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型材推弯机
设计
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型材推弯机的设计,型材推弯机,设计
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天津工业大学毕业设计型材推弯机姓 名 焦 迎 迎 学 院 机械电子学院 专 业 机械工程及自动化 指导教师 张 迎 春 职 称 教 授 2010 年 6 月 5 日摘 要360异形断面圆环在各生产部门有着广泛的应用。但于受形状因素的约束，传统的绕弯、滚弯等弯曲工艺很难加工出这类弯曲件。而目前的加工方法是将两个半圆形弯曲件连接成为一个360圆环，这样使得工序繁琐。在实验中已实现将此类型材弯曲件一次成型方法，本文将推弯实验应用到工业生产中。根据实验工艺，改进了实验模具，使之适用于工业生产。通过对几种不同的机械传动系统的比较分析，选择了一个最合适的传动系统，并设计了液压系统。本文针对各种异形断面型材，使用推弯工艺一次推出了360圆环，与传统型材弯曲方法相比，在型材弯曲件成型工艺方面有较大突破。关键词推弯; 型材; 推弯机 AbstractThe once forming method of this kind of part has been achieved in experiment. In this paper the push-bending experiment is applied in the industrial production.According to the experiment craft, the experiment dies are improved so as to be fit for the industrial production. Via the contrast of a few different mechanical transmission system ,the best transmission system is choosed , and the fluid drive system is designed.In this paper aiming at every kind of abnormity section bent parts the bent parts with 360 angles are formed in once by push bending process. Contrasting with conventional bending process of profile, the more advancement is got in bending and forming process of profile.Keywordspush bending; section profile; push-bending;machine不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目 录摘要IAbstractIII第1章 绪论11.1 引言11.2 型材弯曲方法及国内外研究概况11.2.1 型材弯曲方法11.2.2 型材弯曲工艺国内外研究概况31.3 弹复的理论研究31.4 课题研究目的及意义4第2章 型材推弯工艺及模具设计62.1 引言62.2 型材推弯工艺原理62.3 推弯模具设计72.3.1 两种设计方案72.3.2 两种方案论证72.4 本章小结11第3章 机械传动与液压系统方案设计123.1 引言123.2 机械传动系统方案设计123.2.1 三种传动方案123.2.2 三种传动方案论证133.2.3 机械传动系统方案的确定与电动机的选择143.3 液压系统方案设计183.4 本章小节19第4章 技术设计及结构校核204.1 确定主要零部件的几何参数与尺寸204.1.1 机座204.1.2 普通型带214.1.3 齿轮224.1.4 轴254.1.5 液压缸334.2 型材推弯机装配图与部件装配图344.3 本章小节36结论37致谢38参考文献39附录141附录242附录346千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行天津工业大学2010届毕业设计第1章 绪论1.1 引言把板材、型材或管材等弯成一定的曲率、一定的角度形成一定形状零件的冲压工序称为弯曲1。弯曲成形的应用相当广泛、弯曲的方法及其所用设备也很繁多。用弯曲成形加工的零件种类非常多，最常见的是平板弯曲。随着现代工业的发展，型材弯曲件在飞行器、火车、汽车等上的应用日益广泛。生产中，弯曲件的形状很多，可以用模具压弯、闸弯机上压弯、折弯机上折弯、滚弯机上滚弯、拉弯设备上拉弯、绕弯设备上绕弯2 ，还有简易的一次推弯，除了板料弯曲外，型材弯曲在弯曲件中也占有很大比例，常见的剖面形状有圆管形、矩形、工字形和角形等；所用材料有板弯型材和挤压型材；其外形有等曲率的、也有变曲率的3。一般来说，此类零件比较细长，相对弯曲半径较大。塑性弯曲和任何一种塑性变形一样，在外载荷作用下毛坯产生的变形有塑性变形和弹性变形两部分组成。当外载荷去处后，毛坯的塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使其形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反的变化，这种现象称为弹复（又称回弹）4。在加载过程中，弯曲变形区的内层和外层的应力与应变的性质相反。卸载时这两部分弹复变形的方向也是相反的，所以它们引起弯曲件的形状和尺寸的变化十分显著，使弯曲件的几何精度受到损害，时常成为弯曲件生产中不易解决的一个特殊性的问题。回弹对弯曲件几何精度的影响主要表现在曲率半径、弯曲角的变化以及断面形状的变化等。历史上对塑性弯曲研究有着广泛的工程背景和应用前景。在现代工业生产中。板材、型材和弯曲变形被广泛地应用于制造压力容器，汽车、船舶、飞行器的外壳等大型金属结构及各种形状的日常用品。平板弯曲是很重要的生产加工方法，而弯曲技术的发展目标是为获得以下满足实际应用的主要信息：(1)在模具设计、加工过程、施压和控制工件形状精度过程中，对回弹的预测；(2)预测失效和对可弯性的估计。尽管平板弯曲技术已经有了很大的发展和进步，但为了提高产品质量和效率，仍然需要对其理论方面进行更深一步的研究。1.2 型材弯曲方法及国内外研究概况1.2.1 型材弯曲方法目前进行型材弯曲加工时，常用的方法有滚弯、拉弯、压弯和绕弯。滚弯是自由弯曲的一种，不仅可以弯制等曲率的圆环或圆弧段的型材零件，也可以弯制变曲率的零件。型材的剖面形状常见的有圆形、矩形、帽形和角形。滚弯型材使用的设备多为四轮滚床。在国内，型材滚弯工艺的研究主要集中在设备方面。根据型材滚弯原理研制成的型材靠模滚弯机可用来弯曲变曲率的型材。弯曲辊轮的升降值由靠模型面控制，因此设计、绘制、制造合理的靠模就成为滚弯工艺的关键问题。在国外，滚弯设备的发展速度还是很快的。在德国、日本将数控技术应用在滚弯设备上，制造出由小型计算机控制的全液压通用型材滚弯机。可弯曲扁钢、角钢、T型钢、管材及其它型材，有模具快换装置，进行无级调速，已经实现了滚弯过程的自动化，生产精度得到保证。近年来，在美国又发展了一种新的滚弯工艺，叫柔性滚弯。它利用钢滚作为弯曲轮，零件所获得的尺寸由它保证，用聚氨酯橡胶做侧压滚。由于橡胶的作用使得成形件的表面质量得到保证，不会划伤工件，成形速度快、精度高、设备简单、成本低廉5。拉弯基本原理是在毛坯弯曲的同时施加切向应力，改变毛坯剖面内的应力状态，以达到减小回弹，提高零件成型精度的目的。采用拉弯法成形工件，显著降低了卸载后工件的回弹量，但仍有部分回弹，这是设计成形模具的关键问题。以往是靠多次修模试验的方法来满足制件尺寸要求。而关于型材拉弯成形模具半径和角度的确定，工件回弹量的计算等问题，目前尚无理想的解决办法。钱志平等通过分析拉弯成形此类型材制品时回弹的原因，采用了弹塑性力学的卸载理论，确定曲率和角度回弹量。对成形模具半径和角度的确定提供了可靠的算法。按此设计模具，可保证拉弯成形后产品的尺寸精度。6压弯又名三点弯曲，压弯有无底模压弯和有底模压弯之分，前者又称自由弯曲。有一种称为金属板弯曲的机械可视系统（MVSSMB）已经用于捕获、分析弯曲的形状，以此决定法兰边角度和弯曲部分的平衡。在金属板材弯曲过程中采用机械可视系统来解决传统的回弹问题，是一个很独道的方法，这种方法是基于在瞬时弯曲关系上的新的机械模型，而这种模型是来自于弯曲形状的轮廓。可以根据各种材料的特性，给出冲头运行的所需要的指令。这也就是所谓的智能化成形的第一步7。还有许多新的技术，自适应的控制方法越来越多的应用于改进弯曲角度的准确性，Leo. et al 运用弯曲模型原理预测压弯，特别是在有冲头薄板弯曲情况下以获取合适的弯曲界限，描述了基于这种方法的模型怎样改进无模弯曲的适应控制方法8。另外有一些弯曲方法：1）纯弯曲是一种理想的弯曲方法，实际生产中较难实现9；2）电磁感应加热弯曲法，它可以解决大口径薄壁管小半径的弯制难题，在弯管技术中开辟了新路。依此原理而设计生产的中频弯管机，二十多年来它在锅炉制造、核电制造等领域中发挥了很大作用；3）无模弯曲在石油化工、发电等部门的大口径管弯头生产中已经得到了很好的应用。基于对这种成形方法的诸多优点的不断认识，它的应用领域正在不断扩大，实验已经证明，这种工艺方法用于异形管及型材弯曲可大幅度地提高此类件的成形极限，很好地维持制件的断面形状10。胡福泰等人已成功地开发了可用于弯曲异型断面型材的设备11。随着对弯曲研究的深入，新的弯曲方法不断涌现，常见的有推弯成形法，是一种比较适用于薄壁短弯头冷成形的新方法，仅一次成形就可达到产品的技术要求，不仅效率高，质量好，而且模具结构简单，大大提高了生产率12。另外还有无模弯曲新工艺激光弯曲法和适用于管材成形的U-O弯曲法等13。将板、管或型材绕一定形状的模胎逐渐弯曲的方法叫绕弯。绕弯时坯料的一端被夹紧在旋转的成形胎模上，在压轮的作用下毛料逐渐被弯并紧靠在胎模边缘上。这种成形工艺在国外研究的不多，国内杨玉英等人通过对帽形截面型材绕弯工艺的研究，提出了一系列适用于绕弯工艺的理论和方法，为绕弯变形过程的深入认识及其变形机理的解释指明了方向。还有一些特殊的成形方法，比如：细长弯曲件的振动成形法，即利用振动剪床渐次弯曲，以此制出较理想的零件。这种方法只需要设计制造一个简单的振动弯曲模就可以生产。1.2.2 型材弯曲工艺国内外研究概况对于弯曲工艺的理论研究，Wollter首先提出了板的中性层移动理论；Hill对平面应变条件下板塑性弯曲的精确理论进行了阐述；Porksd研究了刚-线性强化材料的板的弯曲理论。Crafoord、余同希、Dadras和Shabaik先后研究了考虑材料真实应力、应变关系的弯曲理论。实际应用中，在拉弯工艺的研究领域内，德国的D.Schmoeckel设计了一个模型化试验方法。该试验的名称为在复合拉应力下的拉弯。在该试验中，试验者除了研究几何参数的影响外，着重研究了侧壁的拉应力状态对断面畸变的影响，并且，他还提出了三种压边力变化模式的差别。在实验研究的基础上，他还进行了有限元模拟，其结果和实验数据十分相符。在日本，马田秋次郎、上田雅信等人也对型材拉弯工艺在实际生产中的应用进行了研究 14 15 。在国内，陈毓勋等人在拉弯工艺的研究过程中，主要集中在不同加载方式下确定曲率外形样板的研究上，并对型材弯曲工艺过程进行了探讨，提出了适用于弯曲件弹复的计算公式。对绕弯工艺的研究中，80年代陈毓勋将滚弯工艺的弹复计算公式应用于绕弯工艺中，来达到预测成形中回弹量的目的。结果表明，这种方法在工程上应用价值尚可，但显然在理论上精度不高；杨玉英等人通过对帽形载面型材绕弯工艺的研究，提出了一系列适用于绕弯工艺的理论和方法，为绕弯变形过程的认识及其变形机理的解释指明了方向1617。1.3 弹复的理论研究起皱、破裂和回弹是冲压生产中的三种主要缺陷,其中回弹是最难控制的。不同材料和尺寸的零件其回弹规律大不相同，单凭经验和工程类比很难进行准确的回弹补偿18。在各种冲压成形过程中均存在回弹现象。但是回弹对弯曲件精度的影响比较显著,也比较严重，国内外学者最初都是以弯曲工艺为例来研究弹复现象的。金属在塑性变形过程中的卸载弹复量等于加载时相同载荷所产生的弹性变形量。所以塑性弯曲的弹复量即为加载弯矩产生的弹性曲率的变化量。国内一些弹复计算公式，由于所用力学模型过于粗糙，按这些公式计算所得出的弹复量与实验数据差别较大，故只用于对复杂成形的弹复问题作定性判断。文献19从力学角度系统地阐述了塑性弯曲理论及其应用。基于弹塑性弯曲的工程理论，理想弹塑性材料矩形截面梁（即板条）在平面应力情况下，弹塑性纯弯曲后的弹复计算公式（Gardiner公式）为： 当 （1-1）式中 R、R分别为回弹前、后的曲率半径： Y材料的屈服应力； E材料的杨式模量； t梁的厚度。对于平面应变情况，只要用代替E即可，V为泊松比。通过对板料弹塑性弯曲变形分析，利用材料力学中的平面曲杆理论，提出了大曲率弹性塑性弯曲件的回弹是个较复杂的问题，国内外许多学者都对其进行了进一步的研究。对于弯曲变形弹复值的计算，徐向环等人通过试验研究，采用追索迭代法，得到非失稳和大曲率弯曲成形状态的弹复值计算公式。由此推导的弹复值计算公式来设计和制造弯曲模具，对一般精度要求的弯曲冲压件，一次试冲即可获得零件的要求尺寸20。雷邦明对于矩形截面钢管弯曲时的受力分析，利用材料力学中应力与应变的计算公式，推导出弯曲半径和弯曲角回弹的计算公式，并通过实例予以验证21。秦志国等人分析了现有弹复理论的不足，提出了用材料力学中的单位力法求弹复的方法，其计算值与实测值符合较好，可以将塑性弯曲区的回弹和弹性区的回弹统一起来分析，并为非圆弧弯曲区的回弹分析提供了一个新的研究途径，因此具有较大的适应范围22。由刘金武等人分析了弯曲回弹应力应变变化过程，推导了矩形截面杆回弹弯矩、回弹曲率的计算公式；发现经典纯弯曲理论确定回弹弯矩的方法与公式比较存在较大理论误差。分析途径是将弹塑性材料弯曲回弹分两个阶段进行应力应变分析，根据静力平衡条件和变形协调条件推出了回弹曲率、回弹弯矩等一系列回弹计算公式。由官英平提出的关于板料弯曲时减薄系数的计算，改变了以往根据实验测定的传统方法，变形应变中性层向内移动的观点，并给出了减薄系数的计算公式23。这些塑性理论不仅为我们认识板的弯曲机理做出了实际贡献，而且在实际工程中也具有重要价值。1.4 课题研究目的及意义导弹、火箭、卫星等航天产品中均用到各种规格、各种曲率半径及各种断面形状的框类零件。目前生产中，对于运载火箭等大型框类零件，常采用拉弯成形；对于卫星用整体框则主要用先锻坯后机加的加工方法；中小型零件主要采用滚弯工艺等。因此，作为航天产品的一大类零件-框类零件，急需提出简便易行，保证产品几何尺寸精度高、质量稳定的加工方法。在设计某个发射筒加强框时，成形后不但要求曲率半径准确、有较高的装配精度，而且对断面的几何精度有严格要求。滚弯工艺成形时需多道工序，且需几道中间淬火，最后还需手工矫形。工人的劳动强度大，生产效率低，而且材料利用率不高，造成人力、财力的极大浪费。绕弯工艺成形时需要经过几次换向绕弯，使得生产工序繁琐，最后绕弯件成形精度不高且必须截去两端变形部分，造成材料的浪费。从经济方面考虑。众所周知，在冲压件的成本中，材料费用通常占60%以上。特别是在批量生产时，即使材料的利用率提高1%，其经济效益也相当可观。江铃底盘股份有限公司所生产的TFR、NKR、NHR（全顺）等几种汽车车型的底盘后桥壳体加强环，过去采用冲裁（冲孔、落料）工艺加工，其材料利用率取决于合理排样，即使采用大小不一的环进行套排，也只能使其材料利用率达到20%，故其成本长期居高不下，经济效益始终上不去。根据这类零件允许有焊缝接口的结构特点，曾经使用压弯模将条料弯曲成形加强环。这样，虽然材料利用率提高到70%，但是，由于弯曲前需退火，故加强环表面氧化严重；接口处厚度增加，零件平面度差；断面倾斜不平，缺口焊接困难，且需占用大型冲压设备。推弯的工艺原理图如图1-1所示，毛坯在作用力P的作用下，沿动轮、静轮和靠模加工成型。1-动轮 2-静轮 3-靠模 4-毛坯图1-1 推弯工艺原理图针对上述推弯成形方案，设计型材推弯机。对于推弯工艺，推弯件成形精度较高；而且推弯可以一次成形，直接推出360圆环，有效地解决了工序繁琐这个一直困扰绕弯成形工艺的问题；同时材料利用率可接近100%，大大提高了经济效益。因此推弯成型工艺研究不仅具有一定的理论意义，还具有较高实用价值。第2章 型材推弯工艺及模具设计2.1 引言由于推弯成形是新工艺，基本上无经验可以借鉴，所以本机器主要是根据现有的实验来设计的,大量的工艺参数都是从现有的实验数据中得到的。初定推弯成形材料为纯铝材。本章阐述推弯工艺原理，并在已有实验数据的基础上设计推弯模具及进行方案论证，选取优化的模具设计方案。2.2 型材推弯工艺原理型材弯曲加工方法，如滚弯、拉弯、绕弯等，针对360圆环弯曲时存在如下缺点：360圆环无法一次成形、材料利用率低、需专用设备。为了满足生产要求，本文研究型材360圆环推弯工艺。推弯工艺是利用金属的塑性在普通压力机或液压机上对型材施加轴向力，强制型材压入带有弯曲型槽的模具而形成弯曲件。此工艺的优点之一就是可以弯曲形成整圆闭合零件。推弯成形设想如下：将型材插入导向装置内，当液压机活塞杆带动从动轮压紧主动轮时，两轮（外涂橡胶）中间的型材在摩擦力带动下由动轮和扇形静轮导正进入型腔，参见图21。刚进入型腔时，并没有立即成形，而是先经过一段无成型区，因为此时靠模处太尖，应力过于集中，容易崩坏。然后再经过一段过渡成型区，此处为一段抛物线弯曲型腔，最后由导正轮的导正进入圆弧形弯曲型腔。在型腔的强制作用下，摩擦力f连续将型材推出，零件曲率由型腔曲率决定。随着弯曲件连续推出，在顶推机构作用下使连续推出的型材以小螺旋角上升（变形为弹性变形）。当推出的型材圆环端部靠近扇形静轮上部时，螺旋上升可以使弯曲件避开扇形静轮，此时推弯件类似圆形弹簧垫片。转过360后，取下工件，零件自动卸载回弹为平直的型材圆环。1-毛坯 2-导向轮1 3-导向轮2 4-从动轮 5-主动轮 6-活塞杆 7-动轮 8-静轮 9-靠模 10-导正轮 图2-1 推弯机成型原理图2.3 推弯模具设计鉴于目前课题是对现有推弯实验进行设计，因此在模具设计上将对实验用模具进行改进,以利于工业生产。 2.3.1 两种设计方案如图2-2所示为推弯模具实验用方案与改进后的方案。推弯过程中，主要工作部分是靠模与扇形静轮间的圆弧弯曲型槽，动轮和扇形静轮的导正作用也不容忽视的。在模具设计时，对动轮、扇形静轮和靠模的尺寸精度要求高，必须耐磨且有较高硬度。所以它们的材料为HT200，其余选用45钢。导正轮的位置必须使得型材能够进入正式成形型腔，同时还要起导正作用。顶推机构要保证圆环连续螺旋上升，并防止零件螺旋升角过大超出其弹性回复界限。 2.3.2 两种方案论证如图2-2(a)所示实验用方案中，在扇形静轮和后面的模具底座各有三个相对应的孔，中间的是用来进行前后方向固定的螺栓孔，左右两个是用来进行左右方向固定的通孔。此方法是最初研究设计的，在试验过程中，发现模具装拆不便，致使加工效率很低。每推弯一个工件后，都要拆下扇形静轮，才能取出工件，整个过程非常繁琐，如果应用于生产，会大大降低推弯工艺的生产效率。虽然考虑可以用连续推弯来减少装拆不便带来的问题，但毕竟连续推弯还只是试行。由于各方面因素影响，试验一次推弯成功率还很低，如再考虑连续推弯，试验成功可能性将更低。 a) 实验用方案 b) 改进后方案图2-2推弯模具设计图改进后方案的部分模具零件图如图2-3至图2-8所示： 图2-3 模具底座尺寸结构 图2-4 挡套尺寸结构 图2-5 挡板尺寸结构 图2-6 扇形静轮尺寸结构 图2-7 动轮尺寸结构图2-8 靠模尺寸结构改进后方案中(如图2-2(b)，分析研究模具装拆不便问题，最主要处在于对扇形静轮的固定和定位。实验用方案中通过一个螺栓孔和两个固定销孔来固定的固定方式考虑用凸台来取代。模具底座上有一个较长的方形空心用于扇形静轮横向移动，然后用方形突台限制扇形静轮的转动，在用右侧壁螺杆顶住，限制扇形静轮在加工时左右方向上移动。在拆卸扇形静轮时只需将右侧壁螺杆向右松开，于是在挡套的作用下将固定扇形静轮的方柱向右拉出，即可将型材取出。此方案有效地解决了模具装拆不便的问题，提高了生产效率。改进后的方案同样考虑了用连续推弯，进一步提高其生产效率。为了减小在推弯过程中的摩擦力，将模具扇形静轮削掉一块。2.4 本章小结通过推弯工艺模具设计，得出下列结论：1）根据推弯工艺原理作出的模具，可以实现一次直接推出360圆环，相比滚弯、拉弯、绕弯等其它弯曲方法，是一个很大的突破。2）本课题是将推弯工艺用于生产过程中，故对实验用模具做了许多改进，以利于工业生产。第3章 机械传动与液压系统方案设计3.1 引言在进行传动装置设计时，首先要进行传动方案的设计，因为方案的好坏直接对传动装置的各方面性能产生影响。本章主要阐述型材推弯机的传动与液压系统的方案设计。3.2 机械传动系统方案设计传动方案通常用机构简图表示，它反映运动和动力传递路线及各零部件的组成和联接关系。合理的传动方案首先要满足工作机的性能要求，适应工作条件（如工作环境、场地等）、工作可靠，此外还应使传动装置的结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。3.2.1 三种传动方案初定三种传动方案，对三种方案要求为型材推弯机在工作轮的转速为3r/min左右，输入转速为1500r/min。如图3-1所示型材推弯机传动方案a，其传动路线为：电动机带传动圆弧齿圆柱蜗杆减速器二级圆柱齿轮传动工作轮。如图3-2所示为传动方案b，其传动路线为：电动机联轴器二级圆柱齿轮减速器圆锥齿轮传动圆柱齿轮传动工作轮。如图3-3所示为传动方案c，其传动路线为：电动机联轴器二级圆锥圆柱齿轮减速器二级圆柱齿轮传动工作轮。1-电动机 2-小带轮 3-V型带 4-大带轮 5-蜗杆减速器 6-二级齿轮传动 7-工作轮图3-1 传动系统方案a 1-电动机 2-联轴器 3-二级齿轮减速器 4-圆锥齿轮传动 5-圆柱齿轮传动 6-工作轮 7-工作轮图3-2 传动系统方案b1-电动机 2-联轴器 3-二级圆锥圆柱齿轮减速器 4-二级齿轮传动 5-工作轮 图3-3 传动系统方案c3.2.2 三种传动方案论证机械传动系统中，各级传动或机构的先后顺序应合理安排，安排的一般原则是：对带传动，为减小其传动的外廓尺寸并发挥其过载保护和缓冲吸振的作用，一般应安排在运动链中的高速级（例如与电动机相连）；对斜齿-直齿圆柱齿轮传动，斜齿轮应安排在高速级，以发挥其传动平稳的作用，直齿轮安排在低速级；对圆锥-圆柱齿轮传动，一般将锥齿轮安排在高速级（尺寸较小，易于制造），圆柱齿轮安排在低速级；对闭式、开式齿轮传动，闭式传动安排在高速级，开式齿轮安排在低速级；对摩擦轮传动，因其结构简单制造容易，通常不要安排在高速级，但对各类摩擦式无级变速，由于结构复杂和制造困难，为缩小外廓尺寸，应安排在高速级；对转变运动形式的传动或机构，如螺旋传动、连杆机构和凸轮机构等，通常总是安排在运动链的末端，靠近执行机构，这样安排运动链最为简单。按上述一般原则分析，上述三种传动方案其各级传动和机构的先后顺序安排全是合理的。方案a在电动机到减速器之间采用了V带传动，可发挥其缓冲吸振的特点，使工作轮受到的振动不致传给电动机，且当过载时V带在带轮上的打滑对机器的其他机件起安全保护作用。b、c两种方案，仅在锥形齿轮传动的排列顺序上不同，方案c将锥形齿轮传动排在减速器里的高速端，而方案b是将锥形齿轮传动排在减速器后的二级齿轮传动中的高速端。显然，方案c优于方案b，因为将锥形齿轮传动排在更高速的轴的，能使其尺寸减小，容易制造。方案a 与方案c相比，除了采用V带传动不同外，还有减速器中一个是用锥形齿轮传动，一个是用蜗杆传动。蜗杆传动平稳无噪声、结构紧凑、传动比大，而其效率比锥形齿轮传动低，寿命也没有锥形齿轮传动长。由于在工作轮转速一定的情况下，传动比大可以选用额定转速高的电动机，这样可以减小电动机的尺寸和质量，价格也有所降低，权衡之下还是利多于弊。3.2.3 机械传动系统方案的确定与电动机的选择由以上论证最后确定使用方案a。一 电动机选择1. 选择电动机类型由于型材推弯机无特殊运动要求，故可选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。2. 选择电动机容量工作机的有效功率为kW式中F执行装置的工作阻力（N）；v执行装置的线速度（m/s）； 执行装置所需功率（kW）。从电动机到工作机主动轮间的总效率为式中1 、2 、3 、4 、5 分别为带传动，减速器，轴承，齿轮，齿轮传动的传动效率。由表9-124，取，则0.64所以，电动机的工作效率为 kW式中工作机的有效功率（kW）；从电动机到工作主动轮的总效率。3. 确定电动机的转速按表9-224推荐的传动比合理范围，V带传动，蜗杆传动减速器，开式圆柱齿轮传动,。所以，可以取其总传动比,而工作机主动轮的转速为 r/min所以电动机转速的可选范围为 r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1500r/min的电动机。根据电动机类型、容量和转速，由电机产品目录或有关手册选定电动机型号为Y90S-4。其主要性能如下表：表3-1 Y90S-4主要性能型号额定功率Ped(kW)满载时最大转矩额定转矩质量kg转速wr/min电流A(380V)效率%功率因数Y90S-41.114002.7790.782.260.5电动机主要外形和安装尺寸如下表：图3-a 图 3-b 图 3-c图 3-d 图 3-e 图 3-f表3-2电动机主要外形和安装尺寸 单位(mm)中心高H外形尺寸底脚安装尺寸底脚螺栓直径K轴伸尺寸键联接部分尺寸9031018019014010010248087二 计算传动装置的总传动比i并分配传动比1. 总传动比i为2. 分配传动比考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，可取，式中i3、i4分别为高速级和低速级的传动比，故这儿可取。取带传动，减速器传动,故所以，三 计算传动装置各轴的运动和动力参数1. 各轴的转速轴 r/min轴 r/min轴 r/min轴 r/min2. 各轴的输入功率轴kW轴kW 轴kW轴kW3. 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩为 Nmm故 轴 Nmm轴 Nmm轴 Nmm轴 Nmm将上述计算结果汇总于下表，以备查用。表3-3 传动装置各轴运动和动力参数轴名功率PkW转矩TNmm转速nr/min传动比i效率电机轴0.946412.114001.50.96减速器输入轴0.99233.2933.3331.50.82减速器输出轴0.74238499.329.633.330.96轴0.71762672.88.92.980.96轴0.682182536.22.993.3 液压系统方案设计型材推弯机的液压系统是提供推弯机所需侧压力，侧压力设计最大值为5104N。由于系统载荷最大值为50kN，所以工作压力必须大于57MPa，又因为推弯机属于中小型工程机械，所以工作压力范围一般在1016MPa。初步拟定型材推弯机的液压系统如图3-4所示。以下是对此液压系统的分析：当型三位四通阀处于位时，柱塞泵将油从油箱里抽出，通过单向阀，再经过安全保护的溢流阀（系统采用变量泵供油时，系统内没有多余的油需溢流，其工作压力由负载决定。这时，与泵并联的溢流阀只有在过载时才需打开，以保障系统的安全）。若压力在安全压力内，则油继续上行，经过过滤器过滤掉油里的杂渣之后，油由节流阀出来后通过三位四通阀进入液压缸，使液压缸活塞杆带动从动摩擦轮向右运动。当到达工作预定压力后（由液压表读出），将三位四通阀扳到位。此时处于保压状态，进行推弯成形。当推弯成形结束，需要再送料时，将三位四通阀扳到位。液压缸活塞杆带动从动摩擦轮向左运动，脱离工作接触点。由于型材推弯机一直是处于间歇工作，要求瞬间补充大量液压油，故在初滤器后挂上一个蓄能器。液压系统装设蓄能器后，在系统工作时能辅助供油，减少液压泵容量，降低电动机功率，使整个系统尺寸小，重量轻，价格低。在此型材推弯机液压系统中，当运动过程中进行保压或是慢进时，部分液体进入蓄能器，压力油被储存进来，而在回程时，蓄能器与液压泵同时供油，使液压缸得到大于液压泵供油量的快速运动。油箱柱塞泵单向阀电磁溢流阀压力表 6初滤器7蓄能器8精滤器9节流阀10三位四通阀11液压缸图3- 液压系统原理图由于变量泵可实现限压、恒功率、恒流量的调节，在伺服系统中为恒压源，故采用变量泵。而柱塞泵中径向轴配流方式适用于锻压、工程、矿山、轧钢机械的液压系统。再综合考虑压力、转速、自吸能力、嗓声、抗污能力、使用寿命、价格等因素，可以发现在本液压系统中采用径向轴配流变量柱塞泵最为合适。由于轴向柱塞泵的抗污能力差，对油液清洁度要求高，故在油路中安装了两个过滤器，一个为初滤器，另一个为精滤器。3.4 本章小节通过上述机械传动系统与液压系统方案设计论证，可以得出适用于型材推弯机的最佳方案，为后继的设计开发提供参考。第4章 技术设计及结构校核根据第三章中总体设计方案的要求，对型材推弯机的主要零部件进行工作能力计算，并考虑结构设计上的需要，确定主要零件部件的几何参数和基本尺寸。然后，根据已确定的结构方案和主要零部件的基本尺寸，绘制机械的装配图、部件图和零件图。4.1 确定主要零部件的几何参数与尺寸4.1.1 机座型材推弯机设计成整体式卧式机座，机座采用铸铁铸造成型。在设计机座时，应多采用铸件的合理结构，壁厚力求均匀，以防止厚截面处金属积聚导致缩孔、疏松、组织不密致等缺陷，减少厚大断面；采用加强肋代替整体；尽量不采用正十字叉结构，以减少金属积聚；铸件内壁的厚度应略小于铸件外壁的厚度，使整个铸件均匀冷却；避免锐角连接，采用圆弧过渡；铸件方形窗孔，四角处的圆角半径不应太小。图4-1 机座图按照上述原则，由铸件外形尺寸可以得出灰铸铁的最小允许壁厚为1520mm,本机确定外壁厚为2530mm，内壁厚为25mm，外肋厚为mm，取整为mm,铸造内圆角为R10mm。地脚螺钉直径为M24mm，沉头孔直径为mm,地脚螺钉数目n=21，与工作台连接的螺栓数目为n=21，轴承端盖螺钉直径mm。得出机座零件图(图4-1)。4.1.2 普通型带查表4-3可知此型材推弯机传递额定功率1.1kW，主动带轮转速1400r/min，从动带轮转速933.33 r/min，取KA1.2，原动机为YZR90S-4，希望中心距在800mm左右。设计要求：设计出带型、长度、根数，传动中心距，作用于轴上之力及带轮工作图。设计的方法和步骤见表8-1925。1. 设计功率kW其中 P传递的额定功率（kW）； KA工况系数，由表8-925得到KA=1.2；2. 选择带型据Pd1.32kW及n=1400r/min，由图8-925选用Z型V带3. 传动比4. 确定小带轮基准直径由图8-925和表8-7225、表8-7325选定mm5. 确定大带轮基准直径mm式中弹性滑动率，通常=0.010.02，这里取=0.02。由表8-7225选定mm。6. 验算传动比误差其中实际传动比，传动比误差。7. 带速m/s在525m/s之间，可用8. 初定中心距按设计要求，取mm9. 确定带的基准长度按表8-1825选取mm10. 实际中心距mm安装时所需最小中心距mm张紧或补偿伸长所需最大的中心距mm11. 小带轮包角12. V带的根数取z=4。由图8-10d25，当mm，r/min时，查得kW，当i=1.5时，kW；由表8-2025查；由表8-2125查得。13. 单根V带的初拉力N14. 作用于轴上的力N4.1.3 齿轮1. 材料的选择应工作载荷比较平稳，外廓尺寸没有限制，因此为了便于加工，采用软齿面齿轮传动。第一级齿轮传动中小齿轮选用45钢，调质处理，齿面平均硬度为220HBS；大齿轮为铸件选用ZG340-640，正火处理，齿面平均硬度为190HBS。第二级齿轮传动中小齿轮选用45钢，调质处理，齿面平均硬度为220HBS；大齿轮为铸件选用ZG340-640，正火处理，齿面平均硬度为190HBS。2. 参数选择a) 第一级齿轮齿数、。由于用软齿面闭式传动，故取，；第二级齿轮齿数，。b) 齿宽系数。由于是两级齿轮传动，两支承相对齿轮为对称布置，且两轮均为软齿面，查表6.726，取,第二对齿轮为非对称布置，故取c) 载荷系数K。因为载荷比较平稳，齿轮为软齿面，支承非对称布置，查表6.526，取K1.8。d) 齿数比u。对于两级减速，齿数比，。3. 确定许用应力小齿轮的齿面平均硬度为220HBS。由图6.2226查得MPa，由图6.2326查得MPa，并取最小安全系数，许用应力分别为 MPa MPa大齿轮的齿面平均硬度为190HBS。由图6.2226查得MPa，由图6.2326查得MPa，并取最小安全系数，许用应力分别为 MPa MPa第一级齿轮传动中小齿轮的转矩 Nmm，第二级齿轮传动中小齿轮的转矩 Nmm。由于本机器在设计的时候是先进行总体设计，已定第一对齿轮中心距为390mm，第二对齿轮中心距为635mm。所以，mm；mm；其中,均为第一系列标准值，满足要求。则有，；，。4. 进行齿面接触疲劳强度校核第一对齿轮：取较小的许用接触应力代入齿面接触疲劳强度校核公式，得MPaMPa式中小齿轮的分度圆直径（mm）；小齿轮传递的扭矩（Nmm）；载荷系数；传动比；两齿廓接触长度，（mm）；许用接触应力（MPa）。第二对齿轮：取较小的许用接触应力代入齿面接触疲劳强度校核公式，得MPaMPa由上可得，两对齿轮均有足够的齿面接触疲劳强度。5. 进行齿根弯曲疲劳强度校核由齿数，；，查表6.626得齿形系数，。第一对齿轮：取较小的许用弯曲应力代入齿面接触疲劳强度校核公式，得MPaMPa第二对齿轮：取较小的许用弯曲应力代入齿面接触疲劳强度校核公式，得MPaMPa由上可得，两对齿轮均有足够的齿根弯曲疲劳强度。6. 计算齿轮的主要几何尺寸表4-1渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式名称符号计算公式模数m已计算齿顶高齿根高全齿高h分度圆直径d齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距p齿厚s齿槽宽e表4-2型材推弯机中齿轮几何尺寸名称齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4齿数301003295模数661010齿顶高661010齿根高7.57.512.512.5全齿高13.513.522.522.5分度圆直径180600320950齿顶圆直径192612340970齿根圆直径165585295925基圆直径169.16563.85300.72892.77齿距18.8518.8531.4231.42齿厚9.429.4215.7115.71齿槽宽9.429.4215.7115.71齿宽130125125120对正常齿制，其数值为，由表4-1可以算出四个渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸，计算结果如下表所示4.1.4 轴轴大齿轮分度圆度直径600mm，齿宽125mm，齿轮轮毂156mm；小齿轮分度圆直径320mm，齿宽125mm。传递功率P=0.71kW，转速为8.9r/min。1.选择40Cr为轴的材料，进行调质处理，由以上参数得如下表所示轴各段的长度与轴径。 表4-3 轴各轴段轴径位 置轴径/mm说 明小齿轮处110按传递转矩估算的基本直径上端轴套115用套筒来定位上端小齿轮，由上端装入。只需比小齿轮处略大即可轴承处120在这儿选用一对圆锥滚子轴承，可以依靠调整垫片来调整轴承间隙，可同时承受径向力和圈套的双向轴向力。为了便于装拆，轴承内径稍大于轴套处，并符合滚动轴承标准内径，故取轴径为120mm，初定轴承型号为30224，两端相同大齿轮处130齿轮孔径应大于轴承处轴径，并为标准直径轴环处150大齿轮上端用轴环定位，按齿轮处轴径d=130mm,由表11.326查得，轴环高度a=(0.070.1)d=(0.070.1)130=9.113mm，取a=10mm下端轴套120与下轴承内径一致即可3. 确定各轴段长度（由中间到两边），如表4-4所示：表4-4 轴各轴段长度位置轴段长度/mm说 明大齿轮处154已知大齿轮轮毂宽度为156mm，为保证套筒能压紧齿轮，此轴段长度应略小于齿轮轮毂宽度，故取154mm轴环处15轴环宽度b=1.4a=1.410=14mm，取b=15mm空载处89由于此设备为保证工作轴两轮能靠的足够近，故设计此轴安装小齿轮处能达到一定高度，取89mm上轴承处40为30224型号轴承内圈宽度上轴套处62套筒处设计为62mm，以达到可以预定高度小齿轮处130已知小齿轮轮毂宽度为130mm，为保证轴端挡圈能压紧齿轮，此轴段长度应略小于小齿轮轮毂宽度，故取126.5mm，又向轴套方缩进3.5mm，故此轴段总长为130mm下端轴承处（含套筒）151此轴段包括四部分：轴承内圈宽度为40mm；套筒处为101mm；齿轮轮毂宽度与齿轮处轴段长度之差为2mm；下端升出空裕段为8mm。故该轴段长度为40+101+2+8=151全轴长641154+15+89+40+62+130+151=641mm4. 传动零件的周向固定大齿轮及小齿轮处均采用A型普通平键，其中大齿轮处选用键3218140 GB 1096-1990；小齿轮处选用键2816100 GB 1096-1990。其他尺寸为了便于加工，并参照30224型轴承的安装尺寸，轴上过渡圆角半径全部取r=3mm；轴端倒角为545。5 轴的受力分析1) 由表3-3可查出轴传递的转矩T=762672.8Nmm2) 求轴上传动件作用力：小齿轮上的圆周力N小齿轮上的径向力N大齿轮上的圆周力N大齿轮上的径向力N3) 确定轴的跨距。30224型轴承的a值为43mm，故左轴承的支反力作用点到大齿轮力作用点的间距为10143.50.515643179.5mm右轴承的支反力作用点到大齿轮力作用点的间距为158943.50.515643=182.5mm小齿轮力作用点到右端轴承支反力作用点的间距为43620.5130=170mm6按当量弯矩校核轴的强度1) 作轴的空间受力简图（见图4-2（b）。2) 轴的水平面受力图及弯矩图（见图4-2（c）。NN Nmm3) 作垂直面受力图及弯矩图（见图4-2（d）。N图4-2 轴的受力分析图N Nmm4) 作合成弯矩M图（见图4-2（e）。 Nmm5) 作转矩T图（见图4-2（f）。Nmm6) 作当量弯矩图（见图4-2（g）。7) 按当量弯矩校核轴的强度。由图4-2（a）、（g）可见截面处当量弯矩最大，故应对此校核。截面处的当量弯矩为 Nmm由表11.526查得，对于40Cr，MPa，MPa，故按式(11.3)26得MPa故轴的强度足够。一 轴：齿轮分度圆直径950mm，齿宽120mm，齿轮轮毂156mm。传递功率P=0.68kW，转速为2.99r/min。1.选择40Cr为轴的材料，进行调质处理。2.轴各轴段长度与轴径设计方法与轴相同。3.传动零件的周向固定。大齿轮及工作轮处均采用A型普通平键，其中大齿轮处选用键4525130 GB 1096-1990；工作轮处选用键201280GB 1096-1990。4.其他尺寸。为了便于加工，并参照30224型轴承的安装尺寸，轴上过渡圆角半径全部取r=3mm；轴端倒角为545。5轴的受力分析（图4-3）。1) 由表3-3可查出轴传递的转矩 Nmm2) 求轴上传动件作用力：齿轮上的圆周力N齿轮上的径向力N工作轮上的圆周力N工作轮上的径向力N3) 确定轴的跨距。30224型轴承的a值为43mm，故左轴承的支反力作用点到齿轮力作用点的间距为653.525+43.50.515643757mm右轴承的支反力作用点到齿轮力作用点的间距为36.543.50.515643=115mm工作轮力作用点到右端轴承支反力作用点的间距为43158=201mm6按当量弯矩校核轴的强度。1) 作轴的空间受力简图（见图4-3（b）。2) 轴的水平面受力图及弯矩图（见图4-3（c）。NN Nmm图4-3 轴的受力分析图3) 作垂直面受力图及弯矩图（见图4-3（d）。NN Nmm4) 作合成弯矩M图（见图4-3（e）。 Nmm5) 作转矩T图（见图4-3（f）。Nmm6) 作当量弯矩图（见图4-3（g）。7) 按当量弯矩校核轴的强度。由图4-3（a）、（g）可见截面处当量弯矩最大，故应对此校核。截面处的当量弯矩为 Nmm由表11.526查得，对于40Cr，MPa，MPa，故按式(11.3)26得MPa故轴的强度足够。4.1.5 液压缸1. 根据液压缸的工况特点，由表2-1-127与表2-1-227选择型材推弯机上的液压缸的类型为双作用单活塞杆，安装方式为轴向脚架外型安装。2. 主要参数的确定。a) 液压缸的工作压力由于型材推弯机属于中小型机械，其液压设备工作压力一般在1016MPa，由表2-1-327可选用额定压力为16MPa的液压缸。b) 缸筒直径N式中液压缸的理论输出力（N）；活塞杆的实际作用力（N），可以取估算负载值的最大值，N,为型材推弯力，为两摩擦轮对型材的摩擦系数；负载率，一般取，此处取；液压缸的总效率，。根据需要的液压缸的理论输出力F和系统选定的供油压力P就能计算出缸筒直径。mm式中液压缸缸筒内径（mm）；供油压力（MPa）。按标准系列选定D=100mm。c) 活塞杆直径式中速度比；活塞杆伸出时的速度（m/s）；活塞杆缩入时的速度（m/s）。mm由表2-1-527将活塞杆直径圆整为标准值mm。d) 液压缸的行程S依据型材推弯机的运动要求而定。为简化工艺，降低成本，增加产品通用性，采用表2-1-627的标准值，取mm。4.2 型材推弯机装配图与部件装配图由第三章的传动方案与上述主要零件的设计，完成型材推弯机的总装配图如图4-4所示。图4-4 型材推弯机总装配图图4-5 型材推弯机外观图 图4-6 型材推弯机部件图4.3 本章小节本章对型材推弯机的主要零部件进行设计校核，根据已确定的结构方案和主要零部件的基本尺寸，绘制机器的总装配图、部件图和零件图。千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。- 66 -天津工业大学2010届毕业设计结论1 针对各种异形断面型材实现一次推出360圆环，与滚弯、拉弯、绕弯等其它弯曲方法相比，在成形方法有较大改进和成形质量方面有较大提高。2 根据推弯工艺原理，设计出了用于工业生产的推弯机。3改进了动力传输方式，使轴向受力点离模具足够近，避免了实验中经常失稳的现象。4设计分析了型材推弯机的传动系统与液压系统。5对主要零部件进行了设计校核。画出了总装配图及所有非标准零件。致谢本文是在导师张迎春教授的悉心指导下完成的，论文的每一部分都凝聚着导师的心血。导师渊博的知识和严谨、踏实的治学态度是学生受益匪浅。多年来，本人无论在学习、生活、工作中都受到导师无微不至的关怀和爱护。值此论文完成之际，谨向导师致以崇高的敬意和深深的谢意。不要自己写，要利用word来自动生成。详情请看最后一页参考文献1 李硕本. 冲压工艺学M.北京：机械工业出版社. 1982:67782 哈尔滨工业大学锻压研究室编. 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J.Mech.Working Tech. 1984，(10):576615 郭刚, 李雪春. 帽形材换向绕弯的曲率弹复. 材料科学与工艺J. 1998, 6(4): 96-9816 李春峰, 李雪春, 杨玉英. 帽形型材绕弯时的弹复J. 哈尔滨工业大学学报. 1998, 30(5):97-10417 刘金武，贺永祥. 理想弹塑性材料弯曲回弹分析及回弹弯矩计算. 金属成形工艺J. 2001,19(3):81318 余同希，章亮炽. 塑性弯曲理论及其应用M. 北京：科学出版社，1992: 18519 洪慎章. 厚壁支架弯曲工艺及模具设计. 锻压机械J. 2001, (2): 3335谁会把上面的引号改成不是这样的对称形式的呀？附录1产品使用说明书本机器最大推弯力为20000N，配合不同的模具能够推弯成形各种异断面型材。开启机器将型材插入导向装置将三向四通阀切换到1状态，压紧型材，带动型材进入推弯成形模具推弯成形(此时应注意，如果推弯过程中发生失稳等现象时，应立即按停止STOP键)推弯完成后，松开模具右端的长螺杆，退出扇形静轮，取出型材。附录2A.H.Streppel*,D.Lutters,E.ten Brinke, H.H.Pijlman,H.J.J.KalsUniversity of Twente in Enschede, Enschade, Netheriands空气弯曲模型程序：由实验与模拟验证摘要为了要评价并且证明比如在CAPP中弯曲模拟的作用，模拟必须与从商店货柜来的实际样品相比较。然而，关于类似材料性能，板料厚度和模具尺寸的输入数据，如果是在实验室条件下获得的，它们就可以被适当的，可再生式的控制。上面已对做出这些实验数据的弯曲设备作了详细的介绍。实验主要处理要求的凸模位移与板料长度修正的问题，这也是CAPP应用中最为关心的。实验被用来评估空气弯曲过程模拟的结果。在这种情况下，平衡模型也被称为ABS模型（空气弯曲模拟）的结果和有限元分析方法（FEM）（在相关出版物中也是这样描述的）的结果，都将用实验来证实。在分析中偏离趋势能指出模拟的不足。也许，这些偏差的出现是因为不同的假定，应用于模型的不同原则或是关于材料性能的不同假定。关键字：弯曲实验，模拟，证实，FEM，空气弯曲约束1.引言在相关文献1中，作者所在的实验室提出了一个弯曲模型。并简略地阐述用有限元模型弯曲工艺的可能性。第三，关于空气弯曲过程模型的限制也已被呈现，直到这过程被纯弯曲实现。空气弯曲模拟（ABS）使用的主要目标是计算要求的凸模位移和所谓的长度修订因子。很清楚地，这两个结果必须被证实。当弯曲模型被用到过程控制过程中时，应力位移图将成为一个非常重要的输出特征2。因此，应力位移图也将被查证（在这篇论文中只作了简要的介绍）。为了要保证模型的实用性，其精度必须在一个非常广的环境范围下进行测试。因此，许多材料和模具组合一起被用在这种证实上。然而，在不实际的环境下做出的模型测试是没有用的。因此，模具组合的范围是有限的。选择材料与板料厚度时要做同样的考虑。2.实验证实计划一个用来验证ABS模型和FEM模拟的结果的普通方法是从工业实验中收集数据。然而，因为材料性能的不确定性，工业环境稳定性不好，还有工业实验并不能收集到模型中使用到的用以验证力学性能的数据（如弯曲力，应力和应变），这通常很麻烦并且不够可靠。因此，一系列的弯曲实验都在实验室里的测试机器（一种MTS拉伸测试机器）上完成。为了能够完成弯曲测试，建造了副框架，作为一个整体，放置在实验机上。藉由这部测试机，可能画出非常准确的应力位移图。在图1中，给出了一张测试机装配图。在副框架中，用到了高质量（球冠状底面）工业弯曲模具（Modifix模具，见3）。为了研究不同的模具参数的影响，用到多种模具：5个不同的凹模和3个不同的凸模。这选择基于工业实验：W/S的比值通常在5到10间变化。3种材料的厚度和3种凸模半径，4种不同的材料和5种不同的凹模宽度组成3345180个组合。因为有些是不可能的组合，所以不是所有这些组合都能被采用。表中对选择的组合进行了概括（在4种材料上的21种组合：84）与它们的几何数据。所有组合都采用ABS模型模拟而且大部分组合用有限元程序DiekA模拟。表2给出了材料的参数。选择验证材料基于两个因素。第一是材料是用在板料金属工业生产。第二是为了观察材料性能对ABS模型及FEM模拟精度的影响，材料性能的范围要大。明显选用纯钢，因为它是使用最多的建筑材料。材料的加工硬化对凸模的位移影响显著。因此，选择不锈钢（高的加工硬化）与铝（非常低的加工硬化），因为铝的加工硬化程度低，使它几乎被当作理想的刚塑性材料。事实上，在简单弯曲模型中，刚塑性性能是假想的，因为它会使问题变成一个简单的几何问题。因此，在这篇论文中，刚塑性（rp）模型也在表格中列出。第四种材料是黄铜，这种材料有相对小的杨氏模量值，这将导致有一个大的回弹角。在工业实验中，材料的性能是几乎不知道的。在实验室条件下，情况会比较好。仪器可用来测量材料性能。但是通过这些实验测量所有材料的性能即使在一个很完善的实验室中也总是不简单的（要测定使用的铝的0就几乎是不可能的）。在FEM模拟中，这些数据都是必需的。ABS模型中使用的是Ludwik-Nadai材料模型，而扩展的Ludwik-Nadai则被用在FEM中。如上在弯曲实验中，非常简单的U形产品由90mm120mm的板料制成的（如图1）。对于这种形，测量“腿长”是非常简单的。在这篇论文下面给出的结果中，长度修订量是按照对产品上的测量算的：腿长减掉最初的板料长度并除以2（两次弯曲）来计算的。所以当按照模型给出长度修订量时，按照已测量的试验样本同样的方法来计算它。3.关于弯曲几何学的讨论如相关文献1所讨论的，当前使用的越来越多的弯曲模具的组合中，凹模宽度变窄了。那些不考虑板料剪切变形的简单弯曲模型并不能完全预测进程。因此，研究有关凸模力的过程是重要的。空气弯曲显示了随着凸模位移的增加而使凸模力增加。在一个“普通”的过程中，将会在凸模最大位移的60%处凸模力达到最大。由减少凹模宽度的模具实施的弯曲过程可以显示出凸模力在整个过程中的显著变化。在图2中，给出了4种材料的例子。实验2和3由于凸模半径分别增加了2和3mm，从而减少了有效凹模长度（如图3与表的参考数据）。在图2中，从实验能看出预期的关于凸模力的过程（这里一个凸模半径为1mm）。实验显示了力最大出现在最大凸模位移的85%时，实验3在最大凸模位移处得到最大力。最后那种情况表明在凸模半径与凹模之间的板料被“夹紧”。当然，它并没有将模具之间的板料完全封闭起来（在那种情况下Lrp0）。在板料的长度Lrp部分（如图3）它的剪切力会有很大程度的增长。对于加工硬化材料，长度将会比Lrp大。这由实验12的凸模应力位移图可得到确认。对于铝，其关系图如2号，别的材料如1号。4.板料的弯曲和剪切从图3中能得到结论，伴随着凸模半径Rp的增加，“自由长度”Lrp显著减少。剪切在板料变形中起着非常重要的作用。通常，当凹模宽度较大时，在变形中只考虑弯曲影响。为了比较弯曲与剪切的影响，将用到几个简单的公式；此时，用到的公式为梁的弹性变形公式。矩形截面为bs的是臂梁，当未端载荷为F1 时，由弯曲和剪切引起的挠度，分别是：，其中l等于弯曲长度（图3中rp）,A为板料的表面：bs，G为板料的剪切模量。如果假定G0.38E，那么可以得到从图3可以看出对于“普通”弯曲（实验），角在凸模行程的最后将会是负值。当对应的凹模口小时（实验3），角在凸模行程中将会保持正值，所以在实验1到21，针对不同模具板料组合来研究参数l2/s2和是重要的。在图4中，表达式Lrp2/s2被表为关于角的函数。当把实验（其中对四种材料只有实验2，3在图2中给出）的凸模力-位移图与图4比较，就会清楚地知道最后会成为负的。在图4中，1号线最后为负的，而2与3保持为正的。比较实验1，2，3在图2中的曲线，能清楚地知道实验1确实是“普通”弯曲操作，而实验2，3给出了异常的凸模力位移图。从图4中能看到另一方面。以实验13的那条线为例。过程从纯弯曲开始。剪切的影响逐渐增加（由于凸模半径与凹模上的板料的转动使Lrp2/s2的值减少）。在特殊情况下，在0时剪切最大。当凸模穿透增加时，长度L也将增加（在凹模半径上将会发生板料的“滑移”）且剪切作用减少（Lrp2/s2的增加）。5.模拟许多关于有限元代码DiekA6的模拟都得到实现。该程序是由Twente大学的应用力学课题组开发的。使用像DiekA这样的有限元程序与使用ABS模型相比较，它的优点就是该程序能够计算那些不能测量的性能，例如内部的应力和应变。这样，有限元模拟如果可以很好的代表实际情况，那么建立ABS模型所做的假设就得到了证实。相对于实验来说，FEM模拟的另一个优点就是模拟可以少花时间和钱。模拟给出所需要的凸模位移，计算得出长度的修正量与凸模力位移图。此论文并没有给出这些最后的曲线图，但是它们与测量图对应的很好。在该论文中，仅给出了一些FEM结果、ABS模型结果与实验和刚塑性模型相比较的条形图。图5中对于钢给出了凸模位移。从这个图能总结出FEM模拟预测凸模位移要比ABS模型更好。ABS与刚塑性模型高估了位移量，而FEM以容易低估它。在图6，除实验19,20,21外，可得出ABS模型低估了长度修定量，而FEM模拟高估了它们。在图5和6中，只给出了钢的结果。为了以能比较四种材料，参照图7。图7中给出了针对4种材料的实验13,14,15。对于铝，ABS与FEM都高估了凸模位移量。对于黄铜和不锈钢则是相反，对于钢St37，ABS估计高了一些，而FEM估计低了。这儿，给出了结论（已经在相关文献1中被提及）：结果的质量无法超过输入的质量。在第二节中提到，铝被当作一种性能几乎和刚塑性材料一样的材料。为对些进行证实，凸模位移被表示为一个刚塑性模型下凸模位移的函数。这在图8的两种材料铝和钢中有所体现。很明显，与像钢这样的加工硬化材料相比，铝的性能确实像是刚塑性。从图8中也能看出按刚塑性模型随着有效凹模口的减小钢的性能不断增强。在图8可以看到在实验19,20,21（有效凹模口按该顺序降低）中钢的凸模位移的变化。6.结论用实验室拉伸测试机来进行空气弯曲已经被证明对绘制凸模力位移图是非常有帮助的。这立刻就能清楚的知道关于空气弯曲模型需要的材料性能的知道是多么的贫乏。弯曲模型存在3个基本原理：(a)基于刚塑性材料性能；(b)基于纯弯曲；(c)基于弯曲和剪切的组合。如果凹模口很小，基于纯弯曲的模型基本是没有用的。当对加工硬化材料的性能不是很了解时，基于弯曲与剪切的模型就则不够准确。在这种情况下，简单的刚塑性模型则比较适用：模具的狭窄结构使的板料（加工硬化材料）基本上具有了刚塑性性能。角与Lrp2/s2（图3与4）的比值的标准可用于决定特殊的弯曲模具组合下基于模型的（纯）弯曲的适用性。ABS模型非常适合于CAPP运用：因为它的预测性好并且计算时间非常短（半秒）。天津工业大学2010届毕业设计附录3英文材料翻译Auto-body manufacturing technologyl Foreword Automobile manufacturing industry occupies the important position in national economy, have already become the important pillar industry. Because the competition of the automobile market is very fierce, various countries competitively apply the most advanced manufacturing technology to the manufacturing industry of the automobile, in order to improve the competitiveness in the international automobile market of this country. The development course of the automobile manufacturing industry of U.S.A. of the past ten years, has fully stated the key effect played toward emergence of the American automobile manufacturing industry of the advanced manufacturing technology.At the end of the eighties, the Japanese automobile manufacturing industry was favored by consumer all around the world with its higher quality, then the looks shape is seen clumsily for the American automobile products, nearly 10% of the domestic automobile markets of losing factory during the decade in the 1980s, creating the great amount of trade deficit, among them the key problem is the manufacture quality of the car car body. The car car body of wooden Toyota made comprehensive error within 1mm on day at that time. The best level of Europe is in 1. 25-1.5mm, but the American automobile car body reaches above 2mm. In order to improve the manufacture level of the American car body , turn back and make inferior declining trend rapidly, 1992, engrave as army Ni putting forward U.S.A. the Michigan the university well the leaders including 2mm project participating in motor corporation not three major not Americans adopting not including not for piece and car body manufacture processing in Line measurement control, weld online trouble diagnose, jig between optimization design and sane count , mould their and detailed reverse project of piece ,etc. advanced manufacturing technology to load with jig, make the American car body manufacture level catch up with the advanced international standards within three years, raise the share of prices after recapturing the already existing city.The car car body makes the advanced manufacturing technologies involved and includes and presses taking shape , car body assembling and manufacture process , technology controlled etc. online and is closely related with.2 Agile & precision stampingThe automobile covering is generally a complicated curved surface of space, the course that it takes shape is as the large deflection , large geometry out of shape and double non-linear question of material , involving curved surface model , material craft performance , feeling has such multiple factors as design and manufacture ,etc. A traditional one have juice it makes to be serial course of experience type mostly , quality that design , is it is it is it try on rear of mould come out to wait until to want to succeed or not, cause development cost raising , cycle to extend. Seeing that the need to high accuracy , quick manufacture that the covering produce of completed car, it is that an advanced manufacturing technology makes one of the main contents used in the car car body to launch accurately , press technical research quickly .2.1 A sheet metal presses and takes shape dynamic emulation (1) Press the emulation of taking shape and analyse the modeling theory of finite element Plasticity finite element Rigidity and plasticity finite element Follow the trail of the finite element backward The material surrenders the mode (2) Press and take shape course analysis and craft to optimize Panel analysis of isotropism Panel analysis of anisotropism (3) Pressing and taking shape to take shape and design in advance because of following the trail of the algorithm backward (4) Active control of the precision that sheet metal plasticity takes shape The resilience is analysed to press the elasticity of answering and learns models and takes shape complicatedly Accurate take shape the mould type go against algorithm of solving fast2. 2 Appraises the system and prints the net pattern fast on the base of the boardAt first fast on the basis of the trimming die that mainly meet an emergency,carried on vision measurement by the analysis of the picture , pattern-recognition after pressing shaping, deformation transition emergency information of net, through is it analyse that confirms the emergency homogeneity to meet an emergency. Its key technology:The net is printed fast Vision measurement of the net out of shape2.3 Computers auxiliary mold design and trying the mould to integrateDesign the expert system developing the structure of mould and type with parameter function, improve the design efficiency of pressing the mould , and scan the device to integrate for this platform and non- contact-type laser line, through to try on scanning , mould of part , draw surface form information , carry on curved surface construct with the curved surface comparing again, confirm the correction of the mould .2.4Press piece select suitable materials the mechanism study while being target orientedIt is optimize research of system to select suitable materials to launch , set up panel shaping mechanics performance and model press corresponding database of product, the optimization , improvement of product quality , reducing of the cost to that the automobile board produce and supplying are all very effectual. Whether study groundwork.Performance experiment of mechanics of materialsThe material rubs the performance experimentEmulation analysisUse the abstraction of knowledge2.5The ones that press the course and count the setting-up and mould which controls the model are maintained preventativelyThrough gathering such craft information as the products data , press parameter ,etc. , set up the course based on measurement and count models or predict the model of counting , according to maintaining the knowledge base (the theory outline measurement data and statistical error of the products are distributed, the press signal write down the data etc.) preventativly, analyse , predicting and maintenance of the decision mould , prevent the production of the defect of the products.3The car body assembles the quality control technology3.1 A jig optimization design that assembles of sheet metal is with designing steadily and surelyWrite down the error of the part and assemble feedbacking. Adopt number value analyse with confirming it is best to make a reservation some figure and position for sheet metal to make a reservation linear programmingStudy on deviation localization method of work pieceDevelop the regular scheme of standard that the sheet metal assembles one3.2The trouble of the jig is diagnosedIt is an important reason bad in size to make a reservation and lose efficiency , will improve the quality of making to invalid fast diagnosis effectively.Main research contents:The set of invalid mode of the jig is constructedBuild and examine the side system online, set up the error statistical model of the partMatch of error mode and invalid mode3.3The sheet metal one (gentle body ) assembles error analysis and synthesizesBecause one out of shape in the course of assembling of sheet metal cant be neglected. The traditional assembling process error accumulates the theory not any more suitable, need to perfect the gentle body to assemble error theory in order to guide the assembling process. Research contents:The gentle body assembles error analysis modeling to studyPerfect the gentle body and assemble error analysis and comprehensive theory3.4Diagnose the expert system in the error source of assembling process based on knowledgeThe knowledge system of the assembling process is set upDiagnose the reasoning mechanism is set up in the error source3.5Assemble the initiative control technology of online quality while makingControl with statistical procedure project knowledge (from products model or online course model of line ) , advanced statistics and automatically control organic to integrate, in order to realize:The defect is prevented, but not the defect is correctedMake the products of the minimum deviation , but not only meet the public errand demandContinuous improvement of quality4The vision of the computer is measured and controlledModern production process control with overall quality management expectancy realizing products measure online (measure online for 100% even). To the automobile car body production process of high rhythm in enormous quantities, the non- contact-type detection method based on vision of the computer is favored, become the strong weapon raising the quality. The main content studied is as follows,4.1 Development of the vision sensorThe subject matter that the vision sensor exists, for the resolution ratio and contradiction of measuring the distance , measuring the precision and measuring efficiency, for realize car body manufacture process control online , must direct different testing goal against, single some , line burst or a frame vision sensor that develop high accuracy and high-efficiency.4.2 Comprehensive technology of the sensorThe car body measures in the course, needs at the same time assigning up to dozens of sensors , measure more than one hundred characteristic is it order to examine , is it is it assign improper to order to examine , cause height dependence of measurement and cause according to redundant. The comprehensive technology of the sensor lies in studying the optimization of the sensor and fixing up the theory and algorithm.4.3Reverse project on the basis of the vision of the computerIs it try on from car body covering to mould mould is it retreat to turn into physical model CAD model to appraise to design, select the method on based on vision of the computer reverse engineering become so as to higher speed their. The key technology on the basis of the reverse project of the vision of the computer is:High-accuracy vision sensorThe route where curved surface digitization samples planningIn disorder to count the curved surface of the stronghold to construct again5ConclusionCar body make quality to be apparent to concern manufacture quality , car of completed car directly, whose be high in quality, someone will gain the fierce market competition. American automobile manufacturing industry relies on the application of the advanced manufacturing technology to improve the car car body and make quality rapidly in case of fighting for inferior position unexpectedly, have recaptured the market share seized by Japan , Europe. It is obvious, the enormous function of the advanced manufacturing technology in the manufacturing industry of the automobile. However, it is a comprehensive technology that the car body is made, though advanced design and strict quality assurance technology are to obtain the high-quality prerequisite , but good quality is to work and realize through the materialization of the factory finally. So, promote the research of application of advanced persons manufacturing technology while the car body makes, need to adopt the factory school (institute ) and cooperate closely, the government organizes and coordinates, tactics relying mainly on factory . 轿车车体制造技术l引言汽车制造业在国民经济中占有重要地位，早已成为重要支柱产业。由于汽车市场的竞争十分激烈，各国都竞相把最先进的制造技术应用于汽车制造业中，以提高本国在国际汽车市场的竞争力。近十年来美国汽车制造业的发展历程，充分说明了先进制造技术对美国汽车制造业的崛起所起的关键作用。80年代末，日本汽车制造业以其较高的质量受到世界各国消费者的青睐，而美国汽车产品则相形见拙，在八十年代的十年间失去厂近10%的国内汽车市场，创下了高额贸易赤字，其中关键问题是轿车车体的制造质量。当时日木丰田轿车车体制造综合误差在1mm以内.欧洲的最好水平在1.25-1.5mm左右，而美国汽车车体却达到2mm以上。为迅速提高美国车体的制造水平、扭转制造亚的颓势,1992年，美国密西根大学吴贤铭和倪军提出井领导了包括美三大汽车公司参加的“2mm工程”采用包括冲压件和车体制造过程在线测量与监控、焊装夹具的在线故障诊断、夹具优化设计与稳健没计、模其及详件的逆向工程等先进制造技术，在三年时间内使美国车体制造水平赶上世界先进水平，夺回了原有的市扬价份额。轿车车体制造所涉及的先进制造技术包括与冲压件成形、车体装配及制造过程、在线控制等密切相关的技术。2精确、敏捷冲压技术 汽车覆盖件一般为空间复杂曲面，其成形过程为大挠度、大变形的几何及材料双重非线性问题，涉及到曲面造型、材料工艺性能、摸具设计与制造等多重因素。传统的没汁制造多是经验式的串行过程，设计的好坏、成功与否要等到试模后方见分晓，致使开发成本提高、周期加长。鉴于整车对覆盖件生产的高精度
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