简易铜排折弯机设计

1 目录目录 第一章 折弯机简介 2 1 1 折弯机的应用 2 1 2 折弯机的分类与组成 2 第二章 弯曲模具的设计 3 2 1 分析零件的工艺性 3 2 2 确定工艺方案 3 2 3 进行必要的工艺计算 3 2 4 Z 型弯曲模具主要零部件设计 5 2 5 弯曲模具其他零件设计与选用 7 第三章 液压系统的设计 11 3 1 设计要求及工况分析 11 3 2 确定液压系统主要参 13 3 3 计算和选择液压元件 16 第四章 液压缸的设计 23 4 1 液压缸基本参数确定 23 4 2 液压缸结构参数确定 25 4 3 液压缸主要性能参数 36 第五章 折弯机特点分 37 结论 38 致谢 39 参考文献 40 2 第一章 折弯机的简介 1 1 折弯机的应用 折弯机技术先进 性能可靠 是较理想的板料成形设备之一 它广泛用于飞机 汽 车 造船 电器机械及轻工等行业 生产效率较高 1 2 折弯机的分类及组成 折弯机分为手动折弯机 液压折弯机和数控折弯机 折弯机包括支架 工作台和夹 紧板 工作台置于支架上 工作台由底座和压板构成 底座通过铰链与夹紧板相连 底 座由座壳 线圈和盖板组成 线圈置于座壳的凹陷内 凹陷顶部覆有盖板 使用时由导线对线圈通电 通电后对压板产生引力 从而实现对压板和底座之间薄 板的夹持 由于采用了电磁力夹持 使得压板可以做成多种工件要求 而且可对有侧壁 的工件进行加工 3 第二章 弯曲模具的设计 2 1 分析零件的工艺性 本次被折弯的零件的断面形状是 Z 形 由图 2 1 可知 零件结构简单 弯曲要求达到 尺寸的精度 弯曲半径等均符合弯曲工艺要求 图 2 1 零件示意图 结论 该零件适合弯曲 2 2 确定工艺方案 该零件是 Z 形弯曲 且该弯曲件生产批量大 材料塑性较好 所以采用一次成 形的 Z 形弯曲模 该方案效率高 2 3 进行必要的工艺计算 2 3 1 弯曲件展开长度的计算 因为 属于有圆角半径 较大 的弯曲件 所以弯曲1 50 50 5 31 5rmmtmm 件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算 视直边区弯曲前后长度不变 圆角区展 开长度按弯曲前后中性层长度不变条件进行计算 1 变形区中性层曲率半径 2 1 1 50 37 32 61rktmmmm 4 2 毛坯尺寸 中性层长度 2 2 z LlA 其中 中性层圆角部分的长度 0 0 180 180 A 2 3 0 00 3 14 90 2 614 1 180180 Ammmm 该零件的展开长度为 2 2743 174 185 1 z LlAmmmm 5 取 85mm 则毛坯尺寸为 z L8575mmmm 以上各式中 中性层曲率半径 mm k 中性层位系数 查表 2 1 得 k 0 37 r 弯曲件弯曲半径 mm t 弯曲件材料厚度 mm 弯曲件的展开长度 mm z L 弯曲中心角 0 弯角 0 表 2 1 中性层的位移系数 K 值400 b MPa r t 0 30 51 01 523456 7 8 K0 340 370 410 440 450 460 470 480 490 50 2 3 2 弯曲件回弹值的计算 因为 r t 0 5 5 所以是大变形程度 大变形程度时 圆角半径回弹小 不必计算 只计算凸模角度 已知弯曲中心角 查表 2 知 校正弯曲时 回弹角做 0 90 90 0 4 5 如下修正 2 6 00 90 0 37 4 51 67K 5 则凸模中心角 2 7 000 901 6788 33 t 该模具采用回弹补偿来减小回弹 对于 Z 形件的补偿 根据已确定的回弹角 减小 模具角度实现补偿 2 3 3 弯曲力的计算 Z 形件弯曲力 2 8 22 0 60 6 1 3 75 3110 12870 1 53 b kBt FN rt 式中 F 自由弯曲时的弯曲力 N B 弯曲件宽度 mm t 弯曲材料厚度 mm r 弯曲件内圆角半径 mm 材料抗拉强度 弯曲件材料为铝 其抗拉强度 110MPa MPa b b K 安全系数 一般 K 1 3 2 4 Z 形弯曲模模具主要零部件设计 2 4 1 凸模的设计 当弯曲件的相对弯曲半径 r t 较小时 取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆 角半径 r 但不能小于材料所允许的最小弯曲半径 故 min r min 0 30 3 30 9rtmm 凸模圆角半径可取弯曲件的内弯曲半径 即 r 1mm 2 9 p r 2 4 2 凹模的设计 1 凹模圆角半径 凹模入口处圆角半径的大小对弯曲力以及弯曲件的质量均有影响 过小的凹模圆 d r 角半径会使弯矩的弯曲力臂减小 毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力增大 弯曲力增加 并 易使工件表面擦伤甚至出现压痕 在生产中 通常根据材料的厚度选取凹模圆角半径 当 t 2 mm 3 6 t d r t 2 4 mm 2 3 t d r t 4 mm 2 t d r 6 该工件厚度 t 3mm 故凹模圆角半径 板料长度很长又厚的 Z 形件22 36 d rtmmmm 采用无底凹模进行弯曲加工降低冲压力 即该 Z 形弯曲件凹模 其底部可开退刀槽 2 弯曲凹模深度 凹模深度要适当 若过小则弯曲件两端自由部分太长 工件回弹大 不平直 若深 度过大则凹模增高 多耗模具材料并需要较大的工作行程 对于 Z 形弯曲件 凹模深度及底部最小厚度如图 2 3 所示 数值查表 2 2 可知凹模的 深度可取 35mm 凹模底部的厚度可取 h 52mm 0 L 3 凹模结构 由于凹模要和工作台联接 所以要在凹模上开螺钉孔 其结构如图 2 4 所示 图 2 4 凹模基本结构图 表 2 2 弯曲 Z 形件的凹模深度及底部最小厚度值 mm 板 料 厚 度 2 2 4 4 弯曲件 边长 L h0 L h0 L h0 L 7 10 25 25 50 50 75 75 100 100 150 150 200 20 22 27 32 37 40 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 22 27 32 37 42 47 15 25 30 35 40 45 32 37 42 47 52 30 35 40 50 65 3 弯曲凸 凹模的间隙确定 Z 形件弯曲时 凸 凹模的间隙是靠调整凸模下止点位置 与模具设计无关 但在 模具设计中 必须考虑到模具闭合时使模具工作部分与工件能紧密贴合 以保证弯曲质 量 2 5 弯曲模具其他零件的设计和选用 2 5 1 凹模固定螺钉的选择及强度校核 凹模的固定采用内六角圆柱头螺钉 选用 GB T70 1 2000 M16 40 材料 20 号钢 由于凸模受推力 则需要对内六角圆柱头螺钉进行强度校核 在工作时 内六角圆柱头 螺钉受到剪切力和挤压力 需要校核切应力和挤压应力 其切应力计算公式为 2 10 Q A 式中 Q 剪切面上的剪力 12870QFN A 剪切面面积 2 11 2 4 Ad d 内六角圆柱头螺钉截面圆的半径 凹模总共用 4 个内六角圆柱头螺钉固定 所以每个内六角圆柱头螺钉所受的切应力为 2 12 2 4 4 4 QF A d 代入数据得 226 12870 160 44 4 1610 44 QF MPa A d 查表 1 知道 45 号钢的剪切强度极限 320Mpa 即其许用切应力 可 b 320 b MPa 知 8 2 13 160320MPaMPa 即内六角圆柱头螺钉的剪切强度足够 其挤压应力的计算公式为 2 14 bs bs P A 式中 P 挤压面上的挤压力 挤压面面积 bs A 如图 2 所示为螺钉的所受挤压力的示意图 图 2 5 螺钉受力示意图 可知其挤压面面积 挤压力为 22 10 16160 bs Aldmmmm 12870 3217 5 44 F PNN 所以每个内六角圆柱头螺钉所受的挤压应力为 6 3217 5 268 13480 160 10 bsbs bs P MPaMPaMPa A 所以内六角圆柱头螺钉的挤压强度足够 表 1 常用金属材料的剪切强度极限 b 金属名称软质 退火的 MPa硬质 冷作硬化的 MPa 铝70 110130 160 硬铝220380 紫铜180 220250 300 9 黄铜220 300350 400 20 号钢320400 30 号钢360480 45 号钢450560 不锈钢520560 2 5 2 凸模联接销轴的选择及强度校核 销轴是联接凸模和活塞杆的 在工作过程中销轴受到剪切力和挤压力的作用 所选 销轴为 GB 882 1986 D40 160 材料为 35 号钢 需要校核销轴的切应力和挤压应T 力 销轴所受剪切力及挤压力如图 3 所示 图 2 6 销轴受力示意图 1 校核圆柱销的剪切强度 圆柱销的受力如图 3 所示 a a 和 b b 两截面皆为剪切面 这中情况称为双剪 利 用截面法以假想的截面沿 a a 和 b b 将圆柱销截开 由所取研究对象的平衡条件可知 圆柱销剪切面上的剪力为 2 15 12870 6435 22 F QNN 剪切面面积为 10 2 16 22 22 3 14 20 314 44 d Ammmm 则圆柱销的工作切应力为 2 17 6 6435 273 25 314 10 Q MPaMPa A 查表 1 知 45 号钢的剪切强度极限 符合强度条件 所以圆柱 360 b MPa 销的剪切强度足够 2 校核圆柱销的挤压强度 圆柱销的挤压面是圆柱面 用通过圆柱直径的平面面积作为挤压面的计算面积 又 因为长度为的一段圆柱销所承受的挤压力与两段长度为的圆柱销所承受的挤压力相 1 2 同 而前者的挤压面计算面积较后者小 所以应以前者来校核挤压强度 这时 挤压面 上的挤压力为 2 18 12870PFN 挤压面的计算面积为 2 19 22 1 60 201200 bs Admmmm 所以圆柱销的工作挤压应力为 故挤 6 12870 143540 1200 10 bsbs bs P MPaMPaMPa A 压强度也是足够的 11 第三章 液压系统的设计 3 1 设计要求及工况分析 3 1 1 设计要求 根据动作要求 先将其具体化 即 对于工作部分凸模 应完成快速前进 工作进 给 保压 快速退回 原位停止 构成一个动作循环 其快进行程为 250mm 工作进给行 程为 50mm 快进速度为 100mm s 工作进给速度 10mm s 折弯机工作部件总重量为 G 784N 快退速度允许略高或略低于快进速度 往复运动的加速和减速时间不希望超过 0 2s 动力滑台采用自制导轨 其静摩擦系数为 f 0 2 动摩擦系数为 f 0 1 液压系统 中的执行元件使用液压缸 3 1 2 负载及运动分析 1 工作负载 其工作负载为凸模所承受的弯曲力 12870N 3 1 tr KBt F b t 2 6 0 2 惯性负载 3 2 NN t v g G Fm40 2 0 1 0 81 9 784 3 阻力负载 静摩擦阻力 3 3 NNFfs 8 1567842 0 动摩擦阻力 3 4 NNFfs 4 787841 0 4 运动时间 快进 3 5 ss v L t5 2 100 250 1 1 1 工进 3 6 ss v L t5 10 50 2 2 2 快退 3 7 ss v LL t3 100 50250 3 21 3 由此得出液压缸在各个工作阶段的负载如表 3 1 所示 12 表 3 1 液压缸在各工作阶段的负载值 工况负载组成负载值 F N 推力 m F N 启动 fs FF 156 8165 加速 fdm FFF 118 4124 6 快进 fd FF 78 482 5 工进 fdt FFF 1287012870 快退 fd FF 78 482 5 注 1 液压缸的机械效率 0 95 2 不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用 m 3 1 3 负载图和速度图的绘制 负载图按上面表 3 1 内数值绘制 如图 3 1 所示 速度图按已知数值 快退行程和工进速度smmvv 100 31 mmlmml50 250 21 mmlll300 213 等绘制 如图 3 2 所示 smmv 10 2 图 3 1 折弯机液压缸的负载图 13 3 2 确定液压系统主要参数 3 2 1 初选液压缸工作压力 为使液压缸的快进速度和快退速度相等 故采用单活塞杆液压缸 快进时液压缸的 进出油路用差动连接 快退时油进入有杆腔 从无杆腔排出 且取 D d 由表 3 2 2 3 3 可知 初选此液压缸的额定工作压力可取 16Mpa 表 3 2 按载荷选择工作压力 载 荷 N 4 10 5 工作压力 MPa 0 8 1 1 5 22 5 33 44 5 5 7 表 3 3 各种机械常用的系统工作压力 机床 机械 类型 磨床 组合 机床 龙门 刨床 拉床 农业机械 小型工程 机械 建筑机械 液压凿岩 机 液压机 大中型挖掘 机 重型机械 起重运输机 械 工 作压 力 MPa 0 8 2 3 52 88 1010 1820 32 3 2 2 计算液压缸主要尺寸 鉴于凸模快进和快退速度相等 这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸 A1 2A2 快进时液压缸差动连接 工进时为防止发生前冲现象 液压缸的回油腔应有 背压 参考表 3 4 选此背压为p2 0 5MPa 14 表 3 4 执行元件背压力 系统类型背压值 Mpa 回油路有节流阀的调速系统0 2 0 5 回油路有背压阀或调速阀的调速系统0 5 1 5 拉床 龙门刨床等采用辅助泵补油的闭 式回路 1 0 1 5 为了得到稳定的低速进给 以采用液压缸的无杆腔作为工作进给时的工作腔为宜 故 3 8 m P P F D 2 4 2 1 式中 D 为液压缸的内径 活塞外径 mm F 负载力 N 无杆腔的工作压力 MPa 1 p 有杆腔的背压 MPa 2 p 液压缸的机械效率 取为 0 95 m 代入得 4 12870 121 160 52 Dmm 则活塞杆直径 3 9 mm D d 9 85 2 按 GB2348 80 应选用标准值分别为 D 125mm d 90mm 由此算得液压缸无杆腔和有 杆腔的实际工作面积 2 2 2 1 1 5907 6 12265mmAmmA 凸模在快速运动时 系统中也存在一定的背压 设其为 0 5Mpa 此项背压为综合阻力 引起的 实际值未必如此之大 但设计时可取值略偏大 15 图 3 3 液压缸的不同工况图 液压缸的不同工况如图 3 3 所示 快进时缸的进出油路为差动连接 产生综合阻力的 当量液阻用 R 表示 其缸筒的力平衡方程 3 10 m F ApAp 2211 式中 进油压力 1 p 无杆腔的活塞面积 1 A 有杆腔活塞的差径面积 2 A F 负载力 液压缸的机械效率 m 将代入 并整理得进口压力5 0 12 pp 2 1 12 0 5 0 48 m F A pMPa AA 工进时缸筒的力平衡方程 3 11 m F ApAp 2211 整理并代入有关数据后得进口压力 MPaMPa A ApF p97 14 6 12265 1 59075 0 1 180714 1 220 1 快退时缸筒的力平衡方程 16 3 12 m F ApAp 1221 整理并代入有关数据后得进口压力 21 1 2 1 68 m F p A pMPa A 三种工况泵所提供给系统的流量分别为 1 Q 快进 3 min 2 38 1211 LvAAQ 13 工进 3 min 4 7 211 LvAQ 14 快退 3 15 min 2 38 321 LvAQ 上列各式中 分别为快进 工进 快退速度 其中 6 47m min 后文有 1 v 2 v 3 v 3 v 说明 输入功率 P 计算如下 快进 3 kWQpP3 0 11 16 工进 3 17 kWQpP86 1 11 快退 3 18 kWQpP07 1 11 3 3 计算和选择液压元件 3 3 1 确定液压泵规格及液压泵驱动电机的功率 1 计算液压泵的最大工作压力 由图 3 4 表明 液压缸的最大工作压力出现在工进阶段 其对应流量为 7 4L min 由表 3 8 知可取进油路上压力损失为 0 3Mpa 压力继电器调整压力高出系统最大工作压力 之值为 0 5Mpa 则液压泵的最大工作压力应为 3 MPapB77 155 03 097 14 16 17 表 3 8 进油路总压力损失经验值 系统结构情况总压力损失MPap 一般节流调速及管路简单的系统0 2 0 5 进油路有调速阀及管路复杂的系统0 5 1 5 2 计算液压泵的流量 液压缸所需的最大流量 38 2L min 作为选择液压泵流量的主要依据 若回路中泄漏 按液压缸输入流量的 5 估计 由于溢流阀的最小稳定流量为 3L min 则液压泵的总流量 应为 3 min 1 433 2 3805 1 LqB 17 3 确定液压泵的规格和电动机功率 根据以上的压力和流量的数值查阅产品目录 最后确定选择 5ZKB725 型拄塞泵 其 参数为 额定工作压力 16Mpa 最高工作压力 25Mpa 排量 106 7ml r 额定转速 1450r min 将计算值和标定值进行比较 计算压力为 15 77Mpa 小于液压泵的额定工作 压力 16Mpa 且不在液压泵最大压力下长期工作 因而可用 计算流量为 43 11L min 所以流量也能够用 液压泵额定转速为 1450r min 满足使用要求 综上可知此液压泵可 用 由于液压缸在工进时输入功率最大 这相当于液压泵输出压力为 15 77Mpa 流量 43 1L min 如取齿轮泵的总效率为 则液压泵驱动电机所需功率为 8 0 B 3 kWqpP BBB 56 12108 0 1060 1 4377 15 33 18 根据此数值查阅电机产品目录 最后选定 Y 系列 IP44 三相异步电动机 其型号为 Y200L 4 其额定功率为 30 kW 转速为 1470 r min 电动机和液压泵之间用联轴器连接 3 3 2 确定其它元件及辅助元件 1 确定阀类元件及辅件 确定阀和各类辅助元件时 应先计算出液压缸的进出口的流量 快进 差动连接油 18 路 时 液压泵给液压缸无杆腔的流量为 3 min 2 38 1211 LvAAQ 19 从液压缸有杆腔排出的流量为 3 min 4 35071 59min 6 2 122 LcmmvAQ 20 流经液压缸无杆腔进油口的流量 Q 忽略流经调速阀 7 的流量 3 min 6 73min 4 35min 2 38 21 LLLQQQ 21 工进时 进入液压缸无杆腔的流量为 3 min 4 7 211 LvAQ 22 从液压缸无杆腔排出的流量为 3 min 5 3071 59min 60 2 222 LcmcmvAQ 23 快退时 进入液压缸有杆腔的流量 由于满足式 的 1 Qmin 2 38 1211 LvAAQ 要求 将液压泵的流量调定为 38 2L min 故也为 38 2L min 其快退时液压缸的运动速度 为 3 min 47 6 071 59 min 2 38 2 2 1 3 m cm L A Q v 24 快退时从液压缸无杆腔排出的流量为 3 min 4 7965 122min 47 6 2 132 LcmmAvQ 25 将上列数据列于表 3 9 以便选定阀和各辅助元件 由图 3 3 中各种阀和其他辅助元 件的选定为 二位二通电磁阀 5 选为 DG4S2U 012A 型 其额定压力为 21Mpa 许用流量 额定流量 为 40L min 而通过该阀的流量为 35 4L min 所以该型号的二位二通电磁 阀可用 系统中各元件的选定见表 3 10 表 3 9 折弯机液压缸两腔的进出流量L min 19 快进工进快退 油腔名称 进入流量排出流量进入流量排出流量进入流量排出流量 无杆腔73 67 479 4 有杆腔35 43 538 2 2 确定油管 各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定 液压缸进 出油管则按输入 排 出的最大流量计算 由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进 出油量已与原定 数值不同 所以要重新计算 如表 3 11 所示 表 3 10 各工况实际运动速度 时间和流量 20 快进工进快退 输 入 流 量 1112 12265 6 43 1 12265 65907 1 min 83 1 min B qAqAA L L 1 7 4 minqL 1 43 1 min B qqL 排 出 流 量 2211 5907 1 83 1 12265 6 min 40 0 min qA qA L L 2211 5907 1 7 4 12265 6 min 3 6 min qA qA L L 21 12 12265 6 43 1 5907 1 min 89 5 min qAqA L L 运 动 速 度 112 43 1 12265 65907 1 min 6 78 min B vqAA m m 211 7 4 12265 6 min 0 6 min vqA m m 312 43 1 5907 1 min 7 3 min vqA m m 根据这些数值 由表 3 12 知油液在压力管中的流速可取 4m s 由式计算得 v q d 4 与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为 3 mmmm v q d00 21 60414 3 10 1 8344 3 26 3 mmmm v q d13 15 60414 3 10 1 4344 3 27 根据表 3 13 这两根油管都选用内径 25mm 外径 34mm 的 15 号钢的无缝钢管 管路 支架间距离 不得大于表 3 14 所列支架最大距离 采用焊接式管接头 钢管壁厚的强 度计算 3 2 pd 28 P 工作压力 Mpa 21 d 管子内径 mm 许用应力 Mpa 对于钢管 抗拉强度 Mpa n b b S 安全系数 当 p17 5 Mpa 时 S 4 已知 15 号钢的抗拉强度 378Mpa 代入数据得 b 16 25 3 2 378 2 6 mmmm 所选钢管的壁厚 3 mmmmmm dD 2 35 4 2 2534 2 29 所以满足条件 钢管强度足够 表 3 12 允许流速推荐值 管道 推荐流速 m s 吸油管道0 5 1 5 一般取 1 以下 压油管道3 6 压力高 管道短 粘度小取大值 回油管道1 5 3 22 表 3 13 钢管公称通径 外径 壁厚 联接螺纹和推荐流量表 公 称 压 力 MPa n p 2 5 8 16 25 31 5 公称通径 mm 钢管外径 mm 管接头联接螺纹 mm 管子厚度 mm 推荐管路通 过流量 L min 3 4 5 6 8 10 12 15 20 25 32 40 50 65 80 100 6 8 10 14 18 22 28 34 42 50 63 75 90 120 M10 1 M14 1 5 M18 1 5 M22 1 5 M27 2 M33 2 M42 2 M48 2 M60 2 1 1 1 1 1 1 6 1 6 2 2 2 5 3 3 5 4 5 1 1 1 1 1 6 1 6 2 2 2 5 3 3 5 4 5 6 1 1 1 1 6 1 6 2 2 5 3 4 4 5 5 6 7 8 5 1 1 4 1 6 2 2 2 5 3 5 4 5 5 5 5 6 5 8 10 1 4 1 4 1 6 2 2 5 3 4 5 6 7 8 5 10 12 0 63 2 5 6 3 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1250 2500 23 表 3 14 推荐钢管弯管的最小曲率半径 mm 管子外径 0 D 101418222834425063 最小曲率半径5070757590100130150190 支架最大距离4004505006007008008509001000 3 确定油箱 初始设计时 先按经验公式确定油箱的容量 待系统确定后 再按散热的要求进行 校核 经验公式为 3 QV 30 式中 液压泵每分钟排出压力油的容积 L v Q 经验系数 见表 3 15 由此可知 油箱的容积为 12 43 1517 2 v VQLL 采用开式油箱 液压油选择 N150 号普通液压油 代号为 YA N150 表 3 15 经验系数 系统类型行走机械低压系统中压系统高压系统 1 22 45 710 12 24 第四章 液压缸的设计 4 1 液压缸基本参数的确定 液压缸一般来说是标准件 但有时也需要自行设计 本节主要介绍液压缸主要尺寸 的计算及强度 刚度的验算方法 液压缸的设计是在对所设计的液压系统进行工况分析 负载计算和确定了其工作压力 的基础上进行的 首先根据使用要求确定液压缸的类型 再按负载和运动要求确定液压 缸的主要结构尺寸 必要时需进行强度验算 最后进行结构设计 液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径 D 缸的长度 L 活塞杆直径 d 主要根据液压缸 的负载 活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数 4 1 1 活塞直径和活塞杆直径的确定 为使液压缸的快进速度和快退速度相等 故采用单活塞杆液压缸 快进时液压缸的 进出油路用差动连接 快退时油进入有杆腔 从无杆腔排出 且取 D d 由表 4 2 1 4 2 可知 此液压缸的额定工作压力可取 16Mpa 最大工作压力取 20Mpa 表 4 1 按载荷选择工作压力 载荷 4 10 N5 工作压力 MPa 3 2 的缸筒为中等壁厚缸筒 其壁厚用下列经验公式计算 D 4 0 2 3 pD c P 4 27 式中 D 缸筒内径 p 液压缸的最大工作压力 缸筒内应力 缸筒材料的许用应力 强度系数 当采用无缝钢管时 0 0 1 c 计入筒壁公差及腐蚀时的附加壁厚 一般可以略去 许用应力可用下式计算 4 b n 5 式中 缸体材料的抗拉强度 b 安全系数 一般取 n 5 n 本缸筒材料采用 35 号无缝钢管 当忽略 值后 则缸筒壁厚和强度条件的计算c 公式为 4 2 3 pD p 6 4 2 3 D p 7 查表知道 600Mpa 则 b 600 120 5 b MPaMPa n 把已知数据代入式中得 20 125 9 8 2 32 3 12020 pD mmmm p 初得液压缸外径 21252 9 8144 6 e DDmm 按照 JB1068 67 可知 可取缸筒的外径为 即壁厚为 146 e Dmm 4 146 125 10 5 22 e DD mmmm 8 则缸筒所需的强度条件 28 4 125 10 5 20112 22120 2 32 3 10 5 D pMPaMPaMPa 9 故缸筒的强度足够 所选壁厚符合强度要求 2 缸筒外形的设计 液压缸采用地脚螺栓固定 与缸盖采用法兰连接 所以要在缸筒两端焊上焊件 用 以加工地脚及法兰 4 2 2 缸盖的设计 1 缸底厚度的计算 该液压缸缸底为平面形 且缸底无油孔 如图 4 1 所示 则液压缸缸底厚度计算公式 4 0 433 y p hD 10 式中 缸底厚度 mmh 液压缸内径 mmD 试验压力 MPa 工作压力时 工作压力 y p16pMPa 1 5 y pp 时 16pMPa 1 25 y pp 缸底材料的许用应力 MPa b n 缸底材料的抗拉强度 缸底材料为 45 号钢 其抗拉强度 700MPa b b n 安全系数 n 3 5 5 一般取 n 5 代入数据得 1 5 16 0 4330 433 12522 4 140 y p hDmmmm 由此可取缸底的厚度 h 25mm 缸底和缸筒之间采用法兰联接 29 图 4 1 无孔平形缸底 2 缸头厚度的计算 由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔 因此其厚度的计算方法与缸底有所不同 液压缸缸盖采用螺钉联接法兰 如图 4 2 所示 图 4 2 螺钉联接法兰 因此其厚度计算公式为 30 4 0 10 3 2 cp F Dd h Ddd 11 式中 F 法兰受力总和 N 法兰厚度 mmh 螺钉孔分布圆直径 mm 0 D 密封环平均直径 mm cp d 密封环外径 mm H d 密封环内径 mmd 法兰材料的许用应力 MPa 螺栓孔直径 mm 0 d 代入数据得 MPaMPa d dDF h cp cp 67 13 35012014 3 120 5 165 1804003 3 0 所以可取缸头厚度 mmh25 4 2 3 液压缸的联接计算 缸盖与缸筒采用螺钉联接如图 4 3 所示 图 4 3 螺钉联接 31 则螺纹处的拉应力为 4 2 1 4 KF d Z 12 螺纹处的切应力为 4 10 3 1 0 2 K KFd d Z 13 合成应力为 4 22 31 3 n 14 式中 螺纹处的拉应力 Pa K 螺纹拧紧系数 静载时 取 K 1 25 1 5 动载时 取 K 2 5 4 螺纹内摩擦系数 一般取 0 12 1 K 1 K 螺纹外径 mm 0 d 螺纹内径 mm 当采用普通螺纹时 1 d 10 1 0825ddt 螺纹处的切应力 Pa 螺纹材料的许用应力 Pa s n 螺纹材料的屈服极限 Pa s n 安全系数 通常取 n 1 5 2 5 合成应力 Pa n F 缸体螺丝处所受的拉力 N Z 螺栓数 由于缸盖螺钉选择内六角圆柱头螺钉 其代号为GB T70 1 2000 材料为45号钢 代如数 32 据得 MPaMPa Zd KF 9 192 69 4 14 3 6 196250 5 1 4 2 2 1 MPaMPa Zd KFdK 3 67 692 0 10 6 196250 5 112 0 2 0 33 1 01 则合应力为 MPaMPa n 35077 2503 13 22 即联接强度足够 4 2 4 活塞的设计 由于活塞在液体压力的作用下 沿缸筒往复滑动 因此 它与缸筒的配合应适当 既不能过紧 也不能间隙过大 液压力的大小与活塞的有效工作面积有关 活塞直径应 与缸筒内径一致 即 4 1 125DDmm 15 活塞的长度为一般为缸筒内径的 0 6 1 0 倍 即 L 0 6 1 0 D 75 125 mm 根据实际情况取活塞的长度 L 90mm 活塞的材料选用 HT300 活塞的技术要求如下 1 活塞外径对内孔 d 的径向跳动公差值为 8 级精度 1 D 2 端面 T 对内孔 d 轴线的垂直公差值为 7 级精度 3 外径的圆柱度公差值为 10 级精度 1 D 活塞的结构采用组合活塞 并采用 O 型密封圈和 Y 型密封圈相结合的组合密封 如 图 4 4 所示 活塞与活塞杆间采用螺母型连接 使用了垫片和螺母相结合来固定活塞 33 1 活塞杆 2 垫片 3 螺母 图 4 4 常见的活塞组件结构形式 4 2 5 活塞杆的设计 1 活塞杆外形设计及技术参数 前面已经知道活塞杆的直径 d 90mm 在此主要是其他方面的设计 由于活塞为双作 用 所以活塞杆的材料可选用 45 号钢 调质处理 并进行淬火 淬火深度为 0 8mm 表 面镀铬 30 并进行抛光 提高耐磨性和防锈性 活塞杆为实心杆 活塞杆外端头与凸m 模连接 为减小其同轴度 故活塞杆外端头为销轴孔 如图 4 5 所示 活塞杆与活塞用螺 母联接 所以其内端头有螺纹 其结构如图 4 5 所示 根据导程活塞长度导向套及其它元 件 初选活塞杆的长度 L 620mm 图 4 5 活塞杆基本结构图 活塞杆的技术要求 活塞杆要在导向套中滑动 一般采用 H8 f7 配合 活塞杆的外圆 粗糙度 以免活塞杆太光滑 表面形成不了油膜 不利于润滑 0 3 a Rm 2 活塞杆强度的校核 活塞杆强度的计算 由于活塞杆在稳定工况下 知受轴向推力和拉力 所以可以近似 地用直杆承受拉压负载的简单强度计算公式进行计算 其公式为 34 4 2 4 P d 16 式中 P 活塞杆的作用力 N D 活塞杆直径 mm 材料的许用应力 Mpa 代入数据得 MPaMPaMPa d P 14073 85 54 4 14 3 196250 4 22 3 液压缸稳定性的验算 液压缸的支撑长度 最大安装长度 所以要验算活塞mmdmmLB900101116 杆的弯曲稳定性 即液压缸的稳定性 液压缸的弯曲示意图如图 4 6 图 4 6 液压缸纵向弯曲 液压缸的受力 F 完全在轴线上 主要按下式验证 4 KK nFF 17 4 2 2 6 1 2 10 B K LK IE F 18 式中 4 5 1 1080 1 11 ba E E 2 mmN 19 35 圆截面 4 4 4 049 0 64 d d I 20 F 活塞杆弯曲失稳临界压缩力 N 安全系数 通常取3 5 6 K n K n K 液压缸安装及导向系数 K 0 7 实际弹性摸量 1 E a 材料组织缺陷系数 钢材一般取 a 1 12 b 活塞杆截面不均匀系数 一般取 b 1 13 E 材料的弹性摸量 钢材 25 1010 2 mmNE 已知液压缸推力 代入数据得 kNkNApF25 196 6 1226516 11 N LK IE F B K 12 22 652 2 2 6 1 2 103 9 11167 0 1032148901080 1 14 3 10 kNnFkNF KK 912 1055 1 6 103 9 25 196 所以液压缸稳定性足够 4 2 6 活塞杆的导向套 活塞杆导向套装在液压缸的有杆侧端盖内 用以对活塞杆进行导向 内装有密封装 置以保证缸筒有杆腔的密封 外侧装有防尘圈 以防止活塞杆在后退时把杂质 灰尘及 水分带到密封装置处 损坏密封装置 该活塞杆导向套采用端盖式 如图 4 6 所示 用 O 型密封圈密封 螺钉固定 加导 向环 如图所示 导向套采用摩擦系数小 耐磨性好的青铜材料制作 导向套长度一般为 0 6 1 5 d 根据实际情况可取导向套长度为 L 90mm 导向套的加工要求 内孔和活塞杆外圆的配合为 H8 f7 36 1 活塞杆 2 导向环 3 端盖 4 缸筒 图 4 7 端盖式导向套 4 2 7 缓冲装置的设计 液压缸的活塞杆具有一定的质量 在液压力的驱动下运动时具有很大的动量 在它们 的行程终端 当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时 会引起机械碰撞 产生很大的冲 击压力和噪声 采用缓冲装置 就是为了避免这种机械碰撞 可以防止和减少液压缸活 塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击 在它们行程终端能实现速度的递 减 直至为零 缓冲装置的工作原理是使缸筒低压腔内油液 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 该液压缸缓冲装置采用缓冲腔型式 如图 4 7 所示 油液从缸筒侧流出 端盖内有缓冲腔 当缓冲柱塞伸入该腔时 油液通过缓冲柱 塞的环行间隙流出 这种缓冲腔能承受十分高的缓冲压力 可取缓冲间隙 0 1mm 缓冲 行程长度 0 30lmm 37 图 4 8 缓冲腔型式缓冲装置 4 2 8 排气阀的选用 如果排气阀设置不当或者没有设置 压力油进入液压缸后 液压缸内会存有空气 由于空气具有压缩性和滞后扩张性 会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬 行 影响液压缸的正常工作 该液压缸为水平安装 排气阀应设在缸体两腔端部的上方 排气阀的结构采用整体排气阀 阀体和阀针合为一体 用螺纹与缸筒连接 靠头部 锥面起密封作用 排气时 拧紧螺纹 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 排气阀的材料用 S45 号碳素钢 锥部热处理硬度 HRC38 44 其 结构如图 4 8 图 4 9 放气装置 4 2 9 油口的设计 油口包括油口孔和油口连接螺纹 液压缸的进出油口布置在端盖上 液压缸油口 连接螺纹尺寸按表及实际可选 M27 2 38 4 3 液压缸的主要性能参数 4 3 1 液压缸的输出力 液压缸的推力 1 F 4 111 ApF 21 式中 液压缸推力 1 FkN 工作压力 1 pMPa 活塞的作用面积 1 A 2 m 4 2 1 4 ALA 22 活塞直径 AL m 代入数据得液压缸推力为 kNkNApF25 196 6 1226516 111 液压缸的输出拉力为 2 F 4 kNkNApF52 94 1 590716 212 23 4 3 2 液压缸的储油量 液压缸的储油量为 V 4 LLsALAsV 8 3610300 6 12265 4 62 24 39 第五章 折弯机特点分析 折弯机是一种技术先进 性能可靠的板料加工设备 可以加工出各种形状的板料 该折弯机与其它的普通类型折弯机相比较 也有它自己的特点和优势 1 该折弯机床身下部作为油箱及各种零件的容体 使液压系统与床身一体 大大缩 小了折弯机的体积 与其它相比减少了空间占用量 2 该折弯机不仅能加工出所需的铝排 而且经过对液压缸行程的调整 能加工出不 同厚度的铝排 消除了加工的单一性 3 该折弯机采用液压控制 比普通的折弯机自动化程度高 而且生产效率高 产品 质量稳定 也大大降低了劳动强度 4 该折弯机结构简单 大部分零件采用通用部件和标准零件