25MN自由锻造压机设计（另有CAD图纸）

1、近些年来，随着人类进步的步伐加快，汽车、化工、钢铁、航天航空等各行各业都 在不断地创新发展着。为了适应科技和信息化时代的发展趋势和市场需求，锻造行业在 国防安全和国民经济中有着举足轻重的影响和地位，是衡量一个国家的国防实力、经济 实力、技术水平、制造能力的指向标，因此无论发达国家还是发展中国家都应该极其重 视自由锻造压机的成长发展。现在我国虽有许多锻造压机，但其中也有很大一部分是技 术落后的传统压机，其不仅锻造速度慢还浪费材料消耗能源，要怎样提高我国大锻件的 制造能力呢？这就势必要不断深入了解研究、开发研制新型结构的，才能使得自由锻造 压机的锻造速度以及锻造岀来零件的尺寸精度达到其所要求的范围

2、，从而获得良好的产 品质量、生产效率、材料利用率以及成本。在结合和查阅了大量资料后，本论文主要介绍了自由锻造压机的现状、发展历程及 国内外自由锻造压机今后的发展趋势，简单说明了自由锻造压机的特点及其基本参数， 并且提岀了本课题25mn自由锻造压机的来源及意义；然后重点研究了本课题25mn自由 锻造压机本机的工作原理和其主要结构设计，在实际设计改造自由锻造压机的进程中， 旺旺一个参数的大小发生微弱的变化就有可能引起机组性能的变化，因此我们必须由理 论结合实际针对关键技术特点进行研究分析；进而对其零部件（如液压缸、立柱、横梁、 螺柱螺丝等）进行了详细的计算设计并必须要实行缜密的校核才能确定下一个零

3、部件的 尺寸大小及其位置关系。关键词：锻造，25mn自由锻造压机，油压机，液压缸，立柱，横梁的计算校核abstractin recent years, with the fast pace of human development, great improvements are always being made in those industries, including automobile industry, chemical industry, steel industry, space and aeronautics industry and etc.to comply with t

4、he development trends in information and technology and to respond to the market needs, forging industry has played a decisive role in national defense security and national economy. it also measures a country's national defense capability, economic strength, technological level and manufacturin

5、g capability. thus, a country, whether a developing country or a developed one, must attach great importance to the development of free forging press. at present, there are many kinds of forging press in our country, but a majority of those machines are traditional ones that lag behind in technology

6、 those traditional pressing machines not only are slow in forging speed but also consume a lot of materials and energy. the only way to improve the capability of manufacturing heavy forgings is to make a deep research and create machines in new structure. only by doing so, the forging speed and the

7、size of those manufactured parts will be in the required limits. as a result, products in good quality will be produced, production efficiency will be improved, material utilization will be increased, and the cost will be reducedwith the help of large amount of materials in forging press, this essay

8、 makes an introduction in the status quo of free forging press, the history of its development and development trends both at home and abroad this essay also illustrates the characteristics and basic parameters of free forging oil press. after explaining the origin and the significance of the 25mn f

9、ree forging oil press, the author focuses research on its working principles and the main structural design. in terms of real structural design, tiny changes in parameters will probably lead to the changes in the performance of the unit. thus, the designers must put theory into practice, do research

10、 analysis on key skills and do detailed calculation and verification on spare parts (such as hydraulic cylinder, column, beam, screw and nut) before they determine the size and location of the next spare part.key words: forging, 25mn free forging oil press, calculation and verification of hydraulic

11、cylinder, column and beam1绪论11.1自由锻造压机概述11.2国内外自由锻造压机的发展31.3 25mn自由锻造压机的牛寺点及其发展趋势51.4 25mn自由锻造压机的基本参数61.5本章小结72 25mn自由锻造压机本机设计概况82. 1 25mn自由锻造压机本机的主要结构82.2 25mn自由锻造压机的工作原理92. 3主要零部件的结构设计原则112.4技术要求及检验152. 5 本章小结153液压缸的设计及计算163.1液压缸的结构设计163.2液压缸的计算及校核163.3导向套和密圭寸233.4本章小结244立柱的设计及计算254. 1立柱的设计纟吉构254.

12、2立柱的计算254. 3本章小结255上横梁的设计及计算265.1横梁的结构设计265.2上横梁的计算校木亥275. 3本章小结316螺柱的设计校核316.1法兰压盖上螺柱的选择316.2连扌妾柱塞缸与上横梁螺柱的选择326. 3本章小结347结论34参考文献35致谢36 1»»"蔘笏, suit-.- asb§rrrrnrri1绪论锻造是现代工业的支柱，它对一个国家的工业、农业、国防和科学技术所能达到的 高度，影响很大。从美国的世界第一台12600吨的自由锻造水压机在1893年建成以来, 作为一个国家的国防实力、经济实力、技术水平、制造能力的象征，中、

13、大型的高强度 零件锻造的核心装备地位一直被自由锻造级压机所占据着。它的工作介质是高压液体， 并用以传递工作压力来完成一系列锻造技术就是自由锻造压机的工作形式，能适用于钢 锭的锻造，为汽车、机械、电力、化工、航天、造船、汽车和军工等行业提供各类大小 型锻件。1.1自由锻造压机概述自由锻造压机的控制技术和传动方式随着科技的进步在日新月异地变化着。在以前 世界各地大多采用水泵-蓄势器传动系统，工业迅速发展以后，大流量高压油泵、计算 机化液压控制元件、系统慢慢步入了工业常用的应用领域，为锻造压机的技术进步奠定 了飞跃性的重要基础。在这之前一直以来都沿用着水泵蓄势器传动，随着经济科技的 发展它渐渐被新一

14、代自由锻造压机所采用的是油泵直接传动的全液压控制系统所取代， 虽然这项科技技术发达国家早在二三十年前就已经应用在自由锻造压机上。在中国航 空、军工、石化、船舶、冶金、铁路、汽车等需要锻件的行业工厂的加工车间，都广泛 运用了油泵站制动装置，其数量大大超越了水压机，因为油压控制系统显然更适用于很 多制造工艺上的采用。大自然中的优胜劣汰的生存模式在锻造加工领域也是不可免的。根据相关统计数据表明，目前自由锻造压机在中国就有多达200台以上，但在其中 25 mn以上吨位级别的高新自由锻造压机只有20多台，也是最近几年来新增加的，为 了加快工业进程，当然还有为数不少的新一代自由锻造压机还在继续增加。只有几

15、台依 i口沿用了之前水泵-一蓄势器传动系统，虽是沿用但也在原有系统上加以利用和改造。 绝大部分压机都运用了油泵直接传动或油泵-一蓄势器传动系统的全液压控制系统，因 为相比油压机，水压机有锻造车间能耗高；成套的技术装配效率不高；要针对变更的模 具花费时间多；锻件尺寸精度和生产效率低等缺点，此外自由锻造油压机还能配置先进 的机械化辅助装置和全液压轨道式锻造操作机。这些举世瞩h的成就能充分体现了巨大 的技术能力进步在装备制造行业，为了更能较大地提高了大型锻件的生产创造的能力， 我国的压机在短短的时间内不仅在其的性能级别、制造量和装配层次达到了前所未有的 等级，并且对其制造的质量要求严格和技术含金量高

16、的产品已经完全足够代替从外引进 的锻件，使中国的锻件产量遥遥领先与世界各国，世界大锻件生产大国行列有了中国的 一席之地。仍然不能忽视的一点是，还有许多压机是20世纪初制造的。这些锻造压机的结构 大都是传统的三梁四柱式，传动形式也是水泵传动，其设备精度差、技术水平低、横梁 开裂、力柱断裂、液压缸法兰部分损坏的事故常常发生，并且它的水资源浪费现象严重， 无功功率损耗消耗很大，操控水平落后。为了锻造装备事业的技术水平的发展，符合锻 件制造的经济性需求和高科技化的生产车间，更新原本压机的结构构造、创新研发新型 结构和传动方式、相应的配套措施和操作系统的技术答革命，以便减少消耗能量、满足 加工技术要求和

17、便于装备的口常维护和修理，来最终完成锻件制造成形是一个必然的前 进发展需要。在各种制造生产中，“趁热打铁”的是一个永恒不变的真理，当然也是金属成型工 艺屮最普遍适用的一个准则。所以在十一五期间，为了积极响应“大型、精密专用锻件 的开发及设备制造的发展政策”，弥补弱势工序的不足和调整产品结构，我们需要提升 产量规划、工艺水平，马钢重机公司立即申请了该大型锻钢的成型工程。关键的技术支 持由太原重工主导，该工程的核心设备是应用了国内外最新的双柱斜置预应力组合框架 式的80mn自由锻造压机，液、控、机、电系统等的设计都能实现完全的人性化、国产 化，具有铸锻的品种齐全、锻造精度高，锻造速度快等优点，最大

18、的优点是锻造频次多 于75次，平均工作速度达160mm/s,热态精整锻造精度可达土 lmm4o自由锻造压机利用帕斯卡原理來传递压强（能量）以实现各种工艺，在工业上用途 广泛，如下图1-1所示。图1-1压机工作原理图1-小柱塞2-大柱塞3-工件同时为了摆脱大型锻件常常要受限于人的因素，从2004年开始上海电气集团组织 上海重型机器厂有限公司以形成国际先进的大型铸锻件自主研发制造能力为目标开展 创新技术大改造，主要是从扩能技术的方面入手。自由锻造液压机和模具锻造液压机这 两种统称为锻造类液压机，前者在实施锻造作业时并不需要模具来进行。自由锻造压 机简单地来说就是其压力取决于负载，速度决定于流量。控

19、制系统与油泵直接传动对自 由锻造工艺的优越性表现在能够通过选定油缸的工作数量来获得所需要的工作速度，能 在工作时具有较快且平稳的可控行程速度，通过让其中包含了加压行程和空程，其容易 控制特殊铸锻件的变形速率的特点有利于提高锻件的质量来保障锻件尺寸精度高，并且其精度由活动横梁的位置來掌控。以上所有的这些优越性都是在节能减排的条件下进行 的，也是以往的水泵一-蓄势器传动所不易做到的。其机构形态如下图卜2所示：图1-2双柱自由锻造油压机1.2国内外自由锻造压机的发展自由锻造油机是机械制造装备生产中被广泛运用的大型制造装备之一，在工作液体 的压力下运作，用以加工各种锻件制造，它通过上下横梁运动和一些常

20、见的使用工具， 使坯料在其中产生塑性变形，这样就能获得所需加工的形状、尺寸的锻件。由于自由锻 造油压机在锻造中的适用性很广泛，使其在国民经济的各方各面都发挥了很大的作用。1.2.1国内自由锻造压机的发展从1950年以来国内已经进步达到水泵传动和油泵直接传动两种形式共同存在的形 式。油泵直接传动的优势有:最大的一个就是节约能源，油泵直接传动的效率远远大于 水泵传动的高达85%o还有就是达到一定程度后锻件变形抗力的加大直接影响了自由锻 造液压机的工作速度当水泵传动时，大大加大了使操作机同步运转与机组联动吋压机的 艰难程度。油泵直接传动的特点就是其加压速度不受变形抗力的变化影响，可以实现机 组的同步

21、运转。在国内除了一些沿用水泵-一蓄势器传动之外的1 口式锻造液压机及部分 巨型锻造液压机组，新使用的自由锻造压机多数都是以液压油为介质，由计算机控制, 采用泵直接驱动能同时与操作机进行联动控制操作。我国白由锻造压机的发展起步相对于一些发达国家而言是比较晚，改革开放后工业 的不断进步促进了我国锻造业的发展，同时也促进了锻造压机的创新发展。在民国五十 年代初，我国已经开始自主设计并且制造了三十台大型锻造水压机及几台重型万吨级锻 造压机。六十年代，我国开始成套设计一些重型压机。80年代后，我国也相应地陆续 制定了各种压机的系列及零部件标准，从此自由锻造压机的设计制造又开始了新一轮的 创新发展，。现今

22、为止我国己经制造有规格规范种类较为齐全的许多台大屮型制造设备, 其屮就有六十多台10mn吨位级别以上的大型锻造压机，它们分布在铁路、水电、机械、 冶金、兵器、船舶、航天航空等各行各业。最近几年，由上个世纪五十到七十年代制造的锻造压机依旧是国内制造生产的主力 军。由于设计手段和生产工艺的落后，我国锻造水平受此影响很深。这些年来能通过改 造成功投入运作的压机的数量极少，完全达不到世界自由锻造压机的平均水平。甚至其 配套设备完整的都很少，根本不达标。因此，实现锻造工艺的计算机化自动化，已成为 目前我国锻造行业发展进步的风向标。为了提高我国锻造事业的整体发展水平，所以现 在运用了领先的数值模拟方式来预

23、算得到工作完成后的形态，其优点是能够减少设计预 算本金，大幅度増加生产率，减短预算完成工作日期等。1.2.2国外自由锻造压机的发展历程及现状第一台蒸汽锤锻机在19世纪30年代制造生产出世后，奥地利的一家大型制造工厂 在六十年代间也生产了第一批用于金属加工技术锻造的压机。由于与锻锤相比锻造压机 具有很多优点，因此锻造压机发展快，锻锤很快就被淘汰了。于是在九十年代全世界第 一台120mn自由锻造巨型水压机便设计制造成功了，这使得自由锻锤慢慢被更新替代 了。起初的水压机是由蒸汽来进行运转作用的，慢慢向水泵-一蓄势器传动发展转型， 德意志前前后后成功设计了三台大型自由锻造水压机在二十世纪四十年代间。水

24、泵一- 蓄势器传动的形式维持了将近有百年z久。在进入20世纪50年代z后，随着油压系统 技术发展的口益壮大，油压系统相比与水压系统的优势展露无遗，比如水压机的制造尺 寸精度不够高、运动效率不达标、消耗能源功率损失大等缺点慢慢都凸显出來了，于是 发达国家开始逐步专研自由锻造油压机，英国和德意志首先用油压控制系统成功实现了 油压机与操作机联动和厚度控制在压机上，大大增强了其实用性和方便性。然后一些制 造生产锻造压机的大企业都开始致力于自由锻造压机的自主研究屮，随后大批量的大屮 型油泵直接传动压机在20世纪60年代由一些发达国家就生产制造出了。从20世纪70 年代开始，为了不浪费资源，使原有的水压机

25、继续发挥其使用性能，欧美各国便开始对 老式的水泵一-蓄势器传动水压机进行大改造，一是保留原有水压机的装配，进而采用 油压伺服系统来控制主分配器的凸轮轴，这样不仅可以实现旧的水压机所不具备的锻件 的高尺寸精度控制和高锻造次数，另一种改造就是直接将水泵一-蓄势器传动水压机转 变为油泵直接传动a】。1.3 25mn自市锻造压机的特点及其发展趋势在中大型制造厂中25mn自由锻造压机是运用比较频繁的一种制造装备。现今国内 外在化工、电力、造船、航空、核电、军工等机械制造装配业都向大型产品锻件不断发 展。在生产重量和尺寸方面，锻件的需求量在连续不断地增大，在质量方面要求也逐步 攀升，自由锻造压机锻造的锻件

26、组成了这些产品的大部分重要零部件，因此，对于设计 25mn 由锻造压机对促进我国装备制造业的技术进步、对我国大型自由锻件的自主生 产能力的水平提高是有着重要和不可磨灭的意义的卩叽就目前来讲，我国的自由锻造压机的设计己经h趋成熟，其制造设计结构有以下3 个特点。(1) 大部分采用液压油作为其工作介质以及油泵直接驱动；(2) 大多采用预紧力下拉式主机结构；(3) -般在本机就近的地下室内安放油压泵站，在现代化锻造油压机运用计算机的 控制能快速准确地操作，其功能齐全。其液压系统普遍采用了逻辑阀，立柱多采用方形 导套预紧力结构形式，这样做的目的是为了提高了机架抗偏载能力和刚度】。国内外都在自由锻造压机

27、的整机结构和液压系统方面已经有了比较成熟的进步，技 术水平也正得到迅速提高，发展主要体现在其控制系统方面。具体在以下儿个方面得以 体现：(1) 为了尽可能减小工作本金，也要能够极大地提高自由锻造压机的工作效率，压 机向着最大限度地节省资源、速度快、效率高来发展。(2) 机电液一体化。锻造压机、移动砧库、操作机等组成的机组有计算机来操作， 适当最大程度上利用电子和机械方面的高科技来提高全部液压系统的进步。(3) 由电子计算机技术的快速进步为锻造压机提供的智能化与自动化等有利的条件 是指在加工是其系统能够正对本次制造加工中体现出的问题有自我诊断和处理的能力， 极大地减少了工序。(4) 液压元件要标

28、准化以及集成化。标准化的元件为机器的维修带来方便。(5) 为了能够最大成效地预防环境污染以及工作液体的侧漏，对集成的液压系统减 低了管路连接。(6) 人性化设计的液压机随着其自动化和快速化的发展，对于压机的可靠性、安全 性的要求越发得到重视，需要其减除意外的发生率、预防污染环境、控制其噪声和振动 的影响越发重要。(7) 可以由一人进行操作。从其实质上变换了车间风貌以及锻造方式，大幅度提高 了劳动率。同时，鉴于液压技术控制系统的广泛应用，完全能够实行锻砧行程白动控制、锻造 操作机的联动控制、锻件尺寸自动测量等自动化生产过程。这对于材料利用率、提高锻 件尺寸精度、降低能源消耗和成木和提高生产效率是

29、具有重要意义的2。1.4 25mn自市锻造压机的基本参数j if j1 tr图1-3四柱锻造压机参数图1.4. 1 公称力：25mn这是一个反应锻造压机主要工作能力的主参数，常常用于墩粗工况，它代表了锻造 压机名义上能发出的最大力量值，液压系统在其数据大小上就相当于工作缸柱塞总工作 面积乘以工作液体的压力值的整数值。在综合考虑各方面因素后，各个公称力z间都要 保持相应的梯度，如下表1-1所示：表1-1公称力系列图公称力系列p56.381012.516202531.5405063推荐公称力p16253550631.4. 2 净空距 h: 3600mm如上图1-3所示，压机的净空距是指停在极限位置

30、时的活动横梁的下表面到工作 台上表面到的大小，这个数据能够体现自由锻造压机的运动空间大小，对压机的立柱高 度、运动时的稳定安全性以及厂房安装高度等都有极其大的影响力。可以根据压机的工 作行程大小及放入、取出胚料所需的空间大小，模具及相应垫板的高度等相关条件来决 定，应该能够满足各类钢锭、锻件和锻砧工具在工作台上的装入和取出。因此，我们既 要尽可能地满足工艺要求，又要尽量减小压机的高度，以降低其造价。1.4. 3 行程 s: 1600mm如上图所示，行程是指停在极限位置时的活动横梁立柱导套下平面到立柱限程套 上平面的距离，也就是活动横梁能活动的最大行程。它根据锻件锻造过程屮所要求的最 大工作距离

31、來决定的。这个数值直接确定了液压缸的柱塞长度，也进而影响了这个压机 的总高。1.4. 4 工作台尺寸：5000 mm 2000mm工作台的尺寸反映了锻造压机平面尺寸上工作空间的大小，其有效尺寸对上下横 梁以及活动横梁的平面尺寸和重量都有着直接关系，紧密相关者压机的实用性及本体的 结构尺寸。大小是根据工件及模具的尺寸决定的，当然也要将更换各种工具、观察及测 量工艺过程、涂抹润滑剂等工艺操作上的需要的方便性列入考虑來确定工作台的尺寸。1.4.5回程力:3mn回程力是由在活塞缸下腔的活塞工作面积或单作用力的柱塞缸单独设置的回程缸 來实现。1.4. 6传动形式25mn白由锻造压机是由油泵直接传动。1.

32、5本章小结本章主要是简单介绍了一下自由锻造压机以及对其在国内外的发展进行了初步了 解，并且对于设计课题25mn 0由锻造油压机进行了初步的认识，了解了其一些基本特 点和发展趋势，明白课题的目的与意思，对于自由锻造压机的一些基本参数也相对作了 介绍。2 25mn自由锻造压机本机设计概况2. 1 25mn自由锻造压机本机的主要结构自由锻造压机的结构型式有立柱式、单臂式和框架式，立柱式中又分四柱、双柱、 三柱及多柱等。25mn自由锻造压机的换向频率高、冲击负载大，在设计机架结构时必须 要考虑到这一点。目前，预紧力拉杆机架、整体框架下拉式机架、上传动式是应用较为 广泛的压机机架。25mn自由锻造油压机

33、设计，其结构是梁柱组合的框架形式，作用是将油压能转换 成机械功，即是高压油进入工作缸后，经过活动横梁将力传到锻件上，使它产生塑性变 形，提高锻件的性能。通过查阅资料比较我们可以知道，双柱下拉式自由锻造压机和双柱上传动预应力结 构锻造压机都有稳定性好的优点。双柱下拉式快锻液压机曾得到很快的发展，成为中、 小型快锻液压机的主要形式。但其最大的缺点就是一半位于地平面下，检查维修吋会造 成不便，且其工作部位惯性太大，而且又在深层的地下空间，在各方面都多有不便。而 双柱上传动预应力结构锻造压机既解决了当初设计双柱下拉式快锻液压机为了解决传 统三梁四柱式结构的稳定性差的问题，又不需要很深的地坑，相对下拉式

34、结构，安装工 作量小、运动部分质量也相对较小，且采用此方案的机架具有能满足工艺要求、便于操 作，具有合理的强度与刚度，使用可靠不易损坏，h经济性良好，重量轻，制造维修方 便。所以，25mn自由锻造油压机采用双柱上传动预应力的结构。如下图21、22所示。图2-1受偏心载荷时下拉式与上传动式的区别图图22尺寸高度比较图双柱上传动预紧力结构锻造油压机的特点(1) 双柱的所占空间小能使压机司机看到更广阔的空间、锻造空间也相对广、钢锭 送进及去除均较为容易、锻造天车更方便准确地接近压机中心，并且双柱式造价相对便 宜、结构简单且实用。相比三梁四柱式压机结构，其设备精度高、技术水平好，不会经 常会发生横梁开

35、裂等、张力柱断裂等事故。(2) 预紧力框架上传动的刚性好，它运动部分惯性又比下拉式小，工作状态比较稳 定，因此快速锻造时的稳定性能也相对较好。稳定性对于较大的公称力的自由锻造油压 机来说是相当的必要，而下拉式传动时的安装校准相对于上传动结构较困难，对于地基 深度，精度要求相比较高。(3) 这种结构的油压机的机架为预紧结构，立柱由压套和拉杆构成。其拉杆承受轴 向拉力，上、下横梁通过拉杆及其两端的预紧螺母组成一个刚性框架，当压机运动承受 偏心加载时，立柱受横向侧推力、弯矩及轴向拉力，2】。2. 2 25mn自由锻造压机的工作原理构成自由锻造压机的三大部分是指：压机本体(主机)、液压控制系统以及动力

36、系统。自由锻造压机的液压控制系统主要是由各种控制阀、连接管道、阀箱及操纵阀的控 制部分组成。液压控制系统的功能主要是将动力系统提供的高压油在准确的地点和时间 运输到所需要的液压缸处，然后将各液压缸工作完排冋的低压油运输冋动力系统。早些 年间小型简单的油压机的控制系统用手通过操纵杆来完成，操作起来异常十分费力。近 年来随着科技技术的迅猛发展，增加了智能微机控制，极大地提高了控制的自动化程度 和精确程度。通过操作液压控制系统中各种阀的开关闭和等运作来控制其停止、充液行 程、工作行程及回程等工作循环。提供压机运动时所需要的高压液体就是动力系统的主要功能，并回收回程时所排出 的低压液体，动力系统还要对

37、工作液体进行过滤、检测、搅拌及冷却来确保工作液体处 于随时能工作的形态。总的来说目前采用的动力系统分为泵直接传动和泵蓄势器传动两 个大类问。此次毕业设计主要是研究25mn自由锻造压机的本机，现以此为例，其结构图如下图 2-3所示。一个封闭的刚性框架由6上横梁、12下横梁、2个立柱2和用螺母预紧连接组成, 工作时所有的载荷全部由这个框架所承担，因此结构框架的强度以及刚度及其的重要。 上横梁6上固定有三个工作缸3,工作柱塞则在工作缸内并与7活动横梁相连。以2根立柱 2为活动导向的活动横梁在上、下横梁z间做直线往复运动用以工作需要。一般有上砧 固定在活动横梁7的下表面上，而下横梁上的工作台上固定有下

38、砧。在下横梁12上固定 有回程缸10,活动横梁7用螺栓与回程柱塞8相接用以回程需要。当油压机工作时高压油 通过液压缸进油孔输送高压油进人工作缸3后推动工作柱塞向下运动，由于柱塞与活动 横梁相接致使活动横梁也向下，接触到工件后慢慢使其在上、下横梁间发生变形达到锻 造效果，同时回程缸10输出工作液体。完成锻造时，回程由回程缸进高压油，低压油进 入工作缸，推动回程柱塞带动活动横梁向上回到起始的状态，由此完成了一个工作循环。图2-3二柱上传动自由锻造油压机2. 3主要零部件的结构设计原则25mn自由锻造压机的主要零部件有液压缸、立柱、横梁等等。2. 3.1液压缸部件25mn自由锻造压机的主要运动件就是

39、液压缸，它的作用就是通过做直线运动使铸件 成形，运动时将进入缸体的高压油压力变换成能的机械功来完成锻造加工。活塞式、柱 塞式、差动柱塞式这三种形式是在自由锻造油压机中的最常用的结构。活塞式液压缸大多使用在中小型锻造压机中，如下图2-4所示。它由1活塞杆及7活 塞组成运动件把缸体分为活塞杆腔和活塞腔两个腔，活塞杆在缸体中作直线运动，在活 塞内外部都有密封圈（如3、8、4、6）用以隔开两个不同油压的活塞杆腔和活塞腔。活 塞式液压缸是双向作用因此如此设计时不需要回程缸，由此减少了油压机的结构的复杂 性，使油压机零件变少，结构简单，所需安装空间减小。当压机开始工作时高压油进入 活塞腔，低压油回进活塞杆

40、腔时，推动活塞活动（向左或向右），回程时低压油进入活塞腔，高压油进入活塞杆腔，完成一个循环运动，它独立进行工作行程以及回程。在工 作时，活塞沿着活塞缸壁直线往复运动具有导向作用，活塞杆的2导向套也有导向作用, 因此活塞缸的导向性能好。但是，正因为此特点活塞缸对于整体的密封要求都颇高，活 塞与缸体内孔z间的配合精度要求也很高，尤其要严格对待缸体内孔的表面粗糙度、形 位精度以及尺寸精度的制造加工，所以缸体的内表面整体都需要精加工，制造加工很困 难复杂。图2-4活塞式液压缸结构示意图而柱塞式液压缸其结构在油压机中的应用是最为常见的，通常都使用于工作缸、回 程缸、平衡缸等等。如下图2-5所示，液压缸的

41、缸体与柱塞留有一定空隙，工作时工作 柱塞在导向套中直线往复运动且与缸体内壁不触碰到，因此在制造加工时缸内壁可以不 加工或者粗加工，但其缺点就是只能单向运动，因此回程则需要安装回程缸从而完成一 个工作循环，其结构特点是加工简单。总而言之为了免除对于液压缸体的制造难度，对 于行程及直径都比较大的的压机多采取安装柱塞式液压缸的方法。就柱塞式液压缸的制 造相对容易而言，本次设计采用柱塞式液压缸卩忙图2-5柱塞式液压缸示意图还有就是工作缸的固定是由缸体法兰的环形上表面与上横梁配合，是以其法兰部分 支承并由法兰支承且法兰处固定液压缸安装在横梁上的，如下图2-6、2-7所示。油压机 工作时，法兰上的一圈螺栓

42、将油压缸本身固定在上横梁上，并通过法兰与上横梁的环形 接触面将反作用力传给上横梁。图2-6法兰支承缸底固定示意图图2-7缸底支承缸底固定示意图2. 3. 2立柱部件常见的机架形式是立柱式机架，如下图2-8所示为几种常见的立柱连接形式。25mn 自由锻造油压机是由2根立柱通过大螺母将上、下横梁紧固地连接在一起，组成一个刚 性密闭的空间框架，这种形式的连接的安装、加工与维修都比较方便，因此应用广泛。 立柱作为油压机运动部分的导向，在这个刚性的空间框架中，既安装了油压机本体的主 要零部件如工作缸等，又能在油压机工作时，承载油压机的全部工作载荷。整个机架的 精度与刚度，主要取决于立柱与上、下横梁的连结

43、形式与连结的紧固程度，因此有着举 足轻重的地位。图2-8立柱连接的五种常见形式上、下横梁通过拉杆及其两端的预紧螺母组成一个刚性框架，当压机运动承受偏心 加载时，立柱不但受横向侧推力、弯矩，还得承受极大的轴向拉力，是属于多次超静定 问题。但在更多情况下，压机运动时常常要多次重复快速加载及卸载，所以小型压机的 立柱、拉杆不只需要承担住上述压力，特别是当卸载时突然放出的巨大压力会引起机架 的强烈的晃动及振动，次数多了时间久了就会出现问题。所以在之后的立柱强度计算校 核时，应当把这些因素都考虑其中。2. 3. 3横梁部件在25mn自由锻造压机本体中上横梁、活动横梁和下横梁这三个横梁是不可或缺的部 件，

44、霸占了整个压机本体总重的很大一部分。其特点是外形轮廓重量很大、尺寸也大， 为了减轻重量、节约金属材料，一般都会将横梁都做成空心的箱形，在安装立柱、工作 缸的地方做成圆筒形，为了提高上横梁的刚度以及降低局部应力，我在其中间添加设有 筋板，在载荷较大的地方筋板较密。这样能使横梁有够硕的刚度及够强的强度来支承， 又可以减轻其质量，所以这样规划筋板的布置（一般筋板按辐射形、方格形来设计）是 很有必要的。大部分压机的横梁是整体式组成，但吨位大的压机要考虑到运输困难、加工复杂以 及铸造等问题的受限，可用釆用分块加工再组合的方式进行铸造设计。2个立柱的宽边 屮心距决定了上横梁的宽边尺寸，为了以便锻造天车的吊

45、钩更容易接近油压机的中心， 设计时将上横梁和活动横梁的窄边尺寸应尽可能小些。一般来说强度确定了横梁的屮间 高度，设计横梁的立柱孔高度都是以立柱直径的2到3倍为标准來进行。在设计上、下、 活动横梁时，根据“等强度梁”的设计理念，完全可以设计成不等高梁，也就是立柱压 套处的高度可以小于中间截面的高度以减轻其重量。2. 4技术要求及检验对于25mn自由锻造压机的最基本技术要求就是要安全环保，在此基础上开始考虑 机架的刚度与强度、零部件的材料选择等等。为了体现标准的先进性原则，使标准能充 分展现对生产的作用和实用性，应该要符合引用文件jb/t, gb中的各项规范述有相应的 一系列量化的规范指标。(1)

46、 安全与环保条款规定要在使用说明书中表明止确的安全灭火指南，当然也要定 期对设备的本机、动力、液压系统进行检查维护，可以延长设备的寿命以及保障安全。(2) 一些零部件如工作缸、立柱、横梁、螺柱等的材料及其力学性能都要查阅书籍 采用gbo(3) 对于一些零部件的主要工作面都要有公差等级要求和加工粗糙度要求。(4) 压机的机架是一个包括立柱、拉杆、横梁由大螺母连接的封闭的预紧力结构， 它的刚度与强度都应在一个合理规范的技术范围内取值。(5) 为了保证机架能有足够的强度、刚度和抗偏载能力，压机的预紧力机架的预紧 力参数为一个规范性的技术要求。(6) 规定了其装配精度的检骑项目及其检骑方法。(7) 规

47、定了主缸、侧杠、工作柱塞的整体锻件或分体锻件，及其焊缝进行探伤的一 些要求规定2. 5本章小结本章通过对于任务书给定的参数以及技术要求进行了了解分析，并结合了自由锻造 油压机的各种结构特点，对自身所涉及的25mn自由锻造油压机结构方案进行了选择设 计并介绍了其工作原理，还针对-些油压机的零部件的设计计算及其设计原则进行了简 单的分析。最后对技术要求及检验进行了详细的解释分析。3液压缸的设计及计算3. 1液压缸的结构设计25mn自由锻造压机执行起来主要就是依靠液压缸的运动，运动时将高压油运输进 液压缸内，将其压力能转换成机械功使工件产生变形达到制造成形的效果。液压缸部件 通常可分为式、柱塞式、差

48、动柱塞式三种。在本次设计中都采用了柱塞式液压缸。其结 构特点是加工简单，工作柱塞与液压缸体的内壁留有一定间隙并不接触，因此在缸内壁 可以粗加工或不加工，但其缺点就是只能单向作用，因此设计安装了冋程缸来实现一个 工作循环。3.2液压缸的计算及校核3. 2. 1主缸计算(1) 柱塞直径的确定液压缸的作用力fh二10mn液体工作压力p二31. 5mpa柱塞直径：根据下表31柱塞标准取标准值表3-1柱塞标准直径(mm)404550556065707580859095100110120125130140150160180200220250260280300320360380400420450500520

49、560580630650710730820900920100011001200128014201500160018002000取 d=630mm , r=315mm(2) 液压缸内、外径的确定液压缸的材料选用20mnmo,其力学性能为530mpa,材料屈服点370mpa(3-1) n取22.5带入公式(31)得：di=d+a=2i*i=650 ,取 1020mm, ri=325mm通过内径计算外径：(3-2)元整 d2= 800mm,r2=400mm(3) 计算工作缸各个参数图3-1液压缸各个参数 参考上图31的尺寸关系：t= (1.52) s(3-3)ri=0.4ri(3-4)h= (1.5

50、2) s(3-5)l=1.5s(3-6)sj=1.15s(3-7)a=10。15。(3-8)r=(05 0.25)s(3-9)壁厚：s=r2-ri=400-325=75mm带入上式 带入上式 带入上式 带入上式 带入上式 取 a=15。带入上式(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)得: 得: 得: 得: 得:得:t= (1.52) s= 150mmri=0.4ri=130mmh= (1.52) s=130mml=1.5s=112.5mms=l.l 5s=86.25mmr=(0.15 0.25)s =15mm设计缸外径近法兰处直径及近法兰肓径图3-2法兰参数图如上图3-1所

51、示，法兰参数计算如下：(取 0.70.8) 得岀缸底进水孔半径为65mm3. 2. 2校核(1) 核算筒壁部分强度安全系数：因为所以安全(2) 核算缸底部分强度因为所以安全(3) 法兰部分强度的校核(3-9)其中(3-10)将数字带入(310)得:将计算结果带入(3-9)得:3. 2. 3侧缸计算(1) 柱塞直径的确定液压缸的作用力fh=7.5mn液体工作压力p=31.5mpa柱塞直径：根据表31取标准值d=550mm , r=275mm(2) 缸内、外径的确定材料选用20mnmo,力学性能力为>530mpa, s>370mpa,di=d+a=2ri= 570mm ,a取 1020

52、mm , ri=285mm通过内径计算外径：将数据带入(3-2)得：元整 d2= 700mm,r2=350mm(3) 计算侧缸各个参数壁厚：s=r2-ri=65mm带入公式(3-3)得：t= (1.5-2) s= 130mm带入公式(3-4)得：r|=0.4rl=114mm带入公式(3-5)得：h= (1.5-2) s=130mm带入公式(3-6)得:带入公式(3-7)得:取 a=10°l=1.5s=97.5mmsi=ll 5s=74.75mm带入公式(3-8)得：r=(0.150.25)s=13mm设计缸外径近法兰处直径及近法兰直径 参数计算:得出侧缸底进水孔半径57mm3. 2.

53、 4校核(1) 核算筒壁部分强度安全系数为：安全系数在范围内，所以安全(2) 核算缸底部分强度因为所以安全(3) 法兰部分强度的校核将数字带入(310)得:将计算结果带入(3-9)得:3. 2. 5回程缸计算(1) 柱塞直径的确定f=1.5mn液体工作压力p=31.5mpa柱塞直径：根据 jb2001-76 取标准值 d=250mm , r=125mm(2) 回程缸内、外径的确定材料选用20mnmo,力学性能力为>530mpa, s>370mpa,di=d+a=2ri= 270mm，取 1020mm, ri=135mm通过内径计算外径：将数据带入(3-2)得：元整 d2=330 m

54、m,r2= 165mm(3) 计算回程缸各个参数壁厚：s=r2-ri=30mm带入公式(3-3)得：t= (1.5-2) s=60mm带入公式(3-4)得：r|=0.4rl=54mm带入公式(3-5)得：h= (1.5-2) s=60mm带入公式(3-6)得:带入公式(3-7)得:a=10°l=1.5s=45mmsi=1.15s=34.5mm带入公式(3-8)得：r=(0.150.25)s=6mm设计缸外径近法兰处直径及近法兰直径参数计算:计算得出回程缸底进水孔半径27mm3. 2. 6校核(1) 核算筒壁部分强度安全系数n为：因为n在规定范围内，所以安全(2) 核算缸底部分强度因为

55、，所以安全(3) 法兰部分强度的校核将数字带入（310）得:将计算结果带入（3-9）得:3.3导向套和密封3. 3.1导向套液压缸的导向套在柱塞直线往复运动时起导向作用，一般用锻造后加工而成的抗压 耐磨的zcusn6pbzn6锡青铜，导套的长度一般取为（0.40.8） d, d为柱塞直径主缸 h=440mm；侧缸 h=400mm；回程缸 h=260mm导向套与液压缸内壁的配合，主缸和侧缸取为h7/k6,回程缸取为h7/g6,内壁粗 糙度为1.6。3. 3. 2密封密封的作用是防止液压系统中工作介质泄漏，作用是极其重要的，如果密封不够好, 极其可能会造成油从高压腔泄漏到其他部分，导致运动不稳定甚至会引起设备其他一系 类故障。对密封的基本要求肯定是要密封性好，摩擦力小。由于密封是油压机中最易受损的 零件，要经常性更换，因此，密封装置的工作寿命、容易制造、便于拆卸程度都应在选 取密封装置时考虑到。在查看了一些密封装置的资料以及比较它们各自的优缺点，我选择了由纯耐油橡胶 或多层夹织物橡胶压制而成的v形密封圈。选择主工作缸密封环日=侧缸密封圈h=77.7mm,回程缸密封圈h=53.3mm3.4本章小结本章主耍对液压缸进行了结构设计，选择了液压缸的类型柱塞式液压缸，进行了 柱塞直径、液压缸内外径、