毕业设计（论文）-液压板料折弯机设计（全套图纸三维）(26页).doc
-毕业设计（论文）-液压板料折弯机设计（全套图纸三维）-第 21 页本科毕业设计(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月摘要板料折弯机是板材加工、成型的设备之一，特别是在钣金制作公司，经常需要用到这个设备，尤其是在批量加工生产的场合，更是要用到。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，板料全套图纸，加153893706Abstract The Benging Machine that technologically advanced and reliable performance,is the preferred one of the sheet metal forming equments.The Bending Machine is widely used in aircraft、automobiles、shipbuilding、electrical machinery and light industries. The purpose of this graduation project is to design an aluminum row bending machines.The original motives can use electromotor and diesel engines.This bending machine uses the hydraulic system,and manipulation of semiautomatic control,simple structure,relativelysmall.Comparison with the old models,this bending machine has some advantures.Such as low noise,low power loss,high efficiency,accurate angle of aluminum row bending,safeand reliable operation and convenient regulation.For the high-angle beng of sheet metal,it not only increases the production efficiency and quality of bending aluminum row,but also simplifies the proceduresand reduces labor intensity of workers. The design of the bending machine mainly involves the designs of bending mould and hydraulic system.The work part of the bending machine is bending mould, to choose the "V"-shaped bend mould.Hydraulic system is the impetus for the bending machine.According to the bending force of the bending workpiece to choose the motor,hydraulic pump and hydraulic cylinders and other hydraulic components.Keyword: Bending machine,mould,hydraulic system,Sheet metal目 录摘要IABSTRACTII1 折弯机简介1 1.1 折弯机的应用1 1.2 折弯机的分类与组成32 弯曲模具的设计5 2.1 分析零件的工艺性7 2.2 确定工艺方案8 2.3 进行必要的工艺计算10 2.4 Z型弯曲模具主要零部件设计14 2.5 弯曲模具其他零件设计与选用173 液压系统的设计23 3.1 设计要求及工况分析26 3.2 确定液压系统主要参数27 3.3 计算和选择液压元件294 液压缸的设计30 4.1 液压缸基本参数确定32 4.2 液压缸结构参数确定33 4.3 液压缸主要性能参数355 折弯机特点分析36结论37致谢38参考文献391 折弯机的简介1.1 折弯机的应用板料折弯机是板材加工、成型的设备之一，特别是在钣金制作公司，经常需要用到这个设备，尤其是在批量加工生产的场合，更是要用到。1.2 折弯机的分类及组成窗体顶端折弯机作为板材加工的设备的一种，有多种分类，主要分为手动折弯机，液压折弯机和数控折弯机。折弯机通常包括一个机身，模具和折弯凸模和凹模，工作台被布置在机身上面，模具安装在折弯机的工作台上面，通过安装在模具上面的凸、凹模的作用，使板材发生挤压变形，从而形成折弯件。2 弯曲模具的设计2.1 分析零件的工艺性 根据本次设计的内容，拟定折弯成型的工件为Z形工件，根据下图2-1所示，本次折弯加工的折弯件结构较为简单，厚度也适中，所以适合折弯。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 根据该工件的零件图样分析可知，该折弯件结构较为简单，且呈Z形弯曲状，除了弯曲工序以外没有其他工序，所以适合用弯曲模折弯。2.3 进行必要的工艺计算2.3.1 弯曲件展开长度的计算1）变形区中性层曲率半径 (2-1)2）毛坯尺寸（中性层长度） (2-2)其中 （中性层圆角部分的长度） (2-3)该零件的展开长度为 (2-5)取=85mm，则毛坯尺寸为。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；弯曲中心角（）；弯角，（）。表2-1 中性层的位移系数K值r/t0.30.51.01.52345678K0.340.370.410.440.450.460.470.480.490.502.4 Z形弯曲模模具主要零部件设计2.4.1 凸模的设计针对本次设计的Z形折弯件，根据零件图可知，它的折弯尺寸较大，但是弯曲半径较小，所以需要根据实际系统工况来做选择 ，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径（），故凸模圆角半径可取弯曲件的内弯曲半径，即：=r=1mm (2-9)2.4.2 凹模的设计1）凹模圆角半径 凹模的圆角半径主要是根据Z形工件的形状特征来决定的，本次设计的Z型件结构特征一般，并且厚度一般，所以根据查表分析可知，当 t 2 mm ， = (3 6) t t 2 4 mm ， = (2 3) t t 4 mm ， = 2 t 已经该Z型折弯件，厚度=3mm，所以根据以上公式计算得出： =2.5x3=7.5mm。2）弯曲凹模深度 此次设计的是Z形弯曲模具的设计，通过以上的设计计算，我们可以知道，凹模的深度根据系统工况，我们选择=35mm,凹模底部的厚度根据系统工况，我们选择h=52mm。 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)弯曲件边长L板 料 厚 度 22 4 4hhh1025 2550 5075 75100 100150 15020020222732374010 1515202025253030353540222732374247152530354045323742475230354050653） 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/T70.12000 M1640，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)式中： Q剪切面上的剪力（）；A剪切面面积。 (2-11)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)代入数据得：查表1知道45号钢的剪切强度极限=320Mpa，即其许用切应力。可知： (2-13)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)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2-5螺钉受力示意图3 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) Error! No bookmark name given.（2）惯性负载 (3-2) （3）阻力负载静摩擦阻力 (3-3)动摩擦阻力 (3-4)（4） 运动时间 快进 (3-5)工进 (3-6)快退 (3-7)由此得出液压缸在各个工作阶段的负载如表3-1所示。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（）/ N启动156.8165加速118.4124.6快进78.482.5工进1287012870快退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。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等绘制，如图3-2所示。图3-1折弯机液压缸的负载图3.2 确定液压系统主要参数3.2.1 初选液压缸工作压力通常情况下，液压系统的压力是根据它的系统工况来决定的，为了使液压缸有足够的输出扭矩和运行平稳，通过计算得出液压缸的载荷比较大，所以选择液压系统的工作压力在16MPa。表3-2 按载荷选择工作压力载 荷 / <0.50.51122334>5工作压力 /MPa<0.811.522.53344557表3-3 各种机械常用的系统工作压力3.2.2 计算液压缸主要尺寸液压缸作为板材折弯机的主要动力元件，其设计计算非常重要，需要通过计算它的负载，和活塞杆的移动速度以及弯曲Z型工件需要的压力来确定液压缸的缸径和行程。其中包括节流阀的速度等等。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0.20.5回油路有背压阀或调速阀的调速系统0.51.5拉床，龙门刨床等采用辅助泵补油的闭式回路1.01.5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) 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）;有杆腔的背压（MPa）;液压缸的机械效率，取为0.95；代入得：则活塞杆直径： (3-9)按GB234880，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：。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。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)式中：进油压力； 无杆腔的活塞面积； 有杆腔活塞的差径面积； F负载力； 液压缸的机械效率；将代入，并整理得进口压力工进时缸筒的力平衡方程： (3-11)整理并代入有关数据后得进口压力快退时缸筒的力平衡方程： (3-12) 整理并代入有关数据后得进口压力三种工况泵所提供给系统的流量分别为：快进： (3-13)工进： (3-14)快退： (3-15)上列各式中，分别为快进、工进、快退速度，其中=6.47m/min(后文有说明)。输入功率P计算如下：快进： (3-16)工进： (3-17)快退： (3-18)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： （3-16）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一般节流调速及管路简单的系统0.20.5进油路有调速阀及管路复杂的系统0.51.5 （2）计算液压泵的流量根据以上分析以及压力的损失情况，我们通过计算可以得出，该液压泵的总流量应为： （3-17）(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： （3-18）因此，根据上述分析和计算，我们选择三相异步电机，电机型号为：Y200L-4，功率为30KW，额定转速为：R=1440R/M。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（差动连接油路）时，液压泵给液压缸无杆腔的流量为： （3-19）从液压缸有杆腔排出的流量为： （3-20）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）： （3-21）工进时，进入液压缸无杆腔的流量为： （3-22）从液压缸无杆腔排出的流量为： （3-23）快退时，进入液压缸有杆腔的流量，由于满足式 的要求，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： （3-24）根据以上公式可知，对于液压缸快退时的流量计算算法如下： （3-25）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油腔名称快进工进快退无杆腔73.67.479.4有杆腔35.43.538.2 (2) 确定油管油管的直径和长度直接与液压缸的进油量和出油量有直接关系，一般根据液压系统的功力来确定油管的直径，其中也包括液压缸的工进和快退，对于液压系统工况与工进以及流量的具体关系，如表3-10所示。表3-10各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退输入流量排出流量运动速度根据这些数值，由表3-12知油液在压力管中的流速可取4m/s, 由式计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为： （3-26） （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。 （3-28）P工作压力 Mpad管子内径mm许用应力 Mpa,对于钢管（抗拉强度）Mpa S安全系数，当p<7 Mpa时，S=8；当p17.5 Mpa时，S=6；当p>17.5 Mpa时，S=4）。 已知15号钢的抗拉强度378Mpa，代入数据得：所选钢管的壁厚: （3-29）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. 51.5，一般取1以下压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53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通径mm钢管外径mm管接头联接螺纹mm公 称 压 力 MPa推荐管路通过流量L/min2.58162531.5管子厚度mm 3 45; 6 810;121520253240506580100681014182228344250637590120M10×1 M14×1.5 M18×1.5 M22×1.5M27×2M33×2M42×2M48×2M60×211111 1.6 1.622 2.53 3.5451111 1.6 1.622 2.53 3.5456111 1.6 1.62 2.534 4.5567 8.51 1.4 1.622 2.5 3.5 4.55 5.5 6.5810 1.4 1.4 1.62 2.534567 8.51012 0.63 2.5 6.3 25 40 63100160250400 630100012502500表3-14推荐钢管弯管的最小曲率半径 mm管子外径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： （3-30）式中 液压泵每分钟排出压力油的容积 L经验系数，见表3-15由此可知，油箱的容积为：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12245710124 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。 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4-1，4-2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 <0.50.51122334>5工作压力 MPa<0.811.522.53344557表4-2 各种机械常用的系统工作压力机械类型机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磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力MPa0.823528810101820321）根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸的内径D计算公式为： （4-1） 式中 D为液压缸的内径（活塞外径）（mm）；F负载力（KN）；p工作压力（MPa）;液压缸的机械效率，取为0.95；代入数据得：则活塞杆直径： （4-2）按GB234880，应选用标准值分别为D=125mm,d=90mm,4.1.2 液压缸行程S的确定活塞行程S，在初步确定时，主要是按实际工作需要的长度来考虑，但这一工作行程并不一定是液压缸的稳定性能所允许的行程。为了计算行程，应首先计算出活塞杆的最大允许计算长度。该液压缸工作时是一端刚性固定，一端自由，可由欧拉公式确定的值，即： （4-3）式中： 最大计算长度, mm液压缸内径, mmd活塞杆直径, mmp工作压力, MPa注：上式为安全系数=3.5时。代入数据得：根据实际的工作需要及下表4-3，可选液压缸的行程为320mm表4-3液压缸活塞行程第一系列（mm）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4-5液压缸活塞行程第二系列 （mm）406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-6液压缸活塞行程第三系列（mm）2402603003403804204805306006507508509501050120013001500170019002100240026003000340038004.2 液压缸结构参数的确定液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚、油口直径缸底厚度、缸头厚度等。4.2.1 缸筒的设计1）缸筒壁厚的计算 在计算缸筒壁厚时，之值事先是未知的，但根据目前工程机械等的实际情况，用的最多的是中厚壁液压缸，因此可先用中厚壁公式计算，然后逐步加以修正。16>>3.2的缸筒为中等壁厚缸筒。其壁厚用下列经验公式计算： （4-4）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；强度系数，当采用无缝钢管时， 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： （4-5）式中 缸体材料的抗拉强度；安全系数，一般取n=5。本缸筒材料采用35号无缝钢管，当忽略值后，则缸筒壁厚和强度条件的计算公式为： （4-6） （4-7）查表知道=600Mpa，则把已知数据代入式中得：初得液压缸外径 按照JB106867可知，可取缸筒的外径为，即壁厚为： （4-8）则缸筒所需的强度条件： （4-9）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： （4-10）式中： 缸底厚度, mm液压缸内径, mm试验压力, MPa。工作压力时，；工作压力时，。缸底材料的许用应力, MPa缸底材料的抗拉强度，缸底材料为45号钢，其抗拉强度=700MPan安全系数，n=3.55，一般取n=5代入数据得：由此可取缸底的厚度h=25mm，缸底和缸筒之间采用法兰联接。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： （4-11）式中 F法兰受力总和 N法兰厚度 mm螺钉孔分布圆直径 mm密封环平均直径 mm密封环外径 mm密封环内径 mm法兰材料的许用应力 MPa螺栓孔直径 mm代入数据得：所以可取缸头厚度：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螺钉联接则螺纹处的拉应力为： （4-12）螺纹处的切应力为： （4-13）合成应力为： （4-14）式中: 螺纹处的拉应力 PaK螺纹拧紧系数，静载时，取K=1.251.5；动载时，取K=2.54螺纹内摩擦系数，一般取=0.12螺纹外径 mm螺纹内径 mm，当采用普通螺纹时：螺纹处的切应力 Pa螺纹材料的许用应力 Pa螺纹材料的屈服极限 Pan安全系数，通常取n=1.52.5合成应力 PaF缸体螺丝处所受的拉力 NZ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，代如数据得：则合应力为：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：
