【正文】 過程之中的相互協(xié)調(diào)。第3章 折彎機設(shè)計的計算 折彎力的計算在整個設(shè)計過程之中，最終要達(dá)到的目的就是要將一板材加工成如產(chǎn)品的零件圖所示的形狀。則在整個設(shè)計計算過程之中首先應(yīng)從折彎零件所需的折彎力入手。而此處所講的折彎力即為在彎曲模中的彎曲力。彎曲力的大小不僅與毛坯尺寸、材料的機械性能、凹模支點間的距離、彎曲半徑以及模具間隙等因素有關(guān)，而且與彎曲方式有很大的關(guān)系，因此要從理論上來計算彎曲力是很復(fù)雜的，計算的精確度也不高，通常在生產(chǎn)中是采用經(jīng)驗公式或經(jīng)簡化的理論公式來計算。彎曲有自由彎曲和校正彎曲之分，自由彎曲即在彎曲的過程之中，被彎曲的部分沒受到外部的阻礙；而校正彎曲是在彎曲的過程之中在外部對彎曲部位施加一個阻力來限制彎曲件的自由變形。在本設(shè)計中，零件的彎曲屬于自由彎曲。查《沖壓手冊》可得V形件的自由彎曲力計算公式為: （）式中 F自自由彎曲力，單位為N； b彎曲件的寬度，單位為mm； t彎曲件的厚度，單位為mm； r彎曲件的內(nèi)半徑，單位為mm； σb材料的強度極限，單位為MP； K安全系數(shù)，一般取K=。由于板材的材料為08F，材料的厚度為a=《沖壓手冊》，08F所對應(yīng)的最小的折彎半徑分為兩種情況：當(dāng)彎曲線垂直于扎制方向時rmin=（t為材料的厚度）。當(dāng)彎曲線平行于扎制方向時rmin=。又由于在加工過程之中難于知道扎制的分布情況，則假設(shè)彎曲線平行于板材內(nèi)的扎制方向，因此：rmin= （）則rmin ==； 此時的rmin所在的層為材料變形的中性層，也是該材料所能折彎的最小半徑，而在本設(shè)計之中，零件折彎后內(nèi)側(cè)的半徑為3mm，大于彎曲的最小半徑，能加工。彎曲的最小半徑rmin和彎曲后的結(jié)構(gòu)如圖所示。 彎板材的示意圖又由折彎產(chǎn)品的零件圖可知板材的寬度b=522mm、厚度t=、彎曲內(nèi)側(cè)半徑r=3mm，查《機械設(shè)計手冊》可的零件的強度極限σb不小于295MP，此處取σb=295MP。則材料的自由彎曲力由公式（）得： N。以上即為折彎力的求解過程，也就是說在折彎零件的過程之中。 壓邊力的計算 壓緊塊的設(shè)計由折彎機的原理可知要對零件進(jìn)行折彎必須有一壓緊力先壓住零件，然后再進(jìn)行加工。又零件一直位于工作臺平面上的部分長為792mm,寬為522mm。四周有高為20mm的邊。從主視圖上看，使壓緊塊前后側(cè)的平面與活動梁前后側(cè)的平面對齊，而任務(wù)書中要求工作臺的有效面積為550mm*250mm,則取壓緊塊的寬為300mm。又零件的中間部位排列有一些凸起，則壓緊塊的下部與一側(cè)面應(yīng)挖去深為5mm的塊，在加工該處時由于結(jié)構(gòu)的限制只能用銑床來加工。當(dāng)零件折彎后，為使折起部分的凸起不與壓緊塊相干涉，則應(yīng)在壓緊塊的側(cè)面開一深為5mm，寬為490mm的槽。總的說來就是讓壓緊塊壓住零件的三條靠外側(cè)的邊。同時由于零件的特殊結(jié)構(gòu)，折彎前兩側(cè)的高與其垂直的平面的相交處是半徑為3mm的圓弧，折彎后折彎半徑也為3mm，則要求壓緊塊同時與零件兩相交面接觸的地方也加工成半徑為3mm的圓弧。，則對壓緊塊的精度要求很高，因此在裝配壓緊塊與活動梁時，應(yīng)配作定位銷孔。在確定定位銷孔的位置是應(yīng)使兩孔之間的直線距離越大越好，這樣能夠減小定位的誤差，同時定位銷與其孔應(yīng)為過盈配合。其具體的結(jié)構(gòu)尺寸見壓緊塊零件圖。 壓緊塊結(jié)構(gòu)示意 壓邊力的計算，壓邊力的計算查《沖壓手冊》可得：壓料力即壓邊力是V形自由彎曲力的30％～80％，即， （）式中：為壓料力，單位為N； 為自由彎曲力，單位為N；V形自由彎曲力的計算公式為： （）式中 又由折彎產(chǎn)品的零件圖可知板材的寬度b=522mm、厚度t=，查《機械設(shè)計手冊》可的零件的強度極限σb不小于295MP，此處取σb=295MP。則材料的自由彎曲力由公式（）得：N又由于有：，取中值，則壓邊力為：N。以上即為壓邊力的求解過程，具體來說就是，在折彎機工作過程之中，要能夠順利完成折彎過程。 壓緊塊中心位置的確定，已經(jīng)將壓緊塊的結(jié)構(gòu)和具體尺寸確定，為計算方便在確定位置時將壓緊塊的長度取為520mm。也就是說壓緊塊的中心不在活塞桿對活動梁作用的受力中心，這樣在壓緊缸保壓過程中，將會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，則為了維持系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)柱會對活動梁產(chǎn)生的彈力。對壓緊塊的中心求解可采用面積等價法。，可將壓緊塊分為兩部分，即對中間的規(guī)則部分和余下的部分分別求其中心。以壓緊塊兩邊的交點為原點，兩邊分為X和Y軸建立坐標(biāo)系（）。由圖可知，將壓緊塊分為四部分，則D的中心坐標(biāo)為（260，159），A的中心坐標(biāo)為（15/2，150），B的中心坐標(biāo)為（52015/2，150），C的中心坐標(biāo)為（260，5+13/2）。設(shè)A、B、C三塊的合中心為A1（x1,y1），則顯然，在X軸方向上關(guān)于C點對稱，則x1=260。在Y方向上由面積法得:y1*A1=150*A+150*B+（5+13/2）*C其中：A、B、C分別表示對應(yīng)的三部分的面積；A1=A+B+C。代入數(shù)值可得y1=；則A、B、C三塊的中心為A1（260，）；設(shè)整個壓緊塊的中心為A0（x,y），則可轉(zhuǎn)化為求A1與D的合中心。同理可得：x=260， y=；而假若壓緊塊為一規(guī)則形狀時的中心位置應(yīng)為（260，150），=；以上即為壓緊塊的中心的求法，實際上就是壓緊塊的中心所在平面a平行于兩導(dǎo)柱所確定的平面b。 機架的受力分析 機架以及相關(guān)零件參數(shù)的確定由任務(wù)書可知，折彎機采用三梁二柱式。三梁采用焊接結(jié)構(gòu)，具體來說，機架采用焊接結(jié)構(gòu)，則機架的材料均選用焊接性能好的A3，下梁焊接在機架上，又要求工作臺的工作面積為550mmX250mm，且導(dǎo)柱要通過螺母固定在下梁上，則選機架的底座為740mmX720mm，下梁選用A3，其尺寸為720mmX306mmX44mm，將兩導(dǎo)柱中心之間的距離設(shè)計為620mm，導(dǎo)柱的直徑為60mm。這樣兩導(dǎo)柱內(nèi)側(cè)之間的距離為560mm，同時，在下梁上還應(yīng)裝兩個定位軸座，使折彎機構(gòu)的中心定位在下梁所在平面上。取定位軸座的寬度為80mm,取定位軸座上銷軸的直徑為25mm，則銷軸的臺階的寬度為5mm,則工作臺可用的長度為7202X（80+5）=550mm。工作臺的寬度應(yīng)大于活動梁的寬度取306mm。則工作臺的實際有效面積可達(dá)到550mm*306mm。同時在加工零件時，可根據(jù)零件的具體尺寸在下梁上鉆兩個直徑為5mm的螺紋孔，使兩螺紋孔確定一個平面。又零件在未加工前的面積為1040mmX522mm，折彎部分的長度為248mm,因此余下的長度大于下梁的寬度，則可在下梁的一側(cè)加一個托板托住零件伸出的部分。托板外側(cè)的最外端焊上兩個帶內(nèi)螺紋孔的小擋塊，小擋塊上裝有螺釘，螺釘是用來定位零件在工作臺上的位置。這樣，下梁上兩螺紋孔與托板上的螺釘就準(zhǔn)確的確定零件在工作臺上位置。機架、下梁和導(dǎo)柱的確定，就已經(jīng)定出了折彎機的基本框架，活動梁在導(dǎo)柱上移動，上梁固定在導(dǎo)柱的另一頭，又對于折彎機來說，應(yīng)盡可能的保持三梁的長與寬一致，這樣不僅結(jié)構(gòu)對稱而且受力也均勻，由此可確定上梁的尺寸為720mmX300mm。同時在上梁的中心開孔，使壓緊油缸的活塞桿上下移動，油缸又通過法蘭固定在上梁之上，這樣上梁可以選用厚為50mm的鋼板，又因為油缸位于上梁的中心，且作用力大，則在上梁的中心將產(chǎn)生撓度，因此在上梁的外側(cè)焊接兩鋼板以增加其剛度，由于上梁為一組焊件，則將上梁選用A3。同時由于上下梁分別固定在導(dǎo)柱的兩端，活動梁在導(dǎo)柱上下移動，則要求兩導(dǎo)柱平行，為了保證平行可在上下梁與導(dǎo)柱相配合的四孔處焊上厚度為5mm的鋼板，再對鋼板進(jìn)行加工，以減小加工面積。(具體尺寸見零件圖)。由以上的敘述可知，已將上下梁的結(jié)構(gòu)和具體的尺寸確定。而對于活動梁，是為了使活塞桿與其相連，帶動壓緊塊上下運動，其結(jié)構(gòu)簡單。活動梁的長與寬分別與上梁一致，取720mm和300mm ,但在活動梁長的一側(cè)應(yīng)挖去一長為524mm,寬為20mm的槽以讓開零件折彎后四周的邊產(chǎn)生干涉。同時，由于活動梁要在導(dǎo)柱上上下活動，則應(yīng)在活動梁上裝上導(dǎo)向套，同時配作螺紋孔用來裝配油杯，（具體尺寸見零件圖）。 活動梁結(jié)構(gòu)示意圖三梁的確定已經(jīng)將折彎機的具體結(jié)構(gòu)定出，同時將工作臺與地面的距離定為800mm，由此來確定機架的高度，同時機架的結(jié)構(gòu)為焊接式，則將機架的材料選為A3，機架的底座選長740mm,寬720mm,高為25mm的鋼板，然后在平行于底板長的方向上焊上兩垂直于底板的鋼板，為增加其強度，再在兩垂直鋼板之間焊上一鋼板，這樣從正上方看三塊鋼板，就形成了一個H的形狀，然后在三垂直底板的另一端焊接一長720mm，寬286mm，厚20mm的鋼板，再在該鋼板上焊接兩根型號為8的槽鋼，用來連接下梁。這樣整個機架和下梁就形成了一組焊件。同時，在底板上還需裝上一個支撐架用來定位折彎缸。在中間垂直鋼板上開一個長為300mm，寬為150mm的孔讓折彎缸通過。而對于折彎缸底座的支撐架，將其設(shè)計為一個單獨的構(gòu)件，這樣既便于加工有便于裝配。其具體的結(jié)構(gòu)尺寸由折彎缸尾部轉(zhuǎn)耳來決定。另外，在導(dǎo)柱與上下梁相連接的地方應(yīng)采用過渡配合，這樣可以保證導(dǎo)柱裝上后不會晃動。 機架的受力分析通過壓緊塊中心的計算可知，在壓緊缸的保壓過程之中，由于壓緊塊的受力中心與壓緊塊的中心不重合，則將會以壓緊塊中心產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，但系統(tǒng)卻是保持平衡的，則活動梁將受到導(dǎo)柱對其產(chǎn)生的彈力。對該系統(tǒng)進(jìn)行受力分析得，系統(tǒng)受到壓緊力P，重力G，支撐力N以及導(dǎo)柱對上梁的彈力T1和T2，由于T1和T2為一對內(nèi)力，則T1= T2，又由鋼的密度為：ρ=,則將活動梁與壓緊塊當(dāng)中規(guī)則的形狀來計算，可求得其重量為： N 因為壓緊力為50KN，則重力遠(yuǎn)小于壓緊力，在計算過程之中，可忽略活動梁與壓緊塊的重力，即認(rèn)為P=N。對活動梁和壓緊塊進(jìn)行受力分析得：在水平方向上：T1=T2，且方向相反；在豎直方向上：N=P=。再以O(shè)點為轉(zhuǎn)動中心，以逆時針轉(zhuǎn)動方向為正，則力矩平衡方程為：則由上述計算可知，在壓緊缸保壓的過程之中，導(dǎo)柱受到活動梁的兩彈力作用，在此時導(dǎo)柱相當(dāng)于一固定梁，受到一對大小相等，方向相反的力作用，將發(fā)生彎曲變形，： 壓緊塊受力圖 導(dǎo)柱受力簡圖對導(dǎo)柱進(jìn)行受力分析，取水平向右為正，豎直向上為正，則可分別求得導(dǎo)柱在水平方向與豎直方向上所受到的力：在水平方向上：；在豎直方向上：由于，則。對導(dǎo)柱由力矩平衡方程可得： 當(dāng)確定好各力的大小后，設(shè)彈力T1的作用點為C，T2的作用點為D，則C點的彎矩Mc為：KNmD點的彎矩Md為:KNm則其彎矩圖為：則由彎矩圖可知，危險截面將在截面D，由于導(dǎo)柱的材料為45，查《機械設(shè)計手冊》，可得45的屈服極限為MP，安全系數(shù)為4，則導(dǎo)柱的許用強度為：MP。又由于導(dǎo)柱的截面形狀是直徑為42mm的圓，則可求得它的抗彎截面系數(shù)為：則導(dǎo)柱的彎曲強度條件為： （） 帶入數(shù)據(jù)得：MP則由上式可知導(dǎo)柱的強度滿足要求，安全。由以上計算可知，導(dǎo)柱的強度小于許用值，但由于導(dǎo)柱兩端固定，而在靠近下梁的一端受到活動梁對其的彈力作用，則導(dǎo)柱將會產(chǎn)生彎曲變形，如果導(dǎo)柱的撓度過大，產(chǎn)生的變形將會影響活動梁在上面順利移動。，導(dǎo)柱的撓度是由彈力T1和T2產(chǎn)生的。則可以分別求出彈力T1和T2產(chǎn)生的撓度，再將兩撓度合成，而得出總的撓度。： 導(dǎo)柱彎曲變形示意圖 又有b=,a=，d=,c=，設(shè)總長為l=。則彈力T1對導(dǎo)柱作用產(chǎn)生的撓曲線方程為：BC段的撓曲線方程為： （） 將數(shù)據(jù)帶入撓曲線方程，可以求得在彈力T1的作用下，C和D處的撓度。 同理可得，在彈力T2的作用下，DA段的撓曲線方程為： 將數(shù)據(jù)帶入撓曲線方程，可以求得在彈力T2的作用下，C和D處的撓度。在C點時，x=a=，則撓度為： 在D點時，x=c=，則撓度為： 分別求出彈力T1和T2的撓度后，再將其合成，則可求出總的撓度：mmmm由上可知，彈力T1和T2對導(dǎo)柱產(chǎn)生的撓度在C點為mm，在D點為mm，由數(shù)值可知道，撓度的值很小，因此，它對導(dǎo)柱產(chǎn)生的影響很小，不會影響活動梁的上下移動。由以上可知，導(dǎo)柱的強度與剛度均安全。由上梁的結(jié)構(gòu)可知，壓邊力是由壓緊缸內(nèi)部液壓油對活塞作用，再通過力的傳遞傳給活動梁，則同時將對油缸產(chǎn)生一個反作用力，在該力的作用下，油缸有向上運動的趨勢，又由于壓緊缸通過法蘭固定在上梁之上，則相當(dāng)于在上梁的中心受到一豎直向上的力，該力與壓邊力同大，則上梁在該力的作用下，將會產(chǎn)生彎矩。對上梁進(jìn)行受力分析得，在豎直方向上，取豎直向上為正，在水平方向上，取水平向左為正，則；豎直方向上：由于力F作用在上梁的中心位置，則，所以：N方向豎直向下。水平方向上：。則上梁在中心位置所受的彎矩最大為：KNm其彎矩圖如下圖所示： 上梁彎矩圖由于上梁為組焊件，則選用焊接性能好的A3作為材料，查《機械設(shè)計手冊1》可得A3的屈服極限MP，取MP，安全系數(shù)為4，則上梁的許用強度為：MP。又由于上梁的截面形狀是高為50mm，寬為300mm的長方形，則可求得它的抗彎截面系數(shù)為：則上梁的彎曲強度條件為：帶入數(shù)據(jù)得：MP則由上式可知上梁的強度滿足要求，安全。由上梁的結(jié)構(gòu)可知，上梁的長為720mm，寬為3