机械毕业设计（论文）-板料折弯机设计【全套图纸】.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 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153893706AbstractIn 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 equipmentII目 录摘 要IAbstractII目 录3第一章 绪 论11.1 国内外研究现状11.2 本课题研究的目的与意义1第二章 折弯产品的零件图32.1 产品的零件图3第三章 折弯机设计原理和机构方案53.1 折弯机设计原理的分析、比较、确定53.2 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94.1 折弯力的计算94.2.1 压紧块的设计104.2.2 压边力的计算114.2.3 压紧块中心位置的确定124.3 机架的受力分析134.3.1 机架以及相关零件参数的确定134.3.2 机架的受力分析164.4 油缸的选取234.4.1 压紧缸的选取234.4.2 折弯缸的选取244.5 液压系统的设计304.5.1 负载分析304.5.2 执行元件主要参数的确定314.5.3 拟定液压系统原理图334.6本章小结36第五章 典型零件的加工工艺过程375.1 导柱385.2 压紧块的工艺安排405.3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44第1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。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。第3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。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。第4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: （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： 。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，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，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：式中 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：又由于有：，取中值，则压边力为：。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）。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)。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： 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4.3.4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：；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：D点的弯矩Md为:则其弯矩图为：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，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4.3.5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4.3.6所示：图4.3.6 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5.3.7。图4.3.7 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4.3.8 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4.3.9所示。图4.3.9 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。又由图4.3.6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4.4.1 压紧缸的选取通过压紧力的计算，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。由于任务书中要求所选用的压紧缸公称压力为50KN，压紧缸内径为80mm，则根据压紧缸可求得系统压力为：则要求压紧缸的工作压力大约为10MP，查机械设计手册则可选用 冶金设备用标准液压缸，该系列的液压缸的最大压力为16MP。通过对前面上梁，活动梁以及折弯机的工作原理可知，所需的压紧缸要求倒置于上梁之上，则要选用的油缸应头部带法兰，以便能够固定在上梁上，则由冶金设备液压缸技术规格，当缸径为80mm是，选速度比为1.46，则活塞杆的直径为45mm，此时推力为80.42 KN,拉力为54.98KN，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330mm，又由任务书可知，要求活动梁与工作台的距离为100mm，而上梁与活动梁之间的距离为80mm,活塞还要穿过上梁，则由液压缸行程参数系列选压紧缸的行程为250mm，由头部带法兰型液压缸的安装尺寸可知：当缸径为80mm 时：ZB=260mm；则液压缸的实际长度为ZB与行程s之和即为260+250=510mm，又由压紧缸的外形尺寸可得：A=45mm，且内螺纹的为M33x2 ，但外螺纹M33x2不在螺纹的优先系列内，因此将活塞杆上该段长度去掉，重新钻孔攻丝，选为M30的内螺纹，安装时使活塞杆紧靠活动梁，然后用内六角圆柱头螺钉M30x70从活动梁的下方使用螺纹连接。而头部的方型法兰，宽为190mm，高为32mm，且在法兰的四角有中心相距为155mm的四个直径为17.5mm的光孔。这样可选用四个M16x50的内六角圆柱头螺钉用来固定在上梁之上。则选用的压紧缸适用于-400+800C的液压油、机械油和乳化液等介质。其具体的型号为：Y-HG1-E 80/45 x 250 L F1-H L2 OY 冶金标准液压缸；HG1 双作用活塞杆的第一种类型；E 压力级代号，此处表压力为16MP；80 缸径，用AL表示，单位为mm；250行程，用MM表示，单位为mm；L 油口连接代号，L表示螺纹连接；F1 安装方式代号，F1表示头部长方法兰；H 附加装置代号，H表示带缓冲；L2 活塞杆端结构代号，L2表示为内螺纹；O 介质代号，O表示为液压油。通过对压紧缸的型号以及具体的尺寸的确定，使得在折弯过程能够压紧零件且保压，直到将零件折弯。4.4.2 折弯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63mm，公称压力为30KN，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4.4.1。图4.4.1 折弯过程流程图由图4.4.1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63mm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M27x2,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4.4.2所示。图4.4.2 折弯机构受力简图由图4.4.2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5.4.3），以O点为转动中心，以逆时针方向为正，由力矩平衡可得：图4.4.3 折弯机构受力图又有则式（1）可化为：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4.4.2所示的位置2，则在该过程之中，由力矩平衡方程可得：又有则式（3）可化为：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。其具体的型号为：Y-HG1-E 63/36 x 200 L E1-H L1 OY 冶金标准液压缸；HG1 双作用活塞杆的第一种类型；E 压力级代号，此处表压力为16MP；63 缸径，用AL表示，单位为mm；200行程，用MM表示，单位为mm；L 油口连接代号，L表示螺纹连接；E1 安装方式代号，E1表示尾部单耳环；H 附加装置代号，H表示带缓冲；L1 活塞杆端结构代号，L1表示为外螺纹；O 介质代号，O表示为液压油。4.5 液压系统的设计4.5.1 负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。压紧缸带动的活动梁是在竖直方向上运动，动梁与压紧块的重力之和为1039N。而折弯缸是为了推动推板运动，则折弯缸在工进行程中，需要克服折弯板和推板重力沿油缸方向的分力和折弯力，但由于重力的分力远小于折弯力，则可认为折弯缸只需要克服折弯力，由任务书可知：所给定的压紧缸的公称压力为50KN，折弯缸的公称压力为30KN，而实际所需要的压紧力为27718.2N，折弯力为12011.2N，能满足要求。压紧缸在下行过程之中，速度为45mm/s，此时压紧缸只需要平衡活动梁与压紧块的重力。当压紧块接触零件后，压紧缸回油路被阻断，进油腔的压力升高，直到作用在零件上压边力达到实际所需。当零件加工完成之后，压紧缸的拉回速度为60mm/s，则在拉回的过程之中，压紧缸只需要平衡活动梁与压紧块的重力。设液压缸的效率为。则压紧缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表4.5.1。表4.5.1 压紧缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总的机械负载下行F=G1039N保压 F=F压27718.2N拉回F=G1039N而折弯缸在工作过程之中，折弯力始终垂直于零件的下表面，而方向又是不断的变化，则折弯缸在工作过程之中，总的机械负载是一个变量，但由第5.5.2可知，折弯机构在起始位置时，折弯缸需要提供的推力最大，因此可假设折弯缸在工进过程中的推力均为该值，即P=1255.2N。4.5.2 执行元件主要参数的确定由任务书可得，已经将压紧缸和折弯刚的工作压力分别定为50KN和30KN。本设计中，压紧缸采用刚体固定，折弯缸采用缸尾固定，且均为单杆式的液压缸，且由油缸的选取可知：表4.5.2 液压缸各腔面积表无杆腔面积有杆腔面积压紧缸折弯缸由于在折弯机工作过程之中，压紧缸是为了提供压紧力，且它在下行和上行时是匀速运动的，他不需要调速。则需要按最低工作速度验算折弯缸的尺寸，查产品样本，节流阀最小稳定流量为，因折弯缸工进速度为为最小速度，查液压与气压传动可得：本设计中， 0.39cm2，满足最低速度要求。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/minP（KW）下行10390.2113.560.048保压27718.25.50/上行10390.312.360.0623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 。则折弯缸的进油压力为：折弯缸流量分别为：又在折弯缸工进过程之中，所需要输入的功率为：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