机械毕业设计（论文）-板料折弯机设计【全套图纸】 .pdf

黑龙江工程学院本科生毕业设计 i 摘 要 在研究国内外折弯机械的发展状况和我国折弯机械存在的问题的基础上， 根 据零件作业的要求，设计了一种利用液压元件驱动单向作业的折弯机。该机型 采用曲柄滑块机构，解决了实际生产之中薄板材的折弯。并且通过对机构的运 动分析和计算，通过机构的转化来实现使折弯力在加工过程之中始终与零件时 刻保持垂直的一台空调冷凝器后罩生产线上专用的三梁二柱式的非标准设备。 该折弯机的特点是结构简单，操作容易，工效高。 关键词：折弯机；液压；非标设备 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 黑龙江工程学院本科生毕业设计 ii abstract in studies the domestic and foreign knee bend machinery the development condition and our country bends at the knees in the question foundation which the machinery exists, according to the components work request, designed one kind to actuate the unidirectional work using the hydraulic pressure part the booklet bender.this type uses the crank slide organization, has solved during the actual production the thin plate knee bend.and through to the organization movement analysis and the computation, realizes through the organization transformation makes the knee bend strength throughout to maintain on a vertical air conditioning condenser rear cowl production line in the processing process with the components time the special- purpose three liang two column type non- standard equipment.this booklet bender characteristic is the structure is simple, the operation is easy, the work efficiency is high. key word: folds the bender; hydraulic pressure; non- sign equipment 黑龙江工程学院本科生毕业设计 iii 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 . i abstract ii 目 录 4 第一章 绪 论 . 1 1.1 国内外研究现状 . 1 1.2 本课题研究的目的与意义 1 第二章 折弯产品的零件图 3 2.1 产品的零件图 3 第三章 折弯机设计原理和机构方案 . 5 3.1 折弯机设计原理的分析、比较、确定 . 5 3.2 折弯机结构方案的分析、确定 6 第四章 折弯机设计的计算和结构说明 . 9 4.1 折弯力的计算 9 4.2.1 压紧块的设计 . 10 4.2.2 压边力的计算 . 11 4.2.3 压紧块中心位置的确定 12 4.3 机架的受力分析 13 4.3.1 机架以及相关零件参数的确定 . 13 4.3.2 机架的受力分析 . 16 4.4 油缸的选取 . 23 4.4.1 压紧缸的选取. 23 4.4.2 折弯缸的选取 . 24 4.5 液压系统的设计 30 4.5.1 负载分析 . 30 4.5.2 执行元件主要参数的确定 31 4.5.3 拟定液压系统原理图 33 4.6 本章小结 36 第五章 典型零件的加工工艺过程 37 5.1 导柱 38 5.2 压紧块的工艺安排 40 5.3 本章小结 41 结 论 . 42 机械工业担负着国民经济各部门，包括工业，农业和社会生活各个方面提供各种性能 黑龙江工程学院本科生毕业设计 先进，价格低廉，使用安全可靠的技术装备的任务，在现代化建设中是举足轻重的。 机械设计是机械产品研制的第一道工序，设计工作的质量和水平直接关系到新产品质 量、性能、研制周期和技术经济效益。 . 42 参考文献 . 43 致 谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第一章 绪 论 1.1 国内外研究现状 板料折弯机是一种使用最广泛的弯曲机械，早已实现了彻底的液压化，80 年代迅速实现了数控化。据不完全统计，cimt95 展出了 18 台折弯机，其中外 国 7 台，中国 11 台（包括台湾 1 台） 。除了台湾 1 台以外，17 台全部是数控折 弯机，在我国历届国际机床展会上，这一届展出的折弯机最多，国产折弯机也 最多，而且水平较高。板料折弯机使用简单的模具便可对金属板料进行各种角 度的直线弯曲，以获得形状复杂的金属板材制件，操作简单，模具通用性强， 运行成本低，因此获得了广泛应用。板料折弯机按其传动形式可分为机械折弯 机和液压折弯机两类。目前，机械折弯机已被液压折弯机取代。液压折弯机的 优点在于有较大的工作行程，在行程的任一点都可以产生最大公称力；折弯行 程、压力、速度可调，易于实现数控;可实现快速趋近、慢速折弯，符合工件折 弯的工艺要求；采用多缸同步系统，极大地提高了折弯精度，并实现了折弯机 的多台联动，拓宽了折弯机的工艺范围。数控液压板料折弯机是问世最早、应 用最广泛、国内生产企业最多的金属板材加工机床，已由早期的 3 轴发展到现 在的 8 轴控制，与上下料机器人和折弯机器人配套使用，可组成数控折弯单元。 折弯机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。该机器 是采用钢板连接机构，具有足够的强度和刚度，液压传动保证工作是不至于因 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。此外本机器工作 平稳可靠，操作方便，具有点动、单次行程，并能保压，用户只须配备各种不 同的模具，就能将金属板料折弯成各种不同形状的工件，当配备相应的装备后， 还能作冲孔用。 1.2 本课题研究的目的与意义 随着对高产、高效工作面的要求，近年来折弯机的技术发展日新月异。为 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 满足工作需求，折弯机的功率越来越大；此外控制系统日趋完善，折弯机控制 功能逐步齐全，可靠性不断提高。 折弯一般采用冲压技术完成，冲压是利用冲压模在冲压设备上对板料施加 压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的零件的一种压力 加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加 工所需零件。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法。冲压模具是冲压生 产必不可少的工艺设备，折弯机结构日趋完善和简便，能简化制造工艺，缩短 制造周期、降低生产成本，在工业生产中取得了显著的经济效益。对提高新产 品的开发速度，促进生产的发展有着非常重要的作用。因此进行折弯机的设计 具有一定的意义。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 第二章 折弯产品的零件图 2.1 产品的零件图 本设计的折弯机适应折弯钢板厚度 0.5- 1mm。 具体对该折弯机来说所加工零 件的材料为 08f，厚度为 0.6mm。在折弯加工之前，零件已经由冲压机床进行了 加工，即使板材的四周向上折好高为 20mm 的边，另外在零件的中间部位还均 匀分布有一些凸起（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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 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 沿中间的虚线将左边部分向上折起 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 第三章 折弯机设计原理和机构方案 3.1 折弯机设计原理的分析、比较、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（1）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 0.6mm，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。同时由于待加工件的四周已经加工了高为 20mm 的边，使得 在冲压加工过程之中将产生干涉，因此该方案难于实现。 方案（2）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 3.2 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 4.1.1 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 图 3.1 零件加工过程受力图 3.2 折弯机结构方案的分析、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 的大概轮廓，施加在零件上的压边力要求是一恒力，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 3.2.1） 。 图 3.2.1 折弯机结构简图 又由于零件的四周有一高为 20mm 的边、表面有凸起，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 3.1.1 可 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 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 3.2.2 所示。 图 3.2.2 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 x3- 2x4=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。 3.3 本章小结 通过对折弯机设计原理的分析、比较、确定。我们知道方案（1）利用冲压 机床在加工过程之中零件很易断裂，难于实现。而方案（2）利用折弯机床加工 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 进行设计，来加工零件。 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 第四章 折弯机设计的计算和结构说明 4.1 折弯力的计算 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: tr kbt f b + = s 2 6 . 0 自 （5.1） 式中 f自- - - 自由弯曲力，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； b- - - - 材料的强度极限，单位为 mp； k- - - - - - 安全系数，一般取 k=1.3。 由于板材的材料为 08f，材料的厚度为 a=0.6mm.查冲压手册 ，08f 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 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=0.8*0.6=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所示。 图 4.1.1 弯板材的示意图 又由折弯产品的零件图可知板材的宽度 b=522mm、厚度 t=0.6mm、弯曲内 侧半径 r=3mm，查机械设计手册可的零件的强度极限 b不小于 295mp，此 处取 b=295mp。则材料的自由弯曲力为： n tr kbt f b 2 . 12011 6 . 03 2956 . 05223 . 16 . 06 . 0 22 = + = + = s 自 。 以上即为折弯力的求解过程，也就是说在折弯零件的过程之中，油缸通过 折弯机构的转化最终作用在零件上的力不能小于 12011.2n。 4.2 压边力的计算 4.2.1 压紧块的设计 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 550mm*250mm,则取压紧块的宽为 300mm。又零件的中间部位排列有一些凸起， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 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 折弯的零件仅为 0.6mm 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 4.2.1 所示。其具体的结构尺寸见压紧块零件图。 图 4.2.1 压紧块结构示意 4.2.2 压边力的计算 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， ()ff8 . 03 . 0 / -= 式中：f/为压料力，单位为 n； f 为自由弯曲力，单位为 n； v 形自由弯曲力的计算公式为： b kbtfs= 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 式中 ；单位为为弯曲件的抗弯强度， ；为为弯曲件的厚度，单位 ；单位为为弯曲件的宽度， ；，一般取为系数，单位为 mp mmt mmb mmk b s 6 . 03 . 0- 又由折弯产品的零件图可知板材的宽度 b=522mm、厚度 t=0.6mm，查机 械设计手册可的零件的强度极限 b不小于 295mp，此处取 b=295mp。则材 料的自由弯曲力为： nkbtf b 461972956 . 05225 . 0=s 又由于有： ()ff8 . 03 . 0 / -=，取中值，则压边力为： nff 2 . 27718461976 . 06 . 0 / =。 以上即为压边力的求解过程，具体来说就是，在折弯机工作过程之中，要 能够顺利完成折弯过程，压紧缸通过力的传递作用在零件上的压边力不能小于 27718.2n。 4.2.3 压紧块中心位置的确定 在 4.2.1 和 4.2.2 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 4.2.1 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 4.2.3） 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 图 4.2.2 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: y1*a1=150*a+150*b+（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 折弯机采用三梁二柱式。三梁采用焊接结构，具体来说，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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 的工作面积为 550mmx250mm，且导柱要通过螺母固定在下梁上，则选机架的 底座为 740mmx720mm，下梁选用 a3，其尺寸为 720mmx306mmx44mm，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- 2x（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 550mm*306mm。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 1040mmx522mm，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 720mmx300mm。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 4.3.1 所示(具 体尺寸见零件图)。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 图 4.3.1 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 4.3.2 所示（具体尺寸见零件图） 。 图 4.3.2 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 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 机架的受力分析 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 4.3.3。 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： ()ngvg103910103030052030072040108 . 7 33 =+= - r 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： () n p tt nptt ttp 18398 80 1 . 53 2 . 27718 023040230 1 . 53 21 21 12 = = =+-+ 则 ，又有 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， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 将发生弯曲变形，受力图如图 4.3.4 所示： 图 4.3.3 压紧块受力图 图 4.3.4 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： 21 rr =； 在竖直方向上：由于 21 tt =，则 ba rr =。 对导柱由力矩平衡方程可得： 的方向相反。与竖直向上，且又两方程可得： ；又与 点为支点：以 点为支点：以 babba ba a b rrrnrr rrntt trtb trta 2886 18398 0185255225 07025530 21 21 21 = = =-+ =-+ 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： mkncatmc.55 . 0 1003 . 0 18398 3 1 = - d 点的弯矩 md为: mknbdtmd.4 . 310185 . 0 18398 3 2 = - 则其弯矩图为： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 图 4.3.5 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mp s 350=s，安全系数为 4，则导柱的许用 强度为： mp mp n s 5 . 87 4 350 = s s。 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： 4 33 4 000233 . 0 32 042 . 0 14 . 3 32 32 32 2 64 2 m d d d d i w z = = p p 则导柱的弯曲强度条件为： ss= w mmax max 带入数据得： mpmp w m 5 . 87 6 . 14 000233 . 0 104 . 3 3 max max = 2 1 16.31cma 0.39cm2，满足最低速度要求。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 32 根据液压缸在各阶段的速度以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸在各 阶段的压力、流量和功率，其计算公式和计算结果列于表 4.5.3 中。 表 4.5.3 压紧缸所需的实际流量、压力和功率 工 作 循 环 计算公式 负载 进 油 压 力 回 油 压 力 所 需 流 量 输 入 功 率 f（n） pj(mpa) pn(pa) l/min p（kw） 下行 qpp vaq a f p j j = = = 0 0 1039 0.21 5 101 . 2 13.56 0.048 保压 qpp vaq a f p j j = = = 0 0 max 27718.2 5.5 0 / / 上行 qpp vaq a f p j j = = = / 0 / 0 1039 0.3 5 1003 . 3 12.36 0.0623 在保压过程之中，由于压紧缸的活塞静止不动，而为了达到所需要的压力， 液压泵仍然继续工作，直至装在压紧缸进油口处的压力表达到mpapj5 . 5=时压 力表发出信号，液压泵停止对压紧缸供油。 而对于折弯缸，在工作过程之中，已经设它的推力一直为 np 2 . 1255=。 则折弯缸的进油压力为： ajn aj mppp mp a p p 4 . 0 4 . 0 1016.31 2 . 1255 4 1 = = = - 中回油压力又有折弯缸工进过程之 折弯缸流量分别为： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 33 min/ 6 . 12 min/61 . 5 / 1 / 1 lvaq lvaq = = 拉回过程： 工进过程： 又在折弯缸工进过程之中，所需要输入的功率为： kwlmpqpp j 0374 . 0 min/61 . 5 4 . 0= 而在折弯缸推回的过程之中，可以通过节流阀来调节折弯缸活塞杆的拉会 速度。 4.5.3 拟定液压系统原理图 在液压缸的初步计算前已经确定了采用节流阀调速，有两个液压回路，但 两回路不是同时工作，油泵为 cb- f10。电机为 1500r/min,3kw。在折弯机的液 压系统中，采用两个三位四通的电磁换向阀来控制两回路的循环动作。电磁阀 可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，另外采用单向阀来实现回 路的循环。具体工作过程为，先是压紧缸回路工作，当压紧缸的压力达到所需 要的值时，压紧回路上电磁阀回到中位，这时折弯油缸回路开始工作，待将零 件加工完成后， 压紧缸再将活动梁与压紧块拉起， 以便取走已加工件， 如图 4.5.1。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 34 4y3y 2y1y 图 4.5.1 液压系统原理图 液压系统中两个电磁换向阀的动作顺序表如下所示： 表 4.5.4 电磁铁动作顺序表 动作顺序 1y 2y 3y 4y 压紧缸 下行 + - - - 保压 - - - - 上行 - + - - 折弯缸 顶出 - - + - 退回 - - - + 由上所述，本设计中所以阀的额定压力都为 6.3mp，额定流量根据各阀通 过的流量，确定为 16l/min,25l/min,40l/imn 三种型号，所有元件的规格型号见 表 4.6.5。表中序号与原理图中一致。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 35 表 4.6.5 液压元件明细表 序号 元件名称 最大通过流量（l/min） 型号 1 齿轮泵 18 cb- f10 2 溢流阀 25 y- 16b 3 三位四通电磁阀 25 34*- 25by 4 液控单向阀 16 sl10g 5 压力表 yx- 160- b3c 6 液控单向阀 16 sl10g 9 压力表 yx- 160- b3c 10 单向节流阀 25 i- 25b 11 溢流阀 25 y- 16b 12 三位四通电磁阀 25 34*- 25by 13 滤油器 32 xu- b32x10 0 注：表中未写的 7 与 8 分别为压紧缸和折弯缸。 根据选定的液压阀的流量，液压缸进、出油管的直径 d 按产品样本，选用 内径为 15mm，外径为 19mm 的 10 号冷拔钢管。 油箱的容积一般取液压泵额定流量的 5- 7 倍，本设计中去 7 倍，故油箱的容 积为： ()llv126187= 对于压紧缸，在压紧过程中，需要的最大压力为 5.5mp，在达到该压力后， 油泵将停止对压紧缸供油，则此时在压紧缸回路上的压力损失为 0，则可将溢流 阀 2 的压力定为： ()mppp j 05 . 6 5 . 51 . 1%101 max =+= 则将溢流阀 2 的压力调为 6mp。而对于溢流阀 12，由于在工进过程之中， 系统所需的压力仅为 0.4mp，则可见将该溢流阀的压力调为 1mp。 以上即为液压系统的设计过程。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 36 4.6 本章小结 通过查找冲压手册及机械设计手册得到折弯力的求解过程，可知 在折弯零件的过程之中，油缸通过折弯机构的转化最终作用在零件上的力不能 小于 12011.2n。又由于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，而压紧块的结构由零件的结构来确定。在压紧块 的结构设计好后，通过查找冲压手册及机械设计手册可得压边力的求 解过程，具体来说就是，在折弯机工作过程之中，要能够顺利完成折弯过程， 压紧缸通过力的传递作用在零件上的压边力不能小于 27718.2n。对压紧块的中 心求解可采用面积等价法。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。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。通过校核可知导柱的强度满 足要求，安全。导柱的强度与刚度均安全。上梁的强度满足要求，安全。 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。 通过压紧力的计算，上梁和活动梁的确定，可以用来选取压紧缸的型号和 相关的尺寸。其具体的型号为：y- hg1- e 80/45 x 250 l f1- h l2 o 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，其具体的型号为：y- hg1- e 63/36 x 200 l e1- h l1 o 通过对负载分析以及执 行元件主要参数的确定最后拟定了液压系统原理图。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 37 第五章 典型零件的加工工艺过程 编写工艺卡就是要确定该零件的加工工艺路线，在制定工艺路线时主要应 考虑的问题有：怎样选择定位基准；怎样确定加工方案；怎样安排加工顺序以 及热处理、检验等其他工序。 零件上的全部加工表面应安排在一个合理的加工工序中加工，这对保证零 件质量、提高生产效率、降低生产成本都至关重要。 （一） 加工工序的安排原则 1. 先加工基准面，再加工其它表面； 2. 一般情况下，先加工平面，后加工孔； 3. 先加工主要表面，后加工次要表面； 4. 先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （二） 热处理工序及表面处理工序的安排 1. 为了改善切削性能而改变的热处理工序（如退火、正火、调质） ，应安排 在切削加工前。 2. 为了消除内应力而进行的热处理工序（如人工时效、退火、正火） ，最好 安排在粗加工之后。 3. 为了改善材料的力学物理性质，半精加工之后，精加工之前长安排等热 处理工序。 4. 对于高精度精密零件，在淬火 ，淬火- 回火后安排冷处理，以稳定零件 的尺寸。 5. 为了提高零件表面耐磨性或耐腐蚀性而安排的热处理工序以及以装饰为 目的而安排的热处理一般都放在工艺过程的最后。 在本设计之中，所需加工的零件很多，且各自要求所达到的精度也不一样， 下面将折弯机中的导柱和压紧块两零件为代表编写其工艺卡。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 38 5.1 导柱 本次设计的折弯机为三梁二柱式的非标准设备，它有两根导柱，导柱 的两端通过过渡配合分别与上下梁相连，而在两梁之间，装有导向套的活动梁 在上面上下移动，且导柱与导向套之间为间隙配合，则要求导柱上面该段的表 面粗糙度应为mram8 . 0，同时在导柱与上下梁配合的地方，要求用来连接并固定 上下梁，则在导柱与上下梁相接触的地方，为使导柱垂直于上下梁，应使导柱 上的该两平面的粗糙度为mram6 . 1，而对于其他表面的粗糙度达到mram2 . 3就能 满足要求。同时，当活动梁在导柱上上下移动时，导柱要有一定的强度与刚度， 则导柱的材料选用 45。导柱各处的粗糙度以及相关尺寸如图 5.1.1 所示： 图 5.1.1 导柱的结构简图 由导柱的结构图可知，导柱的总长为 456mm，导柱有三个阶梯，中间直径 为 60mm 的部分长为 255mm，按图上的顺序，左边部分的螺纹长为 50mm，直 径为 44mm 的部分长为 38mm，右边部分的螺纹长为 51mm，直径为 44mm 部分 长为 44mm，两螺纹的直径均为 42mm,两边的退刀槽宽均为 9mm，直径为 37.6mm。 对于导柱由于有一个面的粗糙度达到mram8 . 0，则加工的路线可选为： 粗车半精车淬火粗磨精磨 先用查表法确定加工余量。精磨的余量为 0.1mm，粗磨的余量为 0.3mm， 半精车的余量为 1.1mm，粗车的余量为 4.5mm，查机械制造工艺学可得， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 39 加工的总余量为个加工余量之和，可求得总加工余量为 6mm。 计算个加工工序基本尺寸。由图 5.1.1 可知，面 c 需要进行精磨，面 d、e、 f、g 只需要进行粗磨就行，而螺纹面、退刀槽面与面 a、b 只需要进行到半精 车就可达到要求。 具体的加工工序方案安排为： 1.选一根长为 460mm，直径为 60+6=66mm 的的 45 号钢。 2.粗车毛料，余下尺寸直径为 61.5mm，长为 458.2mm。 3.半精车端面 a 与端面 b，使面 a 与 b 的粗糙度达到mram2 . 3，且在两端 面上钻中心孔。保证两端面之间的距离为 456mm。 4.分别以端面 a 和 b 定位，半精车整个圆柱面，使其直径为 60.4mm。 5.以 a 面定位，从 b 面开始粗车，粗车的距离为 102.6mm，粗车后余下的 直径为 45.4mm。 6.以 a 面定位， 从 b 面开始继续半精车该段与面 e， 半精车后长为 103.7mm, 直径为 44.3mm。 7. 以 a 面定位，从 b 面开始继续半精车该段，半精车时刀具走过的距离为 60mm，且从距 b 面 51mm 处开始加工退刀槽，退刀槽宽为 9mm，与螺纹面之 间的倒角为 45度， 半精车后， 螺纹面的直径为 42mm， 退刀槽面的直径为 37.6mm。 8.同理，以 b 面定位，从 a 面开始粗车，粗车的距离为 95.6mm，粗车后余 下的直径为 45.4mm。 9.以 b 面定位，从 a 面继续半精车该段 与面 d，半精车后长为 96.7mm,直 径为 44.3mm。 10. 以 b 面定位，从 a 面开始继续半精车该段，半精车时刀具走过的距离 为 59mm，且从距 b 面 50mm 处开始加工退刀槽，退刀槽宽为 9mm，与螺纹面 之间的倒角为 45 度，半精车后，螺纹面的直径为 42mm，退刀槽面的直径为 37.6mm。 11.对靠近两端面的螺纹面进行攻丝，攻丝后两螺纹面的螺纹均为 m42x3。 12.进行淬火处理。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 40 13.以面 a 与 b 定位， 粗磨面 c、 d、 e、 f 和 g， 粗磨后面 c 的直径为 60.1mm， 其余面均加工成最终所需要的尺寸。 14.以面 a 与 b 定位，精磨 c，使其直径为 60mm。 以上即为导柱的加工工艺安排。 5.2 压紧块的工艺安排 压紧块在折弯机中是一很重要的零件，它在折弯机工作过程之中，常与折 弯零件接触，因此有一定的磨损，则需要选用 45 作材料。 对于压紧块来说，只需要加工与活动梁和零件相接触的面，使其粗糙度达 到mram6 . 1，而对于其它面粗糙度只需达到mram3 . 6。其结构示意图如图 6.1.2 所示。 具体的加工工序方案为： 1.选一块长为 530mm，宽为 310mm，厚为 35mm 的材料为 45 的钢板。 2.将该板材进行粗刨，使其六个表面的粗糙度达到mram3 . 6。加工后板材的 长为 521.4mm，宽为 300.3mm，后为 30.3mm。 图 5.1.2 压紧块结构示意图 3.将板材继续进行加工粗刨，将长边刨成深为 5.3mm，宽为 490mm 的槽， 由于加工该槽只是为了使零件在折起之后的凸起部分不与压紧块相干涉，故槽 里的三面用粗刨就可以达到要求。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 41 4.由压紧块的结构可知，压住零件的部分仅为靠为侧的三边，中间部分由铣 床铣成一长为 490mm， 宽为 282mm， 深为 5.3mm 的槽， 该过程用粗铣就可完成。 5.按图纸中的要求，对压紧块钻四个与活动梁相接触的螺纹孔，直径均为 20mm，钻孔后攻丝。 ，使其加工成直径为 20 的四螺纹孔。 6.通过螺纹孔与活动梁连接好，从活动梁上钻两个定位孔，直径为 5mm， 同时从压紧块的下部进行扩孔，扩孔直径为 10mm,深为 10mm。 7.将压紧块在刨刀半径为 3mm 的刨床下进行精刨，将压紧块与零件相接触 的直角边都加工成半径为 3mm 的圆弧。 8