45MN自由鍛造油壓機主體結構設計開題報告

1 45MN自由鍛造油壓機主體結構設計 1 選題背景及其意義 本課題來源于企業(yè)的委托，通過校外企業(yè)的委托任務，使我們能夠將大學 4年的知識學習和企業(yè)工作聯系起來 。 45MN自由鍛造油壓機是中小型鍛造車間廣泛使用的一種設備 ，適用于鋼錠的開坯和各種軸類、餅類、環(huán)類、筒體類鍛件相對應的鐓粗、抜長、滾圓、沖孔、擴孔等鍛造，為機械、電力、化工、造船和軍工等行業(yè)提供各類鍛件。自由鍛造壓機按工作性質分主要有兩種，采用乳化液的一般稱為水壓機，采用液壓油的稱為油壓機，水壓機一般采用水泵 -蓄勢器傳動，油壓機采用油泵直接傳動。 設計 45MN自由鍛造油壓機滿足鍛件質量的需求、對制造業(yè)的技術進步是有著重要意義的。通過鍛造油壓機畢業(yè)設計，使學生充分了解自由鍛造油壓機的結構、特點、控制原理以及工藝特點等， 具有機械產品的調研、查閱資料、可行性分析、初步設計、技術設計、工作圖設計等各個環(huán)節(jié)的能力，掌握一定的冷熱加工知識，設計水平達到本科生的要求 。 2 文獻綜述（國內外研究現狀與發(fā)展趨勢） 雙柱下拉式快鍛液壓機曾得到很快發(fā)展，成為中、小型快鍛液壓機的主要形 式。但其基本弱點是運動部分質量、慣性太大，以及主要部件位于地下空間，也不利于用于取代車間現有 的鍛錘。 20世紀 70年代中期，英國戴維（ Davy)公司開始發(fā)展一種新型的、適用于快速鍛造的雙柱上傳動鍛造液壓機。第一臺是 1977年安裝于一個合金鋼鍛造廠的8MN液壓機。 這種結構的機架為預緊結構，立柱由柱塞及拉桿組成，上橫梁與下橫梁通過拉桿及兩端的螺母與帶有支承套的柱套預緊成一個剛性封閉框架。立柱的柱套抗彎剛度好，主要承受偏心鍛造時的彎矩，而拉桿則承受軸向拉力。 這種結構剛性好，穩(wěn)定性好，而運動部分慣性又比下拉式小，因此快速鍛造時穩(wěn)定性也較好。下圖及表為日本鋼所 (JSW）生產的雙柱上傳動鍛 造液壓機的主要技術參數。 2 1997年，沈陽重型機械集團研制了 38MN雙柱上傳動鍛造液壓機，機架為預應力框架，每邊立柱中有 5根高強張力柱，框架中心線與移動工作臺成 55度角。橫向移砧臺與移動工作臺方向垂直。立柱截面為方形，采用平面可調導向 。 3 3 研究內容 3.1 45MN 自由鍛造油壓機工作原理 45MN 自由鍛造油壓機是將油壓能轉換成機械功，即是高壓油進入工作缸經過活動橫梁將力傳到鍛件上，使它產生塑性變形，提高鍛件的性能 。 3.2 立柱及其導向 1） 立柱 立柱式機架是常見的機架形式，一般 由立柱通過螺母將上、下橫梁緊固地連結在一起，組成一個剛性的空間框架。在這個框架中，既安裝了油壓機本體的主要零部件，又在油壓機工作時，承受液壓機的全部工作載荷，并作液壓機運動部分的導向。整個機架的剛度和精度，在很大程度上取決于立柱與上下橫梁的連接。25MN 以下的液壓機，其立柱多做成實心的，實心立柱的兩端要鉆出預緊螺母用的加熱孔， 30MN 以上的液壓機的立柱一般采用空心立柱，因為立柱較粗，制造時不易鍛透，它的中心可能會有疏松或者裂紋所以要將中心部分鉆掉，可以方便檢查質量并且避免形成疲勞裂紋。我所設計的是 45MN 自 由鍛造油壓機，它的立柱采用空心立柱。 2)立柱的導向裝置 活動橫梁運動工作時，一般以立柱為導向，因為活動橫梁往復運動比較頻繁， 并且在偏心加壓時有很大的側推力，所以，不可能讓活動橫梁與立柱直接接觸，互相磨損，必須選擇耐磨損，易更換的材料作為兩者之間的導向裝置。導向裝置的質量直接關系到活動橫梁的運動精度及被加工件的尺寸精度，也會影響到工作缸密封件與導向面的磨損情況，對模具壽命及受力情況也均有影響，為此，必須合理選用導向位置。 導向裝置可分為導套與平面導板兩大類。對于圓截面的立柱，都是在活動橫梁的立柱孔中采用導 套結構，可分為圓柱面導套和球面導套。 3.3 橫梁 1） 橫梁的結構設計 三個橫梁（上橫梁、活動橫梁及下橫梁）是油壓機主體重要的部件，它們外形尺寸很大，重量也大，占液壓機本體總重的絕大部分。為了節(jié)約金屬和減輕重量，一般將橫梁做成箱形，在安裝各種缸、柱塞及立柱的地方做成圓筒形，中間加設筋板，承載大的地方筋板較密，以提高剛度，降低局部應力。合理地布置筋板，可以使橫梁重量輕，又有足夠的強度和均勻的剛度。筋板一般按方格形或輻射形布置。 2）上橫梁 上橫梁的立柱孔應比立柱插入部分的外徑略大，對于中、小型油壓機，應有 4 1-2mm 間隙，否則，會因立柱垂直度公差疊加（兩立柱同時向里或向外，對角線方向同時向里或向外的偏差），而發(fā)生裝不進的現象，下孔的間隙應比上孔略大些，中間部分則在直徑上可擴大 50mm。上橫梁工作缸孔應做成圓形的支承筒形式，用來保證工作缸支承面上有均勻的剛度，防止由于上橫梁不均勻變形而使工作缸的支承反力局部集中，降低缸的使用壽命。 3）活動橫梁 活動橫梁與工作缸的柱塞或活塞桿相連接來傳遞油壓機的作用力，四角有立柱孔，以立柱為往復運動的導向，下表面則安裝和固定模具或者砧子。所以，活動橫梁應有足夠的承壓能力，一般把柱塞下面 的筋板設計成圓筒形或方格形，如圖 1-1 所示，除了應有足夠的承壓強度外，活動橫梁還應具有一定的剛度與抗彎能力，常把它設計成高度略低于上橫梁而壁厚均勻的封閉箱型體。為了防止工作缸滲漏處的工作液體儲存于活動橫梁中，還要考慮將上蓋板設計成能將積存液體順利排出。 圖 1-1 活動橫梁 4） 下橫梁 下橫梁也稱底座，它是油壓機整個本體的基座，它本身又通過支承座承于基 底上，下橫梁上除了有固定模具或工具的各種溝槽外，有時候還安裝有頂出器和其他零件。對于 45MN 自由鍛造油壓機這種中型油壓機而言，在 下橫梁上表面設T 形槽，用來固定模具。 3.4 移動工作臺 5 移動工作臺一般安裝在下橫梁上，在鍛造工序開始前，移動工作臺移動到油 壓機機架外面，以便吊車把加熱好的鋼錠吊到工作臺上，然后載著鋼錠移動到油壓機機架中心，進行鐓粗或其他鍛造工序，鍛造完成后再移除機架便于吊車吊走鍛好的鍛件。移動工作臺本身為鑄鋼件，臺面開 T 形槽便于固定砧座或模具，在工作臺與下橫梁之間裝有鑄鐵墊板，墊板上開有潤滑油槽。移動工作臺由拉帶拖動，而拉帶則由工作臺的液壓缸驅動。 移動工作臺的結構如圖 1-2 所示，工作臺本身為鑄鋼件，臺面上開有 T 形槽 便 于固定砧座或模具，在工作臺與下橫梁之間裝有鑄鐵墊板 2，墊板上開有潤滑油槽，墊板是易損件，磨損后應該定期更換，移動工作臺由拉帶 3 拖帶，拉帶則由工作臺的液壓缸驅動。 圖 1-2 移動工作臺 1 移動工作臺 2 鑄鐵墊板 3 拉帶 3.5 液壓缸 在液壓機中的液壓缸部件通?？煞譃橹健⒒钊胶筒顒又?。活塞式 液壓缸多用于中小型油壓機中，柱塞式液壓缸廣泛用于工作缸、回程缸、工作臺移動缸及平衡缸。根據本課題各個部件工作形式，選擇主缸為柱 塞式。 4 研究方案 4.1 總體方案 主要技術參數： 1. 公稱噸位 : 45MN； 2. 壓力分級： 15/30/45 MN； 6 3. 工作介質 : 液壓油； 4. 傳動形式 : 油泵直接傳動 5. 工作壓力 : 31.5 M Pa； 6. 柱塞行程 : 2400mm； 7. 凈空距 : 5000mm。 4.2 方案比較 (1） 三梁四柱式上傳動機架 這是最常見的結構形式，廣泛應用于各種用途的液壓機中，其結構簡圖如圖2-1 所示。在這種結構中，回程缸 11 固定于上橫梁 3 的兩側，回程的時候，高壓液體進到回程缸，推動回程柱塞 10 向上運動，通過其頂部小橫梁 9 及拉桿 12，帶動活動橫梁向上回程。上下橫梁與立柱應該組成一個剛性封閉框架，要承受液壓機的全部工作載荷，不能有任何松動，所以液壓機的地基不承受工作載荷。 在傳統(tǒng)的上傳動三梁四柱式結構中，油壓機主體的重心高出地面很多，穩(wěn)定性比較差。而對于中小型段造油壓機，每分鐘鍛造次數可達 80-100 次，如果仍然用三梁四柱式結構，在快速鍛造時機架晃動會很大。 7 8 (2） 雙柱下拉式機架 如圖 2-2所示，它由兩根立柱 3及上下橫梁 1、 6組成一個可運動的封閉框架，3個工作缸 8安裝在下橫梁 6上，也隨框架一起運動，而 3個工作柱塞 7則固定在不動的固定梁 5上 . 9 10 (3）雙柱上 傳動 機架 圖 2-3 雙柱上傳動鍛造液壓機 比較 ： （ 1）下拉式與上傳動的比較 下拉式結構有以下優(yōu)點： 1） 油壓機本體重心低，與地面水平接近，所以穩(wěn)定性好。 2） 工作缸在地面以下，不易著火，比較安全。 3） 上橫梁寬度不取決于工作缸外徑，所以上橫梁可設計得比較窄，便于操作。 4） 框架按一定角度的斜線布置，在縱、橫兩個方向上方便地布置移動臺。 5） 由于高度較低，可以安裝在高度較低的車間里。 下拉式結構弱點： 1） 運動部分質量、慣性太大 2） 主要部件位于地下，不容易觀察與檢修，同時要求很深的地下空間，也不利于取代車間現有的鍛錘。 （ 2） 雙柱式與四柱式相比的優(yōu)點： 11 1） 鍛造空間大 2） 壓機司機視野開闊 3） 鍛造天車易于接近液壓機中心 4） 鋼錠送進及取出方便 4.2 擬采取的技術措施 我所研究的課題是 45MN 自由鍛造油壓機是中小型鍛造車間廣泛使用的一種 設備，綜合各方面考慮，我選擇的方案是雙柱上 傳動。 5 進度計劃 2013 年 11 月： 調研，查找相關資料。 2013 年 12 月 - 2014 年 1 月： 初步擬定課題總體方 案，確定方案。 2014 年 1 月 - 2014 年 2 月：主要零、部件的設計計算。 2014 年 3 月 -2014 年 4 月： 完成總裝圖、部件圖和零件圖。 2014 年 5 月 -2014 年 6 月： 撰寫設計說明書，準備答辯。 12 6.論文的框架 1 緒論 1.1 自由鍛造液壓機的概述 1.2 45MN 自由鍛造油壓機的基本參數 1.3 45MN 自由鍛造油壓機的發(fā)展概論 1.4 45MN 自由鍛造油壓機的特點 1.5 45MN 自由鍛造油壓機的工作原理 2 45MN 自由鍛造油壓機本體結構設計概況 2.1 45MN 自由鍛造油壓機本體結構設計內容 3 45MN 自由鍛造油壓機本體主要零部件結構設計及其力學分析 3.1 液壓缸部件 3.1.1 結構設計與使用情況 3.1.2 受力分析與強度計算 3.2 立柱及導向 3.2.1 立柱的結構及上、下橫梁連結形式 3.2.2 立柱的強度計算 3.2.3 立柱的螺母及預緊 3.2.4 立柱的導向裝置 3.3 橫梁 3.3.1 橫梁的結構設計 3.3.2 橫梁的強度與剛度計算 3.4 其他零部件的設計與計算 4 圖紙的繪制 4.1 裝配圖的繪制 4.2 零部件圖的繪制 5 結論 參考文獻 致謝 13 參考文獻 1郭曉峰 .自由鍛造液壓機的發(fā)展和展望 .重型機械 .2012 2楊建民 . 120MN鍛造液壓機本體整體性研究 . 燕山大學 2007 3韓倫 . 60MN鍛造水壓機本體關鍵件結構分析 . 燕山大學 2006 4鄭剛 . 3500t油壓機主機設計 .紅外與激光技術 .1989年第 3期 5高俊峰 .我國快鍛液壓機的發(fā)展與現狀 .鍛壓技術 .2008 6徐宇謹 .快速鍛造液壓機組主機結構型式與選型、重型機械 .2004