XYY01-054@冲压式管端成型处理机构的设计
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机械毕业设计全套
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XYY01-054@冲压式管端成型处理机构的设计,机械毕业设计全套
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1 前言 随着我国汽车行业的不断发展壮大，对汽车空调的需求也随之增大，再加上目前全球气候的变暖，导致民用空调的需求也大大增加。然而，目前国内做空调设备的企业确非常少，而且多数采用进口设备进行加工，这样使空调制造企业的成本增加了许多。空调加工设备有弯管机、冲孔机、折弯机、管端成型机等。管端成型机作为空调加工设备的一种，在整个空调制造过程中起到了关键的作用。 目前国内管端成型方法主要分为 管端偏心回转成型 、 利用 NC 工作机的管端 成型、 无模成型 、机械成型 四 种方法。 机械成型 是管端成型 方法 中比较普遍又经济， 容易实现工作要求 ，原理简单易操作。 该 设计 用于将铝管管端加工铝管管端通过冲压的方式将其收口或扩口、加工成所需的管端形状，这一过程即管端成型过程。管端成型技术主要应用于空调机热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。该设备适用于批量生产，可以完成直径为 8X1mm； 9.5X1.2mm；12.7X1.2mm； 15.8X1.2mm； 19X1.5mm 的铝管的管端成型加工。目前，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要设计这样一 种可以适应不同管件胀形加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工胀管，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效率，及时满足产品零部件的需要。因此本课题设计的这一产品具有较高的使用价值和普遍性。 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 2 1 管端成型 机 总体方案的选定 近年来，随着汽车行业的发展，日益要求其管件轻量化，从而促进了管材的管端成型技术的进步。这一技术正朝着提高管材的成型性能，减少模具用量，增加成形柔性化程度方面发展。目前，国外正在开发可控制材料特性的关系管端成型技术。而我国管端成型技术还较落后，管端成形技术尚属空白，在管件产量和质量方面还不能满足需求。因此，应加速发展管材的管端成形技术，使其有新的突破，制造出能满足用户需求的优质管件产品。 管端成型是铝管（铜管）管端部成型包括对管端的扩口、缩口和加工成各种端部形状。近年来，国外在管端成形方面开发了许多成型技术，使成 型 后的管端形状多样化，达到了高质量高精度。 目前国内管端成型方法主要分为机械成型、管端偏心回转成型、利用 NC 工作机的管端成型、无模成形四种方法。 1.1 无模成型 管端无模成型，使用两个既是坯料又是成形工具管坯。首先，用高频感应 加热管坯，然后将其头部互相接触并旋转，即可实现管端缩口加工。这种成形过程实际上是利用两个管坯相对运动而产生的摩擦热而成形。此法已应用于高铬合金管端部成型。 此外，近年来国外还开发出利用高频感应局部加热使钢管壁厚增加的装置。当在该装置垂直方向施加力的作用时，该力可传递到水平管端上，使管材壁厚增加。 利用高频感应加热进行管端型锻成型过程是通过型砧上下、左右移动，以及钢管的旋转，可以实现钢管端部的变壁厚加工。目前，国外已经开发出能够控制芯棒的轴向力，金属沿轴向和径向流动，以及确保钢管轴向壁厚分布的变壁厚加工 CNC 型锻机，可以得到高质量、高尺寸精度的管端。 1.2 管端偏心回转成型 该成型方法中，模具的包络角与模具半角相同，模具的轴线与钢管的轴心偏离一定的距离，它适合于钢管的缩口。偏心量与管端缩口量、模具半角有关。管端不规整变形程度与模具接触钢管的面积率有关，面积率越小，越能控制回转成形过程。 nts 3 偏心回转成形适合于管材缩口成形的成形前期；成形末期一般采用摇动回转成型。当侧壁具有约束导板时，可实现缩口率 达 68%的内法兰成型。 1.3 利用 NC 工作机的管端成型 NC 工作机进行管端成形，是利用往复运动的半球形工具逐步使管端 成型，以获得所需的管端形状。圆管固定在水平的工作台上作平面运动，半球形工具沿垂直方向运动，与管材的转动相配合，形成了管端部成型曲面。这样，即可得到非对称形状的管端。例如。正多边形锥台体的端部，四角形异形管的扩口端部等。同时，也可以实现非管端部的局部缩径加工与切断加工。因而，它是一种柔性较大的管端成形过程，此法与旋压成形原理相同，但工具形状不同。 1.4 机械成型 机械成型主要是应用液压系统来控制机械部分的动作，来实现对管端进行冲压成型的一种方法。是管端成型方法中比较普遍又经济，容易实现工作要求，原理简单易操 作。 1.5 确定所选方案 对以上几种管端成型的方法从性价比方面进行比较。管端偏心回转成型方法中，模具的包络角与模具半角相同，模具的轴线与钢管的轴心偏离一定的距离，它适合于钢管的缩口。利用 NC 工作机的管端成型和无模成型加工和制造成本高，而且要求很高的技术含量。基于经济性 和工艺性的 考虑，本课题研究的铝管管端成型机采用机械成型的方法比较经济和工艺简单 ，并且机械成型方法比较普遍，容易实现工作要求，原理简单易操作。 1.6 管端成型处理机构的组成 该 设计管端成型处理 机 构 由主机和液压站构成。 主机 有 四 个执行器， 均由液 压系统控制，它们是 工作 液压 缸和夹紧 液压 缸，并分别固定在机座上 。 机座为焊接体， 材料为 A3 钢 ； 冲压 缸、 冲头和模具 构 成 了管 端成型 机构 ；夹紧液压缸和夹紧块构成了 夹紧机构；尺寸定长油缸和 F 型定尺挡块构成定位机构；冲头升降油缸连接滑块构成调整冲头工位机构，以便保证主冲冲头的对中。 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 4 液压站体积较小，因此放置在机座的下部，可以减少整台机器的所占空间。 液压站由中间集成块组和液压动力源构成，这两者直接安装在箱顶表面。液压控制阀均安装在集成块组上，通过集成块内部的通油孔道 来实现功能。集成块通过管接头与管道和执行器连接。液压动力源 由电动机和液压泵构成，二者 直接 通过梅花形联轴器 连接，其轴的中心高可由电动机下的调整垫块来实现。 该机结构简单，体积较小，容易拆装和搬运。一般的工厂都可以使用本机，减少生产消耗， 提高生产效率， 改善经济效益。 nts 5 2 主机整体结构及各主要工作机构的设计与计算 管端成型机的主机整体结构的总体设计就是根据其主要用途、作业条件及生产等情况出发，合理选择机型，性能参数，整机尺寸及各总成的结构型式，并进行合理的布置。管端成型机的主机整体结构是由许多零部件组合成的一个整体，所以管端成型 机的主机整体结构的性能不仅取决于每个零部件的好坏，还取决于各总体性能的相互协调，换言之，管端成型机的主机整体结构的总体设计对整机性能起着决定性的影响。如果设计中缺乏对整机的通盘考虑，即使各部件设计是良好的，但组合在一起不一定能获得整机的良好性能。所以总体设计必须从保证整机的主要性能出发，正确的选择各总成的结构型式，并进行合理的布置。 2.1 主机整体结构的一般布置 主机主要是将铝或铜的管料加工成如图 2-1 所示的产品，该产品主要应用于空调机热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。 图 2-1 管端成型机加工的产 品 Figure 2-1 jet formation machining product 从人机工程学的角度考虑，管端成型机的整体结构尺寸应当使人机相互协调，操纵机构一定要设置在适应人操纵的最佳范围，一般在离地面高约为 9001200mm 之间，这样操作最为方便，也不易于疲劳。因此，整机外形尺寸 大体 为 1450mmX1335mmX1537mm。其中包括下支撑体和主机两部分。下支撑体可根据工作高度需要来设计其外形尺寸。主机的结构如图 2-2 所示，组成主机的零部件很多，主要由冲压缸、机架、滑块组、调整缸、冲头、工件定 位块、夹紧缸、夹紧模、定位体等组成。 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 6 4 2 46772 0 1 1 0 9 0 1 1 02 4 02151 3 9 46 1 26 01 1 4282p1 2 3 4 5 67 8 9图 2-2 管端成型机的整体结构 Figure 2-2 jet shapers overall construction 1-冲压缸 2-机架 3-滑块组 4-调整缸 5-冲头 6-工件定位块 7-夹紧缸 8-夹紧模 9-定位体 2.2 管端成型机主机的工作原理 工作原理如图 2-2 所示： 1） 送料方式：送料方式总体分为机械送料和手动送料两种。机械送料必须有单独的送料结构，送料机构需要单独设计加工，还得与主机进行合理的 电路连接，这样会使成本提高了许多。 手动方式 送料就会大大减少了成本，但生产效率会降低，从性价比方面考虑还是采用手动方式送料。手动 将原料从 P 口送入。 2） 定位方式： 通过尺寸定长油缸（ F 型定尺挡块 6）进行定位（ F 型定尺挡块与尺寸定长油缸活塞杆端部连接，挡块伸出后，将工件放入夹紧模时，让其端面接触挡块定位面，工件夹紧后挡块复位，以此保证成形前的管端预留长度）。 3） 夹紧装置： 通过夹紧部分将工件进行夹紧（夹紧模 8 分上、下两部分，下模固定在 “台虎钳 ”主体上，上模与夹紧油缸活塞杆连接，非工作状态时上、下模分开，工作时将工 件置于夹紧模中，油缸夹紧，将上、下模合在一起，工件被夹紧。） 4） 冲压原理： 最后通过冲压缸 1 推动冲头部分 5 将铝管管端以冲压成型的方法进行nts 7 成型 。 一个完整的成形过程由不同的冲模（冲头）、夹紧模组合完成。不同的成形管端形状需不同的、数量不等的冲模和夹紧模且成形次数 1-3 次不等，并且其中还有需要更换冲模（冲头）和其对应的夹紧模。 本机有独立的液压站，提供夹紧油缸、定长油缸、冲压油缸 . 冲头升降油缸所需动力 。在电控系统 PC 机的控制作用下来完成各工序动作，实现整个自动循环。从而实现了对铝管（或铜管）的管端加工出 需要的形状，对于不同的形状只要更换相应的模具就可以完成整个管端成型的过程。 2.3 机架的结构设计 根据主机的工作要求及结构形式的需要，并且从强度和制造工艺的角度分析，机架采用材料优质碳素结构钢，钢号为 15 的七块加工成形的钢板焊接而成，这样既保证了强度要求，又减少了一般采用铸造的工艺程序。其结构 实体 如图 2-3 所示。 图 2-3 机架整体结构 Figure 2-3 rack overall construction 总体结构尺寸如图 2-4 所示，其外形整体尺寸初定为 1092mm 525mm 367mm，为了满足顶板及油缸等负载压力 采用四根 32 立柱进行支撑，立柱中心距离 机架两侧 40mm。如图 2-5 所示 面板 6 上需安装定位油缸， 考虑到油缸尺寸的安装位置， 油缸空中心的定位尺寸为距离机架底部 137mm，距离 右侧板 7 的尺寸为 188mm。 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 8 图 2-4 整体结构尺寸图 Figure 2-4 overall construction dimensional drawing 图 2-5 机架爆炸图 Figure 2-5 the rack explodes the chart 1-底板 2-立柱 3-左侧肋板 4 顶板 5-右侧肋板 6 面板 7-右侧板 8-左侧板 2.4 夹紧模具的设计 夹紧模具是工作机构非常重要的零部件之一，它的作用主要是将原料管件进行夹紧，以保证工件在被加工过程中的准确定位，还可以作为零件的成型模具的一部分。夹紧模具的材料和表面质量的好坏直接影响着加工出来的产品的好坏。这样就应该对它进行强度校nts 9 核。以保证加工出高质量的产品来。夹紧块外形如图 2-6 所示 : 图 2-6 夹紧模 Figure 2-6 clamps the mold 1上夹紧块； 2下夹紧块 总体结构尺寸如图 2-8 所示。夹紧工作时工作表面（即上下模接触配合面）需要较高的精度，故上下模块外形采用一体加工，最后采用线切割技术将其分模 。外形尺寸初定为120mm 60mm 60mm， 两加紧孔距离左右两边分别为 80mm，下模底面与下模固定板的两定位螺纹孔孔距为 100mm，两侧分别以中心 分别对称， 采用 M8 螺纹连接。 2.4.1 材料的选择 根据工作要求，该模 具属冷冲模的一种，冷冲模一般选用合金工具钢 Cr12，其硬度为269217HB，根据经验公式 2-1 得 M P aHB 71525.322025.3 （ 2-1） nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 10 2.4.2 夹紧模具的强度计算 图 2-8 夹紧模 下模 Figure 2-8 clamp mold stamping die 已知夹紧力 F=6000N,如图中所示，工作截面 A，工件与夹紧模的接触面的正应力 可按下式计算 AF(2-2) 其中 213635.552 78.1514.35.13602 mmdA ,将数值代入公式 (2-2)得 13636000=4.4MPa 材料的许用应力为 MPn sb 1435715 （ 2-3） 式中sn安全系数 接触面的正应力 ，强 度满足要求。 2.5 冲头的设计 冲头是加工零件的最核心模具体，它的作用主要是将铝管或铜管一冲压的方式加工成所需的管端形状，根据不同管端形状可以制作多套模具。这样就可以生产出多种不同的产品，也可以说是一机多用了。冲头的材料和加工表面质量的好坏直接影响着加工出来的产品的好坏。这样就应该对它进行强度校核。以保证加工出高质量的产品来。冲头外形如图nts 11 2-9、剖面图 2-10 和冲头与夹紧模工作状态图 2-11 所示 : 图 2-9 冲头实体 Figure 2-9 drift entity 图 2-10 冲头剖面图 Figure 2-10 drift sectional drawing 1-模芯 2-冲头体 冲头整体结构尺寸如图 2-10 所示， 总长为 74.5mm， 模芯伸入模具体内 30mm， 模芯与模具体采用 过渡配合。为了安装和拆卸方便模具体设置 3 的通孔。为了提高加工精度，模芯工作端前 15mm 进行抛光处理。 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 12 图 2-11 冲头与夹紧模工作状态 Figure 2-11 drift and clamp mold active status 1-冲头体 2-模芯 3-工件 4-上夹紧块 5-下 夹紧块 2.5.1 材料的选择 根据工作要求，该模具属冷冲模的一种，冷冲模一般选用合金工具钢 Cr12，其硬度为269217HB，根据经验公式 7-1 得 M P aHB 71525.322025.3 2.5.2 冲头的强度计算 已知冲压力 F=31116.6N,如图 7-8 中所示，工作截面 A，工件与夹紧模的接触面的正应力 可按公式 2-2 计算 AF其中 222 3.1 0 928.1114.32 mmdA ,将数值代入公 式 (2-2)得 109.331116.6=284.7MPa 材料的许用应力由公式 7-3 得 MPnsb 5.3572715 式中sn安全系数 接触面的正应力 ，强度满足要求。 nts 13 3 管端成型机的 液压系统设计 本课题为 铝 管 （铜管） 管端成型机的设计，用于将无缝 铝 管 （铜管） 管端 进行收口或扩口 等异型。 在空调领域得到了广泛的应用。 管端成型机的液压系统是由动力元件 (各种液压泵 ),执行元件 (液压缸 ),控制元件 (各种阀 )以及辅助装置 (冷却器 .过滤器 )用油管按一定方式连接起来组合而成。它将发动机的机械能 ,以油液作为介质 ,经动力元件转变为液压能 ,进行传递 ,然后再经过执行元件转返为机械能 ,实现主机的各种动作。由于液压系统的功能是传递 ,分配和控制机械动力 ,因此是管端成型机的关键部分。 3.1 设计 规格 、 性能 及对液压系统的要求 1、 处理管径 （铜管或铝管） ： 8X1mm； 9.5X1.2mm； 12.7X1.2mm； 15.8X1.2mm；19X1.5mm。 2、循环节拍：小于 18 秒（即 油缸 伸缩速度m a x 6 0 0 / m i nv m m）。 3、工作方式：冲压方式。 4、操作方式：手工上料 . 自动成形。 5、工作压力： 5Mpa。 6、 外形尺寸 ： 1450mmX1335mmX1537mm。 管端成型机的工作过程 ,包括 将工件定位、夹紧、冲压 和整机 冲头工作位置四 项主要动作。 管端成型机的 一个作业循环的组成包括 ： 定位 工件以手动方式送入夹紧模具体，通过定位油缸推动定位体将工件进行定位。 夹紧 将定位好的工件通过夹紧油缸推动夹紧模具进行夹紧 。 冲压 定位油缸退回，由冲压油缸推动滑块体、冲头进行冲压成型。 工作结束后各油缸复位。 调整冲头 当有些工件不能一次成型时，可调整下一个冲头进行工作，调整冲头位置是通过油缸推动滑块来实现的。 管端成型机 一般工作 在工厂内部 ,因此工作环境 较好 ,这样对液压系统、 执行元件 的 强度 要求不高，对密封条件要求也不是很高 ， 只要满足工作条件即可 。 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 14 3.2 管端成型机的液压系统分析 3.2.1 各液压缸的载荷分析 初定系统最高压力为 5MPa，冲压缸 所需要的压力最大，根据初定冲压缸的缸径为90mm，速度为 10mm/sv ，来初步计算出最大载荷。 24WF d p （ 3-1） 式中 d冲压缸缸径； P系统压力。 220 . 0 9 5 3 244WF d p K N 夹紧缸：缸径初定为 D=40mm；调整缸：缸径 初定为 D=32mm；定位缸：缸径 初定为D=32mm。 各液压缸的外载荷力计算结果列于表 3-1，取液压缸的机械效率为 0.9，求得相应的作用于活塞上的载荷力，并列于表 3-1 表 3-1 各液压缸的载荷力 Table 3-1 various hydraulic cylinders loading forces 液压缸名称 液压缸外载荷 KNFW /活塞上载荷 KNF/ 冲压缸 32 35.5 夹紧缸 6.3 7 调整缸 4 4.5 定位缸 4 4.5 3.2.2 管端成型机 的液压系统原理图 管端成型机 的液压系统原理图如 图 3-1： nts 15 图 3-1 管端成型机的液压系统原理 Figure 3-1 jet shapers hydraulic system principle 1滤油器 2冷却器 3油泵 4电机 5两位两通 6电磁溢流阀 7压力表 8减压阀 9P 型三位四通电磁换向阀 10O 型三位四通电磁换向阀 11单向节流阀 12冲压缸 13单向阀 14调整缸 15夹紧缸 16定位缸 17油箱 3.2.3 液压 系统工作循环分析 (1) 冲压 缸工进 1) 进油路 油箱 17 吸油过滤器 1 液压泵 3 电磁换向阀 10(右 位 ) 单向节流阀11 液压缸 12(左腔 )。 2) 回油路 液压缸 12(右腔 ) 单向节流阀 11 电磁换向阀 10(右 位 ) 冷却器 2 油箱17。 (2) 冲压 缸快退 1) 进油路 油箱 17 吸油过滤器 1 液压泵 3 电磁换向阀 10(左 位 ) 单向节流阀nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 16 11 液压缸 12(右腔 )。 2) 回油路 液压缸 12(左腔 ) 单向节流阀 11 电磁换向阀 10(左 位 ) 冷却器 2 油箱17。 (3) 调整 缸工进 1) 进油路 油箱 17 吸油过滤器 1 液压泵 3 减压阀 8 电磁换向阀 8(右位 ) 单向阀 13 液压缸 14(上腔 )。 2) 回油路 液压缸 14(下腔 ) 单向阀 电磁换向阀 8(右 位 ) 冷却器 2 油箱 17。 (4) 调整 缸快退 1) 进油路 油箱 17 吸油过滤器 1 液压泵 3 减压阀 8 电磁换向阀 8(左位 ) 单向阀 液压缸 14(下腔 )。 2) 回油路 液压缸 14(上腔 ) 单向阀 13 电磁换向阀 8(左位 ) 冷却器 2 油箱 17。 (5) 夹紧缸工进 1) 进油路 油箱 17 吸油过滤器 1 液压泵 3 减压阀 电磁换向阀 (右位 ) 液压缸15(上腔 )。 2) 回油路 液压缸 15(下腔 ) 电磁换向阀 (右位 ) 冷却器 2 油箱 17。 (6) 夹紧缸快退 1) 进油路 油箱 17 吸油过滤器 1 液压泵 3 减压阀 电磁换向阀 (左位 ) 液压缸15(下腔 )。 2) 回油路 液压缸 15(上腔 ) 电 磁换向阀 (左位 ) 冷却器 2 油箱 17。 (7) 定位缸工进 1) 进油路 油箱 17 吸油过滤器 1 液压泵 3 减压阀 电磁换向阀 (右位 ) 液压缸16(左腔 )。 2) 回油路 液压缸 16(右腔 ) 电磁换向阀 (右位 ) 冷却器 2 油箱 17。 (8) 定位缸快退 1) 进油路 油箱 17 吸油过滤器 1 液压泵 3 减压阀 电磁换向阀 (左位 ) 液压缸16(右腔 )。 2) 回油路 液压缸 15(左腔 ) 电磁换向阀 (左位 ) 冷却器 2 油箱 17。 nts 17 3.3 液压元件的选用 3.3.1 液压阀的选用 （ 1） 溢流阀 . 溢流阀是压力控制阀中最基本的一种，以它为基础可以组合成各种进行阀前（进口）压力控制的压力控制阀，如电磁溢流阀就是由溢流阀和电磁换向阀组合而成的。溢流阀在液压系统中使用极为普遍，所有液压系统都要至少使用一个溢流阀来做定压阀或安全阀 溢流阀的基本功能有两个，一是限制液压传动系统的最高工作压力，起安全保护作用，通常又称为安全阀；另一个是保持系统压力（主要是液压泵的输出压力）基本稳定不变，起稳压作用，一般称稳压阀或就称其为溢流阀。对安全阀的性能要求主要是：当系统工作压力小于阀的开启压力即阀关闭时，其阀口的密封 性要好；当系统压力大于开启压力时，其阀口要及时开启，反应灵敏，以可靠地保护系统和元件的安全。对稳压阀的性能要求主要是：控制压力的变化范围应尽量小；当系统的流量发生变化时，阀芯在运动过程中不应发生冲击和震荡，运动要尽量平稳。因系统最高工作压力为 5MPa，初选溢流阀为S-BG-06-32。 溢流阀的主要功用是： (1) 维持液压系统中的压力近于恒定； (2) 对液压系统实行调压； (3) 防止液压系统超载，起安全作用； (4) 对液压系统进行卸荷，以降低系统的功率损耗和热量。 溢流阀的基本功能是限定系统的最高压力 ，防止系统过载或维持压力近似恒定。本系统中选用先导式溢流阀，安装在泵的出油口处，用来恒定系统压力，防止超压，保护系统安全运行。 （ 2） 减压阀 .由于整个系统只用一个单向定量 液压 泵 来完成工作 ， 系统的压力恒定，这样工作载荷小回路上必须安装减压阀， 防止超载， 对系统造成损坏， 用来保护 整个 液压系统 的正常 工作。 （ 3） 单向阀 .系统中用到的单向阀，也是必不可少的元件，它用来防止油液倒流，从而使执行元件停止运动，或保持执行元件中的油液压力。还可是保持一定的背压。 （ 4） 换向阀 .在系统中要用到 四个 三位四通 换向 阀。在系统中 换向阀的主要作用是改变压力油进入执行元件的方向，进而实现不同的动作要求，在三位四通的换向阀中，左右nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 18 阀位要求能够进回油，中间的阀位要求禁止油液流通，以达到执行元件动作达到要求后停止或悬停在任一位置。 3.3.2 辅助元件的选用 （ 1）油管 .由于系统工作压力 不 高，所以在系统中没有相对运动的管路中选用 尼龙 管，它 加热后可以随意弯曲成型或扩口，冷却后又能定型不变 ， 便于安装，价格低廉，耐油，抗腐蚀 ， 承载能力在 2.5 8MPa 之间。 （ 2）管接头 .是油管与油管、油管与液压元件间的可拆装的连接件。它应满足拆装方便、连接牢固 、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、压力损失小及工艺性能好等要求。在采用 尼龙管 的管路中，管接头采用 扩口管 接头。 （ 3） 密封装置 .在液压系统中密封装置非常重要，它是用来防止工作介质泄露及外界灰尘和异物的侵入，以保证系统建立起必要的压力，使其能够正常工作。密封装置应满足在一定的压力 .湿度范围内具有良好的密封性能。密封装置和运动件之间的摩檫力要小，摩檫系数要稳定，抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿，结构简单，使用维护方便，价格低。其于以上几点，在有相对运动且有摩檫的元件上 使用 Y 型密封圈，其截面小，结构紧凑。且 Y 型密封圈能随压力增高而增大，并能自动补偿磨损。在相对摩檫不严重或无相对摩檫的元件上用 O 型密封圈，其结构简单，容易制造，密封性能好，摩檫力小，安装方便。 （ 4）滤油器 .在液压系统中，不允许液压油含有超过限制的固体颗粒和其他不溶性赃物。因为这些杂质可以使间隙表面划伤，造成内部泄露量增加，从而降低效率增加发热。这些杂质还会使阀芯卡死，小孔或缝隙堵塞，润滑表面破坏，造成液压系统故障，胶状物和淤渣等杂质，将会引起元件粘着，酸类还将加速运动件的腐蚀和使油液进一步恶化。因此要采用滤 油器对油液进行过滤，以保证油液质量符合标准。因此选用网式滤油器安装在泵吸油管上，这种滤油器压力损失不超过 0.04 510 MPa ，结构简单，流通能力大，可以满足泵的流量，清洗方便。 （ 5） 冷却器 .按冷却介质可分为水冷、风冷和氨冷等形式，常用的是水冷和风冷。最简单的冷却器是 蛇形管式冷却器。它直接装在油箱内，冷却水从蛇形管内部通过，带走热量。该系统采用这种冷却器，它结构简单，但冷却效率低，耗水量大。 （ 6）油箱容量的计算 nts 19 油箱主 要是储存油液，此外还起着散发油液中热量、释放混在油液中的气体、沉淀油液中的污染物等作用。液压系统中的油箱有整体式和分离式两种。整体式油箱利用主机的内腔作为油箱。这种油箱结构紧凑，各处漏油易于回收，但增加了设计和制造的复杂性，维修不便，散热条件不好，且会使主机产生热变形。分离式油箱单独设置，与主机分开，减少了油箱发热和液压源震动对主机工作精度的影响，因此得到普遍的应用。本系统采用分离式油箱。 油箱的容量可按下式计算 pqV (3-2) 式中 V油箱的有效容积， L； pq液压泵的总额定流量， L/min； 与系统压力有关的经验系数。 此液压系统为低中压系统， 可取 5 7， 取较大值可使系统更加安全，因此取 =7，液压泵的总额定流量为 3.63 L/min，将以上数值代入公 式 (3-2)得 63.37 V =25.41L 该设计中，油箱 采用分离式油箱 ，且形状为矩形。由于该机工作循环比较频繁，间隔时间较少，因此需要将油箱设计的大些以散发热量，所以油箱的长、宽、高为 500mm、 350mm、280mm,其容积为 500 350 280=49.7L。 3.3.3 执行元件的确定 由前计算结果已经知道，冲压缸缸径为 D=100mm，活塞杆径为 d=70mm；夹紧缸缸径为 D=40mm，活塞杆径为 d=22mm；调整缸缸径为 D=32mm，活塞杆径为 d=18mm；定位缸缸径为 D=32mm，活塞杆径为 d=18mm。本液压系统中，工作缸最大压力 5MPa，最大流量 3.3L/min。根据执行器的最大压力，均选轻型拉杆式液压缸，工作缸采用头部方法兰与机座连接。 3.3.4 电动机的选择 液压泵的驱动功率由下式计算 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 20 pppPqpP (3-3) 6090.0 1063.310536 PP 336W=0.336kW 查机械设计手册单行本减（变）速器 电机与电器 8表 16 1 28 选 Y 系列三相异步电动机，型号 Y802 2 JB/9616 1999，额定功率 0.75kW，转速 2825 r/min，满足要求。 nts 21 4 管端成型机的 液压 缸设计计算和泵的参数 计算 4.1 液压缸的设计计算 4.1.1 液压缸的选用 选用小型机械机械设备用液压缸，最高工作压力 5MPa。 4.1.2 胀形力的计算 11 材料 H96 圆铜 管 为例 。机械性能 400b M P a ，0 .2 350M P a 。 胀形力 由 以下公式计算 P 2 00S tddt (4-1) 式中 P管扩（缩） 口力， N； s管坯料的屈服强度， MPa； t0管坯料厚度， mm； d0加工前 管坯料外 径， mm； dt加工前 管坯料内径， mm。 此处用最大胀管直径来计算 ,可以得到最大胀形力 ,即 d0=19mm, dt=16mm, t0=1.5mm,将以上数值和s=350MPa 代入公式 (4-1)得 P 2 101619105.110350 14.3336 =28849N 因此得到工作载荷 ,即 Fg=28849N。 4.1.3 冲压缸 载荷计算 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度荷结构尺寸。 液压缸的载荷组成nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 22 和计算。 图 4-1 表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上，其中 Fw 是作用在活塞杆上的外部载荷， Fm 是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力 。 作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷 Fg，导轨的摩擦力 Ff 和由于速度变化而产生的惯性力 Fa。 图 4-1 液压系统计算简图 Figure 3-1 hydraulic system calculation diagram 计算作用在工作缸活塞上的总机械载荷 F F=Fw+Fm (4-2) 式中 Fw活塞杆上所受外部载荷 ， N； Fm密封处总摩擦力 ， N。 w g f aF F F F (4-3) 式中 Fg沿活塞方向工作阻力 ， N； Ff导轨的摩擦力， N； Fa启动制动惯性 力 ， N。 导轨摩擦载荷 Ff 对于平导轨 ()fNF G F （ 4-4） 式中 G运动部件所受的重力， N NF外载荷作用于导轨上的正压力， N 摩擦系数，见表 4-1 nts 23 表 4-1 摩擦系数 Table 4-1 friction coefficients 导轨类型 导轨材料 运动状态 摩擦系数 滑动导轨 铸铁对铸铁 启动时 低速（ v 0.16m/s） 高速（ v 0.16m/s） 0.15 0.20 0.1 0.12 0.05 0.08 滚动导轨 铸铁对滚柱（珠） 淬火钢导轨对滚柱 0.005 0.02 0.003 0.006 静压导轨 铸铁 0.005 作用在导轨上的运动部件的总重量约为 50kg，则 G=mg=45 9.8=441N。 由于是平导轨，所以NF=G=441N，摩擦系数 取 0.1 导轨摩擦载荷 ()fNF G F=0.1 （ 441+441） =88.2N Fe=tg vG (4-5) 式中 G运动部件重量 ， N。 g重力 加速度， g=9.8m/s2 v 速度变化量， m/s t 启动或制动时间， s。 一般机械 t =0.1 0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。 初取 t =0.3s,工进速度 v=8mm/s,快退速度 v=16mm/s 则 v =8mm/s,将以上数值及代入公式得 Fe=3.08.9 1084413 =1.2N 将 Fg=28849N， Fe=1.2 N， Fm=88.2N 代入公式得 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 24 Fw=28849+88.2+1.2=28938.4N 除外载荷wF外，作用与活塞上的载荷 F 还包括液压缸密封处的摩擦阻力mF，由于各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为 (1 )mmFF （ 4-6） 式中m液压缸的机械效率，一般取 0.90 0.95。 取m=0.93 主油缸（冲压缸）的载荷 2 8 9 3 8 . 4 3 1 1 1 6 . 60 . 9 3wmFFN （ 4-7） 4.1.4 冲压缸结构尺寸计算 压力的选择要根据载荷大小和设备的类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工 作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸越好受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选的太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然会提高设备的成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表 4-2。 表 4-2 按载荷选择工作压力 Table 4-2 press the load choice working pressure 4.1.5 计算液压缸的主要 结构尺寸 表 4-3 执行元件背压力 Table 4-3 functional element back pressure 系统类型 背压力 Mpa 简单系统或轻载节流调速系统 0.2 0.5 回油带调速阀的系统 0.4 0.6 回油路设置有背压阀的系统 0.5 1.5 载荷 104N 0.5 0.5 1 1 2 2 3 3 5 5 工作压 力 Mpa 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5 7 nts 25 用补油泵的闭式回路 0.8 1.5 回油路较复杂的工程机械 1.2 3 回 油路较短，且直接回油箱 可忽略不计 (1) 根据冲压缸的载荷，可以设计计算冲压缸的结构尺寸： 当冲压缸工作时： F=maxW= mPdPPD 02024 (4-8) 式中 ： 系统背压 P0=0.5Mpa 系统最高压力 P=5Mpa 由此可求出缸筒内径为 : D= 0020m a x4PPPdPPWm （ 4-9） = 22 0 . 524 3 1 1 1 6 . 63 . 1 4 5 0 . 5 0 . 9 3 5 0 . 5D =94.7mm 求出 D=94.7mm 本系统为高压系统，因此速比 取 =2， d= 122DD （ 4-10） 液压缸直径 D 活塞杆直径 d 的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。如与标准液压缸参数相近。最好选用国产标准液压缸，免于自行设计 加工。常用液压缸内径及活塞杆直径见表 4-4 和表 4-5。 表 4-4 常用液压缸内径 D mm Table 4-4 commonly used hydraulic cylinder inside diameter D mm 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 26 表 4-5 活塞杆直径 d mm Table 4-5 connecting rod diameter d mm 速比 缸径 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 1.46 2 22 28 35 45 45 50 50 60 55 70 63 80 70 90 80 100 90 110 100 125 110 140 125 140 根据查表 GB/T23481993 圆整得到 D=100mm。 (2) 活塞杆直径为 d= 122DD = 22 100=70(mm) 根据 GB/T23481993 规定的活塞杆尺寸圆整为 d=70mm (3) 最大工作行程 L 2时 行程 L=12D (4-11) L=12 100 =1200（ mm） 根据国家标准 GB/T1980 规定的液压缸行程系列圆整到 S=1200mm (5) 最小导向长度 H 1 2 0 0 1 0 0 1102 0 2 2 0 2LD (mm) (4-12) 取最小导向长度为 110（ mm） 式中 L液压缸最大行程； D缸筒内径。 (4) 活塞宽度 B=（ 0.6 1.0） D (4-13) =（ 60 110） mm 活塞杆宽度 B=80mm 式中 D缸筒内径 (5) 缸筒壁厚： 材料的许用应力计算 nts 27 bn(4-14) = 800 1605M P a M P a式中 b缸体材料的抗拉强度，缸体材料为 #45 ，b=800Mpa； n安全系数 .一般取 n=5。 表 4-6 筒壁厚度 mm Table 4-6 casing of wall thickness mm 缸径 mm 液压缸外径 mm 缸径 mm 液压缸外径 mm P16 MPa 20 25 31.5 P16 MPa 20 25 31.5 40 50 50 50 54 110 133 133 133 133 50 60 60 60 63.5 125 146 146 152 152 63 76 76 83 83 140 168 168 168 168 80 95 95 102 102 160 194 194 194 194 90 108 108 108 114 180 219 219 219 219 100 121 121 121 127 200 245 245 245 245 查缸筒壁厚度 表，取 =10.5mm (6) 缸筒外径 2eDD（ 4-15） =100+2 10.5 =121(mm) 4.1.6 油缸强度计算： (1) 已知参数： 缸径 D=100， 杆径 d=70， 行程 L=1200， 缸筒壁厚 =10.5 (参数单位： mm) (2) 油缸强度计算 a. 活塞杆应力 校核 22gDP d （ 4-16） nts 冲压式管端成型处理机构 的设计 28 = 221005 70 =10.2Mpa 活塞杆材质为 #45 调质，经查表得强度极限 b为 800Mpa,材料的许用应力为： bn = 800 1605M P a M P a （ n 为安全系数） （ 4-17） 由此可见， ，应力完全满足要求。 式中 gP油缸最大闭锁压力 b. 缸筒强度验算： 由于缸筒壁厚与缸径之比 100 9 . 5 1 01 0 . 5D ，属于厚壁缸筒，可按材料学第二强度理论验算。 0 . 50 . 4 / ( 1 . 3 ) 12PPD ， （ 4-18） 0 . 51 6 0 0 . 4 5 / ( 1 6 0 1 . 3 5 ) 11002 =1.37（ mm） 由此可见 ,， ,强度满足要求。 式中 P系统最高压力 ,P=5Mpa； b 材料的许用应力。 (3) 油缸稳定性验算 油缸在工作是承受的压应力最大，所以有必要校核活塞杆的压稳定性。 a. 活塞杆断面最小惯性矩 I= 464d（ 4
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