45MN自由锻造油压机主体结构设计开题报告

1 45MN自由锻造油压机主体结构设计 1 选题背景及其意义 本课题来源于企业的委托，通过校外企业的委托任务，使我们能够将大学 4年的知识学习和企业工作联系起来 。 45MN自由锻造油压机是中小型锻造车间广泛使用的一种设备 ，适用于钢锭的开坯和各种轴类、饼类、环类、筒体类锻件相对应的镦粗、抜长、滚圆、冲孔、扩孔等锻造，为机械、电力、化工、造船和军工等行业提供各类锻件。自由锻造压机按工作性质分主要有两种，采用乳化液的一般称为水压机，采用液压油的称为油压机，水压机一般采用水泵 -蓄势器传动，油压机采用油泵直接传动。 设计 45MN自由锻造油压机满足锻件质量的需求、对制造业的技术进步是有着重要意义的。通过锻造油压机毕业设计，使学生充分了解自由锻造油压机的结构、特点、控制原理以及工艺特点等， 具有机械产品的调研、查阅资料、可行性分析、初步设计、技术设计、工作图设计等各个环节的能力，掌握一定的冷热加工知识，设计水平达到本科生的要求 。 2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 双柱下拉式快锻液压机曾得到很快发展，成为中、小型快锻液压机的主要形 式。但其基本弱点是运动部分质量、惯性太大，以及主要部件位于地下空间，也不利于用于取代车间现有 的锻锤。 20世纪 70年代中期，英国戴维（ Davy)公司开始发展一种新型的、适用于快速锻造的双柱上传动锻造液压机。第一台是 1977年安装于一个合金钢锻造厂的8MN液压机。 这种结构的机架为预紧结构，立柱由柱塞及拉杆组成，上横梁与下横梁通过拉杆及两端的螺母与带有支承套的柱套预紧成一个刚性封闭框架。立柱的柱套抗弯刚度好，主要承受偏心锻造时的弯矩，而拉杆则承受轴向拉力。 这种结构刚性好，稳定性好，而运动部分惯性又比下拉式小，因此快速锻造时稳定性也较好。下图及表为日本钢所 (JSW）生产的双柱上传动锻 造液压机的主要技术参数。 2 1997年，沈阳重型机械集团研制了 38MN双柱上传动锻造液压机，机架为预应力框架，每边立柱中有 5根高强张力柱，框架中心线与移动工作台成 55度角。横向移砧台与移动工作台方向垂直。立柱截面为方形，采用平面可调导向 。 3 3 研究内容 3.1 45MN 自由锻造油压机工作原理 45MN 自由锻造油压机是将油压能转换成机械功，即是高压油进入工作缸经过活动横梁将力传到锻件上，使它产生塑性变形，提高锻件的性能 。 3.2 立柱及其导向 1） 立柱 立柱式机架是常见的机架形式，一般 由立柱通过螺母将上、下横梁紧固地连结在一起，组成一个刚性的空间框架。在这个框架中，既安装了油压机本体的主要零部件，又在油压机工作时，承受液压机的全部工作载荷，并作液压机运动部分的导向。整个机架的刚度和精度，在很大程度上取决于立柱与上下横梁的连接。25MN 以下的液压机，其立柱多做成实心的，实心立柱的两端要钻出预紧螺母用的加热孔， 30MN 以上的液压机的立柱一般采用空心立柱，因为立柱较粗，制造时不易锻透，它的中心可能会有疏松或者裂纹所以要将中心部分钻掉，可以方便检查质量并且避免形成疲劳裂纹。我所设计的是 45MN 自 由锻造油压机，它的立柱采用空心立柱。 2)立柱的导向装置 活动横梁运动工作时，一般以立柱为导向，因为活动横梁往复运动比较频繁， 并且在偏心加压时有很大的侧推力，所以，不可能让活动横梁与立柱直接接触，互相磨损，必须选择耐磨损，易更换的材料作为两者之间的导向装置。导向装置的质量直接关系到活动横梁的运动精度及被加工件的尺寸精度，也会影响到工作缸密封件与导向面的磨损情况，对模具寿命及受力情况也均有影响，为此，必须合理选用导向位置。 导向装置可分为导套与平面导板两大类。对于圆截面的立柱，都是在活动横梁的立柱孔中采用导 套结构，可分为圆柱面导套和球面导套。 3.3 横梁 1） 横梁的结构设计 三个横梁（上横梁、活动横梁及下横梁）是油压机主体重要的部件，它们外形尺寸很大，重量也大，占液压机本体总重的绝大部分。为了节约金属和减轻重量，一般将横梁做成箱形，在安装各种缸、柱塞及立柱的地方做成圆筒形，中间加设筋板，承载大的地方筋板较密，以提高刚度，降低局部应力。合理地布置筋板，可以使横梁重量轻，又有足够的强度和均匀的刚度。筋板一般按方格形或辐射形布置。 2）上横梁 上横梁的立柱孔应比立柱插入部分的外径略大，对于中、小型油压机，应有 4 1-2mm 间隙，否则，会因立柱垂直度公差叠加（两立柱同时向里或向外，对角线方向同时向里或向外的偏差），而发生装不进的现象，下孔的间隙应比上孔略大些，中间部分则在直径上可扩大 50mm。上横梁工作缸孔应做成圆形的支承筒形式，用来保证工作缸支承面上有均匀的刚度，防止由于上横梁不均匀变形而使工作缸的支承反力局部集中，降低缸的使用寿命。 3）活动横梁 活动横梁与工作缸的柱塞或活塞杆相连接来传递油压机的作用力，四角有立柱孔，以立柱为往复运动的导向，下表面则安装和固定模具或者砧子。所以，活动横梁应有足够的承压能力，一般把柱塞下面 的筋板设计成圆筒形或方格形，如图 1-1 所示，除了应有足够的承压强度外，活动横梁还应具有一定的刚度与抗弯能力，常把它设计成高度略低于上横梁而壁厚均匀的封闭箱型体。为了防止工作缸渗漏处的工作液体储存于活动横梁中，还要考虑将上盖板设计成能将积存液体顺利排出。 图 1-1 活动横梁 4） 下横梁 下横梁也称底座，它是油压机整个本体的基座，它本身又通过支承座承于基 底上，下横梁上除了有固定模具或工具的各种沟槽外，有时候还安装有顶出器和其他零件。对于 45MN 自由锻造油压机这种中型油压机而言，在 下横梁上表面设T 形槽，用来固定模具。 3.4 移动工作台 5 移动工作台一般安装在下横梁上，在锻造工序开始前，移动工作台移动到油 压机机架外面，以便吊车把加热好的钢锭吊到工作台上，然后载着钢锭移动到油压机机架中心，进行镦粗或其他锻造工序，锻造完成后再移除机架便于吊车吊走锻好的锻件。移动工作台本身为铸钢件，台面开 T 形槽便于固定砧座或模具，在工作台与下横梁之间装有铸铁垫板，垫板上开有润滑油槽。移动工作台由拉带拖动，而拉带则由工作台的液压缸驱动。 移动工作台的结构如图 1-2 所示，工作台本身为铸钢件，台面上开有 T 形槽 便 于固定砧座或模具，在工作台与下横梁之间装有铸铁垫板 2，垫板上开有润滑油槽，垫板是易损件，磨损后应该定期更换，移动工作台由拉带 3 拖带，拉带则由工作台的液压缸驱动。 图 1-2 移动工作台 1 移动工作台 2 铸铁垫板 3 拉带 3.5 液压缸 在液压机中的液压缸部件通常可分为柱塞式、活塞式和差动柱塞式。活塞式 液压缸多用于中小型油压机中，柱塞式液压缸广泛用于工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸。根据本课题各个部件工作形式，选择主缸为柱 塞式。 4 研究方案 4.1 总体方案 主要技术参数： 1. 公称吨位 : 45MN； 2. 压力分级： 15/30/45 MN； 6 3. 工作介质 : 液压油； 4. 传动形式 : 油泵直接传动 5. 工作压力 : 31.5 M Pa； 6. 柱塞行程 : 2400mm； 7. 净空距 : 5000mm。 4.2 方案比较 (1） 三梁四柱式上传动机架 这是最常见的结构形式，广泛应用于各种用途的液压机中，其结构简图如图2-1 所示。在这种结构中，回程缸 11 固定于上横梁 3 的两侧，回程的时候，高压液体进到回程缸，推动回程柱塞 10 向上运动，通过其顶部小横梁 9 及拉杆 12，带动活动横梁向上回程。上下横梁与立柱应该组成一个刚性封闭框架，要承受液压机的全部工作载荷，不能有任何松动，所以液压机的地基不承受工作载荷。 在传统的上传动三梁四柱式结构中，油压机主体的重心高出地面很多，稳定性比较差。而对于中小型段造油压机，每分钟锻造次数可达 80-100 次，如果仍然用三梁四柱式结构，在快速锻造时机架晃动会很大。 7 8 (2） 双柱下拉式机架 如图 2-2所示，它由两根立柱 3及上下横梁 1、 6组成一个可运动的封闭框架，3个工作缸 8安装在下横梁 6上，也随框架一起运动，而 3个工作柱塞 7则固定在不动的固定梁 5上 . 9 10 (3）双柱上 传动 机架 图 2-3 双柱上传动锻造液压机 比较 ： （ 1）下拉式与上传动的比较 下拉式结构有以下优点： 1） 油压机本体重心低，与地面水平接近，所以稳定性好。 2） 工作缸在地面以下，不易着火，比较安全。 3） 上横梁宽度不取决于工作缸外径，所以上横梁可设计得比较窄，便于操作。 4） 框架按一定角度的斜线布置，在纵、横两个方向上方便地布置移动台。 5） 由于高度较低，可以安装在高度较低的车间里。 下拉式结构弱点： 1） 运动部分质量、惯性太大 2） 主要部件位于地下，不容易观察与检修，同时要求很深的地下空间，也不利于取代车间现有的锻锤。 （ 2） 双柱式与四柱式相比的优点： 11 1） 锻造空间大 2） 压机司机视野开阔 3） 锻造天车易于接近液压机中心 4） 钢锭送进及取出方便 4.2 拟采取的技术措施 我所研究的课题是 45MN 自由锻造油压机是中小型锻造车间广泛使用的一种 设备，综合各方面考虑，我选择的方案是双柱上 传动。 5 进度计划 2013 年 11 月： 调研，查找相关资料。 2013 年 12 月 - 2014 年 1 月： 初步拟定课题总体方 案，确定方案。 2014 年 1 月 - 2014 年 2 月：主要零、部件的设计计算。 2014 年 3 月 -2014 年 4 月： 完成总装图、部件图和零件图。 2014 年 5 月 -2014 年 6 月： 撰写设计说明书，准备答辩。 12 6.论文的框架 1 绪论 1.1 自由锻造液压机的概述 1.2 45MN 自由锻造油压机的基本参数 1.3 45MN 自由锻造油压机的发展概论 1.4 45MN 自由锻造油压机的特点 1.5 45MN 自由锻造油压机的工作原理 2 45MN 自由锻造油压机本体结构设计概况 2.1 45MN 自由锻造油压机本体结构设计内容 3 45MN 自由锻造油压机本体主要零部件结构设计及其力学分析 3.1 液压缸部件 3.1.1 结构设计与使用情况 3.1.2 受力分析与强度计算 3.2 立柱及导向 3.2.1 立柱的结构及上、下横梁连结形式 3.2.2 立柱的强度计算 3.2.3 立柱的螺母及预紧 3.2.4 立柱的导向装置 3.3 横梁 3.3.1 横梁的结构设计 3.3.2 横梁的强度与刚度计算 3.4 其他零部件的设计与计算 4 图纸的绘制 4.1 装配图的绘制 4.2 零部件图的绘制 5 结论 参考文献 致谢 13 参考文献 1郭晓峰 .自由锻造液压机的发展和展望 .重型机械 .2012 2杨建民 . 120MN锻造液压机本体整体性研究 . 燕山大学 2007 3韩伦 . 60MN锻造水压机本体关键件结构分析 . 燕山大学 2006 4郑刚 . 3500t油压机主机设计 .红外与激光技术 .1989年第 3期 5高俊峰 .我国快锻液压机的发展与现状 .锻压技术 .2008 6徐宇谨 .快速锻造液压机组主机结构型式与选型、重型机械 .2004