8MN板框式模锻液压机本体设计.docx

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8MN板框式模锻液压机本体设计

本科毕业设计（论文）

8MN板框式模锻液压机本体设计

燕山大学

本科毕业设计（论文）

8MN板框式模锻液压机本体设计

学院（系）：

机械工程学院

年级专业：

2010级

学生姓名：

指导教师：

答辩日期：

2014年月日

燕山大学毕业设计（论文）任务书

学院：

机械工程学院系级教学单位：

塑性成形系

学号

学生姓名

专业班级

题目

题目名称

8MN板框式模锻液压机本体设计

题印性质

1.理工类：

工程设计（V）;工程技术实验研究型（）;

理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）。

2.文管类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）。

题目类型

1.毕业设计（V）2.论文（）

题目来源

科研课题（V）生产实际（）自选题目（）

主要内容

完成8MN板框式模锻液压机本体设计。

熟悉和掌握液压机设计的方法和一般规律，使用相关的设计资料，形成独立设计的能力。

基本要求

绘制A规格设计图纸3张；完成设计目标的三维造型；编写2万字的设计说明书；翻译3000字的相关英文资料。

参考资料

《液压机》

《中小型液压机设计》

《机械设计手册》有关设计资料及图纸

周次

1—4周

5—8周

9—12周

13—16周

17—18周

应

宀完成的内容

文献综述开题报告资料翻译总体方案设计初步设计计算

总体方案元善总装图设计三维造型

主要零部件图设计

上机绘图手绘图纸整理说明书

审图、修改答辩

指导教师：

职称：

教授2014年3月1日

系级教学单位审批：

年月日

摘要大型模锻件制造水平的高低与航空航天、核电、船舶、军工等行业的发展存在着直接的联系并产生深远的影响。

为了满足对大型锻件日益增长的需求，用于其生产的主要设备—大型模锻液压机的研究、开发就显得更加迫切。

模锻液压机本体结构多种多样，其中，板框组合式结构可以很好的解决大型压机高承载引起的一系列问题，所以国内外大型模锻液压机广泛采用此结构。

目前大型板框式模锻液压机板框结构形式主要有三类：

①框架由多层横板和竖板联成②框架由多层整片“O'形钢板相互叠加通过预紧而成③框架由多层带钩头的钢板组合成。

液压机框架由多层带“C”形钩头钢板组合成可以节省材料，降低成本，而且还能够解决加工、制造、安装、运输等问题，减少应力集中现象出现，提高了机架的强度，明显优于其它结构。

在设计过程中，根据液压机的主要技术参数算出主工作缸、穿孔缸、回程缸、平衡缸、上梁板、下横梁、活动横梁、“C”形板、大拉杆、上下夹紧梁和上十字键等的主要尺寸。

液压缸作为液压机的关键部件，必须拥有足够的强度或刚度，所以必须通过校核计算，确定液压缸最终尺寸，并且利用UG软件，建立了横梁、夹紧梁，上十字键和整体框架等零部件的实体模型，以Marc有限元软件作为分析工具，对主要受力零部件进行了三维有限元计算，对其结构的合理性和应力集中情况进行了分析，最终完成设计。

关键词：

模锻，液压机，本体，板框式，建模，有限元，分析

Abstract

Theleveloflargeforgingmanufacturingthereisadirectlinkwithaerospace,nuclearpower,shipbuilding,warindustryandotherindustriesdevelopmentandhaveaprofoundimpact.Inordertomeettheincreasingdemandforlargeforgings,usedfortheproductionoflargeforginghydraulicpresswhichisthemainequipmentresearch,development,becomesmoreurgent.Dieforginghydraulicpressframestructureisvaried,amongthem,plateandframecompositestructurecansolveaseriesofproblemscausedbythelargepresshighbearingwell,sothedomesticandforeignlargeforginghydraulicpresswidespreadadoptionofthestructure.Sofar,theplateandframestructureofalargeplateandframetypedieforginghydraulicpressmainlyhasthreecategories:

（1）frameworkbymulti-layerrungandgotbehindverticalplate

（2）frameworkbymultilayerentire"O"shapesteeloverlayeachotherbypreloadedinto（3）frameworkbymultilayerbelthookplatecombinedinto.Hydraulicpressframeby"C"shapedhookandmulti-layersteelplatecombinationcansavematerials,reducecost,butalsocansolvetheproblemofprocessing,manufacture,installation,transportationandsoon,toreducestressconcentrationphenomenon,improvethestrengthofthechassis,issuperiortootherstructures.

Inthedesignprocess,accordingtothemaintechnicalparameterstocalculatetheprimaryworkcylinderofhydraulicpress,punch,thereturncylinderandbalancecylinder,thebeams,activity"C"shapeplate,bar,upperandlowerclampingbeamandthemaindimensionsofthecrosskey,etc.Hydrauliccylinderasthekeycomponentsofhydraulicpress,musthavesufficientstrengthandrigidity,somustpassthecheckcalculation,determinethehydrauliccylindersize,andbyusingUGsoftware,setupthebeam,theclampingbeam,crosskeypartssuchasentitymodelandtheoverallframework,withfiniteelementsoftwareMarcasanalysistool,themainstresscomponentsofthethree-dimensionalfiniteelementcalculation,thestructureofrationalityandstressconcentrationwasanalyzed,andthefinaldesign.

Keywords:

dieforginghydraulicpress,ontology,plateandframetype,modeling,finiteelement，analysis

第1章绪论

1.1课题背景

为了满足电力、船舶、航空、航天和国防工业对大型锻件日益增长的需求，大型模锻液压机的开发、研究是不可避免的而且十分迫切的。

早在上世纪中叶，法国、前苏联和美国等先进制造国家就投建并应用于生产中一大批4万吨级以上的大型模锻液压机，极大程度的带动了本国的航空、汽车等制造业，当时生产的大批优质锻件至今仍在使用而且性能良好。

到上世纪末前苏联和美国设计制造的压力机比例达到世界总量的七成左右，前苏联发展液压机技术较早，于1959年设计制造的两台7.5万吨大型模锻液压机一直沿用至今。

我国模锻液压机研究起步较早，后来由于各种原因研究工作搁置下来。

我国8万吨模锻液压机顺利投产标志着我国已经步入锻造大国行列。

通过8MN板框式模锻液压机的设计、研究可以初步的掌握模锻液压机的结构和工作原理，解决出现的问题进一步优化设计过程，为以后大型、巨型模锻液压机的设计制造做好技术储备。

此外，通过完成此设计过程来巩固学过的知识，提高自己的能力。

1.1.1综述本课题国内外研究动态模锻液压机主要应用领域为电力、船舶、航空航天行业,大型模锻液压机是我国大型锻件在模锻过程中的重要设备,过去我们国家没有大型压力机，致使一些锻件不得不依靠进口，这始终束缚着我国航空、航天、汽车、兵器等行业的发展。

现阶段而言，我国8万吨模锻液压机顺利投产使我国成为世界拥有数量最多、吨位最大重型模锻锻压设备的国家，但是从设备构成、等级、技术水平和所生产的锻压件的品种、精度、工艺水平方面与国外比，我们还有一些差距。

早在上世纪八十年代林秀安，聂绍珉对钢板组合机架做过研究；聂绍珉、金淼和吴生富等对全预紧机架整体性能进行了分析；我校黄学玲也通过工程算法对650MN液压机预紧机架进行受力分析并制作一台1:

10样机安装在实验室；现阶段，国内对800MN模锻液压机的研究最多，早在2005年，我们学校的田会然、张庆等就对其本体结构进行了设计与分析；2010年，杨固

川、于江等人对大型模锻液压机机架结构进行了分析研究；中国第二重型机械集团公司通过对设计、研究以及国内外已建成液压机性能分析比较得出：

采用C形板机架结构建造出800MN莫锻液压机；而国外，早在1959年前苏联建造的750MN莫锻液压机即为板框组合式结构；美国建造的450MN莫锻液压机采用立柱以“T”形钩头板作为主要受力构件的结构；法国的650MN多

向模锻液压机则以“C”形钩头板为主要受力构件。

目前已投产的大型板框式莫锻液压机板框结构形式简介

1.1.1.1液压机框架由多层横板和竖板联成

前苏联建造的750MN莫锻液压机就是这类结构（见图1）,它是用多层的横板和竖板通过螺栓、键和销联接成整体的框架来承受液压机的公称压力[6]。

这种结构形式能够使得大型、巨型液压机的加工、输送和组装方便简单容易实现，然而由于它由多层横板和竖板构成整体，联接部位繁多，构成复杂，联接形式不单一，而且联接部位应力集中现象十分显著，大大的降低了机器框架的强度和承载压力的能力[7-10]，也在一定程度上浪费了制造机架的材料增加了成本。

1.1.1.2液压机框架由多层整片“O'形钢板相互叠加通过预紧而成

由多层整片的“O”形钢板叠加构成基本框架，以螺栓紧固联接构成一个整体。

这种形式的机架具有整体性好，受力状态好，容易设计，通用性强，结构简单等一系列优点，但是大型、巨型压力机不太适用，因为大型的“O”

形钢板的制造、运输和安装目前都存在许多问题难以解决。

图1前苏联的750MN莫锻液压机实物图

1.1.1.3液压机框架由多层带钩头的钢板组合成

该形式的机架常常被称作“C”形或者“T”形机架，由多层带有特定钩头的厚钢板组合形成，结构紧凑、简单。

比如美国4.5万吨模锻液压机的立柱是用带有“T”形钩头的钢板作为主要承力构件；我国二重建造的8万吨

模锻液压机（见图2）和法国的6.5万吨多向模锻液压机（见图3）均以“C'形钩头板为主要受力构件。

这种“C”形或者“T”形机架的立柱部分均没有螺栓联接孔，这样就能够大幅增加立柱部分的有效断面，不仅可以节省材料，降低成本，而且还能够解决加工、制造、安装、运输等问题，减少应力集中现象出现，提高了机架的强度[11-13]

图2二重集团的800MN莫锻液压机实物图

图3法国650MN多向模锻液压机

第2章液压机中液压缸的设计计算

2.1液压机基本技术参数

表2-1液压机的主要设计参数

参数项

参数

主工作缸

4X1.5MN

垂直穿孔缸

2MN

回程缸

4X0.3MN

穿孔回程缸

2X0.2MN

同步缸

4X0.1MN

系统压力

45MPa

主工作缸、垂直穿孔缸工作速度

0〜90mm/s可调

液压缸空程和回程工作速度

0〜200mm/s可调

主工作缸行程

500mm

垂直穿孔缸行程

600mm

2.2液压缸设计概述

在液压机中，利用高压液体具有的压力能生成需要机械功的主要执行元件即为液压缸，液压缸所受载荷复杂，变化十分频繁，如果液压缸设计不合理、加工制造精度低或者使用不恰当，就会导致其过早损坏甚至报废。

其中主工作缸的性能直接关系到整台设备的使用，若因为设计不当而在使用过程中出问题，不仅维修重造的费用巨大，还要严重影响生产，甚至危及人身安全。

2.2.1液压缸的型式及特点

液压缸部件通常可以分为柱塞式、活塞式和差动式三种。

一般根据液压机总体结构、缸的总压力大小及工作条件的要求来选择。

1.柱塞式液压缸

在水压机中应用最多，广泛用于主工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸等处。

结构简单、制造容易，但只能单方向作用，反方向运动则需要用回程缸来实现。

2.活塞式液压缸

活塞在运动的两个方向上都需要密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度及光洁度要求较高，结构比较复杂，故在水压机中应用不多，仅在顶出缸和其他辅助机构中采用，在中小型油压机上应用普遍。

3..差动柱塞式液压缸

多用于回程缸，该结构多一处密封，但当回程缸装于上横梁上时，与活动横梁的连接比较简单。

本设计中的工作缸选用的是柱塞式液压缸，这种形式在液压机中应用最广，其结构简单，中间安装有导向套和密封装置，柱塞不与缸内壁接触，缸内壁大部分可以不加工或粗加工，相对其他形式的液压缸容易制造。

柱塞式液压缸只能单向作用，反向运动需要靠回程缸作用实现，本设计在液压机两侧各加一个回程液压缸，回程缸也采用柱塞式结构。

2.2.2液压缸的支承形式

1.法兰支承及固定液压缸以法兰支承并安装在横梁内，由缸外壁的环形面积与横梁配合，缸内进入高压液体时，通过法兰与横梁的接触面将反力传给横梁，液压缸本身则靠法兰上的一圈螺钉固定在横梁上。

这种结构的缺点是缸壁法兰过渡区存在应力集中，易于疲劳损坏。

2.缸底支撑及固定

液压缸直接靠缸底固定在横梁上。

这种缸不需要法兰，消除了法兰区的应力集中，并可减少缸体毛坯尺寸。

缺点是压机高度有较大增加，缸底与横梁的接触情况不易测量。

在大型模锻压机上使用较多。

3.法兰支承缸底固定这种支承形式的缸底用大螺母固定，要求缸的尺寸不能很大。

本设计中工作缸采用法兰支承并固定的方式，工作缸缸体安装在横梁内，以其法兰部分支承并固定在横梁下表面，由法兰的环形上表面与横梁配合，这种固定与支撑方式的优点是机器总高度相对较低，有利于增加结构的纵向刚度。

工作缸本身依靠法兰上周向分布的螺栓固定在横梁上，工作时的作用力通过环形接触面传递，因此法兰到缸外壁的过渡处存在应力集中，易疲劳破坏，以往液压缸破坏也多出现在这个部位，针对此处有很多研究，本文借鉴这些研究成果对法兰到缸外壁的过渡处进行了设计。

回程缸采用的是法兰支承缸底固定的形式。

223缸体材料的选择

为了使液压机结构紧凑，应使液压缸外径尽可能减小。

一般来说，总压力不变时，提高液体工作压力，液压缸的外径将减小；但是如果缸的材料不变，则当液体压力增加到某一数值后，缸的外径反而会增大。

如缸内径为R1，外径为R2，液压压力为p则

由dR2=o=Pz=0.289L‘丨

dp

Pz为对应二「的最佳压力。

进一步分析缸的重量与液体压力之间的关系，可以发现当液体压力比pz略为降低一些时，缸外径虽然稍有增加，但缸的重量却减轻了。

因此对应于某一缸的材料，液体工作压力不宜超过最佳压力Pz，一般采用合理压力Pz=0.25二

根据我国液压标准，一般常用压力为20MPa和32MPa常用材料为ZG237-500,35,45,20MnMo等，对于这些材料，匚」在（280~360）MPa范围内1可取为110-150MPa

五、主要参考文献

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