排铝折弯机结构的设计

1前言随着对高产、高效工作面要求，近年来折弯机的技术发展日新月异。为了满足工作需求,母线的可加工尺寸也越来越大,折弯机的功率也越来越大。二是控制系统日趋完善。折弯机控制功能逐步齐全，可靠性不断提高。折弯一般采用冲压技术完成,冲压是利用冲压模在冲压设备上对板料或热料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得所需要形状和尺寸的零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备。折弯机结构日趋完善和简便，能简化制造工艺、缩短制造周期、降低生产成本,在工业生产中取得了显著的经济效益。对提高新产品的开发速度，促进生产的发展有着非常重要的作用。基于以上背景我选择折弯机总体机构的设计2271折弯机的总体机构本设计制造一台立式铝排折弯机，该机压头的上下运动用液压传动，其工作循环为：快速下降、慢速加压（折弯） 、快速退回。本次设计可加工最大铝排尺寸为 125*10,由弯曲力经验公式可算出加工铝排的弯曲力. 为了选择压力机和设计模具，必须计算弯曲力。次设计的铝排折弯机适合小批量生产,手动上料加工.折弯机结构简单，其主要组成部分为液压缸，模具和工作台。折弯机的动力装置由液压系统提供，所以本次折弯机的设计的核心部分是液压系统部分。下面分几个部分来介绍折弯机的组成部分。2模具尺寸的确定弯曲力是设计冲压工艺过程和选择设备时的重要依据之一，弯曲力的大小不仅与毛坯尺寸、材料机械性能、凹模支点间的距离、弯曲半径以及模具间隙等因素有关，而且与弯曲方式也有很大的关系，但由于弯曲力受材料性能、形状，弯曲方法、模具结构等多种因素的影响，因此很难用理论分析的方法进行准确的计算。由模具设计与制造中 P66 公式 来进行弯曲力的计trkbp6.0算。式中 P材料在冲压行程结束后自由弯曲力（N）;t弯曲件的料厚（mm）;b弯曲件的宽度（mm）;材料的抗拉强度（MPa）;r弯曲件的内弯曲半径（mm）;k安全系数，一般取 1.3.查表得，b=125mm,t=10mm,r=5mm, =1500MPa,k=1.3,代入公式，得到bP=97500N32.1 弯曲工艺分析与计算具有良好工艺性的弯曲件，不仅能简化弯曲工艺过程和模具设计，而且能提高弯曲件精度和节省原材料。2.2最小弯曲半径在进行弯曲时弯曲半径愈小，板料外表面的变形程度愈大，如果弯曲半径过小，则铝排的外表面将超过材料的最大许可变形而发生裂纹。因此，弯曲工艺受到最小弯曲半径的限制。由于影响最小相对弯曲半径的因素很多，生产中常按经验选取。此设计弯曲半径的选取经查表 2-2 而选出。表 2-2 材料的最小弯曲半径数值表Tab.2-2Materials in the minimum bending radius of numerical tables退火或正火 冷作硬化弯曲线位置材料垂直于纤维 平行于纤维 垂直于纤维 平行于纤维铝 0.1t 0.35t 0.5t 1.0t此设计的材料为铝，最小弯曲半径为 0.5t，所以弯曲半径选为 r=0.5*10=5mm.2.3弯曲件的回弹在弯曲变形结束后，弯曲件从模具中顶出，弯曲件不再受模具的约束。和其他塑性变形一样，当外载荷去除后，毛坯的塑性变形保留下来，而弹性变形回消失。由于弹性回复，弯曲件的角度、弯曲半径与模具的尺寸形状不一致，这种现象成为回弹。此次设计零件材料为铝,材料厚度为 10mm。自由弯曲回弹通常用于 ，因为此时回弹值比较大，在这种情况下，10rt可以不考虑材料厚度的变化以及应力、应变中性层的移动，以简化计算。427当 较大时， ，可将公式简化为 ，令rt 1.5ms13trE，于是凸模圆角半径 ，又 ，因 较小，于是凸s13trKErKr模中心角 ，其中，K 为回弹系数，查得，R5 所对应的 K 值为 1.025.于是，凸模圆角半径1rK：卸料后的弯曲半径；r：卸料前的弯曲半径。所以 mr8.4502.152.4提高弯曲件精度的工艺措施1）改进弯曲件的设计在变形区内加强筋或成形边翼，增加弯曲件的刚件和成形边翼的变形程度，可以减小回弹。2）在弯曲件的底部加压，不仅可以获得精确的弯边高度，并且改变变形区的应力状态，使弯曲变形区从内到外都处于压应力状态，从而减小回弹。要设计合理的定位板，为了保证毛坯在模具中定位可靠，对于此次设计中的弯曲件，选用定位板的间距为工件展开长度的距离。2.5定位装置定位装置的作用是限定毛坯送进步距和送进冲模的毛坯有正确的位置，以保证冲出合格的工件。因此选择一个好的定位装置对工件的成形也是十分必要的。根据不同的毛坯和模具结构，必须采用各种形式的定位装置，定位装置的种类有:1) 档料销，2) 导料板，3) 导正销，54) 定距侧刃。由于工件的材料为矩形块料，因此设计选用档料销进行定位比较合理.2.6凹模的工作深度凹模深度要当适当。若过小，则工件两端的自由部分太多，弯曲件回弹大，不平直，影响零件质量；若过大， 则多消耗模具钢材，且需较长的压力机行程。由于该制件直角的平直度要求高，且压力机行程足够大，凹模深度稍稍大于弯曲件深度。查冲压模具设计大典可知，凹模深度为 40mm。表 4-2 U 型件的凹模深度 0LTab.4-14 U concave mold depth 材料厚度 t弯曲件边长L 1246105015 20 25 30 35720 25 30 35 40125 30 35 40 450530 35 40 50 50240 45 55 65 653 液压缸的设计设计液压缸的基本原始资料是负载值，负载的运动速度和行程值及液压缸的结构形式和安装要求等。因此，设计时必须首先对整个液压系统进行工况分析。编制负载图。选定工作压力，确定液压缸的结构类型，在按照负载情况，运动要求，最大形成以及工作压力决定液压缸的主要尺寸。最后进行结构设计确定液压缸壁厚。验算活塞杆强度和稳定性，验算螺栓的强度要求等。3.1 液压缸的组成液压缸基本上由缸筒和缸盖活塞和活塞杆密封装置缓冲装置排气装置，导向装置等部分组成。这些零部件的结构功能和性能直接影响到液压缸的工作质量和制造成本。6273.2 缸筒和缸盖缸筒和缸盖分的结构问题，一是缸筒和端盖的连接结构；二是缸筒和缸盖与外部的连接结构.3.2.1缸筒和端盖的连接缸筒和端盖连接的各种典型结构及主要优缺点如下:拉杆连接。前后端盖装在缸筒两边，用四根拉杆将其紧固。这种连接形式通常只用于较矩的液压缸。优点：结构简单，最易装卸，结构通用性大。缺点：重量较重。发兰连接。在用无缝钢管制做缸筒上焊上法兰盘，再用螺钉与端盖紧固。这种结构应用广泛，特别是中压液压缸均采用这种结构。当工作压力较小，缸壁较厚时，可不用焊法兰盘，直接用螺钉与缸壁连接。此时缸筒材料常为铸铁。优点：结构简单，易加工，易装卸。缺点：比螺纹连接较重。卡环连接。分为内外卡环连接。当液压缸轴向尺寸受到限制时又要获得较大的行程时，用外卡环连接。优点：结构简单。缺点：键槽使缸筒壁的强度有所削弱。外卡唤的优点：重量比拉杆连接小。缺点：缸筒外径要加工，半环槽削弱了缸筒，相映的要加厚缸筒壁。内卡环连接的优点：结构紧凑，重量小。缺点：安装时，端部缸替进入教深，密封圈有可能被进油孔边缘擦伤。 焊接连接。由于其内孔清洗，加工困难，且易产生变形，所以多应用于较短的液压缸。优点：结构简单。缺点：缸筒有可能变形，缸底不易加工。 螺纹连接。分为内螺纹连接和外螺纹连接。优点：重量较轻，外形较大。缺点：轴向尺寸略有增加。端部结构复杂，装卸时要用专用的工具，要加工外缸筒外径和内缸筒内径要同心，管接头定向复杂，拧上头会把密封圈拧扭 钢丝连接。适用于低压工作的场合。优点：结构简单，尺寸较小，重量轻。缺点:钢丝的绕入与取出都有困难。 弹簧挡圈连接。其优点：结构最简单，装卸最方便。其中，焊接连接结构只能用于缸筒的另一端，另一端必须采用其它结构。结构形式的选择要由工作压力，缸筒材料和工作条件来确定。压力低用铸铁来制做缸筒。它的端盖多采用发兰连接;对于工作压力较高的则采用无逢钢管做缸筒。这时采用发兰连接，则要钢管端部焊上发兰。7所以本液压缸采用发兰连接。3.3 缸筒和缸盖与外部的连接结构 缸筒和缸盖与外部的连接结构取决于液压缸的使用要求和安装形式。当要求液压缸固定时，缸盖和缸筒上应有相应的底座或发兰。有径向底座，切向底座，轴向底座。采用法兰安装时，可将法兰设置在液压缸的头部或尾部。支座式,发兰式.适用于缸筒与机架没有相对运动的场合;当要求液压缸在平面内摆动时，常采用轴销式,耳环式,液压缸尾部缸盖与耳环制成一体。耳环的形式有带衬套的，不带衬套的和球头铰形单耳环。后者使液压缸在一定的空间范围内摆动。适用于缸筒与机架有相对运动的场合。所以本液压缸采用支座式.材料.缸筒常用 35 号，45 号无缝刚观制成，有时也用 20 号无缝刚观制成。当缸筒上需要焊接缸盖，耳轴或管接头时，宜采用 35 号钢并在粗加工后进行调质处理。缸筒上不需要焊接其他零件时，应用 45 号钢，并调质到HB241285，以改善加工性能和强度。此外，也有用锻钢，铸钢，铸铁以及铝合金和黄铜等材料制成的，在承受负载荷很大的时候，采用高强度合金无缝钢管作缸筒。缸盖的材料一般永用 35 号，45 号钢锻件或 ZG35，ZG45 铸钢及HT2530，HT3045 等灰铁铸件等。当缸筒做导向套时，应采用铸铁并在其工作表面堆焊青铜，黄铜或其他材料。缸筒和缸盖的技术要求对缸筒的技术要求缸筒内径一般采用 H8 或 H 外表面可不加工。在缸筒入口处及有密封通过的孔，槽处。为了装配不损坏密封件，缸筒内径应加工成 15 度的坡口。内径的椭圆度，圆锥度不大于内镜公差的一半。缸孔轴线的弯曲度在 500mm 长度上不大于 0.03mm。端面对轴线的不垂直度在直径 100mm 上不大于 0.04。当缸筒上焊有耳环时，耳环孔的中心线对缸筒轴线的偏移量不大于0.03，其轴线不垂直度在 100mm 上不大于 0.01mm。焊接在缸筒上的铰轴轴线对缸筒轴线的偏移量及其在 100mm 上的不垂直827度不大于 0.1mm。当缸筒端部用螺纹连接时，应采用 67 级精度的公制螺纹。为防止缸筒腐蚀和提高寿命，可在缸筒表面镀 0.030.05mm 后的硬镉，在进行研磨抛光。3.4 活塞和活塞杆活塞和活塞杆的连接.活塞和活塞杆的结构活塞和活塞杆的结构主要包括活塞和活塞杆的连接结构，活塞杆端部的连接结构，活塞和活塞杆及缸筒间的密封结构。.活塞和活塞杆的连接结构。活塞和活塞杆的连接结构可分为整体式和装配式，装配式又有螺纹连接，半环连接，弹簧挡圈连接和销推连接等类型。液压缸在一般情况下，活塞和活塞杆采用螺纹连接。但工作压力较高或者载荷较大，活塞杆直径又较小时，活塞杆的螺纹连接可能过载，另外工作机械振动较大时，固定的螺母有可能振动，因此需要采用非螺纹连接。1.螺纹连接.其优点：结构简单，拆装方便。缺点：在高压大负载时螺纹容易产生过载和松动。这种结构由于螺纹会使活塞杆强度削弱,因此不用于高压系统2.整体式其优点：结构简单，强度大。缺点：不可拆装。3.半环连接其优点是：承载能力强，工作可靠。缺点：结构复杂，拆装不方便。4.弹簧挡圈连接其优点：结构简单，拆装方便。缺点：承载能力弱。5.推销连接其优点：结构简单，拆装方便。缺点：承载能力弱。所以本液压缸应选用螺纹连接.活塞杆的主体结构和端部连接结构。9活塞杆的主体结构有实心和空心两种，实心活塞杆用在杆径较小的场合，当杆径较大时，为减轻重量，将活塞杆做成空心的。空心活塞杆的一端留有气孔，使焊接和而处理时能排出热气。此设计采用实心的活塞杆。活塞杆端部与工作机械的连接结构，根据不同的使用要求，主要有焊接式单耳环；整体式单耳环；光滑端部；双耳环；球头；外螺纹连接；内螺纹连接。本液压缸采用单耳环式.活塞和活塞杆的材料活塞的材料通常采用钢，耐磨铸铁，灰铁 HT1533，HT2040 铝合金等。 活塞和活塞杆的技术要求对活塞的技术要求1 活塞外径采用 h9 级配合，表面粗糙度为 0.321.25um。2 活塞和活塞杆连接孔径采用 H9 级配合，表面粗糙度为 0.632.5um。3 外径 D 对 d 的径向跳动，外径 D 的椭圆度和锥度都不大于 D 的公差的一半。4 两端面对轴线的不垂直度在直径 100mm 上不大于 0.04mm。对活塞杆的技术要求5 活塞杆粗加工后，进行调质处理，硬度为 HB229285。最后高频淬火，表面粗糙度为 HRC4555。6 活塞杆外径 d 与导向套内孔采用 f9 级配合，端部直径 d2 与活塞内孔采用 h9 或 f7f9 级配合，卡环连接时采用较松配合，螺纹连接时采用较紧配合。7 活塞外径 d 和 d2 的椭圆度和锥度都不大于相应直径的公差的一半。8 活塞杆直径的不垂直度在 500mm 上不大于 0.03mm。9 端面 T 的不垂直度在直径 100mm 上不大于 0.04mm。10 若活塞杆上有连接销孔，则该孔按 H11 加工，孔的轴线对轴线活塞杆的偏移量不答大于 0.1mm 及其在 100mm 上的不垂直度不大于 0.025mm。11 活塞杆表面应镀镉，其厚度为 0.030.05mm，并抛光，表面粗糙度不低于 0.320.63um。 10273.5 密封,导向和防尘装置液压缸在工作时,缸内压力较缸外压力的很多;缸内进油腔压力较回油腔压力也高很多,这样,油液就可能通过固定组件的连接处和相对运动部件的配合间隙而泄露,这种泄露有外泄露和内泄露.外泄露不但使油液损失影响环境而有着火的危险.内泄露则使液油发热,液压缸的容效率降低,从而使液压缸的工作性能变坏.因此应最大限的减少泄露3.5.1活塞的密封a.间隙密封这种密封是利用活塞的外圆柱表面与缸筒内圆柱表面之间的配合间隙来实现的,在活塞的外圆柱表面开有若干个深 0.30.5mm 的环行槽,其作用是增加油液流经此间隙的阻力,有助与密封效果；二是有利与柱塞的对中作用以减少柱塞移动时的摩擦力。为减少泄露,在保证活塞与缸筒相对运动顺利进行的情况下,配合间隙量必须尽量小,故对其配合的表面的加工精度和表面粗糙度要求严格。密封形式适用于压力较低的液压缸中。b.活塞环密封这种密封形式是通过在活塞的环槽中放置切了口的金属环来防止泄露的。金属环依靠其弹性变形所产生的张力紧贴在缸筒内壁上，从而实现了密封。这种密封的密封的密封效果好，能适应较大的压力变化和速度变化。耐高温，使用寿命长，容易维修保养，并能使活塞具有较长的支承面。缺点是制造工艺复杂。因此它适用于高压，高速或密封性要求较高的场合。c.橡胶圈密封橡胶圈密封是一种使用耐油橡胶制成的橡胶圈，套装在活塞上来防止泄露的。这种密封装置结构简单，制造方便，磨损后能自动补偿，密封性能随压力的增大而提高。因此，密封可靠，对密封表面加工要求不高，所以得到了广泛的应用。密封圈的形式，按其断面形状分为 O 形，Y 形和 V 形 3 种。O 形密封圈其断面呈圆形一般用耐油橡胶制成具有较强的抗腐蚀性它既可以用于活塞，缸筒这样有相对运动件之间的密封又可以用于缸盖，缸筒这样固定件之间的密封；即可以用 O 形圈的内径或外径密封，又可以用它的断面密封。11O 形密封圈装在沟槽里装配后的预变形量由此可知 O 形密封圈的密封作用是依靠装配后产生的压缩变形实现的当受到油压作用时，O 形圈被挤到槽的一侧，使配合面的接触应力增加，因而也提高了 O 形圈的密封性。当压力较高时，O 形圈可能被压力油挤进配合间隙，引起密封圈破坏。为了避免这种情况发生在 O 形圈的一侧或两侧增加一个挡圈。挡圈可用聚四氟乙烯制成。对于固定密封，当压力大于 32 MPa 时就要用档圈。这样密封压力高达7032 MPa。对于运动密封，当压力大于 1032 MPa 时，也要用档圈，此时密封压力最高达 32MPa。为了保证密封性能,安置 O 形密封圈的沟槽尺寸及表面粗糙度应符合要求,其预压缩量既不能太大,又不能太小.通常用在固定密封圈时，取 K=(0.150.25)do;在运动密封时取 K=(0.10.2)do。O 形密封圈的形状简单，安装尺寸小，摩擦力不大，密封性良好。故应用广泛。但其使用寿命不很长，因此在速度较高的滑动密封中常用下面的密封圈。Y 形密封圈一般也用耐油橡胶制成。它依靠略为张开的唇边贴于密封面而实现密封。在油压作用下，唇边作用在密封面上的压力也随之增加，并在磨损后有一定的自动补偿能力，故 Y 形密封圈有较好的密封性能，又能保持较长的使用寿命，在装配 Y 形密封圈时，一定要使其，唇边面向高压区才能起密封作用，使用时可将它直接装入沟槽内。但工作压力波动大滑动速度较高的情况下，要采用支撑环来定位。Y 形密封圈密封可靠，寿命较长，摩擦力小，常用于速度较高的液压缸。适用工作油温为-40+80 度，工作压力为 20MPa。V 形密封圈用带夹织物的橡胶制成，由支撑环，密封环，和压环三部分叠合组成，当要求密封的压力小于 10MPa 时，使用由三个圈组成的一套已足够保证密封性; 当压力小于 10MPa 时，可增加中间环的数量。在安装 V 形圈时，也应注意使密封圈的唇边面向高压区。V 形密封圈耐高压，密封性能可靠，但是密封处摩擦力较大。目前在小直1227径运动副中大多数已采用 Y 形或 Yx 形密封圈。但在大直径柱塞或低速活塞运动的活塞杆上仍采用 V 形密封圈，它适用工作油温为-40+80 度，工作压力为50MPa。3.5.2活塞杆的密封活塞杆上广泛采用橡胶密封。可用 Y 形,V 形,O 形密封圈。使用时,也要使也应注意使 V 形，Y 形密封圈的唇边面向高压区。另外，由于活塞杆外伸部分进入液压缸处很容易带进赃物，使工作油液污染，加速密封件的磨损，因此，对一些工作环境较脏的液压缸来说，活塞杆密封醋应加防尘圈。防尘圈应放在朝向活塞杆外伸部分的那一端。3.5.3端盖的密封端盖的密封常使 O 形固定密封圈。3.6 缓冲装置为了避免活塞在行程两端撞击缸盖，产生噪声，影响工件的精度以至损坏机件，常在液压缸两端设置缓冲装置。缓冲装置的作用是利用对油液的节流原理来现实对运动部件的制动环状缓冲装置：当缓冲柱塞进入与其相配的缸盖上内孔时，液压油必须通过间隙才能排出，使活塞杆的速度降低。由于配合间隙是不变的，因此随着活塞速度的降低，其缓冲作用减弱。节流口可调式缓冲装置：当柱塞进入配合孔后，液压油必须经过节流阀才能排出。由于节流阀是可调的，所以缓冲装置也是可调的。但仍不能解决速度降低后缓冲作用减弱的缺点。节流口可变式缓冲装置：在缓冲柱塞上开有三角沟槽，其节流孔过流断面越来越小，解决了在行程最后阶段缓冲作用过弱的问题3.7 排气装置液压缸内最高位处常常会积聚空气，这是由于液压油中混有空气，或者是液压缸长期不用而空气侵入，空气的存在会使液压缸的运动不平稳。产生振动或爬行。因此，液压缸上要设置排气装置排气装置通常有两种形式。一种是在液压缸的最高部位处开排气孔，用长管道通向远处的排气阀排气。机床上常使用这种形式。另一种是端盖最高部位13直接安装排气气阀。两种排气装置都是在液压缸排气时打开，排气完毕后关闭。4 设计依据和设计步骤4.1 液压缸的设计依据液压缸是液压传动的执行元件，它与主机和工作机构有着直接的联系，不同的机型和工作机构对液压缸则有不同的工作要求。因此在啊、设计液压缸之前，应做好调查研究，备齐必要的原始资料和设计依据其中有：主机的用途和工作条件。工作机械的结构特点，负载情况，行程大小和动作要求。液压系统所选定的工作压力和流量。有关国家标准和技术规定。4.2液压缸的设计内容和步骤液压缸类型和和各部分形式地选择。确定基本参数。主要包括液压缸的工作负载，工作速度和速度比，工作行程和导向的长度，缸筒内径及活塞杆直径等。强度和稳定性计算。主要包括：缸筒壁厚，外径的强度计算，液压缸稳定和活塞杆强度验算，以及各连接部分的强度计算。密封，导向，防尘，缓冲和排气装置的设计。整理设计计划书，绘制液压缸图形。4.3基本参数的确定折弯力 97500N滑块重量 42.310N快速空载下降 行程 210mm速度（ ） 231v/ms慢速下压（折弯） 行程 40mm速度（ ） 122v/ms快速回程 行程 240mm1427速度（ ） 523v/ms4.4任务分析根据滑块重量为 ，为了防止滑块受重力下滑，可用液压方式平衡42.10N滑块重量，滑块导轨的摩擦力可以忽略不计。设计液压缸的启动、制动时间为。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（240mm）,故可选0.2tsA9 15杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率 。因为铝排折弯机的工作循0.91cm环为快速下降、慢速加压（折弯） 、快速回程三个阶段。各个阶段的转换由一个三位四通的电液换向阀控制。当电液换向阀工作在左位时实现快速回程。中位时实现液压泵的卸荷，工作在右位时实现液压泵的快速和工进。其工进速度由一个调速阀来控制。快进和工进之间的转换由行程开关控制。折弯机快速下降时，要求其速度较快，减少空行程时间，液压泵采用全压式供油。其活塞运动行程由一个行程阀来控制。当活塞以恒定的速度移动到一定位置时，行程阀接受到信号，并产生动作，实现由快进到工进的转换。当活塞移动到终止阶段时，压力继电器接受到信号，使电液换向阀换向。由于折弯机压力比较大，所以此时进油腔的压力比较大，所以在由工进到快速回程阶段须要一个预先卸压回路，以防在高压冲击液压元件，并可使油路卸荷平稳。所以在快速回程的油路上可设计一个预先卸压回路，回路的卸荷快慢用一个节流阀来调节，此时换向阀处于中位。当卸压到一定压力大小时，换向阀再换到左位，实现平稳卸荷。为了对油路压力进行监控，在液压泵出口安装一个压力表和溢流阀，同时也对系统起过载保护作用。因为滑块受自身重力作用，滑快要产生下滑运动。所以油路要设计一个液控单向阀，以构成一个平衡回路，产生一定大小的背压力，同时也使工进过程平稳。在液压力泵的出油口设计一个单向阀，可防止油压对液压泵的冲击对泵起到保护作用。4.5方案的确定4.5.1运动情况分析由折弯机的工作情况来看，其外负载和工作速度随着时间是不断变化的。所以设计液压回路时必须满足随负载和执行元件的速度不断变化的要求。因此可以选用变压式节流调速回路和容积式调速回路两种方式。4.5.2变压式节流调速回路节流调速的工作原理，是通过改变回路中流量控制元件通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量来调节其速度。变压式节流调速的工作压力随负载而变，节流阀调节排回油箱的流量，从而对流入液压缸的的流量进行控制。其缺点：液压泵的损失对液压缸的工作速度有很大的影响。其机1627械特性较软，当负载增大到某值时候，活塞会停止运动。低速时泵承载能力很差，变载下的运动平稳性都比较差，可使用比例阀、伺服阀等来调节其性能，但装置复杂、价格较贵。优点：在主油箱内，节流损失和发热量都比较小，且效率较高。宜在速度高、负载较大，负载变化不大、对平稳性要求不高的场合。4.5.3容积调速回路容积调速回路的工作原理是通过改变回路中变量泵或马达的排量来改变执行元件的运动速度。优点：在此回路中，液压泵输出的油液直接进入执行元件中，没有溢流损失和节流损失，而且工作压力随负载的变化而变化，因此效率高、发热量小。当加大液压缸的有效工作面积，减小泵的泄露，都可以提高回路的速度刚性。 综合以上两种方案的优缺点比较，泵缸开式容积调速回路和变压式节流调回路相比较，其速度刚性和承载能力都比好，调速范围也比较宽，工作效率更高，而发热却是最小的。考虑到最大折弯力为 ，数值比较61.90N大，故选用泵缸开式容积调速回路。4.5.4 负载与运动分析要求设计的铝排折弯机实现的工作循环是：快速下降 工作下压(折弯)快速回程 停止。主要性能参数与性能要求如下：折弯力 F=97500N；铝排折弯机的滑块重量 G= N；快速空载下降速度 =0.023m/s，42.310123/vms工作下压速度 =0.012m/s，快速回程速度 =0.052m/s，板料1/ms 35折弯机快速空载下降行程 =0.21m，板料折弯机工作下压行程1Lm=0.03m，铝排折弯机快速回程：H=240mm=0.24m；启动制动时间230L，液压系统执行元件选为液压缸。液压缸采用 O 型密封圈，其机械效st.率 。91cm由教材 P143 的公式 mvFt式中 工作部件总质量 m9 17快进或快退速度 v运动的加速、减速时间t求得惯性负载 42.310.27098mvGFNtgt下再求得阻力负载 静摩擦阻力 40.2316sf动摩擦阻力 20fdFN表一 液压缸在各工作阶段的负载值 (单位:N)工况 负载组成 负载值 F 推力 /cm起动 sfF4600 5055加速 fdm2570 2824快进 f 2300 2527工进 fdF3800 4175快退 f 2300 25275 液压缸主要参数的确定5.1 基本参数的确定5.1.1.工作负载和工作压力液压缸的工作负载是指工作机构在满载负荷的情况下，以一定的加速度启动时，对液压缸产生的总阻力，由教材 P143 得出计算式：R=Re+Rf+Rg (4-1)Re=975500NRf=2300NRg=4600NR=Re+Rf+Rg=97500+2300+4600=104400N1827式中 Re工作机构工作阻力及自重等对液压缸产生的作用力；Rf工作机构在满载负荷启动时的静摩擦力对液压缸产生的作用力；Rg工作机构在满载负荷启动时的惯性力对液压缸产生的作用力；R液压缸的最大工作负载；液压缸的工作压力是指作用在活塞上克服最大工作负载所须的液体压力。工作压力可根据表来确定表 4-1 按负载选择液压缸的压力Tape4-1 Supported by the choice of hydraulic cylinder pressure工作负载/KN 工作压力/Mpa5 0.81510 1.521020 2.532030 343050 4550 57表 4-2 按主机类型选择液压缸工作压力Tape4-2 According to choose the host type hydraulic cylinder pressure主机类型 工作压力/Mpa2358机床810农业机械；小型工程机械；工程机械辅助机械；压力机1016液压机；中大型挖掘机；重型机械；其重运输机械；20329 19查表得 P=2Mpa。5.1.2.工作速度和工作速度比液压缸的工作速度与共液流量和活塞的作用面积有关。一般情况下，工作机构对液压缸的工作速度有一定是要求的，因此工作速度是已知量。在对工作速度没有特殊要求的情况下，则可根据以选定的液压泵流量，液压缸缸筒内径和活塞杆的直径来确定工作速度。压力油进入无杆腔的推力为 F 推动活塞向右运动，压力为 P。表 4-3 不同工作压力时推荐的速度比Tape4-3 Different pressure than the recommended speed工作压力/Mpa 速比 10 1.3312.520 1.46；220 2查表得=1.33 不计回油压力则推力为mPDRF214液压缸的速度比通常是对双作用活塞杆式液压缸而言的,它与液压缸的缸筒内径和活塞杆直径有关。速度比一般不宜过大，无杆腔回液流速过高而形成较大的背压。但速度比不宜过小，否则活塞杆直径相对于缸筒内径太细，稳定性差。速度比可查表，工作压力高的液压缸选用较大值，工作压力低的液压缸选用较小值。5.1.3.缸筒内径和活塞杆直径在确定缸筒内径时，必须保证液压缸已在确定的工作压力下工作，具有足够的牵引力了驱动工作负载。对于单活塞杆液压缸来讲，当液压缸是以推力来驱动工作负载时，由推力F1 和工作负载 R 相等的条件，由教材 P144 得出公式：mPDF214D= 264(mm)圆整成 D=260mm2027表 4-4 液压缸的缸筒内径尺寸系列（mm）Tape4-4 Hydraulic cylinder diameter of the cylinder size series(mm)8 10 12 16 20 25 32 40 50 6380 90 100 110 125 140 160 180 200 220260 320 400 500 630(4-6)其中机械效率 m 的取值可根据密封形式来确定，通常橡胶密封圈的m=0.95；得到的缸筒内径还应须按 GB234880 规定的液压缸筒内径尺寸系列圆整成标准值。在确定活塞杆直径时，既要满足结构强度和稳定性要求，又要考虑工作速度和速度比的要求。通常先从工作速度和速度比的角度来选择活塞杆直径，然后再校核其结构强度和稳定性。由教材 P144 得出公式：所以 (4-7)221Dd将 =1.33，D=260 带入得d=128.4（mm）圆整成 d=130（mm）表 4-5 液压缸活塞杆直径尺寸系列Tape4-5 Hydraulic cylinder piston rod diameter size series4 5 6 8 10 12 14 16 18 2022 25 28 32 36 40 45 50 56 6070 80 90 100 110 125 130 160 180 2005.1.4.壁厚和外径的计算缸筒相当于一个两端的圆筒形受压容器，由材料力学知，其应力状态随着缸筒内径和厚度的比值的改变而变化的。因此在计算缸筒壁的合成英里和厚度时，必须考虑缸筒的直径比，采用不同的强度计算公式=D/10即 =26mm9 21液压缸的缸筒采用无缝钢管。 5.1.5.缸筒外径缸筒壁厚确定以后，由下列公式计算缸筒外径De=D+2=260+226=312（mm） (4-13)圆整成标准值 De=320（mm）算出的缸筒外径应圆整到无缝钢管的标准外径值。5.1.6 缸筒高缸筒高度 H 应大于 2 倍的凹凸模的距离,即H=2*240=480mm,取 500mm。6 系统液压图的拟定考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用容积调速方式；（1）为满足速度的有极变化，采用压力补偿变量液压泵供油，即在快速下降的时候，液压泵以全流量供油。当转化成慢速加压压制时，泵的流量减小，最后流量为 0；（2）当液压缸反向回程时，泵的流量恢复为全流量供油。液压缸的运动方向采用三位四通 Y 型电磁换向阀和二位二通电磁换向阀控制。停机时三位四通换向阀处于中位，使液压泵卸荷；（3）为了防止压力头在下降过程中因自重而出现速度失控的现象，在液压缸有杆腔回路上设置一个单向阀；（4）为了压制时保压，在无杆腔进油路上和有杆腔回油路上设置一个液控单向阀；（5）为了使液压缸下降过程中压力头由于自重使下降速度越来越快，在三位四通换向阀处于右位时，回油路口应设置一个溢流阀作背压阀使回油路有压力而不至于使速度失控；（6）为了使系统工作时压力恒定，在泵的出口设置一个溢流阀，来调定系统压力。由于本机采用接近开关控制，利用接近开关来切换换向阀的开与关以实行自动控制；（7）为使液压缸在压制时不至于压力过大，设置一个压力继电器，利用压力继2227电器控制最大压力，当压力达到调定压力时，压力继电器发出电信号，控制电磁阀实现保压。综上的折弯机液压系统原理如下图：图 6.1 折弯机液压系统原理1-变量泵 2-溢流阀 3-压力表及其开关 4-单向阀 5-三位四通电液换向阀 6-单向顺序阀 7-液压缸 8-过滤器 9-行程阀 10-调速阀 11-单向阀 12-压力继电器237 液压元件的选择7.1 液压泵的选择液压泵的最大供油量 按液压缸最大输入流量（106.3L/min）计算，取泄pq漏系数 K=1.1,则 。1.06.31.9/minpL根据以上计算结果查阅机械设计手册表 23.5-40，选用规格为160*CY14-1B 的压力补偿变量型轴向柱塞泵，其额定压力 P=32MPa，排量为160mL/r,额定转速为 1000r/min，流量为 q=160L/min。 ，根据此数据按 JB/T9619-1999，选取 Y225M-6 型电动机，其额定功率，额定转速 980r/min,按所选电动机的转速和液压泵的排量，液压泵37PKW最大理论流量 ，大于计算所需的流980/min16/5.8/mintqnVrLr量 116.93L/min，满足使用要求。7.2 油管元件各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算，由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进出流量已与已定数值不同，所以重新计算如表 5.2，表中数值说明液压缸压制、快退速度 , 与设计要求相近，这表明所选液压泵的型号，规格是适宜的。2v3当油液在压力管中速度取 5m/s 时，按教材 P177 式(7-9) 算得，2qdv液压缸进油路油管内径 ；31.402.56dm进液压缸回油路管内径 ；3.920回这两根油管选用参照液压系统设计简明手册P111，进油管的外径，内径 ，回油路管的外径 ，内径 。34m25m4327.3油箱的容积计算容量 (单位为 L)计算按教材式(7-8) : ，由于液压机是高压系统，VPVq。所以油箱的容量 ， 1160.987.PVqL670.83L2427按 JB/T7938-1999 规定容积取标准值 .10VL7.4油箱的长宽高确定因为油箱的宽、高、长的比例范围是 1：1：11：2：3，此处选择比例是1：1.5：2 由此可算出油箱的宽、长、高大约分别是1600MM,1100MM,770MM。并选择开式油箱中的分离式油箱设计。其优点是维修调试方便，减少了液压油的温升和液压泵的振动对机械工作性能的影响；其缺点是占地面积较大。由于系统比较简单，回路较短，各种元件较少，所以预估回路中各种元件和管道所占的油液体积为 0.6L。因为推杆总行程为 240mm，选取缸的内腔长度为360mm。忽略推杆所占的体积，则液压缸的体积为 221706.53015.4vALL缸当液压缸中油液注满时，此时油箱中的液体体积达到最小为： 8.47V油 min则油箱中油液的高度为： 140/(160)4Hcm由此可以得出油液体下降高度很小，因此选取隔板的高度为 44cm,并选用两块隔板。此分离式油箱采用普通钢板焊接而成，参照书上取钢板的厚度为：t=4mm。为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为200mm。故可知，油箱的总长总宽总高为：长为： 12(04)108ltm宽为： 1(62)6wt高为： (04(7042)978h m7.5油箱地面倾斜度为了更好的清洗油箱，取油箱底面倾斜度为：1 7.6吸油管和过滤器之间管接头的选择在此选用卡套式软管接头查机械设计手册4表 23.966 得其连接尺寸如下表：表 7.3 单位：mm公称压力MPa管子内径 0dmm0DminL卡套式管接头 0d25公称尺寸 极限偏差G(25) 22 18.5 25 0.10538 227.7过滤器的选取取过滤器的流量至少是泵流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2.5 倍。故有 ： 2.5(106.325)/min265.7/inqLL泵 入过 滤 器查中国机械设计大典表 42.77 得，先取通用型 WU 系列网式吸油中过滤器：表 7.47.8堵塞的选取考虑到钢板厚度只有 4mm，加工螺纹孔不能太大，查中国机械设计大典表 42.7178 选取外六角螺塞作为堵塞，详细尺寸见下表 7.5Sd 1D e 基本尺寸极限偏差L h b 1R C重量Kg 12.5M10.2 22 15 130.244 12 3 3 1 1.0 0.0327.9空气过滤器的选取按照空气过滤器的流量至少为液压泵额定流量 2 倍的原则，即： 2106.3/min1.6/inqqLLp过 滤 器型号 通径Mm公称流量 /minL过滤精度 CXL-250 10050 250 1002627选用 EF 系列液压空气过滤器，参照机械设计手册表 23.8-95 得，将其主要参数列于下表： 表 7.61 1参数型号过滤注油口径mm注油流量L/min空气流量L/min油过滤面积L/min1Hmm2mm1Dmm2mm3mm四只螺钉均布mm空气进滤精度mm油过滤精度mE -502F32 32 265 270 154 58 66 82 96 M6 140.105 125注：油过滤精度可以根据用户的要求是可调的。7.10液位/温度计的选取选取 YWZ 系列液位液温计，参照 机械设计手册 表 23.8-98 选用 YWZ-150T 型。考虑到钢板的刚度，将其按在偏左边的地方。8工作台尺寸的确定上工作台是固定液压缸的，下工作台是固定垫板的，其尺寸都为800*350*10 mm，材料为槽钢，上铺钢板，这样的设计可以减少材料的使用，又能满足工作需求。上下工作台之间的间距为 600 mm，采用 10 mm 厚的直径为 80 mm 的空心钢管连接上下工作台。下工作台的高度为 300 mm，这样方便工人手动上料。下工作台与地面之间也用槽钢连接，底端与地面埋地螺栓连接，这样可以防止在工作过程中由于下压的压力使工作折弯机晃动。2279 结论在此次毕业设计当中，首先，通过查阅资料对级进模具的总体结构做了大概的了解。接着根据计算冲压各工序中的力和展开件的长度来确定各个零件的定位方式、尺寸。在考虑到零件的定位、尺寸之后，结合工件的形状，以及其它要求的前提下，对每个零件也作出了合理的设计。本文通过对冲压模具与级进模的特点的进行了解，熟悉冲压模具的工作过程，对簧片模具进行了详细的设计设计。此次设计实现了工件成形和完成卸料，主要借助于弹性元件与卸料板完成冲裁与卸料，通过小导柱的导向作用，保证凸模准确的进入凹模中，冲压弯曲成形。在设计过程当中，首先对模具中主要的部件，例如：凸模、凹模、固定板等等作了比较合理的设计。其次，在冲裁过程中，凸模与凹模的间隙是冲裁是否成功和冲裁件质量的关键所在，本文也做了详细的计算和说明。定位装置的放置以及定位装置与凹模固定板的连接在装配图上做了详细的标注。在各个零件被确定以后，将这些零件按照一定的装配关系、合理的结构将零件装配。本套级进模具的设计与计算，涉及了模具的设计流程，包括冲压弯曲的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总体装配图及零件图的绘制等等。3 3致谢本设计在康文龙老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、工艺方案到具体零部件设计和装配图的绘制，无不凝聚着魏老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀，受益匪浅。 427参考文献1 中国机械设计大典第 5 卷，机械控制系统设计/中国机械工程学会，中国机械设计大典编委会 南昌：江西科学技术出版社，2002.12 成大先 机械设计手册单行本，液压传动。北京：化学工业出版社，2004.13 王积伟 液压传动 2 版 北京：机械工业出版社，2006.12. 普通高等教育“十一五”规划教材。4 机械设计手册 3 版 第 4 卷/机械设计手册编委会编著 北京：机械工业出版社，2004.85 杨培元、朱福元 液压系统设计简明手册 北京：机械工业出版社，1995.106 王积伟、章宏甲、黄谊 液压传动第 2 版 北京：机械工业出版社，2007.77 郝滨海.冲压模具简明设计手册.北京:化学工业出版社,2005. 8 马壮，赵越超，孟繁盛.机械工程材料.长沙：湖南科学技术出版社，20009 许发彬. 冲模设计应用实例M. 北京:机械工业出版社,1995.10 甘永立. 几何量公差与检测M. 第五版. 上海:上海科学技术出版社,2001.11 王秀凤，万良辉.冷冲压模具设计与制造.北京航空航天大学出版社，200512 周大隽.冲模结构设计要领与范例.北京:机械工业出版社,2005.13 欧阳波仪.现代冷冲模设计基础实例.北京:化学工业出版社,2006.14 陈炎嗣，郭景仪.冲压模具技术手册.北京:北京出版社,1999.15 成百辆.冲压工艺与模具结构.北京:电子工业出版社,2006.16 彭建声.秦晓. 模具技术问答M. 第二版. 北京:机械出版社,2003.17 徐进，陈再枝.模具材料应用手册M.第 2 版.北京：机械工业出版社，200218 冯炳尧.模具设计与制造简明手册.上海：上海科学技术出版社，1992