液压板料折弯机设计【优秀机械毕业设计论文】【有三维图纸】
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本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 液压板料折弯机的 设计 院 系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016 年 3月 I 摘要 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，生产效率高。 该折弯机采用液压系统机构，工作和操作半自动化控制，结构简单，体积较小，与老机型相比，噪声低、功率损失少、工作效率高、 板料 弯曲角度准确、操作安全可靠、调节方便。适用于板材的直角弯曲，既提高了生产效率和弯曲质量，又简化操作程序，减轻工人劳动强度。 该种折弯机的设计主要涉及弯曲模具的设计和液压系统的设计，折弯机工作部分是弯曲模具，选用“ V”形弯曲模具。液压系统主要 是为折弯机提供动力，根据弯曲工件所需弯曲力选择电动机、液压泵以及液压缸等一些液压元件。 关键字： 折弯机 ， 模具 ， 液压系统 ， 板 料 is of is in of is to an of as of of it of of of of of is to Vis to of to 1 目 录 摘要 . I . 折弯机简介 . 1 弯机的应用 . 1 弯机的分类与组成 . 3 2 弯曲模具的设计 . 5 析零件的工艺性 . 7 定工艺方案 . 8 行必要的工艺计算 . 10 型弯曲模具主要零部件设计 . 14 曲模具其他零件设计与选用 . 17 3 液压系统的设计 . 23 计要求及工况分析 . 26 定液压系统主要参数 . 27 算和选 择液压元件 . 29 4 液压缸的设计 . 30 压缸基本参数确定 . 32 压缸结构参数确定 . 33 压缸主要性能参数 . 35 5 折弯机特点分析 . 36 结论 . 37 致谢 . 38 参考文献 . 39 2 1 折弯机的简介 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。 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 2 弯曲模具的设计 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件示意图 结论：该零件适合弯曲。 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。 进行必要的工艺计算 弯曲件展开长度的计算 因为 1 . 5 0 . 5 0 . 5 3 1 . 5r m m t m m ，属于有圆角半径（较大）的弯曲件。所以弯曲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 4 1 . 5 0 . 3 7 3 2 . 6 1r k t m m m m (22）毛坯尺寸（中性层长度 ） zL l A(2其中 00180180A （中性层圆角部分的长度） (20003 . 1 4 9 0 2 . 6 1 4 . 11 8 0 1 8 0A m m m m 该零件的展开长度为 2 7 4 3 1 7 4 . 1 8 5 . 1zL l A m m m m (2取5毛坯尺寸为 85 75mm 。 以上各式中 中性层曲率半径， k 中性层位系数，查表 2 k=r 弯曲件弯曲半径 , t 弯曲件材料厚度 , 弯曲件的展开长度 , 弯曲中心角（ 0 ）； 弯角，（ 0 ）。 表 200b M 中性层的位移系数 K 值 r/t 3 4 5 6 7 8 K Z 形弯曲模模具主要零部件设计 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 5 半径 r ，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径m i n 0 . 3 0 . 3 3 0 . 9r t m m ），故凸模圆角半径可取弯曲件的内弯曲半径，即： pr=r=1 (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以及弯曲件的质量均有影响，过小的凹模圆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 (3 6) t t 2 4 (2 3) t t 4 2 t 该工件厚度 t=3凹模圆角半径 2 2 3 6dr t m m m m 。板料长度很长又厚的 Z 形件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示，数值查表 2知凹模的深度可取0L=35模底部的厚度可取 h=52 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。 图 2 6 表 2 弯曲 (弯曲件边长 L 板 料 厚 度 2 2 4 4 h 0L h 0L h 0L 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。 弯曲模具其他零件的设计和选用 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 2000 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式中： Q 剪切面上的剪力（ 12870Q F N ）； A 剪切面面积。 24 (2d 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： 2444d (2 7 代入数据得： 2 2 612870 160444 1 6 1 0 P aA d 查表 1 知道 45 号钢的剪切强度极限b=320其许用切应力 320b M P a。可知： 1 6 0 3 2 0M P a M P a (2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： bs (2式中： P 挤压面上的挤压力； 挤压面面积。 如图 2 所示为螺钉的所受挤压力的示意图 ： 图 2钉受力示意图 8 9 3 液压系统的设计 设计要求及工况分析 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 250作进给行程为 50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 力滑台采用自制导轨，其静摩擦系数为 f=摩擦系数为 f=压系统中的执行元件使用液压缸。 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 （ 2）惯性负载 m 784 (3 （ 3）阻力负载 静摩擦阻力 (3动摩擦阻力 (3（ 4） 运动时间 快进 (3工进 1050222 (3快退 1 0 0 502 5 03 213 (3由此得出液压缸在各个工作阶段的负载如表 3 表 3压缸在各工作阶段的负载值 10 工况 负载组成 负载值 F/N 推力（）/ N 启动 65 加速 fd F 进 进 fd F 12870 12870 快退 ： 负载图和速度图的绘制 负载图按上面表 3数值绘制，如图 3示。速度图按已知数值 10031 ，0,250 21 ，快退行程 00213 和工进速度 102 等绘制，如图3示。 图 3弯机液压缸的负载图 确定液压系统主要参数 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 11 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= 2 d，由表 33选此液压缸的额定工作压力可取 16 表 3 按载荷选择工作压力 载 荷 / 5 工作压力 /，S=4）。 已知 15 号钢的抗拉强度b 378入数据得： 1 6 2 5 3 . 237826m m m m 所选钢管的壁厚 : 2 25342 （ 3 所以满足条件，钢管强度足够。 表 3许流速推荐值 管道 推荐流速 /(m/s) 吸油管道 0. 5 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 19 表 3管公 称通径、外径、壁厚、联接螺纹和推荐流量表 公称通径管外径接头联接螺纹 称 压 力 荐管路通过流量 L/8 16 25 子厚度 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 1 18 22 27 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2 5 1 1 1 1 2 5 6 1 1 1 4 6 7 2 10 4 5 6 7 0 12 5 40 63 100 160 250 400 630 1000 1250 2500 20 表 3荐钢管弯管的最小曲率半径 子外径 0D 10 14 18 22 28 34 42 50 63 最小曲率半径 50 70 75 75 90 100 130 150 190 支 架最大距离 400 450 500 600 700 800 850 900 1000 (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 式中 液压泵每分钟排出压力油的容积 L 经验系数，见表 3此可知，油箱的容积为： 1 2 4 3 . 1 5 1 7 . 2 L L 采用 开式油箱 。液压油选择 普通液压油，代号为 表 3 经验系数 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 高压系统 12 24 57 1012 21 4 液压缸的设计 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。 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= 2 d，由表 44液压缸的额定工作压力可取 16大工作压力取 20 表 4按载荷选择工作压力 载荷 410N 5 工作压力 壁厚用下列经验公式计算： 02 . 3 pD （ 4 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； 0 强度系数，当采用无缝钢管时，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 式中 b 缸体材料的抗拉强度； n 安全系数，一般取 n=5。 本缸筒材料采用 35 号无缝钢管，当忽略 c 值后，则缸筒壁厚和强度条件的计算 公式为： 24 2 p （ 4 p （ 4 查表知道b=600 600 1205b M P a M P 。 把已知数据代入式中得： 2 0 1 2 5 9 . 82 . 3 2 . 3 1 2 0 2 0pD m m m 初得液压缸外径 2 1 2 5 2 9 . 8 1 4 4 . 6 m m 按照 67 可知，可取缸筒的外径为 146eD 即壁厚为： 1 4 6 1 2 5 1 0 . 522m m m m （ 4 则缸筒所需的强度条件： 1 2 5 1 0 . 52 0 1 1 2 . 2 2 1 2 02 . 3 2 . 3 1 0 . 5D p M P a M P a M P a （ 4 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。 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示，则液压缸缸底厚度计算公式： 0 . 4 3 3 （ 4 式中： h 缸底厚度 , 液压缸内径 , mm 试验压力 , 作压力 16p 时， 工作压力 16p ， 缸底材料的许用应力 , 25 b缸底材料的抗拉强度，缸底材料为 45号钢，其抗拉强度b=700n安全系数， n=5，一般取 n=5 代入数据得： 1 . 5 1 60 . 4 3 3 0 . 4 3 3 1 2 5 2 2 . 4140 m m m m 由此可取缸底的厚度 h=25底和缸筒之间采用法兰联接。图 4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示， 26 图 4钉联接法兰 因此其厚度计算公式为： 01032 d d（ 4 式中 F 法兰受力总和 N h 法兰厚度 D 螺钉孔分布圆直径 mm 密封环平均直径 d 密封环外径 mm d 密封环内径 法兰材料的许用应力 d 螺栓孔直径 入数据得： 27 M P ad cp 804003)(3 0 所以可取缸头厚度： 5 液压缸的联接计算 缸盖与缸筒采用螺钉联接如图 4示。 图 4钉联接 则 螺纹处的拉应力为： 214（ 4 螺纹处的切应力为： （ 4 合成应力为： 223 1 . 3n （ 4 式中 : 螺纹处的拉应力 螺纹拧紧系数，静载时，取 K=载时，取 K=4 1K 螺纹内摩擦系数，一般取1K=28 0d 螺纹外径 d 螺纹内径 采用普通螺纹时： 101 2 5d d t 螺纹处的切应力 螺纹材料的许用应力 /s n s 螺纹材料的屈服极限 Pa n 安全系数，通常取 n=2.5 n 合成应力 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 材料为 45号钢，代如数据得： M P 61 9 6 2 5 1061 9 6 2 5 3101 则合应力为： M P 2 即联接强度足够。 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： 1 125D D m m（ 4 活塞的长度为一般为 缸筒内径的 ，即 L=（ D=75 125（ 根据实际情况取活塞的长度 L=90 29 活塞的材料选用 塞的技术要求如下， 1）活塞外径1d 的径向跳动公差值为 8 级精度。 2） 端面 T 对内孔 d 轴线的垂直公差值为 7 级精度。 3）外径10 级精度。 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。 1 活塞杆 2 垫片 3 螺母 图 4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=90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 面镀铬 30 m ，并进行抛光，提高耐磨性和防锈性。活塞杆为实心杆，活塞杆外端头与凸模连接，为减小其同轴度，故活塞杆外端头为销轴孔，如图 4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=620 图 4塞杆基本结构图 30 活塞杆的技术要求：活塞杆要在导向套中滑动，一般采用 H8/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。 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： 24（ 4 式中： P 活塞杆的作用力， N D 活塞杆直径， 材 料的许用应力， 入数据得： M P 3）液压缸稳定性的验算 液压缸的支撑长度（最大安装长度） 900101116 ，所以要验算活塞杆的弯曲稳定性，即液压缸的稳定性。 液压缸的弯曲示意图如图 4 图 4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： KK （ 4 22612 10 （ 4 式中： 51 E2/ （ 4 31 圆截面 ： 44 （ 4 F 活塞杆弯曲失稳临界压缩力， N 安全系数，通常取 6 K 液压缸安装及导向系数， K=E 实际弹性摸量 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 已知液压缸推力： 2 6 51611 代 入数据得： 22265222612 K 912 6 所以液压缸稳定性足够。 32 结 论 到如今，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于液压板料折弯机的设计， 使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是 液压板料折弯机 的 设计，通过初期的 方案的制定 ，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所 学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 但该设计中也存在一些不足之处。首先，该设计中未涉及折弯机电路方面的设置。其次，该设计仅限于加工 能用于复杂形状板料的加工。从整机制造成本和工艺分析，此 板料 折弯机制造难度小，精度易控制，成本也较低。 33 致 谢 大学四年即将结束，今天的毕业设计就是大学学习生活的一个句号。在 这四年的学习生活中，我获得了丰富的知识，度过了美丽的四年，思想走向成熟。在这里要感谢各位老师的教诲，以及
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