DW38数控弯管机机械设计说明书及CAD图纸资料.docx
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DW38数控弯管机机械设计说明书及CAD图纸资料
DW38数控弯管机机械设计说明书及CAD图纸资料
全套设计（图纸）加401339828
摘要
管的弯制方法有很多，相应的设备也有很多，但大多数都是用手动或机械弯管机加工生产出来的，而且多为冷弯。
在实际中通常是根据生产对管的质量要求选择相应的弯管机进行加工。
本课题旨在寻求一种新的弯管工艺，在保证弯管质量的前提下尽可能提高弯管的速度。
本着以上的目的，本课题研究设计了一款DW38液压全自动弯管机。
它具有生产效率较高，制造成本低。
整台机器共有以下几部分组成:
送料夹紧和送料机构、弯曲夹紧机构、弯曲机构和切断机构四大部分组成。
除了切断机构是由一台功率为0.37kw的小功率三相异步电动机带动之外，其它的机构均采用了液压传动。
弯管方式采用辗压。
在弯管的过程中，定模保持不动，固定在旋转平台上的动模进行靠模完成管子的加工。
由于主要采用了液压传动的传动方式，和其它的液压设备相同，该液压全自动弯管机在传动上大为简化，缩短了传动链，从而提高了动力的传动效率。
本设备可以一次完成两根管料的同时加工，所以加工效率较高。
关键词:
弯管机齿轮传动液压缸
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毕业论文
ABSTRACT
Therearemanybendingmethodoftube,sothecorrespondingdeviceisalot.Butmostbendingmachineismanualormechanicalprocessing,andmostlyiscold.Inpractice;theselectofbendingmachineisusuallybasedonthequalityoftheproductionrequirementsontube.Thistopicseekstofindanewelbowtechnology,inensuringthequalityofpipebendsunderthepremiseofimprovingthespeedasmuchaspossible.
Intheabovepurpose,theresearchdesignofahydraulicautomatictubebendingmachine.Ithashigherproductionefficiency,lowmanufacturingcost.Thewholemachineisatotalofthefollowingcomponents:
Feedingclampingandfeedmechanism,clampbodybending,bendingbodiesandcutoffthebodiesoffourparts.Inadditiontocuttingoffbodybyalow-powerpower0.37kwthreephaseinductionmotordrive,theotheragenciesareusingahydraulictransmission.RollingElbowisadopted.Inthebendingprocess,scheduledtodieremainintact,fixedontherotatingplatform,thedynamicmodelforthetubetocompletetheprocessingbythemodule.
Sincethemainuseofthehydraulicdrivetransmission,andothersimilarhydraulicequipment,automaticbendingmachineofthehydraulicdriveonthegreatlysimplified,reducingthetransmissionchain,resultinginimprovedpowertransmissionefficiency.Thedeviceatonce,whiletwopipematerialsprocessing,sotheprocessingefficiencyis
higher.
Bender,Motor,Gear,HydrauliccylinderKeywords:
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毕业论文
第1章管子弯曲方法的选择..............................................41.1管料弯曲变形分析................................................................................................41.2常用弯管方法........................................................................................................41.4弯曲方法的拟定....................................................................................................6第2章弯管机的总体设计拟定............................................7
2.1弯管机的总体机拟定及分析.................................................................................7
2.2弯管机总体机构的划分.........................................................................................7
第3章弯管机各机构的选择和设计........................................8
3.1靠模弯曲机构的设计............................................................................................83.2定模和夹块运动的设计.........................................................................................83.3顶镦装置的设计....................................................................................................83.4切断机构的设计....................................................................................................9第4章齿轮的参数计算和选定...........................................104.1齿轮的拟定..........................................................................................................104.2齿条的参数计算和拟定.......................................................................................10第5章液压缸的设计...................................................115.1液压缸主要参数的初步计算和拟定...................................................................115.2液压缸的验算......................................................................................................115.3液压缸各部分结构形式的拟定............................................................................12
5.3.1缸筒与端盖联接方式的确定.................................................................................................12
5.3.2.....................................................................................................12活塞结构形式的选取
5.3.3活塞杆的结构拟定以及直径的计算......................................................................................13
5.3.4活塞与活塞杆的联接以及活塞的密封..................................................................................14
5.3.5导向套的选择.................................................................................................................14第6章大液压缸的选择.................................................15第7章切断电机的选择以及计算.........................................16第8章冷弯工艺参数的计算.............................................178.1冷弯工艺参数的计算...........................................................................................17
8.1.1弯头伸长量的计算.................................................................................................................17
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8.1.2旋转力矩的计算....................................................................................................................17
8.1.3夹紧力和压料力的计算.........................................................................................................18第9章旋转轴的校核...................................................19结束语................................................................22参考文献..............................................................23致谢.................................................................24
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毕业论文
第1章管子弯曲方法的选择
1.1管料弯曲变形分析
管料弯曲基本变形机理与板料弯曲加工是相同的，特殊之处在于管料断面是中空的，被折弯的管料外侧与内侧壁厚变化相反。
管料断面的形状变化，内侧管面的褶皱缺陷往往成为管料弯曲加工中的问题。
加工过程中管料断面的形状变化如图1所示，与板料弯曲相似，管料弯曲时，弯曲横断面上，外侧壁厚发生拉伸变形，内侧壁厚发生压缩变形。
当弯曲达到一定程度后，内侧管壁在压应力的作用下仍会失稳而发生皱折，外侧管壁在拉应力的作用下会产生裂纹。
另外，弯管外侧的管壁由于受切向拉伸而向内侧转移，导致管料弯曲后整个断面形状呈椭圆形。
图1.1管料弯曲变形示意图
1.2常用弯管方法
管材弯曲成型是直接靠特别的磨具来实现的，通常按模具的特征大致可以
分为四类:
冲模强制成型法，其代表就是用冲床来生产弯管件。
滚轮弯曲法，常见于电动三辊卷弯机，其特点是只能卷制不同的弧形，目前
应用最广的是不锈钢装饰行业。
滚压法，常见于电动机平台式弯管机，目前液压弯管机械中的双弯机也是采
用这种成型方法。
缠绕式弯曲法，目前市场上所有的单头液压弯管机及数控弯管机采用的都是
这种成型法，其特点是产品变形小，基本上可以避免管材表面的划伤，进行
有芯弯曲时管材的椭圆度和减薄量都可以控制在最小范围内。
若按采用芯棒情况又可以分为两类，即有芯棒弯曲法和无芯棒弯曲法，液压
弯管机和数控弯管机都是按缠绕式弯曲进行设计的，并都可以进行有芯弯曲
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和无芯弯曲。
管料的压弯和绕弯示意图:
图1.2压弯法弯管示意图图1.3管料绕弯示意图
按管子成型方法的不同可以分为以分为:
压（顶）弯、滚弯、回弯和挤弯，回弯又分为辗压式和拉拔式。
1.3管件的加工
管料弯曲制品断面有一定椭圆度是难免的。
但不同的加工方法（包括是否使用芯棒）对椭圆变化程度影响不同。
用压缩弯曲或回转牵引弯曲法加工，当R/d=2.0时，椭圆率η约为5%（η=（a-b）/a各符号见图1）
管料弯曲的加工极限决定于破裂和折皱缺陷的产生。
一般对于壁厚t和管径d之比较小的薄壁管料，折皱是制约加工极限的主要因素;而采用回转牵引弯曲时，由于整个管料都收拉伸，容易发生破裂，其加工极限决定于是否达到破裂的拉伸极限。
随着工业技术的发展，为了获得紧凑的结构。
这类管件的弯制目前可以采用以下加工方法，但第二和第三种已不属于弯曲变形。
带有轴向顶镦装置的机械冷弯如图4所示:
图1.5切向应力叠加图1.4轴向顶镦机械冷弯示意图
如图4所示，为了改善弯头的质量，采用顶镦装置，即在管子末端施加了轴向
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推力。
在轴向推力的作用下，可以使管子外侧拉伸区的切向拉伸应力由+σ1减小大+σ3，使弯曲中性线外移（图5中由R2移到R1）.这样，弯头截面的畸变和外侧壁厚减薄都得到改善。
但内侧压缩区的压缩应力-σ1增大至-σ3，这样将增加内壁产生皱折的可能性，为此在内侧加防皱板。
轴向推力的大小根据具体要求而定。
通常以中性线外移至等于平均弯曲半径的原则来确定。
1.4弯曲方法的拟定
本设备初步拟定采用辗压式的加工方法。
管子弯曲过程弯曲意图如图6所示:
图1.6管子弯曲过程示意图
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第2章弯管机的总体设计拟定
2.1弯管机的总体机拟定及分析
弯管机的总体构思如图7所示
图2.1弯管机的总体工作示意图
2.2弯管机总体机构的划分
弯管机的总体结构可以分为送料夹紧、送料、弯曲夹紧、靠模弯曲和切断机构五个部分。
弯曲夹紧、弯曲靠模以及动模的运动考虑采用液压缸液压传动来实现，传动链简短而且机构简单易于实现。
切断机构采用小电机驱动锯片旋转来实现。
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第3章弯管机各机构的选择和设计3.1靠模弯曲机构的设计
动模固定在旋转平台上，而定模固定在主机机体上，靠模过程靠动模和定模的相对运动来实现，定模在靠模过程中保持不动，动模绕着定模和导槽旋转中心所在的轴线旋转。
旋转平台的运动由一个液压缸驱动。
管子内壁受到挤应力的作用，外壁受拉应力的作用，从而弯曲形成要求弯度。
旋转平台旋转运动的实现:
由一个大液压缸推动齿条滑动，齿条与直齿圆柱齿轮相啮合把转矩传递到齿轮安装轴上，轴和旋转平台间通过键连接，从而带动旋转平台实现转动，动模固定在旋转平台上随旋转平台一块转动。
如图8所示:
图3.1弯管机工作原理示意图
3.2定模和夹块运动的设计
定模和夹块在各自轴线方向上的运动均由一个小行程液压缸驱动，当送料机构把管料送到夹块所在位置处时，处于远距离的夹料液压缸推动弯曲夹紧机构的夹块向前移动完成弯曲夹紧这一动作。
弯曲夹紧动作完成后，动模液压缸推动动模沿轴向移动完成合模动作。
并保持合模状态，直到弯制成功再复位。
3.3顶镦装置的设计
由于管子在弯曲过程中经常出现外壁拉裂的情况所以考虑采用一个顶镦装置给管子施加轴向的一个推力，来改善管子拉裂状况。
此顶镦装置主要由两个受压的弹
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簧作用，送料时管料被送到顶镦装置的左挡板处，放在两挡板中间的两个弹簧受压，产生反方向的推力作用于管子的轴线上，从而起到减弱管子弯曲过程中外壁的拉应力，减弱管子的拉裂。
3.4切断机构的设计
可以考虑的切割方式有以下两种:
由机械传动用锯条切割，特点是切割机构所占空间较大，且机械传动复杂。
由一台小功率电动机直接带动合金工具钢锯片高速旋转进行切割。
特点是
传动简单，管子切割截面处得变形小。
综合考虑采用方案2。
由于机构相互位置关系的影响，切断机构还必须有轴向方向的移动。
轴向的移动采用一个液压缸驱动。
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第4章齿轮的参数计算和选定4.1齿轮的拟定
旋转轴的运动由齿条和齿轮啮合，齿轮转动带动轴运动完成。
由于该弯管机属于轻负载机械，旋转平台的转动速度约为N平台=10r/min，所以直齿圆柱齿轮齿轮即可满足设计要求。
初选齿轮的参数如下:
模数m=2,z=30，分度圆压力角α=20?
齿距:
P=πm=3.14×2=6.28mm
齿顶高:
ha=m=2mm
齿根高:
hf=1.25m=2.5mm齿高:
h=2.25m=4.5mm
齿顶圆直径:
da=m（z+2）=64mm
分度圆直径:
d=mz=60mm
齿根圆直径:
df=m（z-2.5）=55mm
分度圆周长:
c=πd=188.4mm
4.2齿条的参数计算和拟定
模数m=2，压力角α=20?
齿顶高:
ha=m=2mm
齿根高:
hf=1.25m=2.5mm齿条长度L?
C/2=99.2mm
初选L=120mm
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第5章液压缸的设计
5.1液压缸主要参数的初步计算和拟定
由于本弯管机的弯曲部分的弯曲夹紧力和动模的压料力都比较小，为了设计和计算的方便，初步拟定弯曲夹紧部分的夹紧液压缸和压料液压缸采用同种型号。
初定小液压缸的工作力大小为F=500N。
此液压缸的压力按低压来设计。
初定压力为P=3.0MPa,液压缸的额定工作压
力大小为Pn=3.0MPa。
最高允许工作压力为Pmax?
1.5Pn=1.5×3.0=4.5MPa
初步选定液压缸内径为D=20mm
初步拟定液压缸的外径d=30mm
活塞杆的直径初定为d杆=10mm
初定液压缸的行程L=50mm
由以上各数据可以计算得到液压缸向前推进时推力大小为:
F=P（A1-A2）×10^6
A1=π×（d,2）^2A2=π×（D,2）^2
经计算得推力F=706.86N
5.2液压缸的验算
由于该液压缸尺寸较小，为了加工制造的方便，缸筒材料采用ZG230-450，缸筒与两端盖间采用内螺纹联接。
缸筒壁厚的验算
前面初定液压缸的外径d=30mm,内径D=20mm,壁厚δ=5.0mm
缸筒壁厚δ=δ0+C1+C2（C1、C2分别为缸筒外径公差余量和腐蚀余量）
δ/D=0.25,0.08，符合δ/D=0.08~0.3的情况
δ0?
PmaxD/（2.3σp-3Pmax）
ZG230-450材料的许用应力σp=σb/n（取安全系数n=5）
σp=108MPa
计算可得δ0?
0.38mm
缸筒底部厚度的验算
δ1=PD0βm/（4σp）
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径计算得δ1=0.625mm
δ=5.0mm,0.625mm，所以满足要求
5.3液压缸各部分结构形式的拟定
5.3.1缸筒与端盖联接方式的确定
常用的缸筒与端盖的联接方式有三种:
拉杆型液压缸结构简单，制造和安装方便，缸筒是用内径经过研磨的无
缝钢管半成品，按行程要求的长度切割。
端盖和活塞均为通用件。
但这类缸受
行程长度、缸内径和额定工作压力的限制。
当行程即拉杆长度过长时，安装时
容易偏歪，致使缸筒端部泄露。
这类缸的一个很大的特点是缸的外形尺寸比较
大。
焊接型液压缸缸体有杆侧的端盖与缸筒之间为内外螺纹联接、内外卡环、
卡圈联接，后端盖与缸筒常采用焊接联接。
这类缸暴露在外面的零件较少，外
表光洁，外形尺寸小，能承受一定的冲击负载和恶略的外界环境条件。
但由于
前端盖螺纹强度和预紧时端盖对操作的限制，因此不能用于过大的缸内径和较
高的工作压力。
缸内径常用于D?
200mm,额定压力Pn?
25MPa。
法兰型液压缸缸体的两个端盖均用法兰螺钉（螺栓）联接;缸底为焊
接，而缸前盖用法兰联接的结构。
这类缸的外形尺寸较大，适用于大中型液压缸，
缸内径通常大于100mm，额定工作压力Pn=25~40MPa，能承受较大的冲击负荷和
恶劣的外界环境条件，属于重型缸，多用于重型机械、冶金机械。
本设计所研究的弯管机是轻负载型机械，而且由于弯曲夹紧机构、切断机构
以及动模的靠模运动的影响，该液压缸的外形适于采用小型的液压缸。
初步选定
液压缸缸筒与端盖的联接方式为焊接型液压缸。
由于该液压缸的外径和内径较
小，承受的工作压力小，缸筒与两端盖的联接方式都采用螺纹联接的方式。
并且
易于拆卸维修。
5.3.2活塞结构形式的选取
由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复运动，因此它与缸筒间的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。
配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面;间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。
活塞的结构形式根据密封装置来选定。
常用的活塞结构形式有整体式活塞和组合式活塞。
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