MN板框式模鍛液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8MN板框式模鍛液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)燕 山 大 學(xué)2013 年 6 月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8MN板框式模鍛液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)學(xué)院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 年級專業(yè)： 2010級 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 答辯日期： 2014年 月 日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 系級教學(xué)單位：塑性成形系 學(xué)號學(xué)生姓名專 業(yè)班 級題目題目名稱8MN板框式模鍛液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）。2.文管類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）。題目類型1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ ） 2.論文（ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容完成8MN板框式模鍛液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)。熟悉和掌握液壓機(jī)設(shè)計(jì)的方法和一般規(guī)律，使用相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，形成獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力?；疽罄L制A0規(guī)格設(shè)計(jì)圖紙3張；完成設(shè)計(jì)目標(biāo)的三維造型；編寫2萬字的設(shè)計(jì)說明書；翻譯3000字的相關(guān)英文資料。參考資料液壓機(jī)中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 有關(guān)設(shè)計(jì)資料及圖紙周 次14周58周912周1316周1718周應(yīng)完成的內(nèi)容文獻(xiàn)綜述開題報(bào)告資料翻譯 總體方案設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)計(jì)算總體方案完善總裝圖設(shè)計(jì)三維造型主要零部件圖設(shè)計(jì)上機(jī)繪圖手繪圖紙整理說明書審圖、修改答辯指導(dǎo)教師： 職稱：教授 2014年3 月 1日系級教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要大型模鍛件制造水平的高低與航空航天、核電、船舶、軍工等行業(yè)的發(fā)展存在著直接的聯(lián)系并產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為了滿足對大型鍛件日益增長的需求，用于其生產(chǎn)的主要設(shè)備大型模鍛液壓機(jī)的研究、開發(fā)就顯得更加迫切。模鍛液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)多種多樣，其中，板框組合式結(jié)構(gòu)可以很好的解決大型壓機(jī)高承載引起的一系列問題，所以國內(nèi)外大型模鍛液壓機(jī)廣泛采用此結(jié)構(gòu)。目前大型板框式模鍛液壓機(jī)板框結(jié)構(gòu)形式主要有三類：框架由多層橫板和豎板聯(lián)成框架由多層整片“O”形鋼板相互疊加通過預(yù)緊而成框架由多層帶鉤頭的鋼板組合成。液壓機(jī)框架由多層帶“C”形鉤頭鋼板組合成可以節(jié)省材料，降低成本，而且還能夠解決加工、制造、安裝、運(yùn)輸?shù)葐栴}，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象出現(xiàn)，提高了機(jī)架的強(qiáng)度，明顯優(yōu)于其它結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)液壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)算出主工作缸、穿孔缸、回程缸、平衡缸、上梁板、下橫梁、活動(dòng)橫梁、“C”形板、大拉桿、上下夾緊梁和上十字鍵等的主要尺寸。液壓缸作為液壓機(jī)的關(guān)鍵部件，必須擁有足夠的強(qiáng)度或剛度，所以必須通過校核計(jì)算，確定液壓缸最終尺寸，并且利用UG軟件，建立了橫梁、夾緊梁，上十字鍵和整體框架等零部件的實(shí)體模型，以Marc有限元軟件作為分析工具，對主要受力零部件進(jìn)行了三維有限元計(jì)算，對其結(jié)構(gòu)的合理性和應(yīng)力集中情況進(jìn)行了分析，最終完成設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：模鍛，液壓機(jī)，本體，板框式，建模，有限元，分析AbstractThe level of large forging manufacturing there is a direct link with aerospace, nuclear power, shipbuilding, war industry and other industries development and have a profound impact. In order to meet the increasing demand for large forgings, used for the production of large forging hydraulic press which is the main equipment research, development, becomes more urgent. Die forging hydraulic press frame structure is varied, among them, plate and frame composite structure can solve a series of problems caused by the large press high bearing well, so the domestic and foreign large forging hydraulic press widespread adoption of the structure. So far, the plate and frame structure of a large plate and frame type die forging hydraulic press mainly has three categories: (1) framework by multi-layer rung and got behind vertical plate (2) framework by multilayer entire O shape steel overlay each other by preloaded into (3) framework by multilayer belt hook plate combined into. Hydraulic press frame by C shaped hook and multi-layer steel plate combination can save materials, reduce cost, but also can solve the problem of processing, manufacture, installation, transportation and so on, to reduce stress concentration phenomenon, improve the strength of the chassis, is superior to other structures.In the design process, according to the main technical parameters to calculate the primary work cylinder of hydraulic press, punch, the return cylinder and balance cylinder, the beams, activity C shape plate, bar, upper and lower clamping beam and the main dimensions of the cross key, etc. Hydraulic cylinder as the key components of hydraulic press, must have sufficient strength and rigidity, so must pass the check calculation, determine the hydraulic cylinder size, and by using UG software, set up the beam, the clamping beam, cross key parts such as entity model and the overall framework, with finite element software Marc as analysis tool, the main stress components of the three-dimensional finite element calculation, the structure of rationality and stress concentration was analyzed, and the final design.Keywords: die forging hydraulic press, ontology, plate and frame type, modeling, finite element，analysis第1章 緒論1.1 課題背景為了滿足電力、船舶、航空、航天和國防工業(yè)對大型鍛件日益增長的需求，大型模鍛液壓機(jī)的開發(fā)、研究是不可避免的而且十分迫切的。早在上世紀(jì)中葉，法國、前蘇聯(lián)和美國等先進(jìn)制造國家就投建并應(yīng)用于生產(chǎn)中一大批4萬噸級以上的大型模鍛液壓機(jī)，極大程度的帶動(dòng)了本國的航空、汽車等制造業(yè)，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的大批優(yōu)質(zhì)鍛件至今仍在使用而且性能良好。到上世紀(jì)末前蘇聯(lián)和美國設(shè)計(jì)制造的壓力機(jī)比例達(dá)到世界總量的七成左右，前蘇聯(lián)發(fā)展液壓機(jī)技術(shù)較早，于1959年設(shè)計(jì)制造的兩臺(tái)7.5萬噸大型模鍛液壓機(jī)一直沿用至今。我國模鍛液壓機(jī)研究起步較早，后來由于各種原因研究工作擱置下來。我國8萬噸模鍛液壓機(jī)順利投產(chǎn)標(biāo)志著我國已經(jīng)步入鍛造大國行列。 通過8MN板框式模鍛液壓機(jī)的設(shè)計(jì)、研究可以初步的掌握模鍛液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，解決出現(xiàn)的問題進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，為以后大型、巨型模鍛液壓機(jī)的設(shè)計(jì)制造做好技術(shù)儲(chǔ)備。此外，通過完成此設(shè)計(jì)過程來鞏固學(xué)過的知識，提高自己的能力。1.1.1 綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)模鍛液壓機(jī)主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娏Α⒋啊⒑娇蘸教煨袠I(yè),大型模鍛液壓機(jī)是我國大型鍛件在模鍛過程中的重要設(shè)備,過去我們國家沒有大型壓力機(jī)，致使一些鍛件不得不依靠進(jìn)口，這始終束縛著我國航空、航天、汽車、兵器等行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)階段而言，我國8萬噸模鍛液壓機(jī)順利投產(chǎn)使我國成為世界擁有數(shù)量最多、噸位最大重型模鍛鍛壓設(shè)備的國家，但是從設(shè)備構(gòu)成、等級、技術(shù)水平和所生產(chǎn)的鍛壓件的品種、精度、工藝水平方面與國外比，我們還有一些差距。早在上世紀(jì)八十年代林秀安，聶紹珉對鋼板組合機(jī)架做過研究；聶紹珉、金淼和吳生富等對全預(yù)緊機(jī)架整體性能進(jìn)行了分析；我校黃學(xué)玲也通過工程算法對650MN液壓機(jī)預(yù)緊機(jī)架進(jìn)行受力分析并制作一臺(tái)1:10樣機(jī)安裝在實(shí)驗(yàn)室；現(xiàn)階段，國內(nèi)對800MN模鍛液壓機(jī)的研究最多，早在2005年，我們學(xué)校的田會(huì)然、張慶等就對其本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析；2010年，楊固川、于江等人對大型模鍛液壓機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究；中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司通過對設(shè)計(jì)、研究以及國內(nèi)外已建成液壓機(jī)性能分析比較得出：采用C形板機(jī)架結(jié)構(gòu)建造出800MN模鍛液壓機(jī)；而國外，早在1959年前蘇聯(lián)建造的750MN模鍛液壓機(jī)即為板框組合式結(jié)構(gòu)；美國建造的450MN模鍛液壓機(jī)采用立柱以“T”形鉤頭板作為主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)；法國的650MN多向模鍛液壓機(jī)則以“C”形鉤頭板為主要受力構(gòu)件。目前已投產(chǎn)的大型板框式模鍛液壓機(jī)板框結(jié)構(gòu)形式簡介1.1.1.1液壓機(jī)框架由多層橫板和豎板聯(lián)成前蘇聯(lián)建造的750MN模鍛液壓機(jī)就是這類結(jié)構(gòu)（見圖1），它是用多層的橫板和豎板通過螺栓、鍵和銷聯(lián)接成整體的框架來承受液壓機(jī)的公稱壓力。這種結(jié)構(gòu)形式能夠使得大型、巨型液壓機(jī)的加工、輸送和組裝方便簡單容易實(shí)現(xiàn)，然而由于它由多層橫板和豎板構(gòu)成整體，聯(lián)接部位繁多，構(gòu)成復(fù)雜，聯(lián)接形式不單一，而且聯(lián)接部位應(yīng)力集中現(xiàn)象十分顯著，大大的降低了機(jī)器框架的強(qiáng)度和承載壓力的能力，也在一定程度上浪費(fèi)了制造機(jī)架的材料增加了成本。1.1.1.2液壓機(jī)框架由多層整片“O”形鋼板相互疊加通過預(yù)緊而成 由多層整片的“O”形鋼板疊加構(gòu)成基本框架，以螺栓緊固聯(lián)接構(gòu)成一個(gè)整體。這種形式的機(jī)架具有整體性好，受力狀態(tài)好，容易設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是大型、巨型壓力機(jī)不太適用，因?yàn)榇笮偷摹癘”形鋼板的制造、運(yùn)輸和安裝目前都存在許多問題難以解決。圖1前蘇聯(lián)的750MN模鍛液壓機(jī)實(shí)物圖1.1.1.3液壓機(jī)框架由多層帶鉤頭的鋼板組合成該形式的機(jī)架常常被稱作“C”形或者“T”形機(jī)架，由多層帶有特定鉤頭的厚鋼板組合形成，結(jié)構(gòu)緊湊、簡單。比如美國4.5萬噸模鍛液壓機(jī)的立柱是用帶有“T”形鉤頭的鋼板作為主要承力構(gòu)件；我國二重建造的8萬噸模鍛液壓機(jī)（見圖2）和法國的6.5萬噸多向模鍛液壓機(jī)（見圖3）均以“C”形鉤頭板為主要受力構(gòu)件。這種“C”形或者“T”形機(jī)架的立柱部分均沒有螺栓聯(lián)接孔，這樣就能夠大幅增加立柱部分的有效斷面，不僅可以節(jié)省材料，降低成本，而且還能夠解決加工、制造、安裝、運(yùn)輸?shù)葐栴}，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象出現(xiàn)，提高了機(jī)架的強(qiáng)度。圖2二重集團(tuán)的800MN模鍛液壓機(jī)實(shí)物圖 圖3法國650MN多向模鍛液壓機(jī)第2章 液壓機(jī)中液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 液壓機(jī)基本技術(shù)參數(shù)表2-1 液壓機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)參 數(shù) 項(xiàng)參 數(shù)主工作缸41.5MN垂直穿孔缸2MN回程缸40.3MN穿孔回程缸20.2MN同步缸40.1MN系統(tǒng)壓力45MPa主工作缸、垂直穿孔缸工作速度090mm/s可調(diào)液壓缸空程和回程工作速度0200mm/s可調(diào)主工作缸行程500mm垂直穿孔缸行程600mm2.2 液壓缸設(shè)計(jì)概述在液壓機(jī)中，利用高壓液體具有的壓力能生成需要機(jī)械功的主要執(zhí)行元件即為液壓缸，液壓缸所受載荷復(fù)雜，變化十分頻繁，如果液壓缸設(shè)計(jì)不合理、加工制造精度低或者使用不恰當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致其過早損壞甚至報(bào)廢。其中主工作缸的性能直接關(guān)系到整臺(tái)設(shè)備的使用，若因?yàn)樵O(shè)計(jì)不當(dāng)而在使用過程中出問題，不僅維修重造的費(fèi)用巨大，還要嚴(yán)重影響生產(chǎn)，甚至危及人身安全。2.2.1 液壓缸的型式及特點(diǎn)液壓缸部件通常可以分為柱塞式、活塞式和差動(dòng)式三種。一般根據(jù)液壓機(jī)總體結(jié)構(gòu)、缸的總壓力大小及工作條件的要求來選擇。1.柱塞式液壓缸 在水壓機(jī)中應(yīng)用最多，廣泛用于主工作缸、回程缸、工作臺(tái)移動(dòng)缸及平衡缸等處。結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但只能單方向作用，反方向運(yùn)動(dòng)則需要用回程缸來實(shí)現(xiàn)。2.活塞式液壓缸 活塞在運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)方向上都需要密封，因此缸的內(nèi)表面在全長上均需加工，精度及光潔度要求較高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故在水壓機(jī)中應(yīng)用不多，僅在頂出缸和其他輔助機(jī)構(gòu)中采用，在中小型油壓機(jī)上應(yīng)用普遍。3.差動(dòng)柱塞式液壓缸多用于回程缸，該結(jié)構(gòu)多一處密封，但當(dāng)回程缸裝于上橫梁上時(shí)，與活動(dòng)橫梁的連接比較簡單。本設(shè)計(jì)中的工作缸選用的是柱塞式液壓缸，這種形式在液壓機(jī)中應(yīng)用最廣，其結(jié)構(gòu)簡單，中間安裝有導(dǎo)向套和密封裝置，柱塞不與缸內(nèi)壁接觸，缸內(nèi)壁大部分可以不加工或粗加工，相對其他形式的液壓缸容易制造。柱塞式液壓缸只能單向作用，反向運(yùn)動(dòng)需要靠回程缸作用實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)在液壓機(jī)兩側(cè)各加一個(gè)回程液壓缸，回程缸也采用柱塞式結(jié)構(gòu)。2.2.2 液壓缸的支承形式1.法蘭支承及固定 液壓缸以法蘭支承并安裝在橫梁內(nèi)，由缸外壁的環(huán)形面積與橫梁配合，缸內(nèi)進(jìn)入高壓液體時(shí)，通過法蘭與橫梁的接觸面將反力傳給橫梁，液壓缸本身則靠法蘭上的一圈螺釘固定在橫梁上。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是缸壁法蘭過渡區(qū)存在應(yīng)力集中，易于疲勞損壞。2.缸底支撐及固定液壓缸直接靠缸底固定在橫梁上。這種缸不需要法蘭，消除了法蘭區(qū)的應(yīng)力集中，并可減少缸體毛坯尺寸。缺點(diǎn)是壓機(jī)高度有較大增加，缸底與橫梁的接觸情況不易測量。在大型模鍛壓機(jī)上使用較多。3.法蘭支承缸底固定這種支承形式的缸底用大螺母固定，要求缸的尺寸不能很大。本設(shè)計(jì)中工作缸采用法蘭支承并固定的方式，工作缸缸體安裝在橫梁內(nèi)，以其法蘭部分支承并固定在橫梁下表面，由法蘭的環(huán)形上表面與橫梁配合，這種固定與支撐方式的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器總高度相對較低，有利于增加結(jié)構(gòu)的縱向剛度。工作缸本身依靠法蘭上周向分布的螺栓固定在橫梁上，工作時(shí)的作用力通過環(huán)形接觸面?zhèn)鬟f，因此法蘭到缸外壁的過渡處存在應(yīng)力集中，易疲勞破壞，以往液壓缸破壞也多出現(xiàn)在這個(gè)部位，針對此處有很多研究，本文借鑒這些研究成果對法蘭到缸外壁的過渡處進(jìn)行了設(shè)計(jì)?；爻谈撞捎玫氖欠ㄌm支承缸底固定的形式。2.2.3 缸體材料的選擇為了使液壓機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)使液壓缸外徑盡可能減小。一般來說，總壓力不變時(shí)，提高液體工作壓力，液壓缸的外徑將減??；但是如果缸的材料不變，則當(dāng)液體壓力增加到某一數(shù)值后，缸的外徑反而會(huì)增大。如缸內(nèi)徑為R1 ，外徑為 R2 ，液壓壓力為p則 由為對應(yīng)的最佳壓力。進(jìn)一步分析缸的重量與液體壓力之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)液體壓力比pz 略為降低一些時(shí)，缸外徑雖然稍有增加，但缸的重量卻減輕了。因此對應(yīng)于某一缸的材料，液體工作壓力不宜超過最佳壓力Pz ，一般采用合理壓力。根據(jù)我國液壓標(biāo)準(zhǔn)，一般常用壓力為20MPa和32MPa，常用材料為ZG237-500,35,45,20MnMo等，對于這些材料，在（280360）MPa范圍內(nèi)可取為110-150MPa。五、主要參考文獻(xiàn) 1張俊杰800MN模鍛液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)分析D 燕山大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.52陳俊.大型模鍛壓機(jī)C型機(jī)架安裝關(guān)鍵技術(shù)研究D 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.53王兆祥, 俞新陸. 模鍛液壓機(jī)整體剛度研究J. 鍛壓技術(shù)，1990，(1):1-2.,4楊固川，于江，陳文，胡孟君，杜俊雷.大型模鍛液壓機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)分析研究J 鍛壓技術(shù)，2010.35（3）5Hyoji Yoshimura, Katsuhisa Tanaka. 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