液压成型机械活动横梁设计活动梁

发布者:admin 发布时间:2019-10-29 15:26 浏览次数:

空行程及回程速度一般可以高一些,以提高生产率。(8) 压制液压机:用于各种粉末制品的压制成型,如粉末冶金、人造金刚石、耐火材料 的压制。回程力由活塞缸下腔工作面积或单独设置的回程缸来实现!   5 液压成型机械活动横梁设计 (7) 挤压液压机:用于挤压各种有色及黑色金属材料。出 砂孔通常布置在梁的中性层上,虽然弯曲应力为零,但仍存在较大的剪应力。2.3.2 立柱: 立柱结构及其与横梁的连接形式如图 2-3 所示,为双螺母式,每根立柱靠四个内外螺 母与上下横梁紧固连接在一起,该种形式的连接的立柱加工、安装与维修都比较方便,因 此采用较为方便。有时为了供给液压机更高压力 的工作液体,在工作缸及响应的阀之间增设增压器。液压系统有调压装置,可以根据要求来调节液 体的压力。工作台尺寸取决于模具(工具)的平面尺寸及工艺过程的安排。来初步确定液压缸的有关尺寸,再进行强度 校核。液压成型机械活动横梁设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。由于采用了液压传动,其动力设备可以与主机分开安置。工作行程速度应根据 不同的工艺要求来确定,它的变化范围很大,并直接影响工件质量和对泵的功率需求。1.3.2.液压机的工艺特点: 由于在猾块(活动横梁)工作行程的任一位置都可以获得最大载荷。在工作行 程的任意位置都可以回程。5),回程力 计算回程 所需的力量时,要考虑活动部分的重量,回程时工艺上所需的力量(如拔 模力、提升剁刀等) 、工作缸排液阻力、各缸密封出的摩擦力以及活动横梁导向出的摩擦 力等。在四立柱间距较小,工作缸较 大的情况下采用该种结构也是可行的。   (2) 运动部分质量较大、惯性大。由于液压机在工作中的广泛适应性,它还普遍应用于国民经济的各个部门。选定公称压力 F 为 3000KN。因而可以容易的获得较大的工作空间。c、运动精度较差,有时为了保证机身有足够的强度和刚度,结构上做得比 较笨重。1 液压成型机械活动横梁设计 1 概论 1.1 液压机的功用 液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备, 可以用来完成各种锻压及加压 成形加工。焊 接件的焊缝质量要可靠。液压机的工作介质主要有两种, 采用乳化液的一般称为水压机, 采用油的称为油压机, 两者统称为液压机。例如钢材的锻压,金属结构件的成型,塑料制品和橡胶制品的压制等。因而锻锤 不可能造得很大。(3) 上横梁宽度不决定与工作缸外径,因此,上横梁可以设计的比较窄, 便与操 作。蓄势器的作用在于贮存高压液体,平 衡泵的负荷。液压机的本体结构很简单,而且容易制造。液压机一般由本体(主机)及液压系统两部分组成。从机架组成 方式看,有梁柱组合式、单臂式、框架式;2.3 液压机的基本参数 基本参数是液压机的基本技术数据,是根本液压机的工艺用途及结构类型来确定的, 14 它反映了液压机的工作能力及特点,也基本上定下了液压机的轮廓尺寸及本体总重。   撞击、振动和噪声都较小,有利与改善工人的劳动强度和工作条 件。中小型液压机横梁有铸造结构和焊接结构两种。单臂式结构的优点: 13 液压成型机械活动横梁设计 a、结构简单,造价便宜 b、工作面积大,工作时可以从 3 个方向接近模具区,具有较大的自由工作 空间。随着金属压制和拉伸制品的需求逐年提高,对 产品品种的要求也日益增加。中、小型液压机横 梁多数为整体结构,而大型液压机横梁由于受制造和运输能力的限制往往设计成组合式, 并利用键和拉紧螺栓。在梁的高度过度区,应尽量增大过度圆角半径 R 以及减小倾角 a,以减轻应 力集中。(3) 立柱抗疲劳能力大大加强。对三梁四柱 式液压机起机架的刚度主要取决于立柱与上、下横梁的连接刚度。9 液压成型机械活动横梁设计 图 2-1 液压机本体结构 Fig.2-1 Ontology hydraulic structure 立柱:立柱是机架的重要支撑件和主要受力件,又是活动横梁的导向件,因此,对立 柱有较高的强度、刚度和精度要求。由于锻压生产具有生产率高,材料利用律高和改善制件的内部组织及机 械性能 等特点,因此,采用锻压生产零件的制造方法在各行业中所占比例很大。   泵-蓄势器传动: 泵-蓄势器传动则在液压系统中增加了蓄势器。立柱所用材料、结构尺寸、制造质量及其 与横梁之 间的连接方式、紧固程度等因素都对 液压机的工作性能甚至使用寿命都有很大的影响。根据梁柱式结构工作平稳、工作压力大等特点,以及加工工件所需工艺要求,确定液 压机的本体结构为三梁四柱式。如板 材成型,粉末冶金,管线型材挤压,胶合板压制,打包,人造金刚石,耐火砖压制, 电缆包覆,碳极压制成型轮轴压装,校直等等。在偏心载荷作用下, 当下拉式结构机架变形很大时,重心仍在原位,而在上传动结构中,在偏载作 用下,重心偏移很多,从而一起机架的严重晃动。梁柱组合式中又分四柱、双柱、 三柱和多柱。工作台尺寸选定为 1120 × 1120 mm 2 。导致模具间隙偏于一侧,影响工件质量,降低模具寿命。横梁:横梁包括上横梁、下横梁和活动横梁(如图 2-2) ,是液压机的重要部件。必须注意保证立柱与横梁的刚性联接,不应有任何松动。最大行程应根据工件成形过程中所要求的最大工作行程来确定,它直接影响工作缸和回 程缸及其柱塞的长度以及整个机架的高度。下拉式结构的缺点: (1) 地坑深度大大加深,地下工程量较大。高压液体进入缸内后,作用于活塞 上。在结构设计计算时,应考虑此偏心值。[σ ] ——许用应力,对 A3 钢板和 ZG270-500 铸钢 [σ ] ≤ (60 : 70) × 106 Pa ;锻压设备是装备制造业中的一大类工作母机,在各类机床中占有较大的比例,按 20 世纪 90 年代中期的统计数据,全世界主要机床生产国中,锻压机床的产值占所有 各类机床产值的 30% 左右。因此既要尽可能满足工艺要求,又要尽量减小液压机的高度,以降低其 造价。的立柱 多做成实心的,两端钻出预紧用的加热孔,大型液压机的立柱可做成空心的!   液压机的类型代号为大写字 母 Y。设计的主要内容是:(1)液压机的总体设计 (2)活动横梁的设计 由于本人是设计水平有限,设计中难免存在缺点和错误,恳请各位老师批评指正。这类设备包括锻造液压机。而且必须在下止点后才能回程, 如果过载将会发生焖车现象,导致损坏。Y1 = (3-3) (3-4) (3-5) 26 h4 2 ∑ FiYi FY1 + F2Y2 + F3Y3 + F4Y4 Y= = 1 F1 + F2 + F3 + F4 ∑ Fi F4 = L4 h4 ;液压成型机械活动横梁设计前言: 随着现代科学技术的发展,机械行业的技术也日益更新。回程力选定为 600KN。当高 压液体进入工作缸后,对柱塞产生很大的压力,推动活塞、活动横梁及上砧向上运动,使 锻件在上下砧之间产生塑性变形。当高压油进入 有杆腔通低压时,活塞杆退回。根据液压缸应产生的名义总压力 F H =3000KN,及选定的液体工作压力 P=31.5 × 10 6 Pa,确定活塞内径 D。直到 1859 年-1861 年,维也纳铁路工厂有了 第一批用于金属加工是液压机,他们分别是 7000KN、10000KN 和 12000KN。例如,实现 空程下降和回程高速,工作行程时速慢而且这种调速是无级的。(2) 液压机的工作速度较其他锻压设备低由于液体流动时会产生较大的阻力损失,当液 压机高速运动时,这种损失就更明显。当立柱中心距较小时,为便于加工,可设计 成“等高梁” 。整体框架式的安装、制造、运输等都存在一定的 难道,因此,使用范围受到了一定的限制。   对于铸造结构的横梁,应注意使各部分厚度没有突然变化,还应注意正确设计与布置 铸造工艺所需的出砂孔。故可列弯矩方程: Μ 1 =Μ 2 = F l =1050000 ΝΜ 4 (3)画剪力图和弯矩图 23 液压成型机械活动横梁设计 图 3-1 受力分析图 Fig. 3-1 Chart Analysis (4) 固载荷 F 位于梁的中点处。1795 年,英国人 Bramah 取得了第一个手动液压机的专利。(5) 校正压装液压机:用于零件的校正及装配。(9) 打包、压快液压机:用于将金属碎屑及废料压成块。,少无切削技术的发展,降低生产成本,减少产品数量,提高产品性能和质量 要求的不断提高,锻压生产在工业,国防,航空航天以及其他各种装备制造业中的作 用会越来越大。通过调整通人液压缸的液体的流量可以实现各种行程速度。泵直接传动的液压机不需要从结构上进行压力分级。对 液压机部分的设计也有新的想法和新的突破。近 年来,中小型锻造液压机每分钟锻造次数已可达到 80 次-100 次,如仍用上述结构快速锻 造时本体晃动很大。液压机的工作循环一般包括停止、充液行程、工作行程及回程。优点: (1) 最突出的优点是容易获得大的压力。立柱在联接区附 近往往会有应力集中。这些都促进了各种液压机的发展。在承载较大处,筋板较密,以提高横梁刚度,降低局部应力。由于在液压机上进行的工艺是多种多样的,因此 液压机的本体结构形式也必然是多种多样的。在承受偏心载荷时,偏心力矩作用于活动横梁上,将在立柱或上横 梁产生侧推力,使机架受力情况恶化。1957 年- 1962 年,我国已开始自行设计、自 行制造各种锻压设备,其中有近 30 台 10000KN 到 31500KN 中型锻造水压机及两台 120MN 的大型锻造水压机,同时,也初步建立了一支设计和制造液压机的技术队伍。1949 年以后, 我过迅速的建立了独立自主的完整工业体系。   (3) 冲压液压机:用于各种薄板、厚板的冲压。而且废品率非常低。2.1.1 三梁四柱式: 三梁四柱式液压机是一种最常用的结构形式,如图 2-1,它由上横梁、下横梁、四个 立柱、和 16 个内外螺母组成一个封闭框架,框架承受全部工作载荷工作缸固定在上横梁 上,工作缸内装有工作活塞,与工作横梁相连接。近年来,液压技术的进步液压元件质量和精度的提高,使得液压机类设备的到了 较快的发展。采用钢板焊接结构的横梁构件,应 注意不要将焊接点设在受力较大处,焊缝宜对称布置,焊接时应防止构件变形,严格控制 焊缝质量。4 (4) 工作压力可以调整,可以实现保压,并可防止过载。另外,在单臂冲压液压机上除了垂直方向上的工作缸外,往往在水平方 向上还有辅助缸,下部则转有顶出器,这些缸由液压系统单独控制,以便工 作时可以根据工艺要求进行工作,有时还在机架上装备有单梁悬臂电葫芦等 起重设备便于操作。帕斯卡原理:在密闭的容器中,液体压力在各个方向上是相等的则压力 P 将传递 到容腔的每一点,因此,在大柱塞 2 上将产生向上的作用力 F2,迫使工件 3 变形,且 F2=F1*A2/A1.式中 A2—大柱塞 2 的工作面积。活动横梁的结构设计还应考虑导向问题,为保证具有足够的导向精度,一般导向部分 高度不应小于活塞行程的二分之一。选定最大行程为 S=800mm. 4),工作台尺寸(长×宽) 工作台一般安装在下横梁上,其上安放模具或工具,工作台尺寸指工作台面上可以利 用的有效尺寸。   1884 年 在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机,由于他与锻锤相比具有很多优 点,因此发展的很快,1893 年,建筑了当时最大的 120MN 水压机。冲压液压机,挤压液压 机,和板料成型液压机等。(5) 液压机地面上高度小,可安置在高度较低的车间里。低压缸有泵或蓄势器供给一定压力的工作液体,经高压缸 7 液压成型机械活动横梁设计 增压后,供给液压机工作缸使用,增压比为大小柱塞工作面积之比。(4) 立柱按对角线布置,在纵横两个方向上可布置活动工作台及横向移砧装置,操 作工人有比较宽广的工作视野,液压机辅助工具也有较大的工作空间。经过活动横梁将力传到工件上,使工件产生塑性变形。它是一种定力设备。当需要更大压力和更大净空距的单柱式液压机时,可变 换结构形式,采用组合机身以便于加工制造。中小型液压机横梁多数为整体结构,而大型液压机横梁由于受制造和运输能力的限制 往往设计成组合式,并利用键和拉紧螺栓联接。因此,更适用于 需要长行程范围内载荷几乎不变的挤压类工艺;Q max = F =1500 KN 2 Fl 4 3000 × 1400 4 (3-1) M max = = =1050000 NM 式中: Q max --为最大剪力 M max --为最大弯矩 (5)根据强度条件计算时,对截面变化不大的箱形结构梁,主要计算最大弯矩处, 即中心截面强度: 24 σ max = M max h1 ≤ [σ ] I (3-2) 式中 I ——计算截面惯性矩: h1 ——计算截面的形心至最外点距离;8),顶出器公称压力(公称吨位)及行程 有些液压机(如模锻和冲压液压机)往往在下横梁中装有顶出器,以顶出工件 或拉延时使用。特别是中 小型的液压机,由于液压元件的标准化、系列化和通用化程度的提高,使其设计与 制造更为简单,成本降低。双作用缸则分别 向缸的两侧输入压力油,活塞的正反向运动均靠液压力来完成。框架式: 框架式结构是液压机机身结构中常用的又一种形式, 可分为组合框架式和 整体框 架式两大类。另一方面,产品产品的生产批量也逐年减小,为与中小 批量生产相适应, 需要能快速调整的加工设备。对于有可能在偏心载荷条件下工 作的活动横梁,一般设计成高度略低于上横梁,而壁厚相近的封闭式箱形体。图 2-2 活动横梁结构 Fig.2-2 Activities beam structure 2.1.2 双柱下拉式: 在过去传统的三梁四柱式结构中,液压机本体的重心高出地面很多,稳定性较差。但是油易燃,成本高,易污染场地!   由于下拉式结构具有很多优点,因此得到迅速推广,中小型锻造液压机中近年逐渐采 用此结构。偏心载荷在液压机的宽 边与窄边都会发生。(7) 液压机各种平稳。62 mm = 216mm D 2 =2r 2 = 2 × 216 = 532 mm 3) ,缸体壁厚 缸壁厚度 σ =r 2 -r 1 =216-180=36 mm 21 液压成型机械活动横梁设计 一般在计算时,以缸壁厚度 σ 为参数。一般来说,当缸的总作用力不变 时,提高液压机的工作压力,液压缸的外径将减小,但是如果缸的材料不变,则当液体压 力增加到某一数值后,缸的外径反而会增大。随着航空工业的迅速发展,模锻液压机的公称压力不断提高。Y3 = + h4 2 F1 = L1h1 ;上横梁的两侧还固定有回程缸,当高压液体进入回程缸 时,推动回程活塞向上,通过顶部小横梁及拉杆,活动横梁实现回程运动。70 年代以后, 我国已向国外出口了多台各种吨位的锻造液压机,其中最大的一台为 60MN。(4) 采用各种有效的缓冲装置,以减少冲载时间的振动及噪声,扩大液压机的响 应范围。曲柄压力机是靠曲柄连杆机构传递能量,由于受到曲柄连杆强度 的限制一般只造到 100MN 以下。在重型机械制造业、航空工业、塑料及有色金属加工工业等之中,液压机已成 为重要设备。对粉末冶金液压机,只承受压应力, 故可设计成上面敞开的箱形构件,中部高度也可以较底。这种机架的 结构在基本上与闭式机身的机械压力机的框架相似。在某些液压机中,由于频繁加载、卸载以及载荷突 然释放,会引起机架的剧烈振动,以致缩短液压机寿命。6 图 1-1 液压机的工作原理 Fig.1-1 Hydraulic machine diagram 根据这一原理,制成了液压机和其他液压机械。(5) 调速方便。(2) 出现了快速换模装置,它包括设立中间模具库,模具转台,横向换砖装置及 快速加紧机构等,以适应多品种小批量的市场要求。   肋板一般按方格形成辐射形分布, 在安装液压缸、柱塞及立柱的地方做成圆筒形,以使其环形支承面的刚度尽可能一致。;单臂式. 2.1.3 单臂式. 单臂式机架可以是整体铸钢结构或钢板焊接结构。为了使产品系列化,通用化和标准化,以尽可能少的规格和尺寸来充分满足多种多样的 工艺要求,从而大大简化设计工作及制造工艺,有利于组织专业化生产、降低成本,提高 质量和便于修配,应尽可能制订出各种液压机基本参数的标准系列。最大净空距对液压机的总高、立柱长度、液压机本体稳定性以及安装厂房高度等 都有很大影响。1.3 液压机的驱动原理和工艺特点 1.3.1 液压机的驱动原理 液压机是利用帕斯卡原理采用液压传动,泵站将电能转变成液体压力能通过液压 缸和滑快(活动横梁)完成锻压工艺。在计算截面惯性矩时,先将截面简化成等量计算截面,如图所示,最后按横梁截面惯性矩 计算表进行计算。图 3-2 活动横梁截面图(㎜) Fig.3-2 Activities beam cross-section map 25 液压成型机械活动横梁设计 图 3-3 等量计算截面图 Fig.3-3 Calculation section contour map 计算过程 首先对每块等量截面进行编号,再计算每块等量截面的面积 Ai ,最后计算截面形心距 Yi 。(2) 导向精度高,梁柱式液压机采用的是导套导向,由于导套与立柱只是线接 触接触面积小,间隙不可调整,承受侧向腿力的能力差,而且当机器受骗 载时立柱会产生弯曲变形,降低了导向精度。这主要是指组合框架式而言,在梁柱式结构中 立柱在偏心载荷下将承受拉弯联合作用而处于复杂受力状态,其应力循环 为脉动循环方式。为防止横梁构件变形,不论采用铸造结构或焊接结构都必需进行热处理,以消除其内 应力。图 2-3 立柱的结构 Fig. 2-3 column structure 18 2.4 液压缸部件 2.4.1 液压缸部件的作用: 主缸部件的作用在于把液体压力能转换成机械功。由于 横梁的轮廓尺寸很大, 为了节约金属和减轻重量一般都做成空心箱形结构, 中间加设肋板, 承载大的地方肋板较密,以提高刚度、降低局部应力。横梁有铸造结构和焊接结构两种。将高压液体通人中间工作缸得到第一级压 力;按用途不同,液压机分为 10 个组别。固定梁上还装有立柱的导套和回程 缸,立柱按对角线布置。(6) 层压液压机:用于胶合板、刨花板、纤维板及绝缘材料板的压制。通入两侧工作缸得到第二级压力?   单臂式结构的缺点: a、机身刚度较差,承载后,主缸中心线与工作台面的垂直度产生角位移。b、机身上无导轨,活动横梁的运动只能靠工作缸的导套进行导 向。乳化液由质量分数为 2%的乳化脂和质量分数为 98%的软水交兵而成。除了用于大型锻件的锻造、拉伸、 剪切、挤压等工序外,还应用与塑料压型、层压板、粉末冶金、费金属处理、棉花打包等 工序。锥套式用分开的锥形套来代替内螺母或下锥台,可以消除或减轻 立柱上的应力集中,并可消除与横梁间的间隙,便于调整对中,但反复加载时锥套也会松 动,影响机架的刚度。各种类型的中小型液压机发展 十分迅速,有利的促进了各种工业的发展。既扩大了液压机的应用范围。(2) 容易获得大的工作行程,并可在全行程的任意位置施加最大的工作压力;从工作缸数量看,有单缸、三缸和多缸?   现以三梁四柱式液压机为例,介绍液压机的基本参数: 1),公称压力(公称吨位)及其分级 公称压力是指液压机名义上能产生的最大力量,在数值上等于工作液压机压力和工 作柱塞总工作面积的乘积(取整数) ,它反映了液压机的主要工作能力。顶出器的力量及行程完全由工艺要求来确定。单臂式液压机在平面上三面敞开,影响平面尺寸上工作空间大小的参数是喉深,喉深 为单臂液压机压头中心到机架内侧表面(机壁)的距离。泵直接传动的液压机的功率正比于 工作行程速度。立中小型液压机柱常用如下材料制成:35 钢、45 钢、40Cr、20MnV、20MnSiMo 等。泵直接传动: 泵直接传动是由泵将高压液体直接供给液压机的工作缸及其他辅助装置,它通过两个 手动三位四通滑阀来实现各种行程。活塞式液压缸按活塞杆形 式分为单活塞杆液压缸和双活塞杆液压缸。2),最大净空距(开口高度)H 最大净空距 H 是指活动横梁停在上限位置时,从工作台上表面到活动横梁下表面的 距离。1.2 液压机的发展、特点与分类 1.2.1 液压机的发展 早在 1662 年,帕斯卡就发现了利用液体产生很大力量的可能性。液压缸的内径 D 1 =D 为:D 1 =360 式中: mm F H --液压缸发出的总作用力 P --液体的工作压力 D --液压缸活塞直径 D 1 --液压缸内径 [ σ ]—液压缸材料的许用应力 根据工艺要求,一般选取 45 号钢 ,铸造而成. σ s =360 × 10 6 Pa. 选取安全系数 n s =2.0. 360 × 10 6 得出液压缸的材料的许用应力为[ σ ]= = =180 × 10 6 Pa. ns 2 .0 σs 2) ,外径 则液压缸的外径 r 2 =r 1 =180 × [σ ] [σ ] ? 3P 180 × 10 6 180 × 10 6 ? 3 × 31.5 × 10 6 (2-2) =215。上、下横梁也立柱组成一个刚性的封闭框架,以承受液压机的 全部工作载荷。活动横梁下面固定有上砧,而下砧固定与下横梁上的工作台上。锻压设备不仅影响着锻压生产的水平数量和质量,而且 关系着我国装备制造业的能力和水平。(1) 手动液压机:用于一般的压制、压装等工艺。如图 2-5 t=(1.5~2) σ (2-3) =2 × 36=72 mm h=(1.5~2) =2 × 36=72 mm R1 = 1 D1 8 360 = =45mm 8 R=(0.15~0.25) σ (2-4) (2-5) (2-6) =0.20 σ =0.20 × 36=7.2 mm 图 2-5 液压缸的尺寸关系图 Fig. 2-5 the size diagram of hydraulic cylinder 22 3.活动横梁强度和刚度计算 横梁虽然通常设计成箱形构件,且其外形高跨比较大,但目前在进行初步设计时,仍 可将横梁简化成简支梁进行计算,这是因为按简支梁计算出的横梁中间截面的应力值与该 处实测值还比较接近?   1.2.2 液压机的特点 液压机是静压作用的机器,靠液体静压力使锻件变形,这是与其他锻压设备的基本不 同点。1949 年以前,我国没有自己独立的工业体系,也根本没有液压机制造工业,只有 一些修配用的小型液压机。可以适当加大柱 塞的直径或采用多缸联合工作的方式来获得大的工作压力。最大净空距反映了液压机在高度方向上工作空间的大小,它应根据模具(工具) 及相应垫板的高度、工作行程大小以及放入坯料、取出工件所需空间大小等工艺因素来 确定。根据液压力作用方式的不同,分为单作用和双作用液压缸,单作用缸只 往缸的一侧输入压力油,活塞仅做单向出力运动,靠外力使活塞杆返回。为了提高打击效率和减轻振动,需要有很大的砖座和良好的基地。液压机液压系统中的压力,流量调节方便,可获得不同的载荷`行程`速 度特性。c、操作方便,适用于原板的弯曲、卷边、冲压等,装模、调整、操作及送 料都较为方便。6),活动横梁运动速度(滑块速度) 可分为工作行程速度、空行程(充液行程)速度及回程速度。   我国原机械工业 16 部曾制定出各种不同工艺用途的液压机型式与基本参数的部颁标准,如锻造液压机 (JB2591-79)、双动厚板冲压液压机(JB2096-77) 、单臂冲压液压机(JB2098-7 7) 、四柱式万能液压机(JB1831-76) 、切边液压机(JB1881-77)、耐火砖液压机 (JB2475-79)、卧式轮轴压装机 2.3 液压机的机架结构 2.3.1 横梁 横梁包括上横梁、 下横梁(或称工作台)和活动横梁(或称滑块)。与机械加工系统相比,有极大的优 越性。顶出缸公称压力选定 为 630KN.行程为 300mm. 以上所述 为三梁四柱结构型式液压机的最常见的基本参数,对于各种不同工 艺用途 及不同结构型式的液压机,均有各自不同的基本参数。液压机还易与实现自动控制和遥控。为了充分利用设备,节约高压液体并满足工艺要求,一般大中型液压机将公称压力分为 两级或三级。老式的液压机以有很多年的历史了。因此,液压机机身刚度对锻件尺寸精度的影响可在一定程度上得 到补偿。新方法,新技术不断出现, 与此同时,对机械行业的机械设计要求也有很大的提高。双螺母式的每根立柱 靠 4 个内外螺母与上下横梁紧固连接在一起,该种结构形式的立柱加工、安装与维修都较 为方便,因此,采用较为普遍。当高压油进入缸的无杆腔而使有杆腔通低压时,活塞杆伸出;   2.4.3 主缸部件的具体结构及其工作原理 单活塞杆液压缸的工作原理,如图 2-4。液压机利用静压力工作,不需要大的站座和坚实 的基地。大中型锻造或厚板冲压液压机,往往设置移动工作台。Y4 = ??? (3-6) (3-7) 27由于框架式液压机具有上述特点,在薄板冲压、塑料制品、粉末冶金及金属挤压机中获得 了广泛的应用。随着计算机,自动控制技术,网络通信技术和新材料技术的发展,研制 开发新型锻压设备,提高锻压设备性能,产品质量,生产能力和自动化程度,对于加 快我国装备制造业的发展,促进工业,农业,国防和航天航空等行业的技术进步和现 代化进程,具有重要意义。17 液压成型机械活动横梁设计 对于铸造结构的上横梁,在中小型液压机中也可将主缸与上横梁铸成一体,这种结构 简单,但加工较复杂,尤以工作行程短,缸体较矮的为宜。D= 4 FH × 10 2 πP 4 × 3.0 × 10 6 3.14 × 31.5 × 10 6 (2-1) = 20 =0.348 m =348 mm 所得到的 D 值圆整选取相近的标准直径为 D=360 mm 液压缸实际能产生的最大总压力应按所选的标准直径来计算,并按比例值来校核液 压机的其他零件。另外, 不可避免的泄露会带来环境的污染。要求设计合理,设计的新颖。由于液压机在工作中的广泛适应性,他还普遍应用与国民经济的各个部门,如板 材成型、粉末冶金、管线型材挤压、胶合板压制、打包、人造金刚石、耐火转压制、 电缆包覆、碳极压制成型、轮轴压制成型、校直等等。   单件小批生产时采用 A2 或 16Mn 板材焊接而成。因此,易 于实现过载保护;Y2 = 2 + h3 + h4 2 h3 F3 = L3h3 ;所以液压机的最高工作速度受到限制。(4) 一般用途液压机:用于各种工艺,通常称为万能液压机。目前大型液压机已造到 100MN 以上。各种类型的中小型的液压机发展十分 迅速,有力地促进了各种工业的发展。油压机中应用最广泛的是机械油,有时也采用透平油或其他类型的液压油。液压机本体没有庞大的机械传动机构,其液压缸可根据工 作的要求来布置。整体框架式 液压机,由于将上下横梁 与立柱直接铸或焊接为一个整体,取消了螺纹连 接,彻底避免了长期载荷作用下螺母会松动的缺陷,同时,在设计时一般 均选用较小的许用应力以限制机身的变形,保证了机架具有了较高的刚度。   60 年代,我国先后成套设计并制造了一些大型液压机,其中有 300MN 有色金属模 锻水压机,120MN 有色金属挤压水压机,80MN 黑色金属模锻水压机等。2.4.2 液压缸部件的类型 液压缸的形式多种多样,分类方法也各不相同。2.1.4 液压机本体结构的选择 液压机本体一般由机架、液压缸部分、运动部分及其导向装置组成。为了减轻重量,缩短立柱长度,一般根据“等强梁概念”将上横梁设计成梁的中部高 度较两端稍高的形式,但其高度差不能太大。按结构形式的不同分为柱塞式、活塞 式和伸缩式之分。(10)其他液压机:包括轮轴压装、冲空等专门用途的液压机。例如,有 3 个工作缸的液压机 可以很容易的获得三级不同的工作压力。筋板多布置成网络 形成辐射形。机械传动的的曲柄压力机的滑块的行程是不变的,并且 只能在滑块下止点前较小的行程内产生标准压力?   出砂孔边缘处的应力集中往往是横梁产生疲劳裂纹的发源地。此外,在英国、 法国,联邦德国也都先后建筑过 200MN-300MN 的各种大型模锻水压机,而在法国安 装的由苏联设计的 650MN 模锻液压机,则是西欧目前最大 的一台。由于液压系统中溢流阀的作用。(6) 液压机结构简单,操作方便。液压机本体结构的设计应考虑以下三个基本原则: (1) (2) 损坏 (3) 具有很好的经济性,重量轻,制造维修方便。一般利用高压气体来保持液体的压力。如在航天工 业中占 85%,汽车工业中占 80%,电器仪表工业中占 90%,农用机械生产工业中占 70%。(3) 采用各种先进的快速滑阀或插装阀,减少阀的换向时间,使阀的响应时间减 少到 10ms 以下。特别是当液压机系统实现具有对压力,行程速度单独调整功能后,不仅能实现对复杂 2 工件以及不对称工件的加工。对于活动横梁其结构应根据压制工艺性质而定。液压缸的输入量是油液的压力 和流量,输出量是力和速度,具有结构简单、工作可靠、传递功率大、控制精度高等特点。8 2.液压机的本体结构及设计计算 2.1 液压机本体结构概述 最常见的就是三梁四柱式,它广泛应用于各种吨位和用途的液压机中。单臂式液压机的最大净空距为压头下平面到工作台上表面的距离。组合框架式机身是由上横梁、下横梁和两个立柱所组成的,这几部分靠拉紧螺栓 连接和紧固,在横梁和立柱的结合面上用销或键定位,活动横梁靠安装在立柱内侧的 导向装置进行导向,其横梁和立柱可以是铸刚件,也可以是钢板焊接件。(3) 容易获得大的工作空间。   单活塞杆液压缸又称差径液压缸,是一种常 见的液压缸。选定最大净空距为 1250mm. 3),最大行程 S 最大行程 S 指活动横梁位于上限位置时,活动横梁的立柱导套下平面到立柱限程套 上平面的距离,也即活动横梁能移动的最大距离。锻锤是靠冲击力打击锻件,因而会产生较强的 振动。允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的 最大偏心值。横梁通常都设计成上、 下封闭的箱形结构件,在安装各种缸、柱塞及立柱处一般做成圆筒形,并用筋板与横梁棉 板相连。又为优化锻造过程创造了条件。三个工作缸同时通入高压液体就得到第三级 压力。生产批量较大的小型液压机,其横梁 多为铸铁件 HT200 或铸钢件 ZG270-500;乳化液价格便宜,不燃烧,不易污染场地,固 耗液量大的以及热加工用的液压机,多采用乳化液作为工作介质。液压机可以做长时间的保压。由于液压机所具有的上述优点因此得到了广泛的应用。锥台式的立 柱两个 外螺母及立柱上的锥台和上下横梁连接,刚性好,可防止横梁与立柱之间发生相 10 对水平位移,但锥台加工困难,两锥台间的距离难以保证,装配后机器不能调整,安装、 预紧、维修也 不方便。另 外,基本参数也是用户选购时的主要依据。即: X L1 = 18(㎝) L2 = 93(㎝) L3 = 640.65(㎝) L4 = 101.5(㎝) h1=1.5 (㎝) h2=7.5(㎝) h3=25.0(㎝) h4=6.0(㎝) h1 + h2 + h3 + h4 2 h F2 = L2 h2 ;移动工作台的行程则和更换木 15 液压成型机械活动横梁设计 及工艺操作方式有关。但框架式液压机也存在着制造成本较梁柱式高,使用操作不如梁柱式方便等缺点。出砂孔应尽量避免设在受力的主传力筋上,出砂孔的位置应远离应力最大的区域,尺 寸不要过大,形状以圆形为好,孔边最好设有加强圈。   这使液压机成为理想的成型工艺设备。(5) 逐步向柔性加工系统发展,即把微电子技术、自动检测及反馈、工业机器人 和自动仓库结合在一起,将多太不同功能的设备组成柔性加工系统或中心, 以适应中小批量多品种工件的自动化合理加工。对于活动横梁,其结构应根据压制工艺性质而定。20 世纪 60 年代开始,出现下拉式结构,它由两根立柱及上下横梁组成一个可动的封 11 液压成型机械活动横梁设计 闭框架,工作缸安装在下横梁上,也随框架一起运动。但如速度太快,会在 停止或换向时引起冲击及震动 工作行程速度选定为 5 mm/s ,空行程速度为 100 mm/s , 回程速度为 50mm/s。由于猾块(活动横 梁)没有固定的下死点。油在防腐 蚀、防锈和润滑性能等方面都比乳化液好,油的黏度比较大,容易密封,因此,近年来, 采用油为工作介质的越来越多。上述的不同行程由操纵系 统控制液压系统中各种阀的动作来实现。3 液压成型机械活动横梁设计 80 年代以来,液压机技术有了飞速的发展,主要表现在以下几个方面: (1) 迅速采用数控(NC)及计算机控制(CNC)技术,以实现工艺过程自动化, 及提高各运动部分的精度。其输出载荷的大小主要取 决与液体工作压力和工作缸面积。锻压设备的技术水平,生产能力和自动化程度 直接影响着我国工业,农业,国防,航天航空等行业的发展和技术进步,影响着我国 现代化进程。下拉式的优点: (1) 液压机重心低,几乎与地面处与同一水平,因此稳定性好。液压机则与其相反,所以液压机对要求工 作要求行程较长而且变形力均匀的工艺十分适应。立柱与上下横梁连接的结构形式有双螺母式、锥台式、锥套式。从机架形式看,有立式和卧式;液 压机是最早应用液压传动的机械之一, 目前液压传动已成为压力加工机械的主要传动 形式。(2) 工作缸在地面以下, 地面上几乎没有什么管道, 当油为工作介质时, 不易着火, 比较安全,管道连接处不受液压机晃动或机架变形的影响,不易损坏。查横梁计算公式表:活动横梁/单缸或双缸,压于限程套上/见受力分析图/最大弯矩计 算式: 1 (1) 求支座反力:R 1 =R 2 = F =1500 KN 2 (2) 列剪力方程和弯矩方程 因在中点处有集中力的作用 1 Q 1 =R 1 = F =1500 KN 2 R A 对截面形心之矩为 R A 1 l ,顺时针转向按“左顺右逆”的规则知,由它引起的弯 2 矩为正。   但由于液压机经常处与反复加载的情况,因而 ,螺母易 松动,如不及时紧固,机架在加载及卸载时就会剧烈晃动,造成立柱的折断。有很 多地方都是一直沿用古老的设计,因此需要创新。锻 造液压机要求工作速度较高,可达50—150mm/s,四柱万能及切边液压机的工作速度 则在 5—15mm/s 左右,而电极挤压速度仅为3mm/s。尽可能的满足工艺要求,以便操作: 具有合理的强度、刚度及运动部分的导向精度,使用可靠,不易 其中,工艺要求是最主要的因素。对柱套而言,主要承受压力和弯矩,抗弯刚度较大,且两者均处于 平均应力较高但应力波动小的非对称应力循环状态,因此,大大提高了机 身的抗疲劳性能。横梁为铸造结 构,也有采用焊接结构的。我国已能自行设计和制造汽车、机车、发电设备、轧钢设、飞机、火箭、人造卫星等 产品。并 用肋板与外壁或相互之间连接起来。   (2) 锻造液压机:用于自由锻、钢锭开胚及金属模锻。液压机是根据静态下液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的,它是一种利用液体 压力工作的机器。它们应根据工艺过程操作上的要求来确 定。它应具有较好的 防腐蚀和防锈性能,并有一定的润滑作用。按机架形式分:立式、卧式 按工作缸数量分:单缸、三缸或多缸 按机架组成方式分:有梁柱组合式、单臂式和框架式。他的安全装置能可靠的防止过载。19 液压成型机械活动横梁设计 图 2-4 单活塞杆液压缸计算简图 (a)活塞杆伸出 (b)活塞杆退回 Fig. 2-4 calculation schematic of single piston rod hydraulic cylinder 2.4.4 液压缸参数计算 1) ,缸体内径 为了使液压机的结构紧凑,应使液压缸外径尽可能减小。整体框架式机身则是将上下横梁及两个立柱做成一个整体(铸造或焊接) ,为减轻 质量,其截面一般作成空心相形结构,这样可以保持较高的抗弯刚度,立柱部分多作 成矩形截面,以便于安装导向装置。增压器由低压缸和高压缸组成。在框架式液压机中,活动横 梁的运动是靠安装 在机身上的平面可调导向装置进行的导向,且间隙可以 精确调整,大大提高了抗侧推力的能力,导向精度较高,同时,框架式液 压机的立柱抗弯能力大,受侧推力作用时弯曲变形较小,也有利与保持较 高的导向精度。12 与梁柱式机身的液压机相比,框架式液压机具有如下特点: (1) 机身刚度好,组合框架式液压机机身采用了预应力结构,且拉杆与立柱的 横接面积之和较大,当承受工作载荷时,机身产生的变形量较小,另一方 面,当活动横梁受到偏心载荷时,活动横梁偏转所引起的侧向推力均由立 柱来承受,拉杆不受弯矩作用,由于立柱的横向尺寸较大且多为箱型结构, 其抗弯刚度较高,故横向推力不会使立柱产生大的弯曲变形。液体压力传动原理为:在充满液体的密闭容器内液体,施与任一点的单位外力,能 传播至液体全部,其数值不变,其方向垂直与容器的表面。缺点: (1) 液压机采用液体作为工作介质, 因而对液压元件的精度和密封条件要求较高。1.2.3 液压机的分类 作为锻压设备的一类,液压机采用国标规定的锻压机械型号。1934 年,德国制造 了 70MN 的模锻水压机, 第二次世界大战时期德国又制造了一台 300MN 的水压机, 1955 年左右,美国先后制造了两台 315MN 及两台 450MN 的大型模锻水压机,苏联则在 50 年代后期先后制造了几台 300MN 及两台 750MN 的大型模锻水压机。除了工作台尺寸外,在有些四柱式或双柱式液压机中,反映液压机平面尺寸上工作空 间大小的参数,还有立柱中心距(宽边及窄边) 。而在组合框架结构中,将原来的立柱改为由高强材料组 成的拉紧螺栓来承受拉力和由空心立柱来承受弯矩及轴向压力,大大改善 了立柱的受力状况:对拉紧螺栓而言,虽然未承载时和承载状况下均有较 高的应力,但应力波动小,且其截面形状无剧烈变化,不会产生大的应力 集中;活动横梁以 4 根立柱为导向,在上下横 梁之间做往复运动。在液压机不需要大量高压液体时,如 停止或回程时,泵输出的高压液体可部分或全部贮存于蓄势器中,而当液压机需要大量高 压液体时,则由泵和蓄势器同时提供。7),允许最大偏心距 在液压机上进行的许多工艺操作中,往往要承受偏心载荷。
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