毕业设计（论文）-1000吨四柱液压机台面及顶出机构设计（含全套CAD图纸）.doc

本 科 毕 业 论 文 1000吨四柱液压机台面及顶出机构设计1000 Ton Four-column Hydraulic Press Table and Design of the Ejector Mechanism全套图纸，联系153893706学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2012年 6 月 1000吨四柱液压机台面及顶出机构设计摘要 液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机被广泛引用于机械工业的许多领域，例如在锻压（塑性加工）领域中，液压机被广泛用于自由锻造、模锻、冲压（板料成形）、挤压、剪切、拉拔成形及超塑性成形等许多工艺中；而在机械工程的其他领域，液压机更被应用于粉末制品、塑料制品、金刚石成形、校正压装、打包、压砖、橡胶注塑成形、海绵钛加工、人造板热压，乃至炸药模压等十分广泛的不同工业领域。 液压机本体一般由机架、液压（工作及回程）缸部件运动部分及其导向装置以及其他辅助装置组成。辅助装置则是根据工艺需要而增设，如顶出装置、穿孔装置、移动工作台、加热保温装置等。 工艺要求是影响液压机本体结构形式的主要因素，由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也必然是多种多样的。从机架形式看，有立式与卧式；从机架组成方式看，有梁柱组合式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式、圆筒式及钢筋混凝土整体浇铸式等。 本次设计的液压机为三梁四柱式液压机，用来处理长轴类工件。因为工件处理时温度较高所以着重设计台面及顶出装置来方便工件放置在预定位置。经过三个月的设计最终确定了在台面上加装轨道小车和两个液压缸分别作为工件移入和顶出工作位的装置。关键词：液压机 结构 工艺 1000 ton four-column hydraulic press table and design of the ejector mechanismAbstract Hydraulic press is a liquid as job medium, used to transfer energy to achieve a process of machine. Hydraulic press is widely referenced in many areas of machinery industry, For example in the field of the forging (plastic processing), Hydraulic machines are widely used such as in free forging, drop forging and stamping (for sheet metal forming), extraction, extrusion, shear forming and superplastic forming in many processes; In other fields of mechanical engineering, Hydraulic press was also applied to the powder products, plastic products, Pack, package, diamond shape, correct pressure press, rubber molding, processing, plywood hot-pressing of titanium sponge, and even the very wide range of different industrial areas such as explosives molded. The hydraulic machine body is generally composed of rack , hydraulic ( work and return ) the moving parts and the guide of the cylinder component , and other assistive devices. Auxiliary devices is according to the demand and the creation, such as ejection, perforation equipment, mobile Workbench, heat insulation device. Process requirements are major factors affecting the ontological structure of hydraulic machine, Hydraulic press to complete the process are many and varied , so the body structure in the form of hydraulic machines are bound to a wide variety. From the rack, there have vertical and horizontal; Out of the frame, there are modular, single-type beam-column connections, frame, wire-wound prestressed Memorial, drum-and-integral casting of reinforced concrete. The design of the hydraulic press for the three beam four-post hydraulic press used to deal with the long axis workpiece. Workpiece handling high temperature so focused on the design table and the top of the device to facilitate the workpiece is placed at a predetermined position. After three months of design finalized the installation of a rail car and the two hydraulic cylinders , respectively, as the workpiece into and top a working device on the table.Key words: Hydraulic press Structure Process目录第1章绪论21.1概述21.2液压机的发展及工艺特点2第2章液压机本体结构设计22.1液压机基本技术参数22.2液压缸的基本结构设计22.2.1液压缸的类型22.2.2钢筒的连接结构22.2.3缸口部分结构22.2.4缸底结构22.2.5油缸放气装置22.2.6缓冲装置22.3立柱结构设计22.3.1立柱的结构及与上、下横梁连接形式22.3.2立柱强度计算22.3.3立柱的螺母及预紧22.3.4立柱的导向装置22.4横梁22.4.1上横梁结构设计22.4.2活动横梁结构设计22.4.3下横梁结构设计2第3章 液压机液压系统原理23.1液压机液压系统原理图拟定23.2自动补油保压回路设计23.3释压回路设计2第4章液压校直2校直杆件分析计算2结论2致谢2参考文献219第1章绪论1.1概述 本次设计的题目由我实习的公司提供，主要是对长轴类杆件的校直。公司 主要业务是各种工件的热处理，同时也有简单的机加工。设计液压机是为了更加深刻理解液压机在加工过程中的工作原理以及实际应用意义。液压机是利用液体来传递压力的液压设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。 液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。本机器采用三梁四柱结构形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。液压机械具有重量轻、功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点，速度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工作平稳、噪音小. 适用于金属材料压制工艺,如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、新技术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。1.2液压机的发展及工艺特点液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。 作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。 近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。 液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。 由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点： （1） 工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求； （2） 有顶出装置，以便于顶出工件； （3） 液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便； （4） 液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作特 别适合于金属粉末和非金属粉末的压制； （5） 液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。第2章液压机本体结构设计2.1液压机基本技术参数 1000吨液压机设计要求 1、 主缸公称压力 10000kN 2、 主缸回程力 2000KN 3、 顶出缸公称压力 78kN 4、 顶出缸回程力 39KN 5、 滑块距工作台最大距离 1390 mm 6、 滑块行程 . 1000 mm 7、 顶出行程 250mm 8、 工作压力 25MPa 9、 滑块速度 空程速度 120mm/s 挤压速度 15-25 mm/s 回程 110mm/s 10、 顶出速度 顶出 140mm/s 回程 150mm/s 11、工作台面大小 4000*19002.2液压缸的基本结构设计2.2.1液压缸的类型图2.1双作用单活塞杆液压缸液压缸选用双作用单活塞杆液压缸，活塞在行程终了时缓冲。因为工作过程中需要往复运动，从图可见，油缸被活塞头分隔为两腔，侧面有两个进油口，因此，可以获得往复的运动。实质上起到两个柱塞缸的作用。此种结构形式的油缸，在中小型液压机上应用最广。2.2.2钢筒的连接结构图2.2缸体连接结构在设计中缸体与缸盖连接方式为螺纹连接，这种连接方式易加工，密封性能好。2.2.3缸口部分结构图2.3缸头结构缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。2.2.4缸底结构缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。 平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。圆底整体结构相对于平底来说受力情况较好，因此，在相同应力，重量较轻。另外，在整体铸造的结构中，圆形缸底有助于消除过渡处的铸造缺陷。但是，在液压机上所使用的油缸一般壁厚均较大，而缸底的受力总是较 6 缸壁小。因此，上述优点就显得不太突出，这也是目前在整体结构中大多采用平底结构的一个原因。然而整体结构的共同缺点为缸孔加工工艺性差，更换密封圈时，活塞不能从缸底方向拆出，但由于较可拆式缸底结构受力情况好、结构简单、可靠，因此在中小型液压机中使用也较广。在设计中选用的是平底结构。2.2.5油缸放气装置通常油缸在装配后或系统内有空气进入时，使油缸内部存留一部分空气，而常常不易及时被油液带出。这样，在油缸工作过程中由于空气的可压缩性，将使活塞行程中出现振动。因此，除在系统采取密封措施、严防空气侵入外，常在油缸两腔最高处设置放气阀，排出缸内残留的空气，使油缸稳定的工作。排气阀的结构形式包括整体式和组合式。在设计中选用的是整体式。整体式排气阀阀体与阀针合为一体，用螺纹与钢筒或缸盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面间隙中挤出，并经斜孔排出缸外。这种排气阀简单、方便、但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成泄露。2.2.6缓冲装置缓冲装置的工作原理是使钢筒低压腔内油液(全部或部分)通过节流把动能转换为热能，热能则由循环的油液带到液压缸外缓冲装置的结构有恒节流面积缓冲装置和变节流型缓冲装置。在设计中我采用的是恒节流面积缓冲装置，此类缓冲装置在缓冲过程中，由于其节流面积不变，故在缓冲开始时，产生的缓冲制动力很大，但很快就降低下来，最后不起什么作用，缓冲效果很差。但是在一般系列化的成品液压缸中，由于事先无法知道活塞的实际运动速度以及运动部分的质量和载荷等，因此为了使结构简单，便于设计，降低制造成本，仍多采用此种节流缓冲方式。2.3立柱结构设计2.3.1立柱的结构及与上、下横梁连接形式立柱式机架是常见的机架形式，一般由4根立柱通过螺母将上、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，既安装了液压机本体的主要零部件，又在液压机工作时，承受液压机的全部工作载荷，并作为液压机运动部分的导向。整个机架的刚度与精度，在很大程度上取决于立柱与上、下横梁的连接形式与连接的紧固程度。图2-4大、中型液压机立柱连结形式在大、中型液压机中，常用的立柱连结形式有以下5种，如图2-4所示。第一种形式（见图2-4a），每根立柱用4个内、外螺母与上、下横梁紧固在一起，这种形式的加工、安装与维修都比较方便，因此普遍采用。但由于液压机处于多次反复加载的工作情况，使用久了，螺母易松动，如不及时紧固，机架在加载及卸载时会剧烈晃动。其他几种形式是基于避免应力集中（螺纹处及立柱截面过渡处）、缩短立柱长度（便于锻造及降低厂房高度）和防止横梁与立柱的相对水平位移而出现的。第2、3种形式（见图2-4b、c）是锥台式，图2-4c中的立柱是靠两个外螺母及立柱上的内锥台与上、下横梁紧固。这种双锥台结构看起来刚性较好，可防止横梁与立柱相对水平移动，但由于锥台加工困难，两锥台之间的尺寸公差要求很高，不易保证，如尺寸不准确，就会造成很大的装配应力。特别是在长期使用后，由于偏心加载，机架晃动，导致锥台面磨损严重，反而会影响机架的刚度，维修也很困难。图2-4b所示是单锥台式，消除了双锥台加工困难的缺点，但锥面磨损后维修仍然困难。带锥台的立柱也给安装带来困难，不像没有锥台的立柱，可以在安装时先把活动横梁叠在下横梁上再穿立柱。第4种形式（见图2-4d）是锥套式，用剖分的锥形套来代替下横梁处的内螺母或锥台，它可以消除或减轻应力集中，并使立柱与下横梁间没有间隙，便于调整对中。但在反复加载卸载过程中，锥套也会松动，影响机架刚度，这种连接形式多用在大吨位液压机上。整个液压机不是支承在下横梁侧座上，而是直接以立柱支承在立柱底座上。第5种形式（见图2-4e）是在下横梁处鱼第4种一样，即用剖分锥套，但在上横梁处则采用内锥台，内锥台卧于上横梁内，不易加工也不易检查，难以保证其与立柱锥面的接触良好。立柱用35号到45号碳素钢锻成，也可以用40Cr、20MnV、20MnSiMo等合金钢制成，立柱的零件图如图2-5所示，导向面粗糙度Ra不大于1.6m，与导套处的配合为。从螺纹到导向部分因圆滑过渡，圆角不因太小，以免应力集中。立柱表面硬度应不低于45HRC，也可进行表面镀铬处理，镀层厚度一般为0.020.04mm。图2-5 立柱零件形状在老式液压机中，从立柱螺纹到光滑区的过渡部位，往往设计成R5mm的小圆角，结果该处由于应力集中，常常产生疲劳裂纹，导致立柱在该处断裂（见图2-6a）。如改成大圆弧过渡，如图2-6b所示，将会改善该处应力集中情况。图2-6 立柱从螺纹到光滑区的过渡圆弧2.3.2立柱强度计算中心载荷下立柱强度计算 假设横梁为绝对刚性，全部立柱平均承受拉伸载荷。公式来源文献【10】。 = (1) 式中 P液压机公称力（N）； 立柱最小直径（cm）； n立柱数量； 立柱材料许用拉伸应力，对45钢，可取为5080MPa。代入数据=80 19.9cm 取整20cm2.3.3立柱的螺母及预紧立柱的螺母及预紧 立柱螺母一般为圆柱形，小液压机的立柱螺母是整体的，立柱直径在150mm以上时，做成组合式，由两个半螺栓紧固而成，材料用3545锻钢或铸钢。因为在设计中我选用的立柱为300mm，所以采用此种结构。 立柱螺母的尺寸已有机械行业标准JB/T 2001.731999，螺母外径约为螺纹直径的1.5倍，内螺母一般与螺母等高，约为螺纹直径的0.9倍。 25MN以下的液压机，其立柱多做成实心的，实心的立柱的两端要钻出预紧螺母用的加热孔。 立柱的预紧分加热预紧与液压预紧。本次设计选用的是加热预紧方式。 加热预紧 比较常用的方法，为此，立柱端部应钻有加热孔，其深度应大于横梁的高度。在立柱及上横梁安装好后，先将内、外螺母冷态拧紧，然后用电热棒或通入蒸汽等加热方法使立柱端部伸长，达到一定温度后，将外螺母再向下拧过一个角度，一般是用螺母外径上一点转过的弧长来度量。立柱冷却后，就在螺母与横梁之间产生一个很大的预紧力，使螺母不易松动。加热时应注意两对角立柱同时加热。图2-7 组合式立柱螺母2.3.4立柱的导向装置立柱的导向装置 活动横梁运动及工作时，一般以立柱为导向，由于活动横梁往复运动频繁，且在偏心加压时有很大的侧推力，因此，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，对模具寿命及机身的受力情况也均有影响，为此，必须合理选择导向装置的结构及配合要求。导向装置可分为导套与平面导板两大类。导套对于圆截面的立柱，都是在活动横梁的立柱孔中采用导套结构，又可分为圆柱面导套和球面导套。 圆柱面导套 在活动横梁的立柱孔中，各装有上、下两个导套，它们由两半组成，为了拆装方便，两半导套的剖分面最好有35度的斜度，导套两端装有防尘用的毡垫。这种导套结构简单，制造方便。 本次设计中采用这种形式的导套。图2-8 圆柱面导套2.4横梁2.4.1上横梁结构设计横梁由铸造制成，目前以铸造为多，一般采用ZG35B铸钢。 横梁的宽边尺寸由立柱的宽边中心距确定，上梁和活动梁的窄边尺寸应尽可能小些，以便锻造天车的吊钩容易接近液压机中心，梁的中间高度则由强度确定。 设计上横梁时，为了减轻重量，根据“ 等强度梁”的概念，设计成图所示的不等高梁，即立柱柱套处的高度h 小于中间截面的高度H。但在过渡区( A处) 会有应力集中。由于上横梁外形尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，尽量使各个尺寸在允许的范围内降到最小。梁体做成箱形结构，在安装缸的地方做成圆筒形，安装立柱的地方做成方筒形，中间加设筋板，以提高刚度，降低局部应力。图2-9 梁的不等高结构2.4.2活动横梁结构设计活动横梁的主要作用: 与工作缸柱塞杆连接传递液压机的压力，通过导向套沿立柱导向面上下往复运动;安装固定模具及工具等。因此需要有较好的强度、刚度及导向结构。活动横梁上部与工作缸柱塞相连，下部与上模座相连，梁体结构和受力状态都很复杂。当液压机工作时，高压液体作用于柱塞的力是通过活动横梁及上砧传递到锻件上而做功，活动横梁的上下运动则依靠梁与立柱的导向装置。图2-10 活动横梁结构2.4.3下横梁结构设计下横梁的刚度要求应略严一些，以保证整个压机的刚性。下横梁直接与立柱、拉杆、工作台、回程缸和顶出器相连，梁体结构和受力状态都很复杂。对于下横梁，其设计原则与上横梁相同，是在满足相连部件最小几何尺寸要求和工艺要求的条件下，尽可能缩减其纵向、横向尺寸，这是有效提高梁的刚度、强度和减轻 梁的重量应首先把握的主要原则。图2-11工作平台结构第3章 液压机液压系统原理3.1液压机液压系统原理图拟定图3-1液压机工作原理图1-小柱塞 2-大柱塞 3工件液压机的主要运动是上滑块机构和下滑快顶出机构的运动，上滑块机构由主液压缸（上缸）驱动，顶出机构有辅助液压缸（下缸）驱动。液压机的上滑块机构通过四个导柱向导。主缸驱动。实现上滑块机构“快速下行 慢速加压保压延时快速回程原位停止”的动作循环。下缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑块顶出机构实现“向上顶出向下退回”或“浮动压边下行停止顶出”的两种动作循环。如图3-1所示。液压机液压系统以压力控制为主。系统具有压高 大流量 大功率的特点。如何提高系统效率，防止系统产生液压冲击是该系统设计中需要注意的问题。3.2自动补油保压回路设计考虑到设计要求，保压时间要达到5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制，在0-20min内可调整。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。 自动补油的保压回路系统图的工作原理： 按下起动按纽，电磁铁1YA通电，换向阀6接入回路时，液压缸上腔成为压力腔，在压力到达预定上限值时压力继电器11发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀M型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，压力继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力回升。回程时电磁阀2YA通电，换向阀左位接人回路，活塞快速向上退回。图3-2自动补油保压回路3.3释压回路设计释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免她突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7Mpa时，其油腔在排油前就先须释压。 根据设计很实际的生产需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：按下起动按钮，换向阀6的右位接通，液压泵输出的油经过换向阀6的右位流到液压缸的上腔。同时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时，压力继电器发出信号，使换向阀5回到中位，电磁换向阀10接通。液压缸上腔的高压油在换向阀5处于中位（液压泵卸荷）时通过节流阀9、换向阀10回到油箱，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀6切换至左位，液控单向阀7打开，使液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱13中去。使用这种释压回路无法在释压前保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用M型，并且配有其它的元件。 机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀1，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱。起到保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的稳定性。使零件的加工精度增高。第4章液压校直校直杆件分析计算所需校直的长轴直径400500mm长50006000mm，校直时间为出炉时，杆件温度为500度q=6666.7Kn/m 图4-1校直示意图10000Kn公称压力均匀分布在长度为1.5m范围内，故集度q=6666.7 Kn/m，由于轴上的载荷和支座约束力对跨度中点是对称的，故容易求出