高，径向载荷大。 9 力的脉动小。 损小，因而寿命长。 本高，价格比外啮合齿轮泵贵。 利用插入转子槽内的叶片间容积变化，完成泵的作用。在轴对称位置上布置有两组吸油口和排油口。径向载荷小，噪声较低流量脉动小。 c. 轴向柱塞泵 柱塞泵由缸体与柱塞构成，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，工作容积减小时排油。采用端面配油。 径向载 荷由缸体外周的大轴承所平衡，以限制缸体的倾斜。利用配流盘配流。传动轴只传递转矩、轴径较小。由于存在缸体的倾斜力矩，制造精度要求较高，否则易损坏配流盘。 该设计采用轴向柱塞泵。 选泵的型号 轴向柱塞泵的型号： 63力： 量： 63 ml/r (4)管接头的选择 卡套式管接头 利用卡套变形卡住管子并进行密封，结构先进，性能良好，重量轻，体积小，使用方便，广泛应用于液压系统中。工作压力可达 求管子尺 寸精度高，需用冷拔钢管。卡套精度亦高。适用于油、气及一般腐蚀性介质的管路系统。 焊接式管接头。 利用接管与管子焊接。接头体和接管之间用 O 形密封圈端面密封。结构简单，易制造，密封性好，对管子尺寸精度要求不高。要求焊接质量高，装拆不便。作温度 25 80，适用于以油为介质的管路系统。 该管接头用于此次设计中。 (5)液压缸的选择 液压缸的种类 活塞仅 能单向运动，其反向运动需由外力来完成。 b. 伸缩式液压缸 有多个依次运动的活塞，各活塞逐次运动时，其输出速度和输出力均是变化的。 c. 柱塞式液压缸 活塞仅能单向运动，其反向运动需由外力来完成。但其行程一般较活塞式液压缸大。 本设计应用了该种形式的液压缸。 液压缸的规格及计算过程 250T 00mm/s 57251025012911291 4 /./. 圆整后取： D=36010 校验在 D=360系统压力为： M P 6254360 10250 2 4 ./ 满足要求 液压缸的上下面积比根据 压系统 的特性选取，一般取 8最佳，初步选定面积比 ： 1，得 68/7 2 圆整后取 d=340验得： 1269340360 360 22 222 2 :. i d 故满足要求 受力分析如下： 又因为材料为锻钢，故根据第四强度理论得知： 2020203 3 2100 . 17 3 212200 2/1 2 05/6 0 0/ y=入数据得： 1953173211201202360173212././ 考虑结构，圆整为 速度及流量计算 11 V 慢下 =5mm/s 22 1 74D 上 S 上 V 慢下 2=l/S Q 总 =0=61.2 l/选用 125 ml/r 的泵，电机转速 1000 r/ 泵 =125 l/l/足要求 V 回程 S F/ G=油缸下腔静压为 310N/ /43402 ）（由 Q=得知 ： Q 回 =10035=l/ V 快下 =Q/s 校核 ： 当 Q 回 =l/ ， Q 吸 13.3 l/根据 块的最大充油特性可知 ： Q 吸 00 l/知 ： Q 吸 阀 25/2=762.5 l/快下速度此时应根据上腔最大吸油量决定 ,应在回油管路装单向顺序阀来满足要求 即 ： V 快下 Q 吸 上 ./. 851244605762 23 6 0t 总 =t 快 +t 慢 +t 回 +151463705200170 4 s 满足每分钟 1次的要求 P 泵 =0核 ： P 需 =005 P 泵 P 需 ,故功率满足要求 选用 60 r/电机 30二 ) 机械计算说明 12 (1)所用公式 : I=12 H 33 y(x) 均布 =384=40=170cm h=150cm b=29性矩 ： 2 12 233 1 5091 7040 =8220417布载荷 ： q= 23 1 2 5 04 0 0 105 0 0 本机公称力 05N L： 工作台总长 400 弯截面模量 : 33 = 333 89 6 7 1 01706 1502917040 = m/l=350/3300=支点反力 ： B=+2)/2 =12503300(1+22 =04N 弯矩： B=21 0xm 2 =05N X=2241 mxm+1 M=2qx(=1 42)/8 =12503302(1 48 = 13 剪力 : ： - 0xm - 125035 = - 43750 ： Q=q(2l x) mxm+1 A 点 ： 2A=04N (2)弯曲应力 : M M 截面处弯曲应力最大 m m=： 16s=2750 N/= s /n n=2 = 2750/2 =13750 N/ 剪应力 ： A、 B 处最大 A=B=04/S A =2264 N/A=4010+6411=1104 =3750=8250 N/A=B 安全 (3)刚度校核：均布载荷 38412503304(5 2438421068220417 = y 14 许可 B=11 ， H=190 ， l=330 ， h= 惯性矩： 2312190113 =06 4 抗弯截面模量 ： 26190112 =04 3 支反力 ： C=2P=2 10506. =04N 弯矩 ： : M=2x2 : M=21 )( 2lx1 30310506 . =07 N 力 ： : P=04N : 2P=04 N 弯曲应力 ： z=07/04=： B、 C 处最大 1 2 B=C=A =04/=8250N/B=C 安全 刚度校核 ： 集中 yA=8063303/48210606= =265/400=布 yA=384 =12503304(5384210606 = 许可 15 H=195 P=2F=04 N (1) W=62 B=11 惯性矩： 2312195113 =06 4 转矩半径 : L=42+195/2=弯截面模量 : 195112 =7104 3 墙板危险截面在 力由拉应力和弯应力合成 H=11195=2145 拉 =19511 10524.= . =+：每只油缸盖采用 16螺钉联接，校核得：因为滑块重 总重量为： G=16 螺钉拧紧系数 K= M P S 14252 ./ 根据螺栓的校 核公式： 4得： 36614221610896514 4 *.*.* 三、 使用说明 （一）机器的用途和适用范围 本机器对折弯金属板料具有较高的劳动生产率和较高的折弯精度，当折弯机折弯不同厚度的板料时，就选择不同开口尺寸 V 形槽下模，若采用不同形状的上下模具，可折弯成各种形状的工件（见图 1），同时电脑计算出折弯力（见表 1）并给予控制。 机器采用钢板拼接结构，具有足够的强度和刚度。液压传动保证工作时不致因板料厚度变化或下模 V 形槽选择不当而引起的严重超载事故 。此外本机器具有工作平稳可靠，操作方便，下模装有挠度补偿机构，以保证获得较高的折弯精度。用户只需配备各种不同的模具，就能将金属板料折弯成各种不同形状的工件。 本产品采用先进的电液同步技术，性能可靠，即使在偏载力的作用下，仍能保证较高的同步精度是理想的板料成形设备之一，它广泛用于飞机、汽车、造船、电器、机械及轻工业等行业，生产效率较高。 （二）机器的主要结构及工作原理 本机器主要部件同钢板拼接而成，强度高，刚性好。 (1)机架 由左右墙板、油箱、托盘、工作台、撑挡等拼接成框形机架。工作 台座于左右边墙板下部，油箱位于机器的上部。 (2)滑块 滑块由整块钢板制成，与左右油缸中的活塞杆连接在一起，二个油缸固定在左右墙板上，通过液压驱动使活塞杆带动滑块上下动作。 (3)液压系统 使用德国 司折弯机专用液压阀。 (4)前托料架，后挡料。 前托料架由手动调节。 后挡料由电脑控制定位尺寸，并具有较高的定位精度。 (5)模具 采用 70#钢或合金钢材经锻造、热处理、铣削、磨削等加工而成。上模采用多种短模拼接或整体上模，具有精度高，互换性好，便于装拆等特点。 (6)电气 17 电气箱上安装有各种操作按钮 。 本机器采用电液同步控制技术，其控制方框图如下： 当操作者在 输入折弯工件的一些基本参数之后， 据输入的参数计算出折弯该工件的折弯力， X 轴的定位尺寸。滑块快速运动的距离。速度转换点的位置，下死点的位置，上死点位置等等，并分别控制比例溢流阀， X 轴驱动器，比例换向阀放大器等，控制整个机器的动作。 当滑块停止时（参见液压原理图），所有的电磁阀都无动作。此时，由于比例溢流阀的比例电磁铁没有 出的电流信号 ，处于开户状态，因此比例溢流阀的主阀处于开户状态，油泵打出的油液被 8 号液控单向阀封闭，油缸上腔经 3 号二位二通液控换向阀之右位与油箱接通，因此滑块处于停止状态，如果滑块停在上死点时，油缸下腔有些渗油而使滑动慢慢落下，属正常现象，当滑块下降一段距离以后 发出一个上升信号，控制滑块回至上死点。 当滑块快速下降时，比例溢流阀的比例电磁铁得到 出的电流信号而关闭。4电，而使 8 号液控单向阀打开，比例换向阀 4于第二位工作状态，此时，油缸下腔的油液通过 3 号阀直接从油箱内吸入，同时油泵压出的油液，经 4入油缸上腔。滑块快速下降的速度由 制比例换向 4现。 当滑块慢速下降时，电磁阀 1电而使 3 号阀关闭， 4电而使 8 号阀关闭，油泵出油经 7 号比例换向阀进入油缸上腔，油缸下腔回油经 4 号平衡阀， 7 号比例换向阀回油箱。 当滑块回程时 7 号比例换向阀在第四位工作， 给比例溢流阀一个恒定提升电流信号，从而使提升压力是恒定的。油泵出油经 7 号比例换向阀， 11 号单向阀进入油缸下腔，油缸上腔的油液经 3 号阀回油箱。 出厂时安全阀 衡阀 4 和下腔安全阀 10 的压力均已调整好，用户不得随意 18 调整，否则后果 自负。 （三）机器的吊运和安装 为了便于运输 ,机器在吊运前拆卸成工作台、墙板、滑块、油箱等几大部件，机器部件运至用户安装场地后，在制造厂人员指导下吊装调试。 （四）机器的调整，操作和使用 滑块的快速行程距离，速度转换点位置，滑块慢速行程距离，下死点位置，滑块上死点位置，均由电脑根据用户所加工工件的参数，计算，显示并控制上死点位置及保压时间，也可以由用户在电脑屏幕上设置。如工件角度不符合用户要求，也可以直接在电脑屏幕上修正，详见 作手册。 电脑根据 所加工工件的长度，厚度，下模 V 型槽的开 口大小及板料材质计算出折弯力的大小，并直接控制压力比例阀，使液压系统提供所需要的折弯力。 后挡料的定位由用户根据所加工工件在 X， 向上的尺寸，利用 制伺服电机使后挡料定位。 （六）机器的维护保养及常见故障排除 凡是操作和维修机器的人员，对照机器实体，认真领会和熟悉本机器的主要结构，性能和使用方法，做好经常性维修保养工作，做好日常使用记录以便查阅。 作者应熟悉；牢记本机器的操 作规程。 6#液压油，必须保持油液的清洁度及油路畅通，加油时需经 200 目以上滤油网过滤，新机器使用一个月以后需换一次油，以后每年换一次油，高压滤油器滤芯，每三个月必须更换一次。 用中应根据工作使用情况，参照机器润滑点指示图（见图 5）加油。 弯力不得大于 125T/m。 须立即停车，找出原因进行修理。 精度应保持出厂标准。 19 图 5机器润滑点指示图 润滑点号码 润滑点名称 油量大小 加油时间 润滑油种类及牌号 1 滑座（八处） 小 24h 3 号钙基润滑脂 2 导轨（左右） 中 4h 3 号钙基润滑脂 3 导轨（左右） 中 4h 3 号钙基润滑脂 常见故障及排除 故障现象 产生原因 排除方法 油泵不出油滑动不动 油泵旋转方向不对 将电源进线的相位校对 元件，管接头及缸的渗油 联接螺纹未拧紧密封件损坏或老化 拧紧联接螺纹，更换密封封件 管道和机器产生振动 油箱油量不足或滤油网堵塞，使 泵吸空 清洗或更换滤油器油箱内油加至油标中心 高压滤油器发出叫声 高压滤油器堵塞 更换高压滤油器滤芯 滑块到达某一位置后不再下来，自动回程或上模压住下模以后不能自动回程 电脑内选用模具与实际用模具不符合 校对电脑内选用的与实际所使用的模具 （七）随机附带备用易损零件表 型号 名称 格 材料 件数 O 型密封图 20 D=10 d=胶 D=11 d=胶 D=20 d=胶 D=24 d=胶 D=30 d=胶 D=40 d=胶 D=40 d=胶 D=85 d=胶 D=210 d=胶 D=300 d=胶 D=375 d=胶 D=415 d=胶 D=420 d=胶 防尘圈 d=360 2 四、 设计收获与体会 这次所设计的 000 液压板料折弯机是在原有半自动板料折弯机的基础上进行改进，使其成为一种产品精度和工作效率高、性能可靠、操作简便、通用性好的板料弯曲设备之一，得到更广泛的应用。 这次主要在三个部分做了改进： （一） 液压部分 液压部分是本次改进的重点，本产品采用的电液同步技术，性能可靠，即使在偏载力的作用下，仍能保证较高的同步精度。 （二） 机械部分 机械部分主要是在下模安装了扰度补偿机构，以保证获得较高的折弯精度。用户只需配备不同的模具，就能将金属板料折弯成不同形状的工件。 （三） 电气部分 电气部分采用了 控系统，可根据不同的厚度、不同的开口计算出折弯力并给予控制。直观、精确、统一。 以上三方面难点多、工作量大，对于我来说是前所未有的挑战，在指导老师的帮助下，通过自己的努力，最终还是完成了设计任务。 经过这几个月的时间，我学到了很多东西，也更清楚了知识是需要融会贯通和积累的，培养了对机械设计的兴趣，初步掌握了设计的基本步骤。这些将对我在以后的工作中有很大的帮助，我也充分认识到只有通过不断的学习、大量的实践、深刻的反思，总结和再学习，才能成长成为一个真正的合格的机械设计工作者。 五、 参考 文献 机械设计手册第 2版 2000年 铁华主编 . 液压传动与气压传动第 2版 2000年 锡轻工业学院编 工程力学上册 1978年 21 4南京工学工院杨可桢、程光蕴主编 . 机械设计基础第 4版本 1998年 5东南大学机械学学科组郑文纬，吴克坚主编 . 机械原理 版 高等教育出版社 ,1997 陈作模主编 第 5版 高等教 育出版社 ,1996 全国滚动轴承产品样本 ,1995 江南大学机电一体化专业2001届毕业设计指导老师:黄如林设 计 者:宋丽娜设计题目: WE67K-500/4000液压板料折弯机设计时间:2005年3月目 录一、 设计的意义 2二、 设计计算步骤 6三、 使用说明 24四、 设计收获与体会 43五、 参考文献 44一、 设计的意义 板料折弯机是一种使用最广泛的板料弯曲设备，用最简单的通用模具对板料进行各种角度的直线弯曲，操作简单，通用性好，模具成本低，更换方便，机器本身只有一个基本运动-上下往复直线运动。凡是大量使用金属板料的部门，大都需要使用折弯机。因此折弯机的品种规格繁多，结构形式多样，功能不断增加，精度日益提高，已经发展成为一种精密的金属成形机床。本次所需设计折弯机，用户是电力机车厂车箱分厂，用户本身已有多台板料折弯机，有机械式，也有液压式，都是普通电气控制。现用户为提高产品精度和工作效率，扩大加工能力，要求定购在4m宽度能折弯20mm厚度板料的折弯机，所加工产品精度要高过国家标准一级，加工过程半自动化（工作人员只需踩按开关就能加工出所需工件）。根据用户的具体要求，计划设计WE67K-500/4000数控电液同步折弯机。折弯机的传动形式有气动、液压和机械三种。气动折弯机一般应用于小吨位。对于本机来说已不适合。机械板料折弯机是由机械压力机演变而成的，基本结构特征与机械压力机相同，采用曲柄连杆机构、离合器和制动器，通过飞轮释放能量产生折弯压力。机械折弯机的优点是滑动与工作台平行精度高，能承受偏载，比较适合冲孔工序。机械折弯机的缺点是：1）行程和速度都是固定的，不能调整；2）压力不能控制，在滑块下行程中从曲轴转角的最后15度20度开始到行程下死点之间，才能达到额定压力，而在行程的中间位置，有效压力只有额定压力的65%左右；3）机器结构布局灵活性差，难以实现数控化和半自动化操作。由于以上分析，机械式折弯机也不适合本机的设计要求。随着液压折弯机的发展，机械式折弯机的这些优点已不明显，液压折弯机的平行精度更高，也更能承受偏载，并能进行冲孔。液压板料折弯机，也就是采用液压传动的折弯机，与机械折弯机相比具有明显的优点：1）行程较长，在行程的任何一点都可产生最大压力；2）具有过载保护，不会损坏模具和机器；3）调节行程、压力、速度简单方便，容易实现数控；4）容易实现快速趋近、慢速折弯，可任意调整转换点；5）机器结构布局灵活，可以实现多种多样的结构。从以上可以看出，机械折弯机所固有的，难以克服的缺点，采用液压传动都可以解决了。本机采用计算机数控（CNC）折弯机，具有彩色图形显示；并能预先显示每一折弯工序的折弯过程；自动绘制折弯零件的毛胚展开图；确定最优折弯顺序；选择模具，判断模具，判断折弯过程中零件与模具是否发生干涉；自动编程。数控折弯机的折弯精度比普通折弯机高，而且整批零件的精度一致，生产率比普通折弯机提高三倍以上，零件的弯越多，生产率提高越多。我们设计的WE67K-500/4000数控电液同步折弯机完全能够满足用户的技术要求。在一台普通折弯机上对一个多弯零件进行折弯时，首先对整批零件进行第一道的折弯，然后依次进行以下各道折弯。这样需要足够的堆放场地，繁重的搬运工作。如果拥有几台折弯机，可以在每台折弯上进行一道折弯，则又需要占用几台折弯机和几名工人，并在第一个零件完成全部折弯工序以前，整批零件都积压在加工过程中。数控折弯机完全改变了这种生产面貌。根据设定的程序，折弯机自动调整滑块行程和后挡料位置，并设定时间，一个零件的全部折弯工序自动连续进行。并且数控折弯机都有角度直接编程功能，只要输入几个数据，经过一次试折和修正，即可完成调整工作，不需要技术熟练的工人。而在普通折弯机上需要凭经验经过几次试折。因此，使用数控折弯机的加工成本，可比普通折弯机节约20%70%，经济效果十分显著。设计依据：序号名称参数备注1公称力5000KN2工作台长度4000mm3工作台宽度400mm4喉口深度400mm5滑块行程320mm6立柱间距离3300mm7数控轴数基本轴：Y1，Y2其余轴可任意组合X1，X2，Z1，Z2，R1，R2，V8工作台面与滑块间最大开启高度630mm9机器外形尺寸4225mmx3710mmx4350mm10油缸快下速度71.7mm/s11油缸工进速度6mm/S12油缸回程速度46mm/S13滑块空载行程次数3次/分钟14最大工作压力25MPa15主电机功率30Kw16重量36000Kg17墙板厚度110mm18工作台厚度x宽度100x40019工作台主板厚度11020滑块厚度110二、 设计计算步骤(一) 液压计算说明1.选型(1)调速回路选择 旁路节流阀调速回路 如图所示，这种回路是把节流阀接在与执行元件并联的旁油路上。通 过调节节流阀的通流面积，来控制泵溢回油箱的流量，即可实现调速。由于溢流已由节流阀承担，故溢流阀实为安全阀，常态时关闭，过载时打开，其调定压力为最大工作压力的1.11.2倍，故泵工作过程中的压力随负载而变化。 回油节流阀调速回路如图所示，将节流阀串接在缸的回油路上，即构成回油节流阀调速回路（泵的出口压力恒定）。用节流阀调节缸的回油流量，实现调速。 进油节流阀调速回路将节流阀串联在泵与缸之间，即构成进油节流阀调速回路(见图)。泵输出的油液一部分经节流阀进入缸的工作腔，泵多余的油液经溢流阀回油箱。由于溢流阀有溢流，泵的出口压力Pp保持恒定。调节节流阀通流面积，即可改变通过节流阀的流量，从而调节缸的速度。可见，进油节流阀调速加路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。进油节流调速回路使用普遍,但由于执行元件的回油不受限制,所以不宜用在超越负载(负载力方向与运动方向相同)的场合.阀应安装在液压执行元件的进油路上,多用于轻载、低速场合。对速度稳定性要求不高时，可采用节流阀；对速度稳定性要求较高时，应采用调速阀。该回路效率低，功率损失大。采用双单向节流阀，双方向均可实现进油节流调速。上述两种回路（即回油节流阀调速回路和进油节流调速回路）的不同之处：a回油节流阀调节回路的节流阀使缸的回油腔形成一定的背压（p20）,因而能承受负值负载，并提高了缸的速度平稳性。b.进油节流阀调速回路容易实现压力控制。因当工作部件在行程终点碰到死挡铁后，缸的进油腔油压会上升到等于泵压，利用这个压力变化，可使并联于此处的压力继电器发讯，对系统的下步动作实现控制。而在回油节流阀调速进，进油腔压力没有变化，不易实现压力控制。虽然工作部件碰到死挡铁后，缸的回油腔压力下降为零，可利用这个变化值使压力继电器失压发讯，对系统的下步动作实现控制，但可靠性差，一般不采用。c.若回路使用单杆缸，无杆腔进油流量大于有杆腔回油流量。故在缸径、缸速相同的情况下，进油节流阀调速回路的节流阀开口较大，低速时不易堵塞。因此，进油节流阀调速回路能获得更低的稳定速度。d.长期停车后缸内油液会流回油箱，当泵重新向缸供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油路上没有节流阀控制流量，会使活塞前冲；而在进油节流阀调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。e.发热及泄漏对进油节流阀调速的影响均大于回油节流阀调速。因为进油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接进入缸的进油腔；而在回油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却。根据以上分析，采用进油节流阀调速回路比较合适。(2)液压控制阀的选择 选阀种类a. 液控单向阀 液控单向阀按结构特点可分为简式和卸载式两类。卸载式的特点是带有卸载阀，当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯3，使主油路卸压，然后再顶开单向阀芯。这样可大大减小控制压力，使控制压力与工作压力之比降低到4.5%，因此可用于压力较高的场合。 液控单向阀，亦可称作单向闭锁阀保压阀等。它用于液压系统中，阻止油流反向流动，起到一般单向阀的作用；但可利用控制压力油，通过控制活塞打开单向阀芯，使油流实现反向流动。液控单向阀可用在需要严格封闭的油路中，进行单位向闭锁，起到保压作用。b. 机动换向阀 机动换向阀用来控制机械运动部件的行程，故又称行程换向阀。它利用档铁或凸轮推动阀芯实现换向。当挡铁（或凸轮）运动速度v一定时，可通过改变挡铁斜面角度a来改变换向时阀芯移动速度，调节换向过程的快慢。机动换向阀通常是二位的，有二通、三通、四通、五通几种。其中二通的又分常闭式和常开式两种。c. 电液动换向阀 电液动换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。其中电磁换向阀起先导作用，用来改变控制液流的方向，从而改变起主阀作用的液动换向阀的工作位置。d. 调速阀 MSA型调速阀的流量由手柄在120范围内进行调节，流量调好后，手柄位置可被锁紧旋钮固定，流量值从刻度盘上显示。减压阀可以选择是否带行程调节器。 e. 普通单向阀普通单向阀的作用是使液体只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。对单向阀的要求主要有：i.通过液流时压力损失要小，而反向截止时密封性要好；ii.动作灵敏，工作时无撞击和噪声。该阀在这次设计中被使用。f. 换向阀 换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动，使与阀体相连的各油路实现接通、切断，或改变液流的方向的阀类。对换向阀的基本要求是：a.液流通过阀时压力损失小（一般p0.10.3MPa）；b.互不相通的油口间的泄漏小；c.换向可靠、迅速且平稳无冲击。该阀在这次设计中被使用。g. 电磁换向阀 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以易于实现动作转换的自动化。该阀在这次设计中被使用。h. 先导式溢流阀 DB型阀是先导控制式的溢流阀，用来控制液压系统的压力；DBW型阀是先导控制式的电磁溢流阀，除控制液压系统的压力外，还能在任意时刻使系统卸荷。 I.起安全阀作用（防止液压系统过载） II.起溢流阀作用（维持液压系统压力恒定） III.使液压系统卸荷该阀在这次设计中被使用。 选阀型号名称规格数量冲液阀PF-48-A2-F2溢流阀CVA25-H2单向阀CA6-H3直入式插装溢流阀CLEB-40201叠加型溢流阀MBP-03B-H2MBP-03H-H1电磁换向阀D5-02-2B10A-D252D5-02-2B40B-D252D5-02-2B8A-D252D5-03-2B2-D251电液比例先导溢流阀EDG-01-H-V1(3)泵的选择 选泵的种类a. 齿轮泵I.外啮合式齿轮泵 当齿轮旋转时，在A腔，由于轮齿脱开使窖逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到B腔，在B腔，由于轮齿啮合，容积逐渐减小，把液压油排出。利用齿和泵壳形成的封闭容积的变化，完成泵的功能，不需要配流装置，不能变量。结构最简单、价格低、径向载荷大。II.内啮合式齿轮泵 当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转。吸油腔由于轮齿脱开而吸油，经隔板后，油液进入压油腔，压油腔由于轮齿啮合而排油。 典型的内啮合齿轮泵主要有内齿轮、外齿轮及隔板等组成。利用齿和齿圈形成的容积变化，完成泵的功能。在轴对称位置上布置有吸、排油口。不能变量。尺寸比外啮式略小，价格比外啮合式略高，径向载荷大。i.流量、压力的脉动小。ii.噪声低。iii.轮齿接触应力小，磨损小，因而寿命长。iv.主要零件的加工难度大，成本高，价格比外啮合齿轮泵贵。b.叶片泵利用插入转子槽内的叶片间容积变化，完成泵的作用。在轴对称位置上布置有两组吸油口和排油口。径向载荷小，噪声较低流量脉动小。c. 轴向柱塞泵柱塞泵由缸体与柱塞构成，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，工作容积减小时排油。采用端面配油。径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡，以限制缸体的倾斜。利用配流盘配流。传动轴只传递转矩、轴径较小。由于存在缸体的倾斜力矩，制造精度要求较高，否则易损坏配流盘。该设计采用轴向柱塞泵。 选泵的型号轴向柱塞泵的型号：63MCY14-1B；压力：31.5 MPa；排量：63 ml/r(4)管接头的选择卡套式管接头利用卡套变形卡住管子并进行密封，结构先进，性能良好，重量轻，体积小，使用方便，广泛应用于液压系统中。工作压力可达31.5MPa，要求管子尺寸精度高，需用冷拔钢管。卡套精度亦高。适用于油、气及一般腐蚀性介质的管路系统。 焊接式管接头。利用接管与管子焊接。接头体和接管之间用O形密封圈端面密封。结构简单，易制造，密封性好，对管子尺寸精度要求不高。要求焊接质量高，装拆不便。工作压力可达31.5MPa，工作温度2580，适用于以油为介质的管路系统。该管接头用于此次设计中。(5)液压缸的选择 液压缸的种类a.活塞式液压缸活塞仅能单向运动，其反向运动需由外力来完成。b. 伸缩式液压缸有多个依次运动的活塞，各活塞逐次运动时，其输出速度和输出力均是变化的。c. 柱塞式液压缸活塞仅能单向运动，其反向运动需由外力来完成。但其行程一般较活塞式液压缸大。本设计应用了该种形式的液压缸。 液压缸的规格及计算过程a.要求：I.单只油缸吨位为250TII.滑块行程400mmIII.慢下速度5mm/sb.计算步骤：I.油缸直径计算圆整后取：D=360mm校验在D=360mm的系统压力为：满足要求II.确定活塞杆直径液压缸的上下面积比根据BOSCH液压系统的特性选取，一般取8-10位最佳，初步选定面积比iD=8：1，得圆整后取d=340mm校验得：故满足要求III.油缸中段壁厚的确定受力分析如下：又因为材料为锻钢，故根据第四强度理论得知： Pn=25.56MPaPy=1.25Pn=31.95MPa代入数据得： 考虑结构，圆整为速度及流量计算 V慢下=5mm/sQV =S上V慢下2=1.02 l/S Q总=1.0260=61.2 l/min故选用125 ml/r的泵，电机转速1000 r/minQ泵=125 l/min 61.2 l/min满足要求V回程IV.快下速度计算G=6.89,则油缸下腔静压为310N/mm2 PX=G/SF=由Q=Qnormal得知：Q回=100=94.57 l/min V快下=Q/SF=71.7mm/s 校核： 当Q回=94.57 l/min时，Q吸8.6=813.3 l/min,但根据BOSCH阀块的最大充油特性可知：Q吸max=700 l/min可知：Q吸max=Q阀max+125/2=762.5 l/min故快下速度此时应根据上腔最大吸油量决定,应在回油管路装单向顺序阀来满足要求 即：V快下Q吸max/S上t总=t快+t慢+t回+1.5s满足每分钟1次的要求2.功率计算 P泵=Pq=25.5661.2/6026.58KW校核：P需=FV=5000.05=25KWP泵P需,故功率满足要求 选用Y225M-6B5 960 r/min的电机30KW (二) 机械计算说明1.工作台强度校核(1)所用公式: I=W= y(x) 均布=ql4(5-242)/384EIZB=40cmH=170cmh=150cmb=29cm惯性矩： Iz=8220417cm4均布载荷： q= F：本机公称力0.5105N L：工作台总长400 cm抗弯截面模量: Wz= = m/l=350/3300=0.106 支点反力： RA=RB=ql(1+2)/2 =12503300(1+20.106)/2 =2.5104N弯矩： MA=MB=qm 0xm MA= =-7.66105Nmm MX=() mxm+1 M=x(x-L)+Lm =ql2 (142)/8 =12503302(140.1062)/8 =16250874.75 Nmm剪力:AC段：QA= - qx 0xm QA= - 125035 = - 43750 AB段： Q=q(x) mxm+1 A点： =RA=2.5104N(2)弯曲应力: MM截面处弯曲应力最大 mm=MmaxWz=16250874.7596710.8=1680.4 N/mm2 材质：16Mn s=2750 N/mm2 = s /n n=2 = 2750/2 =13750 N/mm2 m-m 剪应力：A、B处最大 A=B=2.5104/S A =2264 N/mm2 SA=4010+6411=1104 =0.613750=8250 N/mm2 A=B 安全(3)刚度校核：均布载荷 ymax=ql4(5-242)/384EIz =12503304(5240.1062)/38421068220417=0.0111ymax y许可2.滑块：B=11，H=190，l=330，h=80.5 惯性矩： Iz=6.31064 抗弯截面模量： Wz=6.61043支反力： RB=RC=2.5104N弯矩： AB段: M= 0x AC段: M= x1 Mmax=3.8107 Nmm剪力： AB段: Qx=2.5104N AC段: Qx=-=-2.5104 N弯曲应力： max= Mmax/Wz=3.8107/6.6104=575.8 N/mm2 n=s/max=2750/575.8=4.78剪应力： B、C处最大 SA=1180.5=885.52B=C=RA/SA =2.5104/885.5=2823.3 N/mm2 =8250N/mm2B=C安全刚度校核：集中 yA=ymax=Pl3/48EIz=0.51063303/4821066.3106=0.03=265/400=0.066 均布yA=ymax=ql4(5-242)/384 EIz =12503304(5-240.0662)/38421066.3106 =0.015 许可3.墙板： H=195 P=2.5104 N (1) W= B=11 惯性矩： Iz=6.81064 转矩半径: L=42+195/2=139.5 抗弯截面模量: Wz=71043墙板危险截面在A-A,应力由拉应力和弯应力合成 SA-A=BH=11195=2145 拉=1165.5 N/mm2弯=4982.1 N/mm2 max=116.55+498.21=6147.6 N/mm2 n=s/max=2750/614.76=4.474.联接螺栓的强度计算及校核选用：每只油缸盖采用16-M36的螺钉联接，校核得：因为滑块重G1=5.3T，故总重量为：G=1.3G1=6.89T螺钉拧紧系数K=1.5根据螺栓的校核公式：得：故强度满足要求。三、 使用说明（一）机器的用途和适用范围本机器对折弯金属板料具有较高的劳动生产率和较高的折弯精度，当折弯机折弯不同厚度的板料时，就选择不同开口尺寸V形槽下模，若采用不同形状的上下模具，可折弯成各种形状的工件（见图1），同时电脑计算出折弯力（见表1）并给予控制。机器采用钢板拼接结构，具有足够的强度和刚度。液压传动保证工作时不致因板料厚度变化或下模V形槽选择不当而引起的严重超载事故。此外本机器具有工作平稳可靠，操作方便，下模装有挠度补偿机构，以保证获得较高的折弯精度。用户只需配备各种不同的模具，就能将金属板料折弯成各种不同形状的工件。本产品采用先进的电液同步技术，性能可靠，即使在偏载力的作用下，仍能保证较高的同步精度是理想的板料成形设备之一，它广泛用于飞机、汽车、造船、电器、机械及轻工业等行业，生产效率较高。（二）机器的主要结构及工作原理1.机器的主要结构本机器主要部件同钢板拼接而成，强度高，刚性好。(1)机架由左右墙板、油箱、托盘、工作台、撑挡等拼接成框形机架。工作台座于左右边墙板下部，油箱位于机器的上部。(2)滑块滑块由整块钢板制成，与左右油缸中的活塞杆连接在一起，二个油缸固定在左右墙板上，通过液压驱动使活塞杆带动滑块上下动作。(3)液压系统使用德国BOSCH公司折弯机专用液压阀。(4)前托料架，后挡料。前托料架由手动调节。后挡料由电脑控制定位尺寸，并具有较高的定位精度。(5)模具采用70#钢或合金钢材经锻造、热处理、铣削、磨削等加工而成。上模采用多种短模拼接或整体上模，具有精度高，互换性好，便于装拆等特点。(6)电气电气箱上安装有各种操作按钮。2.机器的工作原理：本机器采用电液同步控制技术，其控制方框图如下： 当操作者在DNC中输入折弯工件的一些基本参数之后，DNC根据输入的参数计算出折弯该工件的折弯力，X轴的定位尺寸。滑块快速运动的距离。速度转换点的位置，下死点的位置，上死点位置等等，并分别控制比例溢流阀，X轴驱动器，比例换向阀放大器等，控制整个机器的动作。当滑块停止时（参见液压原理图），所有的电磁阀都无动作。此时，由于比例溢流阀的比例电磁铁没有DNC输出的电流信号，处于开户状态，因此比例溢流阀的主阀处于开户状态，油泵打出的油液被8号液控单向阀封闭，油缸上腔经3号二位二通液控换向阀之右位与油箱接通，因此滑块处于停止状态，如果滑块停在上死点时，油缸下腔有些渗油而使滑动慢慢落下，属正常现象，当滑块下降一段距离以后DNC会发出一个上升信号，控制滑块回至上死点。当滑块快速下降时，比例溢流阀的比例电磁铁得到DNC发出的电流信号而关闭。4Y3通电，而使8号液控单向阀打开，比例换向阀4Y5处于第二位工作状态，此时，油缸下腔的油液通过3号阀直接从油箱内吸入，同时油泵压出的油液，经4Y5进入油缸上腔。滑块快速下降的速度由DNC控制比例换向4Y5实现。当滑块慢速下降时，电磁阀1Y2通电而使3号阀关闭，4Y3断电而使8号阀关闭，油泵出油经7号比例换向阀进入油缸上腔，油缸下腔回油经4号平衡阀，7号比例换向阀回油箱。当滑块回程时7号比例换向阀在第四位工作，DNC输给比例溢流阀一个恒定提升电流信号，从而使提升压力是恒定的。油泵出油经7号比例换向阀，11号单向阀进入油缸下腔，油缸上腔的油液经3号阀回油箱。出厂时安全阀4.1，平衡阀4和下腔安全阀10的压力均已调整好，用户不得随意调
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