45MN自由鍛造油壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1 45MN自由鍛造油壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(wù)，使我們能夠?qū)⒋髮W(xué) 4年的知識(shí)學(xué)習(xí)和企業(yè)工作聯(lián)系起來 。 45MN自由鍛造油壓機(jī)是中小型鍛造車間廣泛使用的一種設(shè)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(duì)應(yīng)的鐓粗、抜長(zhǎng)、滾圓、沖孔、擴(kuò)孔等鍛造，為機(jī)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(jī)按工作性質(zhì)分主要有兩種，采用乳化液的一般稱為水壓機(jī)，采用液壓油的稱為油壓機(jī)，水壓機(jī)一般采用水泵 -蓄勢(shì)器傳動(dòng)，油壓機(jī)采用油泵直接傳動(dòng)。 設(shè)計(jì) 45MN自由鍛造油壓機(jī)滿足鍛件質(zhì)量的需求、對(duì)制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步是有著重要意義的。通過鍛造油壓機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生充分了解自由鍛造油壓機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、控制原理以及工藝特點(diǎn)等， 具有機(jī)械產(chǎn)品的調(diào)研、查閱資料、可行性分析、初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、工作圖設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)的能力，掌握一定的冷熱加工知識(shí)，設(shè)計(jì)水平達(dá)到本科生的要求 。 2 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)） 雙柱下拉式快鍛液壓機(jī)曾得到很快發(fā)展，成為中、小型快鍛液壓機(jī)的主要形 式。但其基本弱點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)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(xiàn)有 的鍛錘。 20世紀(jì) 70年代中期，英國(guó)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(dòng)鍛造液壓機(jī)。第一臺(tái)是 1977年安裝于一個(gè)合金鋼鍛造廠的8MN液壓機(jī)。 這種結(jié)構(gòu)的機(jī)架為預(yù)緊結(jié)構(gòu)，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(yù)緊成一個(gè)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(shí)的彎矩，而拉桿則承受軸向拉力。 這種結(jié)構(gòu)剛性好，穩(wěn)定性好，而運(yùn)動(dòng)部分慣性又比下拉式小，因此快速鍛造時(shí)穩(wěn)定性也較好。下圖及表為日本鋼所 (JSW）生產(chǎn)的雙柱上傳動(dòng)鍛 造液壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。 2 1997年，沈陽重型機(jī)械集團(tuán)研制了 38MN雙柱上傳動(dòng)鍛造液壓機(jī)，機(jī)架為預(yù)應(yīng)力框架，每邊立柱中有 5根高強(qiáng)張力柱，框架中心線與移動(dòng)工作臺(tái)成 55度角。橫向移砧臺(tái)與移動(dòng)工作臺(tái)方向垂直。立柱截面為方形，采用平面可調(diào)導(dǎo)向 。 3 3 研究?jī)?nèi)容 3.1 45MN 自由鍛造油壓機(jī)工作原理 45MN 自由鍛造油壓機(jī)是將油壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功，即是高壓油進(jìn)入工作缸經(jīng)過活動(dòng)橫梁將力傳到鍛件上，使它產(chǎn)生塑性變形，提高鍛件的性能 。 3.2 立柱及其導(dǎo)向 1） 立柱 立柱式機(jī)架是常見的機(jī)架形式，一般 由立柱通過螺母將上、下橫梁緊固地連結(jié)在一起，組成一個(gè)剛性的空間框架。在這個(gè)框架中，既安裝了油壓機(jī)本體的主要零部件，又在油壓機(jī)工作時(shí)，承受液壓機(jī)的全部工作載荷，并作液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)向。整個(gè)機(jī)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(jī)，其立柱多做成實(shí)心的，實(shí)心立柱的兩端要鉆出預(yù)緊螺母用的加熱孔， 30MN 以上的液壓機(jī)的立柱一般采用空心立柱，因?yàn)榱⒅^粗，制造時(shí)不易鍛透，它的中心可能會(huì)有疏松或者裂紋所以要將中心部分鉆掉，可以方便檢查質(zhì)量并且避免形成疲勞裂紋。我所設(shè)計(jì)的是 45MN 自 由鍛造油壓機(jī)，它的立柱采用空心立柱。 2)立柱的導(dǎo)向裝置 活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)工作時(shí)，一般以立柱為導(dǎo)向，因?yàn)榛顒?dòng)橫梁往復(fù)運(yùn)動(dòng)比較頻繁， 并且在偏心加壓時(shí)有很大的側(cè)推力，所以，不可能讓活動(dòng)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(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置的質(zhì)量直接關(guān)系到活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)精度及被加工件的尺寸精度，也會(huì)影響到工作缸密封件與導(dǎo)向面的磨損情況，對(duì)模具壽命及受力情況也均有影響，為此，必須合理選用導(dǎo)向位置。 導(dǎo)向裝置可分為導(dǎo)套與平面導(dǎo)板兩大類。對(duì)于圓截面的立柱，都是在活動(dòng)橫梁的立柱孔中采用導(dǎo) 套結(jié)構(gòu)，可分為圓柱面導(dǎo)套和球面導(dǎo)套。 3.3 橫梁 1） 橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 三個(gè)橫梁（上橫梁、活動(dòng)橫梁及下橫梁）是油壓機(jī)主體重要的部件，它們外形尺寸很大，重量也大，占液壓機(jī)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(shè)筋板，承載大的地方筋板較密，以提高剛度，降低局部應(yīng)力。合理地布置筋板，可以使橫梁重量輕，又有足夠的強(qiáng)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(yīng)比立柱插入部分的外徑略大，對(duì)于中、小型油壓機(jī)，應(yīng)有 4 1-2mm 間隙，否則，會(huì)因立柱垂直度公差疊加（兩立柱同時(shí)向里或向外，對(duì)角線方向同時(shí)向里或向外的偏差），而發(fā)生裝不進(jìn)的現(xiàn)象，下孔的間隙應(yīng)比上孔略大些，中間部分則在直徑上可擴(kuò)大 50mm。上橫梁工作缸孔應(yīng)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(dòng)橫梁 活動(dòng)橫梁與工作缸的柱塞或活塞桿相連接來傳遞油壓機(jī)的作用力，四角有立柱孔，以立柱為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向，下表面則安裝和固定模具或者砧子。所以，活動(dòng)橫梁應(yīng)有足夠的承壓能力，一般把柱塞下面 的筋板設(shè)計(jì)成圓筒形或方格形，如圖 1-1 所示，除了應(yīng)有足夠的承壓強(qiáng)度外，活動(dòng)橫梁還應(yīng)具有一定的剛度與抗彎能力，常把它設(shè)計(jì)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(chǔ)存于活動(dòng)橫梁中，還要考慮將上蓋板設(shè)計(jì)成能將積存液體順利排出。 圖 1-1 活動(dòng)橫梁 4） 下橫梁 下橫梁也稱底座，它是油壓機(jī)整個(gè)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(shí)候還安裝有頂出器和其他零件。對(duì)于 45MN 自由鍛造油壓機(jī)這種中型油壓機(jī)而言，在 下橫梁上表面設(shè)T 形槽，用來固定模具。 3.4 移動(dòng)工作臺(tái) 5 移動(dòng)工作臺(tái)一般安裝在下橫梁上，在鍛造工序開始前，移動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)到油 壓機(jī)機(jī)架外面，以便吊車把加熱好的鋼錠吊到工作臺(tái)上，然后載著鋼錠移動(dòng)到油壓機(jī)機(jī)架中心，進(jìn)行鐓粗或其他鍛造工序，鍛造完成后再移除機(jī)架便于吊車吊走鍛好的鍛件。移動(dòng)工作臺(tái)本身為鑄鋼件，臺(tái)面開 T 形槽便于固定砧座或模具，在工作臺(tái)與下橫梁之間裝有鑄鐵墊板，墊板上開有潤(rùn)滑油槽。移動(dòng)工作臺(tái)由拉帶拖動(dòng)，而拉帶則由工作臺(tái)的液壓缸驅(qū)動(dòng)。 移動(dòng)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示，工作臺(tái)本身為鑄鋼件，臺(tái)面上開有 T 形槽 便 于固定砧座或模具，在工作臺(tái)與下橫梁之間裝有鑄鐵墊板 2，墊板上開有潤(rùn)滑油槽，墊板是易損件，磨損后應(yīng)該定期更換，移動(dòng)工作臺(tái)由拉帶 3 拖帶，拉帶則由工作臺(tái)的液壓缸驅(qū)動(dòng)。 圖 1-2 移動(dòng)工作臺(tái) 1 移動(dòng)工作臺(tái) 2 鑄鐵墊板 3 拉帶 3.5 液壓缸 在液壓機(jī)中的液壓缸部件通?？煞譃橹?、活塞式和差動(dòng)柱塞式?；钊?液壓缸多用于中小型油壓機(jī)中，柱塞式液壓缸廣泛用于工作缸、回程缸、工作臺(tái)移動(dòng)缸及平衡缸。根據(jù)本課題各個(gè)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(shù)參數(shù)： 1. 公稱噸位 : 45MN； 2. 壓力分級(jí)： 15/30/45 MN； 6 3. 工作介質(zhì) : 液壓油； 4. 傳動(dòng)形式 : 油泵直接傳動(dòng) 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(dòng)機(jī)架 這是最常見的結(jié)構(gòu)形式，廣泛應(yīng)用于各種用途的液壓機(jī)中，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1 所示。在這種結(jié)構(gòu)中，回程缸 11 固定于上橫梁 3 的兩側(cè)，回程的時(shí)候，高壓液體進(jìn)到回程缸，推動(dòng)回程柱塞 10 向上運(yùn)動(dòng)，通過其頂部小橫梁 9 及拉桿 12，帶動(dòng)活動(dòng)橫梁向上回程。上下橫梁與立柱應(yīng)該組成一個(gè)剛性封閉框架，要承受液壓機(jī)的全部工作載荷，不能有任何松動(dòng)，所以液壓機(jī)的地基不承受工作載荷。 在傳統(tǒng)的上傳動(dòng)三梁四柱式結(jié)構(gòu)中，油壓機(jī)主體的重心高出地面很多，穩(wěn)定性比較差。而對(duì)于中小型段造油壓機(jī)，每分鐘鍛造次數(shù)可達(dá) 80-100 次，如果仍然用三梁四柱式結(jié)構(gòu)，在快速鍛造時(shí)機(jī)架晃動(dòng)會(huì)很大。 7 8 (2） 雙柱下拉式機(jī)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(gè)可運(yùn)動(dòng)的封閉框架，3個(gè)工作缸 8安裝在下橫梁 6上，也隨框架一起運(yùn)動(dòng)，而 3個(gè)工作柱塞 7則固定在不動(dòng)的固定梁 5上 . 9 10 (3）雙柱上 傳動(dòng) 機(jī)架 圖 2-3 雙柱上傳動(dòng)鍛造液壓機(jī) 比較 ： （ 1）下拉式與上傳動(dòng)的比較 下拉式結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)： 1） 油壓機(jī)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(shè)計(jì)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(gè)方向上方便地布置移動(dòng)臺(tái)。 5） 由于高度較低，可以安裝在高度較低的車間里。 下拉式結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)： 1） 運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量、慣性太大 2） 主要部件位于地下，不容易觀察與檢修，同時(shí)要求很深的地下空間，也不利于取代車間現(xiàn)有的鍛錘。 （ 2） 雙柱式與四柱式相比的優(yōu)點(diǎn)： 11 1） 鍛造空間大 2） 壓機(jī)司機(jī)視野開闊 3） 鍛造天車易于接近液壓機(jī)中心 4） 鋼錠送進(jìn)及取出方便 4.2 擬采取的技術(shù)措施 我所研究的課題是 45MN 自由鍛造油壓機(jī)是中小型鍛造車間廣泛使用的一種 設(shè)備，綜合各方面考慮，我選擇的方案是雙柱上 傳動(dòng)。 5 進(jìn)度計(jì)劃 2013 年 11 月： 調(diào)研，查找相關(guān)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(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。 12 6.論文的框架 1 緒論 1.1 自由鍛造液壓機(jī)的概述 1.2 45MN 自由鍛造油壓機(jī)的基本參數(shù) 1.3 45MN 自由鍛造油壓機(jī)的發(fā)展概論 1.4 45MN 自由鍛造油壓機(jī)的特點(diǎn) 1.5 45MN 自由鍛造油壓機(jī)的工作原理 2 45MN 自由鍛造油壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況 2.1 45MN 自由鍛造油壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 45MN 自由鍛造油壓機(jī)本體主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其力學(xué)分析 3.1 液壓缸部件 3.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與使用情況 3.1.2 受力分析與強(qiáng)度計(jì)算 3.2 立柱及導(dǎo)向 3.2.1 立柱的結(jié)構(gòu)及上、下橫梁連結(jié)形式 3.2.2 立柱的強(qiáng)度計(jì)算 3.2.3 立柱的螺母及預(yù)緊 3.2.4 立柱的導(dǎo)向裝置 3.3 橫梁 3.3.1 橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.3.2 橫梁的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 3.4 其他零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)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(jié)論 參考文獻(xiàn) 致謝 13 參考文獻(xiàn) 1郭曉峰 .自由鍛造液壓機(jī)的發(fā)展和展望 .重型機(jī)械 .2012 2楊建民 . 120MN鍛造液壓機(jī)本體整體性研究 . 燕山大學(xué) 2007 3韓倫 . 60MN鍛造水壓機(jī)本體關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)分析 . 燕山大學(xué) 2006 4鄭剛 . 3500t油壓機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì) .紅外與激光技術(shù) .1989年第 3期 5高俊峰 .我國(guó)快鍛液壓機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀 .鍛壓技術(shù) .2008 6徐宇謹(jǐn) .快速鍛造液壓機(jī)組主機(jī)結(jié)構(gòu)型式與選型、重型機(jī)械 .2004