沖床的液壓系統(tǒng)設(shè)計（全套圖紙）

1、摘 要本文主要闡述了沖床的液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要工作特點是高頻、高速、高壓。液壓技術(shù)是機械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。沖床的滑塊由液壓缸驅(qū)動，用于液壓工件的沖剪加工，可以實現(xiàn)滑塊快速下降沖剪下降快速上升停止的工作循環(huán)。近年來，沖壓液壓機在提高行程次數(shù)的快速性技術(shù)、提高工作精度的主動抗偏技術(shù)、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術(shù)、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動技術(shù)以及多壓力點同步技術(shù)和滑塊位置與傳送的數(shù)控調(diào)節(jié)技術(shù)等方面進步很快，過去液壓機與機械壓力機對比中的缺點已經(jīng)接近消失。傳統(tǒng)的沖壓加工設(shè)備，在技術(shù)性能、加工質(zhì)量保證和可靠性以及運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性方面越來越不適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動化生產(chǎn)的需

2、求。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)、 沖床、 液壓缸abstractthis paper mainly expounds the hydraulic system of punch, the main characteristics of this system is high frequency, high speed, high pressure. hydraulic technology is one of the fastest growing technology in mechanical equipment. especially with the microelectronics, the

3、combination of computer technology in recent years, so that the hydraulic technology has entered a new stage of development. press slider drivens by the hydraulic cylinder, hydraulic parts used for punching processing, can realize the rapid decline of a slider punching down a stop rapid rise in a wo

4、rking cycle. stamping technology is currently being one of the metal pressure processing method is widely used, it has the characteristics of high efficiency, good quality, energy saving, low cost, so the use of stamping technology more and more advanced industrial countries instead of cutting and o

5、ther processing technology. stamping technology is widely used in automobile, agricultural machinery, household appliances, electronic instruments, the defense industry and daily necessities such as production department. in recent years, hydraulic stamping press in improving stroke times fast techn

6、ology, precision technology, active anti offset to improve the performance and reduce noise at lower cutting damping technology, energy saving hybrid drive technology installed power and synchronization technology multi-point pressure and sliding block position and transmission of nc technology prog

7、ress soon, the past hydraulic and mechanical press in comparison of shortcomings is almost gone. stamping processing equipment in the traditional, technical performance, and reliability and operation economy more and more cant adapt to the modern automobile industry, large-scale mass production auto

8、mation needs.keywords: hydraulic press hydraulic cylinder目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1.1 液壓技術(shù)及其影響11.1.2 沖床液壓系統(tǒng)21.2 液壓傳動的工作原理及其組成部分21.2.1 液壓傳動的工作原理31.2.2 液壓傳動的組成31.3 液壓傳動的優(yōu)缺點41.3.1 液壓傳動的優(yōu)點41.3.2 液壓傳動的缺點51.5 沖壓設(shè)備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢81.5.1 沖壓設(shè)備概述81.5.2 沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢81.6 課題的來源及研究的目的和意義91.7 課題的研究內(nèi)容9第2章 沖床液壓系統(tǒng)分析102.1 高速沖床液

9、壓系統(tǒng)分析102.1.1 沖床液壓系統(tǒng)圖102.1.2 高速沖床液壓系統(tǒng)工作過程112.2 系統(tǒng)基本工作參數(shù)112.2.1 最大沖載孔徑和沖載板厚的確定112.2.2 系統(tǒng)壓力選定122.2.3 周期和行程12第3章 確定執(zhí)行元件143.1 液壓缸基本參數(shù)確定143.1.1 缸筒的設(shè)計計算143.1.2 活塞桿163.1.3 液壓缸進油口尺寸173.1.4 液壓缸的密封173.1.5 液壓缸摩擦力的計算183.1.6 液壓缸基本結(jié)構(gòu)193.2 泵的選擇203.2.1 泵的排量203.2.2 泵的選用203.3 電機的選擇203.4 速度驗算203.4.1 空行時速度驗算203.4.2 沖壓板厚

10、為1mm時速度驗算213.5 蓄能器223.5.1 蓄能器分類223.5.2 蓄能器充氣壓力p的確定223.5.3 蓄能器容量計算223.6 管路的選擇243.6.1 管路內(nèi)徑計算243.6.2 管道壁厚243.7 油箱設(shè)計253.8 冷卻器253.9 過濾器263.10 閥的選用263.10.1 比例伺服閥的選擇263.10.2 其他閥的選擇26第4章 沖床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計284.1 閥塊的總裝結(jié)構(gòu)圖284.2 閥塊結(jié)構(gòu)圖284.3 沖床液壓站結(jié)構(gòu)圖294.4 液壓缸結(jié)構(gòu)圖30第5章 液壓缸缸筒缸桿的有限元分析315.1 有限元基本理論分析315.1.1 有限元的發(fā)展介紹315.1.2 有限

11、元分析的基本思想335.1.3 有限元分析基本過程345.2 adnia軟件介紹355.3 靜力分析365.4 總結(jié)與分析38第6章 沖床液壓站成本估算統(tǒng)計396.1 元件明細396.2 液壓站報價明細40結(jié) 論41致 謝42參考文獻43附 錄144附 錄246第1章 緒 論1.1 研究意義液壓沖床（如圖1-1所示）是目前是沖壓設(shè)備行業(yè)上的一款全自動、智能化的伺服電液復(fù)合壓力機，其與傳統(tǒng)沖床和注壓機相比，無論是在機械結(jié)構(gòu)上，還是控制系統(tǒng)及功能上都有極大的突破。液壓沖床采用了自主研發(fā)的雙死循環(huán)伺服系統(tǒng)控制方式，人性化程度高、全程自動化、智能化且功能強大。圖1-1 液壓沖床1.1.1 液壓技術(shù)及其

12、影響液壓技術(shù)作為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一，已成為工業(yè)機械、工程建設(shè)機械及國際尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)基礎(chǔ)。是它們向自動化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。世界工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠高于機械工業(yè)的發(fā)展速度。液壓元件及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓工程技術(shù)。機械制造是為國民經(jīng)濟各部門和自身技術(shù)改造提供先進技術(shù)裝備的工業(yè)部門。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、及切削等是機械制造工業(yè)獲取毛坯、成形產(chǎn)品及提高零件機械性能的重要生產(chǎn)方法，在眾多金屬冷、熱加工機器設(shè)備中普遍使用液壓技術(shù)，其中壓力機和金屬切削機床是應(yīng)用液壓技術(shù)較早較廣的領(lǐng)域。在車、

13、銑、刨、磨、鉆各類液壓機床中，主要利用液壓技術(shù)可在較寬范圍內(nèi)進行無級調(diào)速，具有良好的換向及換接性能，易于實現(xiàn)工作循環(huán)等優(yōu)點，完成工件及刀具的夾緊、控制進給速度和驅(qū)動主軸作業(yè)，盡管現(xiàn)代數(shù)控機床、加工中心等先進制造設(shè)備中采用電伺服系統(tǒng)，但采用液壓傳動與控制仍然是現(xiàn)代金屬切削機床自動化的重要途徑。在鍛造機、液壓機、折彎機、剪切機等壓力加工設(shè)備中，主要利用液壓傳動傳遞力較大、便于壓力調(diào)節(jié)控制和過載保護的特點，進行下料、成形加工等作業(yè)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等機器設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度高、粉塵多、濕度大、有腐蝕性氣體、振動噪聲大。因此要求機器要有良好的適應(yīng)性、可靠性和維護性。在造型機及澆鑄機

14、、焊接機、淬火機等鑄造、焊接及熱處理機器設(shè)備中，主要利用液壓技術(shù)便于無級調(diào)速和遠距離遙控作業(yè)等特點，進行造型及鑄型輸送與澆鑄、高溫零件抓取等作業(yè)，以減輕勞動者勞動強度、避免和減少熱輻射和有害氣體對人身的侵襲并提高生產(chǎn)率。1.1.2 沖床液壓系統(tǒng)沖床的滑塊由液壓缸驅(qū)動，用于液壓工件的沖剪加工，可以實現(xiàn)滑塊快速下降沖剪下降快速上升停止的工作循環(huán)。1.2 液壓傳動的工作原理及其組成部分液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及

15、堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。1.2.1 液壓傳動的工作原理液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件（液壓缸或馬達）把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動工作機構(gòu)，實現(xiàn)直線往復(fù)運動和回轉(zhuǎn)運動。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、

16、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。1.2.2 液壓傳動的組成液壓傳動系統(tǒng)主要由下列5部分組成：（1）動力元件，即液壓泵，其職能是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力動能（表現(xiàn)為壓力、流量），其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng)的動力源。（2）執(zhí)行元件，指液壓缸或液壓馬達，其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能而對外做功，液壓缸可驅(qū)動工作機構(gòu)實現(xiàn)往復(fù)直線運動（或擺動），液壓馬達可完成回轉(zhuǎn)運動。（3）控制調(diào)節(jié)元件，指各種閥利用這些元件可以控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中液體的壓力、流量和方向等，以保證執(zhí)行元件能按照人們預(yù)期的要求進行工作。（4）輔助元件，包括油箱、濾油器、管路及接頭、冷卻器、壓力表等。它們的作用是提供必要的條件使

17、系統(tǒng)正常工作并便于監(jiān)測控制。（5）工作介質(zhì)，即傳動液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介質(zhì)實現(xiàn)運動和動力傳遞的，另外液壓油還可以對液壓元件中相互運動的零件起潤滑作用。1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點1.3.1 液壓傳動的優(yōu)點(1) 傳動平穩(wěn)在液壓傳動裝置中，由于液壓油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，因此不像機械機構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。(2) 質(zhì)量輕體積小液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比

18、，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動控制和要求減輕質(zhì)量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的1m3挖掘機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質(zhì)量減輕了1t。(3) 承載能力大液壓傳動易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。(4) 容易實現(xiàn)無級調(diào)速在液壓傳動中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大，可達2000:1，很容易獲得極低的速度。(5) 易于實現(xiàn)過載保護液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事故。 (6) 液壓元件能夠自動潤滑由于采用液壓油作為工作介

19、質(zhì)，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。(7) 容易實現(xiàn)復(fù)雜的動作采用液壓傳動能獲得各種復(fù)雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。(8) 簡化機構(gòu)采用液壓傳動可大大地簡化機械結(jié)構(gòu)，從而減少了機械零部件數(shù)目。(9) 便于實現(xiàn)自動化液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床和自動線上應(yīng)用得很普遍。1.3.2 液壓傳動的缺點(1) 液壓元件制造精度要求高由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護比較格。(2) 實現(xiàn)定比傳動困難液壓傳動是以液壓油液為工作

20、介質(zhì)，在相對運動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動比要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(tǒng)。(3) 液壓油液受溫度的影響由于液壓油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。(4) 不適宜遠距離輸送動力由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。(5) 油液中混入空氣易影響工作性能油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。(6) 油液容易污染油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。(7) 發(fā)生故障不易檢查和排除。1.4 液壓技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17

21、世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。第一個使用液壓原理的是1795年英國約瑟夫布拉曼（joseph braman，1749-1814），在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905年他又將工作介質(zhì)由水改為油，使其性能得到了進一步的到改善。第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）后液壓傳動廣泛應(yīng)用，特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀末20世紀初的20年間，才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925年維克斯（f.

22、vikers）發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20世紀初康斯坦丁尼斯克（g constantimsco）對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究；1910年對液力傳動（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方面的貢獻，使這兩方面領(lǐng)域得到了展。我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機床和鍛壓設(shè)備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個工業(yè)部門，在機床、工程機械、冶金、農(nóng)業(yè)機械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應(yīng)用。當前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計算機輔助

23、設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等工作，也取得了顯著成果。目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機械工業(yè)在認真消化、推廣國外引進的先進液壓技術(shù)的同時，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標準，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對一些性能差而且不符合國家標準的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進一步發(fā)展，在各種機械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。國內(nèi)的壓力加工行業(yè)對數(shù)控壓力機有著很大的需求量。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，在“八五”期間國內(nèi)數(shù)控壓力機的年需求量將

24、不斷上升。但是引進外國設(shè)備不僅價格高，而且還受到外匯使用上的限制。只有大型企業(yè)和經(jīng)濟實力很雄厚的企業(yè)才有能力購買，而許多中、小型廠家則無法購買到所需的數(shù)控壓力機。由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高科技成果，如：自控技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、可靠性及新工藝新材料等，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使產(chǎn)品的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡量如此，走向21世紀的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展，不斷擴大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾方面。減少損耗，充分利用能量液壓技術(shù)在將機械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換過程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個問題：

25、減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失；減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量；采用靜壓技術(shù)和新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統(tǒng)性能，采用負荷傳感系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。我國電液伺服技術(shù)始于六十年代，到七十年代有了實際應(yīng)用產(chǎn)品，目前約有年產(chǎn)能力2000臺；電液比例技術(shù)到七十年代中期開始發(fā)展，現(xiàn)有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，約形成有年產(chǎn)能力5000臺?？偟目矗覈娨核欧壤夹g(shù)與國際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問題等，都

26、有礙于該項技術(shù)進一步地擴大應(yīng)用，急待盡快提高。在流體產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)，目前世界上最大的流體產(chǎn)品（主要是液壓件、密封件及液壓附件等）制造企業(yè)，美國的派克（parket）公司，成立于1918年，也有近100年歷史，可以提供品種齊全的、高技術(shù)水平的液壓件、密封件及所有的液壓附件。目前世界上最大的用于靜液壓系統(tǒng)的變量液壓元件制造企業(yè)，德國的博士力士樂公司，已有200多年的歷史，從1953年開始全面制造液壓元件，也有50年以上歷史。其最具特色的產(chǎn)品是用于靜液壓傳動的變量系統(tǒng)液壓元件，無論是斜盤式或斜軸式，閉式（泵控）或開式（閥控）系統(tǒng)液壓元件品種都非常齊全，能為各種需要靜液壓系統(tǒng)元件的工程機械整個系統(tǒng)成套配套

27、。還有世界上最大的傳動部件制造企業(yè)，德國的zf公司，成立于1915年，也有近100年歷史，能為各種工程機械提供品種齊全的傳動部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國西門子電氣公司，以及日本的東芝公司、川崎公司、德國的博士（bose）公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久歷史，能滿足工程機械各種高技術(shù)水平的電氣系統(tǒng)和電氣元件的要求。在科學技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)正對人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響。這些信息技術(shù)的進步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向，為數(shù)字化設(shè)計資源與制造資源的遠程共享，進一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了基礎(chǔ)

28、。這一點已經(jīng)引起了學術(shù)界的廣泛關(guān)注，并且有很多科研學者已經(jīng)投入到了這方面的研究。目前在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計時，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠程設(shè)計服務(wù)可以解決這些問題。為減輕液壓設(shè)計人員的工作負擔，實現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)計模式的轉(zhuǎn)變以及設(shè)計資源、技術(shù)資源和產(chǎn)品信息的共享。1.5 沖壓設(shè)備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢1.5.1 沖壓設(shè)備概述沖壓技術(shù)是目前被廣泛應(yīng)用的金屬壓力加工方法之一，它具有效率高、質(zhì)量好、能量省、成本低的特點，所以工業(yè)先進的國家越來越多的采用沖壓技術(shù)來代替切削技術(shù)和其他加工技術(shù)。沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)機械、家用電器、電子

29、儀表、國防工業(yè)及日用品等生產(chǎn)部門。先進的沖壓設(shè)備是沖壓技術(shù)發(fā)展的先決條件，當今國內(nèi)外的沖壓設(shè)備其沖壓系統(tǒng)主要由機械式和液壓式兩種3。隨著電子技術(shù)和液壓技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種液壓式數(shù)控壓力機。液壓式壓力機采用液壓傳動系統(tǒng)來代替曲柄滑塊機構(gòu)。1.5.2 沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢近年來，沖壓液壓機在提高行程次數(shù)的快速性技術(shù)、提高工作精度的主動抗偏技術(shù)、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術(shù)、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動技術(shù)以及多壓力點同步技術(shù)和滑塊位置與傳送的數(shù)控調(diào)節(jié)技術(shù)等方面進步很快，過去液壓機與機械壓力機對比中的缺點已經(jīng)接近消失1。傳統(tǒng)的沖壓加工設(shè)備，在技術(shù)性能、加工質(zhì)量保證和可靠性以及運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性方面越

30、來越不適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動化生產(chǎn)的需求2。為提高工作效率，降低能源消耗，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，國外生產(chǎn)廠家制造出先進的數(shù)控告訴沖壓設(shè)備，其基本特點為：（1） 滑塊行程次數(shù)高，滑塊行程次數(shù)一般高于200次/min；（2） 精度要求高，尤其是對壓力機的動態(tài)精度要求很高；（3） 震動和噪聲要求小，設(shè)備的動平衡要求高；（4） 制動性能好；（5）檢測控制系統(tǒng)完善，一般采用pcl控制器和數(shù)控技術(shù)隊沖壓設(shè)備各元件和參數(shù)進行檢測和設(shè)定來實現(xiàn)工作過程自動化。（6）其輔助設(shè)備齊全，應(yīng)配備自動送料及廢料剪切等機構(gòu)。現(xiàn)代先進的沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢：高速化、高效化、低消耗。提高液壓機的工作效率，降低生產(chǎn)成本；機電液

31、一體化。充分利用機械和電子方面的先進技術(shù)促進整個液壓系統(tǒng)的完善；自動化、智能化；液壓元件集成化，標準化。1.6 課題的來源及研究的目的和意義課題來源于沈陽中之杰流體傳動控制有限公司沖床就是一臺沖壓式壓力機。在國民生產(chǎn)中，沖壓工藝對于比較傳統(tǒng)機械加工來說有節(jié)約材料和能源，效率高，對操作者技術(shù)要求不高及通過各種模具應(yīng)用可以做出機械加工所無法達到的產(chǎn)品這些優(yōu)點，因而它的用途越來越廣泛。因此通過本次畢業(yè)設(shè)計主要學習掌握綜合運用液壓傳動、機械設(shè)計、工程系統(tǒng)等課程中所學理論知識的能力；著重突出液壓系統(tǒng)設(shè)計的獨立性和實用性，培養(yǎng)和提高獨立分析問題和解決實際問題的能力，為今后適應(yīng)工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下

32、堅實基礎(chǔ)。1.7 課題的研究內(nèi)容對現(xiàn)有的沖床液壓系統(tǒng)進行調(diào)研和分析，明確沖床液壓系統(tǒng)的工作機理和分類，設(shè)計沖床液壓系統(tǒng)中的相關(guān)部分，并對其進行總結(jié)。其中包括：（1）分析現(xiàn)有液壓沖床液壓系統(tǒng)的組成和工作原理；（2）設(shè)計沖床液壓系統(tǒng)原理圖；（3）設(shè)計沖床液壓油源；（4）設(shè)計液壓缸的裝配圖；（5）設(shè)計液壓缸的部分零件圖；（6）設(shè)計系統(tǒng)所需的閥塊裝配圖；（7）設(shè)計閥塊的零件圖；（8）撰寫畢業(yè)論文。第2章 沖床液壓系統(tǒng)分析2.1 高速沖床液壓系統(tǒng)分析高速沖床既可對工件進行沖孔又可進行沖壓成形。不同的加工方式對系統(tǒng)的壓力，沖頭的速度都有不同的要求，沖孔時，要求沖頭以最大的速度下降加工工件，并且快速上升返回

33、。而成形過程要求滑塊以較快的速度下降，遇到負載時沖頭速度降低且系統(tǒng)壓力升高，確保對鋼板的準確沖壓成形，沖壓完畢沖頭以較快的速度上升。該系統(tǒng)主要工作特點是高頻、高速、高壓4。2.1.1 沖床液壓系統(tǒng)圖系統(tǒng)最大壓力為p=25mpa，頻率為f=300次/min沖床系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。1-過濾器；2-電機；3-泵；4-冷卻器；5-壓力表；6-單向閥；7-電磁換向閥；8-溢流閥；9-電液換向閥；10-蓄能器；11-比例伺服閥；12-液壓缸圖2-1 沖床液壓系統(tǒng)原理圖2.1.2 高速沖床液壓系統(tǒng)工作過程比例伺服閥的比例電磁鐵輸入電壓為正時，其右位工作，來自泵的液壓油通過比例伺服閥進入油缸的上腔，油缸

34、的下腔排出的液壓油經(jīng)過液控換向閥和比例伺服閥進入油缸的上腔，組成差動快速回路，活塞桿帶動沖頭快速向下運動，當沖頭遇到工件受阻時，系統(tǒng)壓力升高，達到液控換向閥的壓力，液控換向閥的左位接通，差動連接被切斷，由泵自己本身出來的液壓油向上腔供油，活塞緩慢向下運動，沖壓工件，下腔的油通過液控換向閥流回油箱，沖壓完畢后沖頭到達下位極限，接近開關(guān)sq2向控制系統(tǒng)發(fā)信號，使比例伺服閥輸入電壓信號為負，控制比例伺服閥左位工作，同事負載消失，液控換向閥右位接通，泵向下腔供油，同時上腔的油通過比例伺服閥流回油箱，活塞向上運動，完成了一個工作循環(huán)。2.2 系統(tǒng)基本工作參數(shù)2.2.1 最大沖載孔徑和沖載板厚的確定 要求

35、系統(tǒng)最大工作載荷kn 沖載力的計算公式： （2-1） 式中：沖載周長（mm） 板材厚度（mm） 材料抗剪強度（mpa）。 材料抗剪強度不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)還與材料硬化強度，材料相對厚度，凹凸模相對間隙（z/t）以及沖載速度有關(guān)。為簡化計算，可按表2-1選用值表2-1材料抗剪強度值選用孔徑z=0.15tz=0.005t（52.5）t(1.51.8) (21.5)t(1.21.4) (2.02.6) =t1.83.6 該系統(tǒng)中z=0.15t，由表可以看出沖孔直徑相對于板材厚度越大時，其抗剪強度越小，對于沖床，板材厚度一般相對于沖孔直徑來說很小，所以在該系統(tǒng)中選用=。 所以沖孔時沖載力計算公式為：

36、（2-2）式中： 材料抗拉強度（mpa），為計算方便取剛才的抗拉強度=550mpa。由公式（2-2）可得出針對不同的板料厚度本沖床所能沖載的最大孔徑不同，見表2-2表2-2 一定厚度時改沖床所能沖載的最大孔徑板厚t（mm）0.512345孔徑d（mm）1759045302218圖中t代表板厚，s代表滑塊行程。當空行程運動時，若忽略摩擦力的影響系統(tǒng)負載為零，在沖頭沖壓工作的過程中，負載逐漸增大，當沖頭到達板厚的1/3處時，沖壓力最大，隨著沖載的進行，壓力又逐漸減小。2.2.2 系統(tǒng)壓力選定 壓力選定過程中系統(tǒng)壓力越高液壓缸尺寸越小，所以壓力應(yīng)選擇盡量高，該系統(tǒng)采用高壓泵31.5mpa柱塞泵，所以

37、溢流閥調(diào)定壓力定位mpa。2.2.3 周期和行程 要求該高速沖床最大行程s=40mm，不同的工作行程，系統(tǒng)的沖壓頻率（周期）也不同，當工作行程為12mm時，沖載頻率f=300次/min，此時周期：=60/f=0.2s第3章 確定執(zhí)行元件3.1 液壓缸基本參數(shù)確定液壓缸是該系統(tǒng)的主要元件，它能直接帶動沖頭進行沖壓工作。按照工作要求和工作特點，自行設(shè)計了沖壓缸。3.1.1 缸筒的設(shè)計計算 缸筒是液壓缸的主體零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉容腔，形成內(nèi)壓，推動活塞桿運動。設(shè)計缸筒時，不僅要保證液壓缸的作用力、速度和行程，而且必須有足夠的強度和剛度，以便抵抗液壓力和其他外力的作用。另外缸筒與活塞之間

38、的相對運動，既要能滑動自如，又要能夠保持密封，所以必須具有一定的幾何精度、表面光潔度和配合精度5。（1）內(nèi)徑d計算高壓時系統(tǒng)最大壓力為p=25mpa，最大負載max=200kn，初定系統(tǒng)阻力f=25kn。工作時，活塞受力公式為： +=p=/4式中： 液壓缸內(nèi)徑（mm）；沖壓力（kn）； 系統(tǒng)阻力(kn)； p系統(tǒng)壓力(mpa)； 液壓缸活塞桿面積（mm2）；液壓缸內(nèi)徑計算公式： =107.1mm按照表3-1缸筒內(nèi)徑系列（gb/t2348-1993）810121620253240506380100110125140160180200(2）缸筒材料缸筒的材料一般要求有做夠的沖擊韌性和強度，目前，普

39、遍采用缸筒材料是熱軋或冷拔無縫鋼管。近幾年來由專業(yè)廠提供內(nèi)圓已經(jīng)研磨和外圓精加工的高精度冷拔無縫鋼管，按所需長度切割材料。本次材料選用45號鋼冷拔無縫鋼管。內(nèi)徑110mm 壁厚15mm。(3) 缸筒厚度校核在中低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要求校核，但在高壓系統(tǒng)中按照下列情況進行校核：當/d時為薄壁，可按下式校核： （3-1）式中：最高允許壓力，一般規(guī)定=1.5， =1.5=37.5mpa缸筒材料許用應(yīng)力，當 /時為厚壁，按下式進行校核： （3-2）缸筒采用45號無縫鋼管，壁厚=15mm，/=15/110=0.13，所以用公式（3-2）進行厚度校核： mm15mm,所以

40、=15mm滿足強度要求。3.1.2 活塞桿活塞桿為實心結(jié)構(gòu)，材料為45號鋼。先按照壓縮拉伸強度來計算活塞桿直徑d：mm式中： 活塞桿材料許用應(yīng)力，=mpa計算出活塞桿直徑后見表3-2進行圓整。表3-2液壓缸活塞桿直徑推薦值活塞桿受力情況受拉伸受壓縮，工作壓力（mpa）5577活塞桿直徑（0.30.5）(0.50.55) （0.60.7）0.7該系統(tǒng)最大工作壓力為25mpa，所以活塞桿直徑：0.7d=77mm沖床液壓系統(tǒng)中，活塞有較高的運動速度，可以降低沖壓周期，所以活塞桿應(yīng)盡量選擇的大些，以提高液壓缸回程速度，但因為快進過程采用了差動連接，若活塞桿直徑太大，其快速下降的速度便會降低，所以應(yīng)選擇

41、合適的活塞桿直徑。差動快速下降時活塞速度： （3-3）活塞退回時速度： （3-4）要降低運動時間，則應(yīng)對求最大值，求得mm，即時活塞運動時間最少。參照表3-3活塞桿直徑系列選區(qū)d=80mm。表3-3活塞桿直徑10121416182022252832364045505663708090110110125140160180200液壓缸基本參數(shù)為：液壓缸內(nèi)徑d=110mm，活塞桿直徑d =80mm，缸筒厚度mm，活塞行程s=40mm。3.1.3 液壓缸進油口尺寸通過上面計算，液壓缸進油口尺寸見表3-4 表3-4 25mpa 系列單桿液壓缸螺紋連接油口安裝尺寸（iso 8137-1986）缸徑d（mm

42、）ecee(mm)50m221.51263， 80m27216100，125m33220160，200m42225250，320m50232400，500m50238 液壓缸應(yīng)設(shè)在兩端的極限位置，一般布置在缸筒或前后端蓋上。選擇油口尺寸的主要參數(shù)是油管直徑。油管的有效通油直徑應(yīng)保證油液流速在24.5m/s一下，這樣可以減少壓力損失，提高效率，減輕震動和噪音，油口的連接方式有螺紋連接，法蘭連接等，本液壓缸油口選用螺紋連接。 該液壓缸是最高工作壓力為25mpa的單活塞桿液壓缸，有經(jīng)查表2-6選用連接螺紋尺寸為m332。3.1.4 液壓缸的密封 液壓缸依靠密封油容積的變化傳動力和速度，液壓油在系統(tǒng)及

43、元件的容腔內(nèi)流動或暫存時，由于壓力、間隙、粘度等因素的變化，而導(dǎo)致少量工作介質(zhì)越過容腔邊界，由高壓腔向低壓腔或外界流出，造成泄漏。密封元件可以防止液壓缸的泄漏及外界塵埃和異物的侵入6。密封裝置的優(yōu)劣勢將直接影響液壓缸的工作性能。密封不好的液壓缸，不僅會污染環(huán)境、降低容積效率、增加功率損失，有時還會影響液壓缸的正常工作7。液壓缸密封件選用取決于壓力速度溫度和工作介質(zhì)等因素。密封件的合理選用對液壓缸有重要的意義。密封效果決定了液壓缸的容積效率；密封摩擦力的大小，決定了液壓缸的機械效率；密封材料的耐熱性能，影響液壓缸的加工溫度；液壓缸的工作速度，也受密封件的限制；密封件的材料和系統(tǒng)采用的工作溫度；液

44、壓缸的工作速度，也受密封件的限制；密封件的材料和系統(tǒng)采用工作介質(zhì)要有相容性；動密封件的摩擦阻力要小，即摩擦系數(shù)要小而穩(wěn)定，特別是靜、動摩擦系數(shù)差值要小8。密封件的耐磨性要好，磨損后應(yīng)有一定程度的自動補償，制造簡單、裝拆方便、成本低廉。（1）活塞的密封選用dichtomatik公司的k03組合式孔用密封圈，其最高工作壓力為40mpa。溫度-30100，運動速度0.5m/s。按照缸筒內(nèi)徑選擇的型號為：k03-110-00117 。（2）活塞桿的密封活塞桿與蓋處的密封采用dichtomatik公司的ma39雙唇軸用y形圈，該形圈最高工作壓力可達40mpa，溫度-40100，運動速度小于0.5/s,根

45、據(jù)活塞桿直徑選擇其型號為：ma39-80/22965。（3）活塞桿的防塵活塞桿在伸縮過程中直接與外界接觸，常有灰塵、砂粒、鐵屑等污物落在活塞桿上。若將污物帶勁液壓缸。不僅會加劇零件的磨損、產(chǎn)生劃痕，而且會影響液壓系統(tǒng)的正常工作，因此要安裝防塵裝置。 活塞防塵圈選用dichtomatik公司ad48雙唇防塵圈，它是雙向作用的防塵圈，其使用壽命特別長，使用溫度-40100，運動速度最高為1.0m/s。按活塞桿基本參數(shù)選用ad48-80/88981。3.1.5 液壓缸摩擦力的計算 液壓缸的密封裝置設(shè)置在活塞與缸筒之間，活塞桿與缸蓋之間，因此液壓缸總的密封摩擦阻力為： （3-5）式中： 缸總的密封摩擦

46、力（kn）； 活塞與缸筒間的密封摩擦力（kn）； 活塞桿與端蓋間的密封摩擦力（kn）。（1） 活塞與缸筒間采用組合密封圈，此處摩擦力計算公式為：= （3-6）式中：摩擦系數(shù)，組合密封圈各組成部分材料不同，此處取=0.05；密封處工作壓力（pa），pa密封處直徑（mm），此處=0.11mm；密封件的寬度（mm），由樣本=0.0224mm。由于密封摩擦力隨系統(tǒng)壓力變化，所以活塞與缸筒間摩擦力：n=9.68kn（2） 活塞桿與端蓋間采用y型唇密封，摩擦力計算公式為： （3-7）式中 ：摩擦系數(shù)，y形密封圈的材料為聚氨酯au92，此處=0.08； 密封處工作壓力（pa），pa； 密封處直徑（mm），此

47、處=0.08mm； 密封件的寬度（mm），由樣本=0.012mm 則活塞桿與缸蓋間的摩擦力： kn3.1.6 液壓缸基本結(jié)構(gòu) 液壓缸分為通用型液壓缸和專用型液壓缸兩種，專用型液壓缸是專為某一用途設(shè)計的液壓缸，以滿足該用途的特殊要求，在結(jié)構(gòu)、材料、加工精度等方面都有特殊要求；而通用液壓缸無特殊的使用要求，結(jié)構(gòu)簡單，零部件符合標準化、通用化的要求，因此用途較廣泛。通用型液壓缸又分為三種典型結(jié)構(gòu)形式：拉桿型、焊接型、法蘭型液壓缸。法蘭型液壓缸，其工作特點是額定壓力高，通常額定壓力35mpa，外形尺寸大9。適用于較嚴酷的沖擊負載和外界工作條件，也叫重載型液壓缸，選用法蘭缸10。3.2 泵的選擇3.2.

48、1 泵的排量 排量為液壓泵主軸旋轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積?；钊谐蘳=12mm時，沖壓頻率f=300次/min，則一周期內(nèi)，泵向液壓缸的排油量應(yīng)于液壓缸向油箱的排油量相等，所以系統(tǒng)需要的總流量： l/min 3.2.2 泵的選用根據(jù)排量和壓力要求，選用gfzb組合泵。3.3 電機的選擇泵的輸出功率為：16.2kw 須選用額定功率為18.5kw 的電機。3.4 速度驗算3.4.1 空行時速度驗算差動下行階段：當行程為12mm時，周期為t=0.173s0.2s，此時頻率f=1/=5.78hz ，即每分鐘沖壓346次。3.4.2 沖壓板厚為1mm時速度驗算 行程12mm時，差動下行階段cm/s 所需時

49、間：s 沖壓階段：cm/s 所需時間：s 返回階段：cm/s所需時間：s周期：t=0.084+0.06+0.082=0.226s此時頻率f=1/0.2335=4.25hz，即每分鐘沖壓265次。沖壓板厚為1mm，行程10mm時，其沖壓頻率可以達到300次/min 以上，但是行程等于12mm時，頻率未達到300次/min，所以系統(tǒng)回路中加入了蓄能器，它作為輔助動力源在必要時刻釋放儲存的油液，提高流量，從而可以提高活塞運動速度。3.5 蓄能器3.5.1 蓄能器分類 蓄能器有各種結(jié)構(gòu)形狀，根據(jù)加載方式可分為重錘式、彈簧式和充氣式三種。其中充氣式蓄能器是利用氣體的壓縮和膨脹來儲存和釋放能量，用途較廣，

50、目前常用的是活塞式、氣囊式、隔膜式蓄能器11。氣囊式蓄能器氣液密封可靠，能使油氣完全隔離；氣囊慣性小，反應(yīng)靈敏；結(jié)構(gòu)緊湊12。3.5.2 蓄能器充氣壓力p的確定 當蓄能器作為輔助動力源、補償泄漏、緊急動力源時，應(yīng)使蓄能器總?cè)莘ev盡量小，而單位容積的儲能盡量大，膠囊壽命應(yīng)盡量長。對于氣囊式蓄能器其充氣壓力應(yīng)在系統(tǒng)最低工作壓力的90%和最高壓力的25% 之間選擇，所以選用p=6mpa，在系統(tǒng)最低工作壓力下蓄能器的皮囊仍未膨脹得與殼體內(nèi)壁完全接觸；而在系統(tǒng)最高壓力下，皮囊收縮后的體積仍大于充氣壓力的原始體積的四分之一。這樣限制了皮囊在系統(tǒng)工作時的變形范圍，可以保護皮囊，延長其使用壽命。3.5.3 蓄

51、能器容量計算(1) 有效排油量的計算蓄能器在作蓄能時，是與油泵一起供油的，則蓄能器一個工作循環(huán)內(nèi)的有效排油量應(yīng)按下式計算： = （3-8）式中 有效排油量（l）；系統(tǒng)中各個工作點的耗油量總和（l）；系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般可選=1.2； 泵總供油量（l）。行程為12mm沖壓板厚1mm時，頻率要達到300次/min，假定快速下降時活塞速度為=17cm/s，快速返回時活塞速度為=18cm/s，則一個周期內(nèi)，系統(tǒng)中所需耗油總量為：=0.119l泵在一個周期內(nèi)的總供油量為：l代入公式（2-13）得l(2) 總?cè)莘ev計算蓄能器的總?cè)莘e的是指氣腔與液控的容積之和，對于氣囊式蓄能器為充氣容積?？?cè)莘e可由氣體定律計

52、算： 式中 蓄能器的充氣壓和充氣容積； 系統(tǒng)最低工作壓力和最低工作壓力下的氣體體積； 系統(tǒng)最高工作壓力和最高工作壓力下的氣體體積；n多變指數(shù)。蓄能器在工作過程中大多屬于多變過程，在蓄油時，氣體壓縮為等溫過程，放油時氣體膨脹為絕熱過程所以其充氣容積按公式計算：推薦=1.25.將已知數(shù)據(jù)代入上式得=0.09l，考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其他影響因素，選用nxq1-l0.4/31.5-h,容積0.4l，公稱壓力為31.5mpa的蓄能器。 3.6 管路的選擇 管路在液壓系統(tǒng)中主要用來把各種元件及裝置連接起來傳輸能量，為保證系統(tǒng)工作可靠，管路及管接頭應(yīng)有足夠的強度，良好的密封性，壓力損失要小，拆裝方便。 管路按

53、材料不同可分為無縫鋼管、耐油橡膠軟管、純銅管、尼龍管等幾種。選用強度好、耐壓高、變形小、抗腐蝕性的無縫鋼管適合沖床液壓系統(tǒng)。3.6.1 管路內(nèi)徑計算 管路內(nèi)徑的大小取決于管路的種類及管內(nèi)流速的大小。在流量一定的情況下，內(nèi)徑小則流速高，壓力損失大，容易產(chǎn)生噪聲；內(nèi)徑大則難于安裝，所占空間大，重量大。管路內(nèi)徑一般由下式確定 式中：管路內(nèi)徑（mm） 流量（l/min）； 流速（m/s）； 對吸油管道取0.61.3m/s；對壓油管道2.57.6m/s （壓力高時取大值）；對回油管1.74.5m/s。 回油管道：=2.5m/s，=39.45l/min，代入公式 得18.3mm，取20mm。3.6.2 管道壁厚按下式計算： 式中： 管子壁厚（mm） 工作壓力（pa） 管子內(nèi)徑（mm）油管材料的許用應(yīng)力（pa）對鋼管：=為管材的抗拉強度：n為安全系數(shù)，當7mpa時，取=8；當7mpa17.5mpa時，取=6；17.5mpa時，取=4.由鋼