板料折弯机设计论文.docx
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板料折弯机设计论文
目录
一、设计的意义………………………………2
二、设计计算步骤………………………………6
三、使用说明………………………………24
四、设计收获与体会………………………………43
五、参考文献………………………………44
一、设计的意义
板料折弯机是一种使用最广泛的板料弯曲设备,用最简单的通用模具对板料进行各种角度的直线弯曲,操作简单,通用性好,模具成本低,更换方便,机器本身只有一个基本运动---上下往复直线运动。
凡是大量使用金属板料的部门,大都需要使用折弯机。
因此折弯机的品种规格繁多,结构形式多样,功能不断增加,精度日益提高,已经发展成为一种精密的金属成形机床。
本次所需设计折弯机,用户是电力机车厂车箱分厂,用户本身已有多台板料折弯机,有机械式,也有液压式,都是普通电气控制。
现用户为提高产品精度和工作效率,扩大加工能力,要求定购在4m宽度能折弯20mm厚度板料的折弯机,所加工产品精度要高过国家标准一级,加工过程半自动化(工作人员只需踩按开关就能加工出所需工件)。
根据用户的具体要求,计划设计WE67K-500/4000数控电液同步折弯机。
折弯机的传动形式有气动、液压和机械三种。
气动折弯机一般应用于小吨位。
对于本机来说已不适合。
机械板料折弯机是由机械压力机演变而成的,基本结构特征与机械压力机相同,采用曲柄连杆机构、离合器和制动器,通过飞轮释放能量产生折弯压力。
机械折弯机的优点是滑动与工作台平行精度高,能承受偏载,比较适合冲孔工序。
机械折弯机的缺点是:
1)行程和速度都是固定的,不能调整;2)压力不能控制,在滑块下行程中从曲轴转角的最后15度~20度开始到行程下死点之间,才能达到额定压力,而在行程的中间位置,有效压力只有额定压力的65%左右;3)机器结构布局灵活性差,难以实现数控化和半自动化操作。
由于以上分析,机械式折弯机也不适合本机的设计要求。
随着液压折弯机的发展,机械式折弯机的这些优点已不明显,液压折弯机的平行精度更高,也更能承受偏载,并能进行冲孔。
液压板料折弯机,也就是采用液压传动的折弯机,与机械折弯机相比具有明显的优点:
1)行程较长,在行程的任何一点都可产生最大压力;2)具有过载保护,不会损坏模具和机器;3)调节行程、压力、速度简单方便,容易实现数控;4)容易实现快速趋近、慢速折弯,可任意调整转换点;5)机器结构布局灵活,可以实现多种多样的结构。
从以上可以看出,机械折弯机所固有的,难以克服的缺点,采用液压传动都可以解决了。
本机采用计算机数控(CNC)折弯机,具有彩色图形显示;并能预先显示每一折弯工序的折弯过程;自动绘制折弯零件的毛胚展开图;确定最优折弯顺序;选择模具,判断模具,判断折弯过程中零件与模具是否发生干涉;自动编程。
数控折弯机的折弯精度比普通折弯机高,而且整批零件的精度一致,生产率比普通折弯机提高三倍以上,零件的弯越多,生产率提高越多。
我们设计的WE67K-500/4000数控电液同步折弯机完全能够满足用户的技术要求。
在一台普通折弯机上对一个多弯零件进行折弯时,首先对整批零件进行第一道的折弯,然后依次进行以下各道折弯。
这样需要足够的堆放场地,繁重的搬运工作。
如果拥有几台折弯机,可以在每台折弯上进行一道折弯,则又需要占用几台折弯机和几名工人,并在第一个零件完成全部折弯工序以前,整批零件都积压在加工过程中。
数控折弯机完全改变了这种生产面貌。
根据设定的程序,折弯机自动调整滑块行程和后挡料位置,并设定时间,一个零件的全部折弯工序自动连续进行。
并且数控折弯机都有角度直接编程功能,只要输入几个数据,经过一次试折和修正,即可完成调整工作,不需要技术熟练的工人。
而在普通折弯机上需要凭经验经过几次试折。
因此,使用数控折弯机的加工成本,可比普通折弯机节约20%~70%,经济效果十分显著。
设计依据:
序号
名称
参数
备注
1
公称力
5000KN
2
工作台长度
4000mm
3
工作台宽度
400mm
4
喉口深度
400mm
5
滑块行程
320mm
6
立柱间距离
3300mm
7
数控轴数
基本轴:
Y1,Y2
其余轴可任意组合X1,X2,Z1,Z2,R1,R2,V
8
工作台面与滑块间最大开启高度
630mm
9
机器外形尺寸
4225mmx3710mmx4350mm
10
油缸快下速度
71.7mm/s
11
油缸工进速度
6mm/S
12
油缸回程速度
46mm/S
13
滑块空载行程次数
3次/分钟
14
最大工作压力
25MPa
15
主电机功率
30Kw
16
重量
36000Kg
17
墙板厚度
δ110mm
18
工作台厚度x宽度
δ100x400
19
工作台主板厚度
δ110
20
滑块厚度
δ110
二、设计计算步骤
(一)液压计算说明
1.选型
(1)调速回路选择
旁路节流阀调速回路
如图所示,这种回路是把节流阀接在与执行元件并联的旁油路上。
通过调节节流阀的通流面积,来控制泵溢回油箱的流量,即可实现调速。
由于溢流已由节流阀承担,故溢流阀实为安全阀,常态时关闭,过载时打开,其调定压力为最大工作压力的1.1~1.2倍,故泵工作过程中的压力随负载而变化。
回油节流阀调速回路
如图所示,将节流阀串接在缸的回油路上,即构成回油节流阀调速回路(泵的出口压力恒定)。
用节流阀调节缸的回油流量,实现调速。
进油节流阀调速回路
将节流阀串联在泵与缸之间,即构成进油节流阀调速回路(见图)。
泵输出的油液一部分经节流阀进入缸的工作腔,泵多余的油液经溢流阀回油箱。
由于溢流阀有溢流,泵的出口压力Pp保持恒定。
调节节流阀通流面积,即可改变通过节流阀的流量,从而调节缸的速度。
可见,进油节流阀调速加路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。
进油节流调速回路使用普遍,但由于执行元件的回油不受限制,所以不宜用在超越负载(负载力方向与运动方向相同)的场合.阀应安装在液压执行元件的进油路上,多用于轻载、低速场合。
对速度稳定性要求不高时,可采用节流阀;对速度稳定性要求较高时,应采用调速阀。
该回路效率低,功率损失大。
采用双单向节流阀,双方向均可实现进油节流调速。
上述两种回路(即回油节流阀调速回路和进油节流调速回路)的不同之处:
.回油节流阀调节回路的节流阀使缸的回油腔形成一定的背压(p2≠0),因而能承受负值负载,并提高了缸的速度平稳性。
.进油节流阀调速回路容易实现压力控制。
因当工作部件在行程终点碰到死挡铁后,缸的进油腔油压会上升到等于泵压,利用这个压力变化,可使并联于此处的压力继电器发讯,对系统的下步动作实现控制。
而在回油节流阀调速进,进油腔压力没有变化,不易实现压力控制。
虽然工作部件碰到死挡铁后,缸的回油腔压力下降为零,可利用这个变化值使压力继电器失压发讯,对系统的下步动作实现控制,但可靠性差,一般不采用。
.若回路使用单杆缸,无杆腔进油流量大于有杆腔回油流量。
故在缸径、缸速相同的情况下,进油节流阀调速回路的节流阀开口较大,低速时不易堵塞。
因此,进油节流阀调速回路能获得更低的稳定速度。
.长期停车后缸内油液会流回油箱,当泵重新向缸供油时,在回油节流阀调速回路中,由于进油路上没有节流阀控制流量,会使活塞前冲;而在进油节流阀调速回路中,活塞前冲很小,甚至没有前冲。
.发热及泄漏对进油节流阀调速的影响均大于回油节流阀调速。
因为进油节流阀调速回路中,经节流阀发热后的油液直接进入缸的进油腔;而在回油节流阀调速回路中,经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却。
根据以上分析,采用进油节流阀调速回路比较合适。
(2)液压控制阀的选择
选阀种类
.液控单向阀
液控单向阀按结构特点可分为简式和卸载式两类。
卸载式的特点是带有卸载阀,当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯3,使主油路卸压,然后再顶开单向阀芯。
这样可大大减小控制压力,使控制压力与工作压力之比降低到4.5%,因此可用于压力较高的场合。
液控单向阀,亦可称作单向闭锁阀保压阀等。
它用于液压系统中,阻止油流反向流动,起到一般单向阀的作用;但可利用控制压力油,通过控制活塞打开单向阀芯,使油流实现反向流动。
液控单向阀可用在需要严格封闭的油路中,进行单位向闭锁,起到保压作用。
.机动换向阀
机动换向阀用来控制机械运动部件的行程,故又称行程换向阀。
它利用档铁或凸轮推动阀芯实现换向。
当挡铁(或凸轮)运动速度v一定时,可通过改变挡铁斜面角度a来改变换向时阀芯移动速度,调节换向过程的快慢。
机动换向阀通常是二位的,有二通、三通、四通、五通几种。
其中二通的又分常闭式和常开式两种。
.电液动换向阀
电液动换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。
其中电磁换向阀起先导作用,用来改变控制液流的方向,从而改变起主阀作用的液动换向阀的工作位置。
.调速阀
MSA型调速阀的流量由手柄在120°范围内进行调节,流量调好后,手柄位置可被锁紧旋钮固定,流量值从刻度盘上显示。
减压阀可以选择是否带行程调节器。
.普通单向阀
普通单向阀的作用是使液体只能沿一个方向流动,不许它反向倒流。
对单向阀的要求主要有:
.通过液流时压力损失要小,而反向截止时密封性要好;
.动作灵敏,工作时无撞击和噪声。
该阀在这次设计中被使用。
.换向阀
换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动,使与阀体相连的各油路实现接通、切断,或改变液流的方向的阀类。
对换向阀的基本要求是:
.液流通过阀时压力损失小(一般△p‹0.1~0.3MPa);
.互不相通的油口间的泄漏小;
.换向可靠、迅速且平稳无冲击。
该阀在这次设计中被使用。
.电磁换向阀
电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。
由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制,所以易于实现动作转换的自动化。
该阀在这次设计中被使用。
.先导式溢流阀
DB型阀是先导控制式的溢流阀,用来控制液压系统的压力;DBW型阀是先导控制式的电磁溢流阀,除控制液压系统的压力外,还能在任意时刻使系统卸荷。
.起安全阀作用(防止液压系统过载)
.起溢流阀作用(维持液压系统压力恒定)
.使液压系统卸荷
该阀在这次设计中被使用。
选阀型号
名称
规格
数量
冲液阀
PF-48-A2-F
2
溢流阀
CVA25-H
2
单向阀
CA6-H
3
直入式插装溢流阀
CLEB-4020
1
叠加型溢流阀
MBP-03B-H
2
MBP-03H-H
1
电磁换向阀
D5-02-2B10A-D25
2
D5-02-2B40B-D25
2
D5-02-2B8A-D25
2
D5-03-2B2-D25
1
电液比例先导溢流阀
EDG-01-H-V
1
(3)泵的选择
选泵的种类
.齿轮泵
.外啮合式齿轮泵
当齿轮旋转时,在A腔,由于轮齿脱开使窖逐渐增大,形成真空从油箱吸油,随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到B腔,在B腔,由于轮齿啮合,容积逐渐减小,把液压油排出。
利用齿和泵壳形成的封闭容积的变化,完成泵的功能,不需要配流装置,不能变量。
结构最简单、价格低、径向载荷大。
.内啮合式齿轮泵
当传动轴带动外齿轮旋转时,与此相啮合的内齿轮也随着旋转。
吸油腔由于轮齿脱开而吸油,经隔板后,油液进入压油腔,压油腔由于轮齿啮合而排油。
典型的内啮合齿轮泵主要有内齿轮、外齿轮及隔板等组成。
利用齿和齿圈形成的容积变化,完成泵的功能。
在轴对称位置上布置有吸、排油口。
不能变量。
尺寸比外啮式略小,价格比外啮合式略高,径向载荷大。
.流量、压力的脉动小。
.噪声低。
.轮齿接触应力小,磨损小,因而寿命长。
.主要零件的加工难度大,成本高,价格比外啮合齿轮泵贵。
.叶片泵
利用插入转子槽内的叶片间容积变化,完成泵的作用。
在轴对称位置上布置有两组吸油口和排油口。
径向载荷小,噪声较低流量脉动小。
.轴向柱塞泵
柱塞泵由缸体与柱塞构成,柱塞在缸体内作往复运动,在工作容积增大时吸油,工作容积减小时排油。
采用端面配油。
径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡,以限制缸体的倾斜。
利用配流盘配流。
传动轴只传递转矩、轴径较小。
由于存在缸体的倾斜力矩,制造精度要求较高,否则易损坏配流盘。
该设计采用轴向柱塞泵。
选泵的型号
轴向柱塞泵的型号:
63MCY14-1B;压力:
31.5MPa;排量:
63ml/r
(4)管接头的选择
卡套式管接头
利用卡套变形卡住管子并进行密封,结构先进,性能良好,重量轻,体积小,使用方便,广泛应用于液压系统中。
工作压力可达31.5MPa,要求管子尺寸精度高,需用冷拔钢管。
卡套精度亦高。
适用于油、气及一般腐蚀性介质的管路系统。
焊接式管接头。
利用接管与管子焊接。
接头体和接管之间用O形密封圈端面密封。
结构简单,易制造,密封性好,对管子尺寸精度要求不高。
要求焊接质量高,装拆不便。
工作压力可达31.5MPa,工作温度-25℃~80℃,适用于以油为介质的管路系统。
该管接头用于此次设计中。
(5)液压缸的选择
液压缸的种类
.活塞式液压缸
活塞仅能单向运动,其反向运动需由外力来完成。
.伸缩式液压缸
有多个依次运动的活塞,各活塞逐次运动时,其输出速度和输出力均是变化的。
.柱塞式液压缸
活塞仅能单向运动,其反向运动需由外力来完成。
但其行程一般较活塞式液压缸大。
本设计应用了该种形式的液压缸。
液压缸的规格及计算过程
.要求:
.单只油缸吨位为250T
.滑块行程400mm
.慢下速度5mm/s
.计算步骤:
.油缸直径计算
圆整后取:
D=360mm
校验在D=360mm的系统压力为:
∴满足要求
.确定活塞杆直径
液压缸的上下面积比根据BOSCH液压系统的特性选取,一般取8-10位最佳,初步选定面积比iD=8:
1,得
圆整后取d=340mm
校验得:
∴故满足要求
.油缸中段壁厚的确定
受力分析如下:
又因为材料为锻钢,故根据第四强度理论得知:
∵
Pn=25.56MPa
Py=1.25Pn=31.95MPa
代入数据得:
考虑结构,圆整为
速度及流量计算
∵V慢下=5mm/s
∴QV=S上V慢下×2=1.02l/S
Q总=1.02×60=61.2l/min
故选用125ml/r的泵,电机转速1000r/min
Q泵=125l/min>61.2l/min满足要求
∴
V回程
.快下速度计算
∵G=6.89,则油缸下腔静压为310N/mm2
△PX=G/SF=
由Q=Qnormal
得知:
Q回=100
=94.57l/min
∴V快下=Q/SF=71.7mm/s
校核:
当Q回=94.57l/min时,Q吸×8.6=813.3l/min,但根据BOSCH阀块的最大充油特性可知:
Q吸max=700l/min
可知:
Q吸max=Q阀max+125/2=762.5l/min
故快下速度此时应根据上腔最大吸油量决定,应在回油管路装单向顺序阀来满足要求
即:
V快下Q吸max/S上
t总=t快+t慢+t回+1.5
s
∴满足每分钟1次的要求
2.功率计算
P泵=Pq=25.56×61.2/60≈26.58KW
校核:
P需=FV=500×0.05=25KW
∴P泵>P需,故功率满足要求
选用Y225M-6B5960r/min的电机30KW
(二)机械计算说明
1.工作台强度校核
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三、设计收获与体会
这次所设计的WE67K-500/4000液压板料折弯机是在原有半自动板料折弯机的基础上进行改进,使其成为一种产品精度和工作效率高、性能可靠、操作简便、通用性好的板料弯曲设备之一,得到更广泛的应用。
这次主要在三个部分做了改进:
(一)液压部分
液压部分是本次改进的重点,本产品采用的电液同步技术,性能可靠,即使在偏载力的作用下,仍能保证较高的同步精度。
(二)机械部分
机械部分主要是在下模安装了扰度补偿机构,以保证获得较高的折弯精度。
用户只需配备不同的模具,就能将金属板料折弯成不同形状的工件。
(三)电气部分
电气部分采用了CNC数控系统,可根据不同的厚度、不同的开口计算出折弯力并给予控制。
直观、精确、统一。
以上三方面难点多、工作量大,对于我来说是前所未有的挑战,在指导老师的帮助下,通过自己的努力,最终还是完成了设计任务。
经过这几个月的时间,我学到了很多东西,也更清楚了知识是需要融会贯通和积累的,培养了对机械设计的兴趣,初步掌握了设计的基本步骤。
这些将对我在以后的工作中有很大的帮助,我也充分认识到只有通过不断的学习、大量的实践、深刻的反思,总结和再学习,才能成长成为一个真正的合格的机械设计工作者。
四、参考文献
1.徐灏主编.《机械设计手册》第2版.机械工业出版社,2000年
2.华中理要大学何存兴、张铁华主编.
《液压传动与气压传动》第2版.华中科技大学出版社,2000年
3.上海化工学院、无锡轻工业学院编.由陈维新主编.
《工程力学》上册.高等教育出版社,1978年
4.南京工学工院杨可桢、程光蕴主编.
《机械设计基础》第4版本.高等教育出版社,1998年
5.东南大学机械学学科组郑文纬,吴克坚主编.
机械原理.第7版.北京:
高等教育出版社,1997
6.孙恒,陈作模主编.机械原理.第5版.北京:
高等教育出版社,1996
7.机械工业部洛阳轴承研究所编.全国滚动轴承产品样本,1995
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