【正文】 .....................29 附錄 1 ..........................................................................................................31 附錄 2 ..........................................................................................................39 附錄 3 ..........................................................................................................49 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒論 課題背景及國(guó)內(nèi)外 研究現(xiàn)狀 與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，液壓成形工藝在減輕重量、減少零件數(shù)量和模具數(shù)量、提高剛度與強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)領(lǐng)域尤其是汽車(chē)工業(yè)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用 。 在汽車(chē)工業(yè)及航空、航天等領(lǐng)域，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量以節(jié)約運(yùn)行中的能量是人們長(zhǎng)期追求的目標(biāo)，也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。液壓成形（ hydroforming）就是為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的一種先進(jìn)制造技術(shù) 。 液壓成形也被稱(chēng)為 “內(nèi)高壓成形 ”，它的基本原理是以管材作為坯料，在管材內(nèi)部施加超高壓液體同時(shí)，對(duì)管坯的兩端施加軸向推力，進(jìn)行補(bǔ)料。在兩種 外力的共同作用下，管坯材料發(fā)生塑性變形，并最終與模具型腔內(nèi)壁貼合，得到形狀與精度均符合技術(shù)要求的中空零件。 對(duì)于空心變截面結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)的制造工藝是先沖壓成形兩個(gè)半片，然后再焊接成整體，而液壓成形則可以一次整體成形沿構(gòu)件截面有變化的空心結(jié)構(gòu)件。與沖壓焊接工藝相比，液壓成形技術(shù)和工藝有以下主要優(yōu)點(diǎn) ： ，節(jié)約材料。對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)托架、散熱器支架等典型零件，液壓成形件比沖壓件減輕 20%～ 40%；對(duì)于空心階梯軸類(lèi)零件，可以減輕40%～ 50%的重量。 ，降低模具費(fèi)用。液壓成形件通常 只需要 1 套模具，而沖壓件大多需要多套模具。液壓成形的發(fā)動(dòng)機(jī)托架零件由 6 個(gè)減少到1 個(gè)，散熱器支架零件由 17 個(gè)減少到 10 個(gè)。 可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝的焊接量。以散熱器支架為例，散熱面積增加 43%，焊點(diǎn)由 174 個(gè)減少到 20 個(gè)，工序由 13 道減少到 6 道，生產(chǎn)率提高 66%。 ，尤其是疲勞強(qiáng)度，如液壓成形的散熱器支架，其剛度在垂直方向可提高 39%，水平方向可提高 50%。 。根據(jù)對(duì)已應(yīng)用液壓成形零件的統(tǒng)計(jì)分析，液壓成形件的生產(chǎn)成本比沖壓件平均降低 15%～ 20%,模具費(fèi)用降低 20%～ 30%。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進(jìn)液壓機(jī)的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了可能。相比來(lái)講，國(guó)內(nèi)機(jī)型雖種類(lèi)齊全，但技術(shù)含量相對(duì)較低，缺乏技術(shù)含量高的高檔機(jī)型，這與機(jī)電液一體化，中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)不相適應(yīng)。 在國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，液壓機(jī)可分為三種類(lèi)型：一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓機(jī)；一種是采用可編程控制器控制的液壓機(jī)；第三種是應(yīng)用高級(jí)微處理器 (或工業(yè)控制計(jì) 算機(jī) )的高性能液壓機(jī)。三種類(lèi)型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢(shì)是高速化、智能化。 (1)繼電器控制方式是延續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)控制方式，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡(jiǎn)單，適應(yīng)性不強(qiáng)。其適用于單機(jī)工作、加工產(chǎn)品精度要求不高的大批量生產(chǎn) (如餐具、廚具產(chǎn)品等 )，其也可組成簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性、柔性差。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)許多液壓機(jī)廠家是以這種機(jī)型為主，使用對(duì)象多為小型加工廠，或加工精度要求不高的民用產(chǎn)品。國(guó)外眾多廠家只是保留了對(duì)這種機(jī)型的生產(chǎn)能力，而主要面向以下兩種 技術(shù)含量高的機(jī)型組織生產(chǎn)。 (2)可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)溶為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前已被廣泛的應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械以及自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程序控制器的功能更加豐富。早期的可編程序控制器在功能上只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯控制。后來(lái)一些廠家開(kāi)始采用微電子處理器作為可編程序控制器的中央處理單元 (CPU)，從而擴(kuò)大了控制器的功能，使其不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此， 可編程控制器控制方式是介于繼電器方式和工業(yè)控制機(jī)控制方式之間的一種控制方式。可編程控制器有較高的穩(wěn)定性和靈活性，但在功能方面與工業(yè)控制機(jī)相比有一定差異?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)有些廠家采用可編程控制器控制方式，如天津鍛壓機(jī)械廠有近 60%的產(chǎn)品裝有 PLC。通過(guò)采用 PLC控制，使系統(tǒng)的控制性能和可靠性大大提高。國(guó)外廠家如丹麥的 STENHQJ第 1 章 緒論 3 公司采用了 SIEMENS 的可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和位移的控制。 (3)工業(yè)控制機(jī)控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)上采用的一種高技術(shù)含量的控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機(jī)或單 片 /單板機(jī)作為主控單元，通過(guò)外圍接口器件 (如 A/D， D/A 板等 )或直接應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，同時(shí)利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的。這種控制方式的主要特點(diǎn)如下： ① 具有友好的人機(jī)交互性，操作簡(jiǎn)單。如： BROWN BOGGS 公司的產(chǎn)品，可通過(guò)數(shù)字面板顯示輸入壓力、快進(jìn)和回程速度、壓制速度及保壓 /停機(jī)時(shí)間參數(shù)，極大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。 ② 控制精度高。數(shù)字控制的行程長(zhǎng)度及工作行程與傳統(tǒng)的機(jī)械式的行程開(kāi)關(guān)控制相比，精度有極大的提高。一般控制精度可達(dá)到 ［ 2］。 ③ 易于實(shí)現(xiàn)高速化，提高生產(chǎn)效率。如美國(guó)的 FERRA 公司通過(guò)采用電子微處理控制方式，工作循環(huán)比以前快 60%。 ④ 可順利實(shí)現(xiàn)對(duì)工作參數(shù) (壓力、速度、行程等 )的單獨(dú)調(diào)整。通過(guò)對(duì)控制參數(shù)的單獨(dú)控制，調(diào)整被加工材料的流動(dòng)，能進(jìn)行復(fù)雜工件、不對(duì)稱(chēng)工件的加工。 ⑤ 預(yù)存工作模式，可對(duì)不同工件的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)預(yù)先存儲(chǔ)和重復(fù)調(diào)用，縮短調(diào)整時(shí)間。這與柔性加工要求相適應(yīng)。 ⑥ 對(duì)高速下的換向沖擊可利用軟件來(lái)消除，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ⑦ 在安全方面，可利用軟件進(jìn)行故障預(yù)診斷，并自動(dòng)修復(fù)故障和顯示錯(cuò)誤。如 STENHQF 的機(jī)型和 BROWN BOGGS 公司都有此項(xiàng)功能。 ⑧ 易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的集成控制，組成柔性生產(chǎn)線及與上位機(jī)進(jìn)行通訊和實(shí)現(xiàn)調(diào)度控制。 現(xiàn)在，國(guó)外眾多液壓機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)這種高性能的工業(yè)控制機(jī)控制方式的液壓機(jī)產(chǎn)品，如美國(guó) MULTIPRESS，丹麥 STENHQJ 及加拿大的 BROWN BOGGS 等公司。正是因?yàn)椴捎眠@種先進(jìn)的控制方式，使整機(jī)的控制性能，生產(chǎn)效率都有很大提高。而與國(guó)外發(fā)展情況相比，國(guó)內(nèi)極少有采用工業(yè)控制機(jī)控制方式的產(chǎn)品，成熟的產(chǎn)品是采用可編程控制器 (PLC)的控制方式。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 作為液壓機(jī)兩大組 成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng)，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國(guó)內(nèi)外機(jī)型無(wú)較大差距。主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過(guò)濾、冷卻及防止沖擊和振動(dòng)方面，有較明顯改善。 在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)。插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用。國(guó)外已開(kāi)始廣泛采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)。這種油路設(shè)計(jì)有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰塵、污物、空氣、化學(xué)物質(zhì)侵入系統(tǒng)，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因，國(guó)內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還不多見(jiàn)。在安全性方 面，國(guó)外某些采用微處理器控制的高性能液壓機(jī)利用軟件進(jìn)行故障的檢測(cè)和維護(hù)，如 BROWN BOGGS 產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)負(fù)載檢測(cè)、自動(dòng)模具保護(hù)以及錯(cuò)誤診斷等功能。 隨著人們生活水平的提高，金屬壓制和拉伸制品的需求逐年提高，同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品品種的需求也越來(lái)越多，另一方面產(chǎn)品的生產(chǎn)批量日益縮小。為與中、小批量生產(chǎn)相適應(yīng)，需要能夠快速調(diào)整的加工設(shè)備，這使液壓機(jī)成為理想的成型工藝設(shè)備。特別是當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱(chēng)工件的加工，而且，實(shí)現(xiàn)了極低的廢品率。這種加工方式還適合于長(zhǎng) 行程、難成型以及高強(qiáng)度的材料?？勺兊膭?dòng)力組合、短的加工時(shí)間、根據(jù)工件長(zhǎng)度的簡(jiǎn)易的壓力行程調(diào)整，這與機(jī)械加工系統(tǒng)相比，有其優(yōu)越性。 液壓機(jī)作為一種通用的無(wú)削成型加工設(shè)備，其工作原理是利用液體的壓力傳遞能量以完成各種壓力加工的。其工作特點(diǎn)一是動(dòng)力傳動(dòng)為 “柔性 ”傳動(dòng)，不象機(jī)械加工設(shè)備一樣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，這種驅(qū)動(dòng)原理避免了機(jī)器過(guò)載的情況；二是液壓機(jī)的拉伸過(guò)程中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力，沒(méi)有 “成角的 ”驅(qū)動(dòng)力，這使加工系統(tǒng)有較長(zhǎng)的生命期和高的工件成品率。液壓機(jī)有單動(dòng)、雙動(dòng)、三動(dòng)三種基本的動(dòng)作方式。在單動(dòng)方式中，壓頭 (或滑 板 )作為移動(dòng)部件單向移動(dòng)完成壓制過(guò)程。這種工作方式?jīng)]有壓邊裝置。單動(dòng)壓力機(jī)主要用于薄型工件成型中，適用于卷材和帶型材料。雙動(dòng)型壓力機(jī)有兩個(gè)移動(dòng)部件：滑板 (或沖頭 )和模板。其工作過(guò)程是，沖頭 (或滑板 )自上而下拉伸沖料，模板充作固定壓板。在壓制成型后，模板能實(shí)現(xiàn)打料頂出功能。可根據(jù)材料和第 1 章 緒論 5 工件的特征參數(shù)來(lái)調(diào)整模板的壓力。三動(dòng)型壓力機(jī)中，深拉伸滑塊和壓邊滑塊自上而下移動(dòng)，由模板實(shí)現(xiàn)打料動(dòng)作。但是，模板也可以充作壓邊塊來(lái)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)的成型操作。這種壓力機(jī)也可以做雙動(dòng)機(jī)用。由于內(nèi)滑板和壓邊塊相關(guān)連，因此，成型壓力和壓邊力合 成整個(gè)系統(tǒng)的總負(fù)載。按照機(jī)架結(jié)構(gòu)形式液壓機(jī)可分為梁柱式、組合框架型、整體框架式、單臂式等。按照功能用途液壓機(jī)可分為手動(dòng)液壓機(jī)、鍛造液壓機(jī)、沖壓液壓機(jī)、一般用途液壓機(jī)、校正、壓裝液壓機(jī)、層壓液壓機(jī)、擠壓液壓機(jī)、壓制液壓機(jī)、打包壓塊液壓機(jī)、專(zhuān)用液壓機(jī)十組類(lèi)型。 本課題研究的主要內(nèi)容 包括機(jī)床總體設(shè)計(jì)、主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 、運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析 、零件圖的設(shè)計(jì)與繪制 擬解決的主要問(wèn)題 動(dòng)方案 本章小結(jié) 本章主要介紹了 我國(guó)的 液壓機(jī) 加工工藝及相應(yīng)的沖壓設(shè)備 的一些情況，詳細(xì)介紹了目前比較先進(jìn)的液壓成型技術(shù)和工藝 、 優(yōu)點(diǎn) 、液壓機(jī)的分類(lèi)和特點(diǎn) ，提出了本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要解決的主要問(wèn)題。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 機(jī)床總體設(shè)計(jì) 17 第 2章 機(jī)床總體設(shè)計(jì) 工件描述 被加工工件為不銹鋼板材，鋼號(hào)為 0Cr18Ni9， 每個(gè)要加工坑的具體尺寸且兩相鄰坑之間的距離是 100mm 尺寸為寬 1300 毫米長(zhǎng) 3500 毫米，厚度為 8 毫米。其具體形狀見(jiàn)圖 21 圖 21 工件整體結(jié)構(gòu) 其具體尺寸見(jiàn) 圖 22 圖 22 工件具體尺寸 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 液壓機(jī)總體設(shè)計(jì)特點(diǎn) 機(jī)床總布局的任務(wù)，是解決機(jī)床各部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置的關(guān)系，并使機(jī)床具有一個(gè)協(xié)調(diào)完美的造型。工藝分析和工件的形狀，尺寸和重量，在很大程度上左右著機(jī)床的布局型式。工藝要求決定了機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)運(yùn)動(dòng)均有相應(yīng)的執(zhí)行部件來(lái)完成，通過(guò)傳動(dòng)解決各部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。機(jī)床的布局受多方因素的影響，例如機(jī)床的性能，操作，觀察與調(diào)整，數(shù)控機(jī)床的控制，排屑和防護(hù)都對(duì)機(jī)床的布局 產(chǎn)生一定得影響。機(jī)床總布局的設(shè)計(jì)是帶有全局性的一個(gè)重要問(wèn)題，它對(duì)機(jī)床的部件設(shè)計(jì)，制造和使用都有較大的影響。機(jī)床的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意 :機(jī)床的系列化，零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化。液壓機(jī)的總體設(shè)計(jì)要注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)，盡量避免使用鑄造零件。 液 壓機(jī)總體布局設(shè)計(jì) 模具由絲杠滑塊帶動(dòng)，橫向進(jìn)給，將一排凹坑加工完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)鋼板做縱向進(jìn)給，進(jìn)給到下一個(gè)工位，開(kāi)始加工直到加工全部完成。兩光杠連接在立柱上，用來(lái)支承上滑塊。液壓缸安裝在滑塊上，連接上模，提供沖壓力。下滑塊由兩軌鋼做成的導(dǎo)軌支承，由絲杠帶動(dòng)在導(dǎo)軌 上運(yùn)動(dòng)。工件固定在工作臺(tái)上，由工作臺(tái)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)。見(jiàn)圖 23. 第 2 章 機(jī)床總體設(shè)計(jì) 9 630AA216。 2 6216。 6 54 03 01 5 07 5 圖 23 液壓機(jī)總體布局設(shè)計(jì) 液壓機(jī)導(dǎo)軌方案選擇 電機(jī)帶動(dòng)液壓缸在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，從而帶動(dòng)工件做縱向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌由四個(gè)光杠組成。上兩個(gè)光杠起導(dǎo)向作用，下兩個(gè)光杠起承受液壓缸自重的作用。見(jiàn)圖 24 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2 0 8 0 圖 25 液壓機(jī)導(dǎo)軌方案設(shè)計(jì) 本章小結(jié) 本章主要介紹了被加工工件的形狀、尺寸和液壓