機械設計制造及其自動化創(chuàng)新綜合設計課程設計說明書擠壓彎曲一體成型典型機構(gòu)設計

1、 創(chuàng)新綜合設計課程設計說明書+專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 目錄1、 緒論2、 方案的論證及確定3、 傳動設計4、 動力設計5、 總結(jié) 6、 參考文獻 7、 致謝 1 緒論11 概述機械制造業(yè)是我國制造業(yè)最重要的組成部分，是國家的國民經(jīng)濟命脈，也是增強國家競爭力的基礎。機械制造業(yè)的規(guī)模和水平是反映國家綜合經(jīng)濟實力和科學技術發(fā)展水平的重要標志，因此非常值得重視和研究。 型材擠壓彎曲在機械工業(yè)基礎加工中占有重要的地位。型材擠壓彎曲一體成型機是一種將金屬板材彎成角度形狀制件的通用設備，根據(jù)三點成圓的原理，利用工作輥相對位置變化和旋轉(zhuǎn)運動使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預定形狀的制件。型材擠壓彎曲由

2、于使用的領域不同，種類也不同。國外一般以工作輥的配置方式來劃分。國內(nèi)普遍以工作輥數(shù)量及調(diào)整形式等為標準實行混合分類。一般分為：三輥彎曲、四輥彎曲、特殊用途彎曲機。按卷制溫度不同可分為冷卷 、熱卷及溫卷。從傳動上分機械式和液壓式。從型材擠壓彎曲機的發(fā)展上說，上輥萬能式最落后，水平下調(diào)式略先進，弧線下調(diào)式最高級。三輥弧線下調(diào)式是型彎機的發(fā)展方向 。不同的用戶應該根據(jù)自己的具體試用情況，選擇合理性價比的機型來滿足自己的生產(chǎn)需要。不需要預彎板端的工件可選擇性價比較高的對稱上調(diào)式三輥型材擠壓彎曲機；薄板小筒件可選擇三輥全驅(qū)動的弧線下調(diào)式或水平下調(diào)式三輥型材擠壓彎曲機；彎制中等厚度板材工件可選擇性價比較高

3、的上輥十字移動式三輥型材擠壓彎曲機或水平下調(diào)式三輥型材擠壓彎曲機；卷制厚壁大型筒件則水平下調(diào)式三輥型材擠壓彎曲機是理想的結(jié)構(gòu)形式。1.2 型材擠壓彎曲機的原理1.2.1 型材擠壓彎曲機的運動形式型材擠壓彎曲機的運動形式可以分為主運動和輔運動兩種形式的運動。主運動是指構(gòu)成型材擠壓彎曲機的上輥和下輥對加工板材的旋轉(zhuǎn)、彎折等運動，主運動完成型材擠壓彎曲機的加工任務。輔運動是型材擠壓彎曲機在彎曲過程中的裝料、下料及上輥的升降、翹起以及倒頭架的翻轉(zhuǎn)等形式的運動。 該機構(gòu)形式為三輥對稱式,上輥在兩下輥中央對稱位置作垂直升降運動,通過絲桿絲母蝸桿傳動而獲得,兩下輥作旋轉(zhuǎn)運動,通過減速機的輸出齒輪與下輥齒輪嚙

4、合,為彎制板材提供扭矩。 圖1.1 三輥型材擠壓彎曲機工作原理圖 由圖1.1：主運動指上輥繞O1，下輥分別繞O2、O3作順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。輔運動指上輥的上升或下降運動，以及上輥在O1垂直平面的上翹、翻邊運動等。1.2.2 彎曲成型的加工方式型材擠壓彎曲機上進行板材的彎曲是通過上滾軸向下移動時所產(chǎn)生的壓力來達到的。它們滾圓工作原理如圖1.2所示。a） b） c）a）對稱式三輥型材擠壓彎曲機 b）不對稱式三輥型材擠壓彎曲機 c）四輥型材擠壓彎曲機圖1.2 滾圓機原理圖用三輥彎（卷）板機彎板，其板的兩端需要進行預彎，預彎長度為0.5L（30-50）mm(L為下輥中心距）。預彎可采用壓力機模壓預彎或

5、用托板在滾圓機內(nèi)預彎（圖1.3） a） b） a）用壓力機模壓預彎 b）用托板在滾圓機內(nèi)預彎圖1.3 鋼板預彎示意圖2 方案的論證及確定2.1 方案的論證2.1.1 方案1 雙輥型材擠壓彎曲機雙輥型材擠壓彎曲機的原理如圖2.1所示： 2.1 雙輥型材擠壓彎曲機工作原理圖上輥是鋼制的剛性輥，下輥是一個包有彈性的輥，可以作垂直調(diào)整。當下輥旋轉(zhuǎn)時，上輥及送進板料在壓力作用下，壓人下輥的彈性層中，使下輥發(fā)生彈性變形。但因彈性體的體積不變，壓力便向四面?zhèn)鬟f，產(chǎn)生強度很高，但分布均勻的連續(xù)作用的反壓力，迫使板料與剛性輥連續(xù)貼緊，目的是使它隨著旋轉(zhuǎn)而滾成桶形。上輥壓人下輥的深度，既彈性層的變形量，是決定所形

6、成彎曲半徑的主要工藝參數(shù)。根據(jù)實驗研究，壓下量越大，板料彎曲半徑越??；但當壓人量達到某一數(shù)值時，彎曲半徑趨于穩(wěn)定，與壓下量幾乎無關，這是雙輥型材擠壓彎曲機工藝的一個重要特征。雙輥型材擠壓彎曲機具有的優(yōu)點：1.不必端頭彎曲，加工速度快；2.在一次行程中有做高精度成型的可能；3.板坯即使是經(jīng)過沖孔、切口、起伏成型等加工，也不致產(chǎn)生折裂及不規(guī)則翹曲等；4.不產(chǎn)生皺折，不在制件表面造成劃痕；5.如果把棍輪的壓下量取大，即使倆棍輪的間距有所變動而制件的直徑也不發(fā)生變化，因此設備精度不是很高也行，使用的是簡單的裝置等等。另一方面，二棍型材擠壓彎曲機的缺點是:1.由于相對于制件直徑的每一個變化都需要制作導向

7、輥輪，故不適于多品種小批量生產(chǎn)； 2.不能做厚板的加工（最大加工板料6-9mm）。2.1.2 方案2 三輥型材擠壓彎曲機三輥型材擠壓彎曲機是目前最普遍的一種型材擠壓彎曲機。利用三輥滾彎原理，使板材彎曲成圓形，圓錐形或弧形工作。1. 對稱式三棍型材擠壓彎曲機結(jié)構(gòu)及特點對稱式三棍型材擠壓彎曲機，由工作輥、機架、傳動系統(tǒng)和機座等組成。通常兩個下輥為主動輥，相對于上輥作對稱布置，上輥為從動輥，可垂直調(diào)節(jié)，所以也稱對稱上調(diào)式三棍型材擠壓彎曲機。機器一側(cè)安裝有傾倒軸承，稱為機器的傾倒側(cè)，另側(cè)安裝有傳動系統(tǒng)，稱為機器的傳動側(cè)。除去全機械傳動的對稱式三棍型材擠壓彎曲機，還有半液壓半機械傳動的對稱式三棍型材擠壓

8、彎曲機。傳動側(cè)的翹起機構(gòu)和傾倒側(cè)的軸承傾倒機構(gòu)均是為方便卸下卷制成形的筒件。通過傾倒機構(gòu)能把軸承體傾倒85-90，翹起機構(gòu)可把上工作輥翹起1-3。在中小型對稱式三棍型材擠壓彎曲機中大多采用手動傾倒機構(gòu)和手動翹起機構(gòu)。在大型的對稱式三棍型材擠壓彎曲機中，大多采用液壓驅(qū)動的翹起機構(gòu)傾倒機構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，質(zhì)量輕、易于制造、維修、投資小、兩側(cè)輥可以做的很近。形成較準確，但剩余直邊大。一般對稱三輥型材擠壓彎曲機減小剩余直邊比較麻煩。2. 不對稱三輥型材擠壓彎曲機特點剩余邊小，結(jié)構(gòu)簡單，但坯料需要調(diào)頭彎邊，操作不方便，輥筒受力較大，彎卷能力較小。所謂理論剩余直邊，就是指平板開始彎曲時最小力臂。其大小與

9、設備及彎曲形式有關。如圖2.2所示： 圖2.2 三輥型材擠壓彎曲機工作原理圖對稱式三輥型材擠壓彎曲機剩余直邊為兩下輥中心距的一半。但為避免板料從滾筒間滑落，實際剩余直邊常比理論值大。一般對稱彎曲時為板厚620倍。由于剩余直邊在校圓時難以完全消除，所以一般應對板料進行預彎，使剩余直邊接近理論值。不對稱三輥型材擠壓彎曲機，剩余直邊小于兩下輥中心的一半，如圖2.2所示，它主要卷制薄筒（一般在323000以下）。2.1.3 方案3四輥型材擠壓彎曲機其原理如圖2.3 圖2.3 四輥型材擠壓彎曲機 它有四個輥，上輥是主動輥，下輥可上下移動，用來夾緊鋼板，兩個側(cè)輥可沿斜線升降，在四輥型材擠壓彎曲機上可進行板

10、料的預彎工作，它靠下輥的上升，將鋼板端頭壓緊在上、下輥之間。再利用側(cè)輥的移動使鋼板端部發(fā)生彎曲變形，達到所需要。它的特點是：板料對中方便，工藝通用性廣，可以校正扭斜，錯邊缺陷，可以既位裝配點焊。但滾筒多。質(zhì)量體積大，結(jié)構(gòu)復雜。上下輥夾持力使工件受氧化皮壓傷嚴重。兩側(cè)輥相距較遠，對稱卷圓曲率不太準確，操作技術不易掌握，容易造成超負荷等誤操作。2.1.3 方案4四輥模具型型材擠壓彎曲機其原理就是型材在空氣錘的作用下迅速變形，從而達到所需材料的彎曲程度的一種復合型裝置2.2方案的確定 通過上節(jié)一般小型型材擠壓彎曲機結(jié)構(gòu)特點的分析，根據(jù)各種類型型材擠壓彎曲機的特點，再根據(jù)三輥型材擠壓彎曲機的不同類型所

11、具有的特點，最后形成本設計方案，那就是方案4。雙輥型材擠壓彎曲機不需要預彎、結(jié)構(gòu)簡單，但彎曲板厚受限制，只適合小批量生產(chǎn)。雖然三輥型材擠壓彎曲機不能預彎，但是可以通過手工或其它方法進行預彎。2.3本章小結(jié) 通過幾種運動方案的分析，雙輥型材擠壓彎曲機雖然不需要預彎，但只適合小批量生產(chǎn)，而且彎曲板厚受限制。四輥型材擠壓彎曲機通用性廣，但其質(zhì)量體積大而且操作技術不易掌握。對稱三輥型材擠壓彎曲結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量輕、易于制造等優(yōu)點。經(jīng)過相比較下最終決定采用第四種方案的設計類型。3 傳動設計擠壓彎曲機如圖3所示：它的組成是4個上輥為固定活動輪，自由滾動。下面為空氣錘沖擊部分，當板材到達時氣錘迅速沖擊板材

12、，由于鋼板間的摩擦力帶動，在空氣錘的壓力下上輥經(jīng)過反復的滾動，使板料達到所需要的曲率，形成預計的形狀。3.1 傳動方案的分析及確定型材擠壓彎曲機傳動系統(tǒng)分為兩種方式：齒輪傳動和皮帶傳動。皮帶傳動方式具有傳動平穩(wěn)，噪音下的特點，同時以起過載保護的作用，這種傳動方式主要應用于具有一個主動輥的型材擠壓彎曲機。齒輪傳動方式具有工作可靠，使用壽命長，傳動準確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍廣等特點。所設計的是三輥型材擠壓彎曲機，具有兩個主動輥，而且要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動準確，所以選用齒輪傳動。3.2副傳動系統(tǒng)的確定為調(diào)整上下輥間距，由上輥升降電動機通過減速器，蝸輪副傳動蝸輪內(nèi)螺母，使螺桿及上輥軸承座升

13、降運動，為使上輥、下輥軸線相互平行，有牙嵌離和器以備調(diào)整，副傳動系統(tǒng)如圖3.2所示。需要卷制錐筒時，把離和器上的定位螺釘松開，然后使蝸輪空轉(zhuǎn)達到只升降左機架中升降絲桿的目的。3.3本章小結(jié)收集資料對各種運動方式進行分析，在結(jié)合三輥型材擠壓彎曲機的運動特點和工作的可靠性，最后主傳動采用齒輪傳動，副傳動采用氣壓傳動。4 動力設計4.1.上下輥的參數(shù)選擇計算 1. 假設一種型材參數(shù)：加工板料6061鋁合金屈服強度：s=235MPa 抗拉強度：b=420MPa輥材：55 Mn 屈服強度：s=930MPa 抗拉強度：b=1080MPa硬度：HBS229HB板厚：s=50mm 板寬：b=2000mm 型材

14、擠壓彎曲速度：V=300mm/s2.確定型材擠壓彎曲機基本參數(shù) 上輥直徑：下輥直徑： 上輥軸直徑： 下輥軸直徑：最小卷圓直徑：4.2下輥的設計計算校核下輥型材擠壓彎曲示意圖如下圖4.1所示。 圖4.1下輥型材擠壓彎曲示意圖下輥承受工作應力均布載荷的集度 q=F/2000=1.3*106/2000 （式4.14） =650N/mm1）當板料置與輥子中間時其受力圖、剪力圖及彎矩圖如圖4.2。則 圖4.2 受力圖，剪力圖，彎矩圖2）當板料偏置一端時其受力，剪力及彎矩如圖4.3所示在AC段內(nèi) 在CD段內(nèi)在DB段內(nèi)當時，M最大為693.31KNm則 圖4.3 受力圖，剪力圖，彎矩圖下輥為55Mn2優(yōu)質(zhì)合

15、金鋼，其許用應力。因為中置型材擠壓彎曲和偏置型材擠壓彎曲最大工作應力均小于許用應力，所以卷制3+24鈦鋼復合板（Ti+16MnR）應該安全。又因為偏置型材擠壓彎曲最大應力小于中置型材擠壓彎曲最大應力，所以最好偏置型材擠壓彎曲。 卷簡長度一定外徑與板厚的關系卷筒長度一定，卷筒外徑與板厚的關系由式4.15來表示。 （式4.15）式中：上棍直徑d為550 mm；復合板筒外徑為3000 mm；卷制筒體外徑為750mm厚度為50mm。將數(shù)據(jù)代入公式計算得卷簡直徑一定卷筒長度與板厚的關系卷筒直徑一定，卷筒長度與板厚的關系由式4.16來表示。 （式4.16）式中：t2為357 mm；工件長度為2000 mm

16、；上輥長度L為2500 mm；卷筒長度為2000 mm。將所列數(shù)據(jù)代人公式4.16計算得ts=412 mm卷簡長度一定材料的的直徑與板厚的關系卷筒長度一定材料的直徑和與板厚的關系由式4.17來表示。 （式4.17）式中紫銅屈服極限為182Mpa；鈦鋼屈服極限為408.4MPa；為41.2mm，將所列數(shù)據(jù)代入公式4.17中計算得=27.5mm。即卷制的鈦鋼復合板時，可型材擠壓彎曲厚為27.5mm。因為2727.5，所以該設備可以滿足此規(guī)格的鈦鋼復合板的卷制。輥子材料選擇型材擠壓彎曲機輥子要求有高強度與良好的塑性和韌性，結(jié)合以往經(jīng)驗及生產(chǎn)實際，現(xiàn)選擇55Mn2,因為這種材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織為回

17、火索氏體，其中滲碳體呈粒狀分布，具有較高韌性,能滿足高強度及良好的塑性韌性要求.4.3 卷筒的壁厚卷筒的壁厚可以通過卷取前后鋼板質(zhì)量不變來進行計算，在卷取過程中卷筒的壁厚逐漸減小。4.3.1 鋼板理論簡體半徑R和下輥上壓量h之間的關系鋼板在加工過程中，曲率的控制是通過調(diào)整上壓量來實現(xiàn)的。由研究可知，板材在對稱式三輥型材擠壓彎曲機上卷取完成時，下輥的上壓量和圓筒半徑的關系為：，其中a和b為系數(shù)。因為h和R之間的關系是隱函的，所以這樣的關系式在實際生產(chǎn)中并不實用。 下面建立了一個簡單的模型。暫不考慮鋼板回彈并假設鋼板厚度很薄，可以近似忽略不計。進行具體分析：如圖4.4所示，以兩下輥的上切線為 X軸

18、，上輥運動方向為Y軸，型材擠壓彎曲圓筒中心A在該坐標系中的坐標為(O，R一h )， 左下輥中心的坐標為(一L2，一 2)上輥和下輥中心連線的距離為由兩點間的距離表達式可得： （式4.18）整理可得算式： （式4.19）4.3.2 一次進給對稱型材擠壓彎曲的驗算在卷制過程中，通常盡量設定較少進給次數(shù)，如一次進給完成卷制加工，自然有高的生產(chǎn)率，但精度相對會下降。在給定工件參數(shù)的條件下，能否一次進給完成卷制加工，除看精度外，還需要檢驗鋼板是否變形量過大，防止造成材料損傷，通?？刂仆獠坷w維伸長率不得太于5；需驗證上輥施加彎曲力是否大于設備的最大承受力，設備的最大承受力一般取型材擠壓彎曲機標稱壓力的0.

19、8倍；此外還需要判斷所需電機功率是否小于型材擠壓彎曲機電機額定功率。最后檢查鋼板是否打滑，鋼板滾卷彎曲時外部纖維受拉，內(nèi)部纖維受壓。變形的大小與卷曲曲率和鋼板厚度成正比。一般情況下，外部纖維伸長變形率滿足關系式： （式4.20）式中：R。 多次卷制時前一次卷成的曲率半徑。通過研究，發(fā)現(xiàn)卷取過程中鋼板受到上輥的壓力F 可表示為： （式4.21）式中：M型材擠壓彎曲最大變形彎矩N，mm； （式4.22） 形狀系數(shù)； 材料相對強化系數(shù)； 進行彎曲時板件的相對曲率半徑；Rl= R T； （式4.23）板材的抗彎截面模量，； （式4.24） 型材擠壓彎曲寬度，mm；需要電機功率P可用下式表示： （式4.

20、25）如上圖所示。式中： 上輥的線速度： 減速機的效率，一般可取0.8； 總驅(qū)動扭矩，Nmm； （式4.26） 消耗在板材變形上的扭矩，Nmm； 消耗在摩擦阻力上的扭矩，N-mm； 滑動摩擦阻力距，Nmm；板料是依靠滑動摩擦力推進的，故送進板料的力矩為： （式4.27）其中： 上輥反力，N；下輥表面摩擦系數(shù)。板料不打滑的條件： （式4.28）其中： 上輥反力，N； 上輥反力，N； 下輥軸頸的直徑，mm；一般取015；一般取0OO4；上輥表面摩擦系數(shù)其中可以通過受力平衡公式進行計算4.3.3 錐筒的卷制用計算公式求出每條素線的實長值和底圓每等分的弧長 直接作展開圖形。圓錐素線實長(見圖4.5)圖

21、4.5 圓錐素線實長 （式4.29） 式中：H 圓錐高度；L 圓錐頂點在底面的投影到底圓圓心的距離；R底圓放樣半徑：每條素線在底圓上對應圓心角；對應素線實長值。計算時可用任意角度，底圓弧長的計算應以兩素線在底圓上對應的圓心角度來計算，計算式為，r為展開半徑。為作圖方便一般按底圓等分作計算，即只要計算一個等分段的對應的弧長值就可以。展開計算時只要計算出底圓等分點對應各素線實長值和一個等分段對應展開弧長。4.3.4 三輥型材擠壓彎曲機軸輥的調(diào)整計算卷制圓筒時軸輥調(diào)整計算三輥型材擠壓彎曲機調(diào)整時兩下輥是固定不動的；上輥可上下移動。上輥移動的中心線軌跡與兩下輥水平對稱中心線位于同一垂直面上。因此，型材

22、擠壓彎曲機在卷制圓筒時，從開始到成型，圓弧的圓心始終脫離不了上輥移動的中心線軌跡面。利用直角三角形的有關公式，就可計算出卷制圓筒體從開始到成型上輥下降數(shù)值(見圖4.6)。上輥下降數(shù)值 （式4.30）圖4.6 卷制圓筒示意圖卷制錐筒時軸輥調(diào)整計算如圖4.7所示，錐筒尺寸有大口直徑D、小口直徑d、錐體高度h和錐筒側(cè)面與垂直線的夾角和。利用工件大、小口直徑數(shù)值直接帶入公式計算是不合理的，并且誤差太大，必須算出與軸輥相垂直的大、小口曲率半徑作為計算數(shù)據(jù)，亦即錐體大、小口半徑分別在下軸輥中心線上的垂直投影。卷制錐筒時，首先計算出錐體大、小口在處上輥下降的數(shù)值，將兩數(shù)相減，得錐體兩端口在處軸輥下降高度差。

23、再將此處高度差順軸輥向兩端支撐軸承處按比例延伸，即得在處上輥下降高度差，再算出上輥在處下降高度差。圖4.7 圓錐尺寸圖 見圖4.8，將、分別帶入卷制圓筒公式中得卷制錐筒在處上輥調(diào)整數(shù)值。圖4.8 卷制錐筒示意圖 同理，可求出卷制錐筒在處上輥調(diào)整數(shù)值 式中：B上輥兩軸承間距。任意錐筒的卷制過程 表4.3 型材擠壓彎曲機主要參數(shù)板寬B（mm）板厚T（mm）型材擠壓彎曲速度屈服極限下輥直徑（mm）下輥軸徑（mm）上輥直徑（mm）滿載最小卷徑（mm）200050323516002003601300形狀系數(shù)相對強化系數(shù)上輥中心距mm上下輥開口度1.511.6750200卷制錐筒時，把下輥調(diào)到卷制直徑為d

24、的圓筒所需高度，然后把離合器上的定位螺釘松開，使蝸輪空轉(zhuǎn)達到只升降一邊機架中升降絲杠的目的，最后把上 輥的一邊上升 ，在卷制錐筒過程中，錐筒轉(zhuǎn)動一周，上輥勻速升降(。一 )距離，完成錐筒的卷制。上述方法將板料卷成錐筒后，再焊接成形。但還需按以上步驟進行矯正，才能達到理想的工件。這種方法調(diào)整方便準確，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)率。結(jié)論：根據(jù)以上公式可以建立三輥對稱型材擠壓彎曲機參數(shù)模型，進行計算，結(jié)果如表4.3。4.4本章小結(jié)通過計算，對三輥型材擠壓彎曲機選擇的參數(shù)進行校核，結(jié)果輥的強度都合格。結(jié) 論本次課程設計，歷時兩個星期有余，終于宣告結(jié)束，在這短暫兩個星期中，本人在老師的指導下，完成了型材擠壓彎曲機的設計。通過對型材擠壓彎曲機的總體設計、典型零件加工工藝的編制以及工程制圖的使用，使我學到了許多有關機械方面的知識,主要歸納為以下幾個方面：零件分析：主要是分析零件的主要功能作用以及加工工藝分析；工藝規(guī)程的制定：主要是毛坯的確定、基準的選擇、以及工序的安排；加工余量的確定；切削用量的確定以及工時定額的計算。通過這次的畢業(yè)設計，使我對機械產(chǎn)品的設計有了更深的認識，對所學的知識有了進一步的