1、操作简单，模具通用性强，运行成本低，因此获得广泛的应用。目前，液压式弯板机已经取代了机械式弯板机。液压式弯板机的优点在于有较大的工作行程，在行程的任一点都可以产生最大公称力；折弯行程、压力、速度可调，易于实现数控：可实现快速趋近，慢速折弯，符合工件的工艺要求；采用多缸同步系统，极大地提高了折弯精度。并实现了弯板机的多台联动，拓宽了弯板机的工艺范围。数控液压式板料弯板机是问世最早，应用最广泛，国内生产企业最多的金属板材加工机床。“十五”期间，中国数控液压式弯板机已经进入国际先进水平的行列。目前，数控液压式弯板机普遍采用BOSCH公司或HOERBIGER公司的数字式闭路液压系统和DELEM公司或C
2、YBELEC公司的专用数控系统；采用动态压力补偿系统，侧梁变性补偿系统，温度补偿系统，板材厚度及反弹在线检测和修正系统，保证受力状态下工作台与滑块相对位置的精确性；成熟完善的工艺软件，自动编程功能及彩屏显示，可实现多种折弯工件的工艺储存与轮番生产；滑块的最大空程速度和工作速度分别达到了100毫米/秒和10毫米/秒，大大提高了弯板机的的工作效率；多轴数控保证了板料的精确送进。不过近年来，数控板料弯板机出现了有液压驱动向机械传动回归的动向。这种回归不是机械传动简单地代替液压驱动，而是采用伺服电机带动滚珠丝杆直接驱动折弯滑块，形成新型数控板料弯板机。伺服电机直接驱动的优点在于，能耗，噪音，污染以及制
3、造维修成本大为降低，同时，机床的可靠性，工作速度和效率得以提高。该类数控弯板机滑块速度可达100毫米/秒，折弯速度10-15毫米/秒，回程速度70毫米/秒；滑块定位精度为0.035毫米，重复定位精度为0.01毫米。至此，我国的数控液压板料弯板机在计数层面上已具备了网络化的条件，并开始出现向网络化和单元化发展的趋势。2.2 现有液压式槽型弯板机的产品介绍2.2.1 CP系列电眼同步数控液压折弯机CP系列液压折弯机是上动式的数控液压折弯机，它通过伺服比例阀上的各类阀门的动作来驱动左右油缸伸长与返回，这过程中带动机器活动梁的上升与下降。活动梁的同步运作是结合了电子尺讯号反馈及伺服比例阀发出的流量，通
4、过瑞士Cybelec数控系统完成。数控操作器备有10寸的显示屏幕，液晶显示，可以人机对话，模拟折弯工序，不同角度工件的折弯可以一次成型。图2.1 CP系列电眼同步数控液压折弯机外观图CP系列属于三点式无反馈悬空折弯，上刀的刀头与下模V形槽的刃口确定了工件的折弯角度。由于电子尺的读数精度为0.005mm，活动梁下降的距离可以准确得到控制。Y轴重复性定位精度极高。活动梁左右油缸行程也可以单独控制，属于两轴配置，设备可完成锥形工件的折弯，例如:工件左边88度,工件右边92度。此系列的折弯机可以按操作者的要求来完成不同角度的折弯,一次成型。设备的角度精度在全长的折弯内可以控制在0.5，按客户的要求,我
5、们也可以在设备上装备有600mm长的滚珠丝杠，通过伺服电机驱动来完成工件定位（X轴）尺寸，伺服电机的分辨为0.01mm ，工作的定位精度为0.05mm，操作者在熟悉了数控机床的操作后可以更快完成不同角度、不同长度、多道折弯工序的工作折弯，大大提高了工作效率。对于较大吨位的设备，机器可备上挠度补偿配置,工作挠度可控制在每米0.75mm之内。设备适用于大吨位、超长工件的折弯及生产批量大的工序上。设备的关键零部件国外进口，生产的规格在50至500吨，折弯工件的长度在1.6米至8米长。2.2.2 液压弯板机机器为全钢焊接机构，液压上传动，振动消除应力，机器强度高、刚性好。液压摆式剪板机是通过采用主油缸
6、（固定在墙板上）做向下剪切运动、氮气缸回程，因此简化液压系统、运行更稳定。摆式剪板机的上刀架在剪切过程中绕一固定轴线作圆弧摆动，通过杠杆作用，支点受力小，可提高剪切刃寿命、机器寿命，整机结构紧凑，并能无极调节上刀架的行程量，大大提高工作效率。图2.2 液压弯板机数控系统功能（荷兰 Delem）：全中文显示，便于操作。后挡料装置为机动块调整，具有单向和双向定位功能，能有效消除丝杠间隙，具有退让选料功能，避免挡料装置与工件的干涉，减少磨损，提高定位精度，具有自动或手动搜索参考点功能。具有断电位置记忆功能，对参数、位置及程序进行现场保护。具有多步加工编程功能，可实现多步动运行，完成多工步零件一次性加
7、工，提高生产效率。采用防护栅与电器箱联锁人生安全保护装置。采用先进的集成式液压系统，可靠性好2.2.3 现有液压式弯板机存在的问题国内研制的各种弯板机，人为控制因素太多，产品质量得不到很好的控制，尤其在推速控制方面存在许多问题。推弯有的甚至靠卷扬机和钢丝绳驱动；推速不稳定，忽快忽慢，导致弯板表面出现皱褶，弯板几何形状不规矩等问题。国外的大中型弯板机国外既有机械式，也有液压式。机械式结构庞大，重量重，占据空间大，成本高。液压式都为双缸，而且液压和电气控制系统均因解决同步问题增加相应的元件和费用，重要的是引进国外弯管机设备的价格是十分昂贵的。3 液压式槽型弯板机的液压系统设计说明书3.1 课题内容
8、及要求该课题是设计一个液压式槽型弯板机的结构设计，以槽形弯板机主要加工的平板壁厚35mm为主参数（取板厚4mm），计算出推进力。要求该机构操作简单方便、安全可靠。用计算机绘图软件完成整体方案及主要零部件设计。方案合理，可行，实现课题要求的液压系统及其液压系统元件的选用。3.2 拟订设计方案液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特要求，利用液压传动的基本原理，拟订出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。3.2.1 液压系统工况分析在开始设计液压系统时，首先要对机器的工作情况进行详细的分析，此处应
9、考虑下几个方面。（1）确定了该机器中需要液压传动的部件是伸缩式液压缸，且该伸缩缸需要根据其行程、负载来设计其结构。（2）运动的工作顺序和执行元件的工作循环：伸缩缸的伸出、停止、缩回的工作顺序由人工来控制，执行元件的工作循环也是随工作需要而变化的。（3）调速的范围和具体的速度值也可视当时情况而定，要求运动平稳。（4）系统设计时必须实现液压缸的多缸同步运动。3.2.2 液压系统的主要元件（1）动力元件（液压泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。（2）执行元件（液压缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。（3）控制元件 包括调速阀，溢流阀和换向阀等。
10、它们的作用是根据需要无级调节液压系统的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。（4）辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括过滤器、蓄能装置、管件及油箱等，它们同样十分重要。（5）工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它通过液压泵和液压缸等实现能量转换。3.2.3 拟定液压系统原理图液压系统原理图时整个液压系统设计中最重要的一环，它的好坏从根本上影响整个液压系统。一般的方法是：先根据具体的动作性能要求选择液压基本回路，然后将基本回路加上必要的连接措施有机地组合成一个完整的液压系统，拟定液压系统图时，应考虑以下几个方面的问题：1 所用液压执行元件的类型液压执
11、行元件有提供往复直线运动的液压缸，提供往复摆动的摆动缸和提供连续回转运动的液压马达。在设计液压系统时，可按设备所要求的运动情况来选择，在选择时还应比较、分析、以求设计的整体效果最佳。2 液压回路的选择在确定了液压执行元件之后，要根据设备的工作特点和性能要求，首先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路。3 液压回路的综合液压回路的综合是把选出来的各种液压回路放在一起，进行归并、整理、再增加一些必要的元件或辅助油路，使之成为完整的液压转动系统，进行这项工作时还必须注意以下几点：（1）尽可能省去不必要的元件，以简化系统结构。最终综合出来的液压系统应保证其工作循环中的每个动作都安全可靠，无相互干扰。
12、（2）尽可能提高系统的效率，防止系统过热。（3）尽可能使系统经济合理，便于维修检测。（4）尽可能采用标准元件，减少自行设计的专用件。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组成图3.1所示的液压系统原理图。图3.1液压系统原理图3.3 液压缸的设计3.3.1液压缸设计中应注意的问题不同的液压缸有不同的设计内容和要求。一般在设计液压缸的结构时应注意以下几个问题：1）尽量使液压缸的活塞杆处在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性。2）考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置，在系统中需要相应的措施。但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。3）根据主
13、机的工作要求和结构要求，正确确定液压缸的安装、固定方式。但液压缸只能一端定位。4）液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。1 液压缸主要参数的确定1）初选液压缸的工作工作压力2）计算液压缸的尺寸3）活塞杆稳定性校核4）求液压缸的最大流量2.液压缸主要尺寸的确定1） 液压缸工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件的不同，通常采用的压力范围也不同。设计时，可用类比法来确定，初步确定p1=3MPa。表3-1 液压设备常用的工作压力2） 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定式中-液压缸工作
14、压力，初算时可取系统工作的压力-液压缸回油腔背压力，初算时无法准确计算，可先根据表2-2估计p2=0.7MPa；-活塞杆直径与液压缸内径之比，可按表2-3选取=0.5；-工作循环中最大的外负载所要加工材料选用25#钢，加工成形材料如下图图3.2槽型板根据所选的材料得到其屈服强度抗弯断面系数： （l=1000mm d=4mm）抗弯力矩： 得则抗弯力的大小： （b=100mm）由于在板材压弯的过程中，当角度变化时所需的工作负载也会随之增大，因此工作负载取抗弯力的3倍左右，即，则每个工作缸的工作负载。表3-2 执行元件背压的估计值表3-3 液压缸内径D与活塞杆直径d的关系液压缸密封处摩擦力，它的精确
15、值不易求得，常用液压缸的机械效率进行估算。式中-液压缸的机械效率，一般 =,初定为0.9将代入式中，可求得D为=67.6mm活塞杆直径可由值算出由计算所得的D与d值分别按表3-4与3-5圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表3-4 液压缸内径尺寸系列（GB2348-80） （mm）注:括号内数值为非优先选用值表3-5 活塞杆直径系列（GB2348-80） （mm）=0.5 F=8000N =0.9 =3 =0.7D取80mm d=80X0.5=40mm对选定后的液压缸内径D，必须进行最小稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的有效面积A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积，即=-流量
16、阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中查得；-液压缸的最低速度，有设计要求给定。如果液压缸节流阀的有效工作面积A不大于计算所得的最小有效面积，则说明液压缸不能保证最小稳定速度，此时必须增大液压缸的内径，以满足速度稳定的要求。3） 液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因其壁厚的不同而各异。一般计算时分薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械h式中-液压缸壁厚（m）-液压缸内径（m）-试验压力，一般取最大工作压力（1.251.5）倍（
17、MPa）；-缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：=110120MPa; 100110 MPa; 60 MPa ;25MPa。在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。对于 时,应按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对脆性及塑性材料液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径为式中值应按无缝钢管标准，或按有关标准圆整为标准值。选高强铸铁：=100MPa由公式： =1.62 取10mm4） 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际
18、工作的最大行程来确定，并参照表2-6中的系列尺寸来选取标准值。表3-6 液压缸活塞行程参数系列（GB2349-80） （mm）由表工作行程取160mm5） 缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度 t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时有孔时式中 -缸盖有效厚度（m）；-缸盖止口内径（m）；-缸盖孔的直径（m）。无孔时 取6） 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求式中 L-
19、液压缸的最大行程；D-液压缸的内径活塞的宽度B一般取B=（0.61.0）D ；缸盖滑动支撑面的长度,根据液压缸内径而定；当D80mm 时，取=（0.61.0）d。为保证最小导向长度H，若过分增大和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即最小导向长度：H=120mm活塞的宽度B 一般取B=60mm7） 缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。算得内部长度260mm缸体外形长度再加上两端端盖的厚度强度校核液压缸的缸筒壁厚、活
20、塞杆直径 d 和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行校核。（1）缸筒壁厚校核 液压缸缸筒壁厚校核时分薄壁和厚壁两种情况。当时为薄壁，壁厚按下式进行校核=1.62mm1.2mm ，符合条件。式中，D为缸筒内径；为缸筒试验压力，当缸的额定压力小于等于16MPa时取=1.5，当大于16MPa时取=1.25；为缸筒材料的许用应力，=，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n =5。当 时，壁厚按下式进行校核在使用校核时，若液压缸缸筒与缸盖采用半环连接，应取缸筒壁厚最小处的值。（2）活塞杆直径校核 活塞杆的直径d的校核按下式进行=80X0.5=40mm符合条件式中，F为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料
21、的许用应力，=。（3）液压缸盖固定螺栓直径校核 液压缸盖固定螺栓在工作过程中同时承受拉应力和扭应力，其螺栓直径可按下式进行校核式中，F为液压缸负载；z为固定螺栓个数；k为螺纹拧紧系数，k=1.121.5; =, 为材料的屈服点。8） 活塞杆稳定性的验算当液压缸支承长度时，必须考虑活塞杆弯曲稳定性并进行验算。液压缸的支承长度是指活塞杆全部外伸时，液压缸支承点与活塞杆前端连接处之间的距离；d为活塞杆直径。负载力F小于使其保持工作稳定的临界负载力，的值与活塞杆的材料、截面形状、直径和长度，以及液压缸的安装方式等因素有关。9） 油口尺寸的确定油口包括油口孔和油口连接螺纹，液压缸的进、出油口可布置在端盖
22、或缸筒上。油口孔大多属于薄壁孔（指孔的长度与直径之比的孔）。式中 C- 流量系数，接头处大孔与小孔之比大于7时， ，小于7时，；油孔的截面积，m；- 液压油的密度，kg/m ；-油孔前腔压力，Pa；-油孔后腔压力，Pa；-油孔前后腔压力差，Pa；-液压缸的内径（该处采用最外面液压缸的内径）m；V-液压缸的运动速度，m/s。从上式中可见，C、是常量，对流量影响最大的因素是油口孔的面积A。根据上式可以求出孔的直径，以满足流量的需要，从而保证液压缸正常工作的运动速度。其中 C=0.7；=1000 kg/m；=2.5 MPa；=0.1 MPa；mV=0.4 m/s。合并两公式，并带入数据得求得 A=0
23、.00035m2mm液压缸油口连接螺纹尺寸应符合表3-7的规定。表3-7 液压缸油口连接螺纹（GB/T28781993）根据计算结果结合液压油口连接螺纹尺寸的规定，取液压缸的油口连接螺纹为M121.5，油口孔直径mm。3.3.2 液压缸结构设计液压缸主要尺寸确定以后，以下是各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、密封装置、排气装置、及液压缸的安装连接结构等。1）缸体与缸盖的连接形式缸体是液压缸的主体，应有足够的强度、耐磨性和几何精度，以承受液体压力和活塞往复运动的摩擦，并保证良好的密封。缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。当油缸体的材
24、料选用铸铁时，它的连接方式多采用法兰联接。因此，设计中采用了法兰连接，其优缺点如表3-8。表3-8 法兰连接（图示是后缸盖的连接方式，前缸盖是螺钉连接的）为了保证缸体和缸盖连接的可靠性，对于压力较高的油缸，应该校核联接螺钉，螺钉校核过程如下：联接中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力 是工作载荷与剩余锁紧力之和，有时还有外部拉力作用F，即式中工作载荷；缸盖所受的合成液压力；螺钉数目；油缸内油液工作压力；- 剩余锁紧力，对载荷变化的联接取，0.61.0。后缸盖螺钉强度校核由公式得：N因此螺钉的强度条件为：式中称为计算载荷。这是因为螺纹根部横截面是危险剖面，当进行拧紧时，在危险剖面上，同时存在着拉应力
25、和扭应力，而螺钉的材料又是塑性的，因此，根据第四强度理论，用合成应力表示螺纹危险剖面上的应力加大30%，以考虑螺钉受拉应力和扭应力的合成作用。当该液压缸工作时，因高度较大产生较大的扭应力，根据估计。许用拉应力。表3-9各种钢的屈服强度上式中 安全系数，一般取对于45钢取螺钉材料的流动极限（MPa）；所以由公式得=mm螺纹内径；普通螺纹值为；螺纹的螺距。实际后缸盖螺钉直径d=8d1=6.88,符合螺钉强度设计要求。前缸盖螺钉强度校核：前缸盖校核时，因为前端盖的螺钉最主要的受了是液压缸上升时产生的拉应力。各缸前端盖的螺钉受力情况差不多，最外面缸的前端盖上的螺钉受力较大一些，在这里只要校核最外面缸的
26、就可以了由公式1-6得：（3-9）式中称为计算载荷，这是因为螺纹根部横截面是危险剖面，当进行拧紧时，在危险剖面上，同时存在着拉应力和扭应力，而螺钉的材料又是塑性的，因此，根据第四强度理论，用合成应力表示螺纹危险剖面上的应力加大30%，以考虑螺钉受拉应力和扭应力的合成作用。许用拉应力；上式中 安全系数，一般取；对于45钢取Mpa。实际前缸盖螺钉直径d=6d1=1.70,符合螺钉强度设计要求。2）活塞杆、活塞的结构活塞应有足够的强度和较好的滑动性及耐磨性，活塞的结构应当适合它与缸体内壁接触和密封，以及与活塞杆的连接。活塞与活塞杆的连接常采用螺纹连接，结构简单。表3-10为活塞杆与活塞的连接结构。表
27、3-10 为活塞杆与活塞的连接结构3）密封圈的选用密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选用不同类型的密封圈。根据该系统的密封要求，速度不是很快，压力较小，对温度的要求较低，中低摩擦泄露，再结合各密封元件的特点，为此缸筒和缸盖之间选用O型密封圈，活塞与缸盖之间采用Y型密封圈。O型密封圈与Y型密封圈的使用参数如表3-11。表3-11密封圈的使用参数4）排气装置如果排气阀设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存有空气。由于空气具有压缩性和之后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬行，影响液压缸的正常工作。例如，液压导轨磨床在加工过程中，如果
28、工作台进给液压缸内存有空气，就会引起工作台进给时的颤振和爬行，这不仅会影响被加工表面的粗糙度和形位公差等级，而且会损坏砂轮和磨头等机构；如果这种现象发生在炼钢转炉的倾倒装置液压缸中，那将会引起钢水的动荡泼出，这是十分危险的。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上设排气阀。因为液压缸是液压系统的最后执行元件，会直接反映出残留空气的危害。排气阀的位置要合理，水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方，均应与压力腔相通，以便安装后调试前排除液压缸内之空气。由于空气比油轻，总是向上浮动，不会让空气有积存的残留死角。该处液压缸是垂直安装的，应设在上方，因为该液压缸的上腔是不需进油的，所以设计成
