机械工程及自动化专业毕业设计论文一种可移动式板材冲压机结构设计.docx

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机械工程及自动化专业毕业设计论文一种可移动式板材冲压机结构设计

摘要大学

毕业设计

题目一种可移动式板材冲压机结构设计

专业

班级

学生

学号

指导教师

二〇一四年五月五日

冲压机广泛用在大批量生产中。

板材自动冲压机主要包括多工位冲压机和下传动自动冲压机。

在冷锻中，自动冲压机用于紧固件例如螺栓螺母和钉子等。

冲压成型是一种金属塑性加工方法，因冲压件具有重量轻，厚度薄，刚性好和质量稳定的特点，所以冲压设备被广泛使用，其中钣金件的百分之就是靠冲压成型。

高速压力机是目前提高生产率重点发展的机型，在我国，高速压力机正在迅速兴起，实现大吨位高速度多工位自动化成型加工，其主体为机械式，充分利用机械结构简单的特点。

依据高速压力机的工作特点，研究了高速压力机的惯性力降低及其平衡的途径，明确指出在高速压力机上不宜采用气缸平衡装置。

在惯性力平衡方面也进行了较为系统的研究，采用多种方法进行优化。

本次设计的冲压机主要是用来对板材进行冲孔加工，同时根据其冲压机的工作和结构特点，对其C型结构也就是单臂结构方面进行受力分析，并在原有尺寸的基础上进行优化和校核。

同时由于冲压机在工作过程中板材是不断进给的，因此也要设计出合理的板材夹装机构，同时设计的底座也应方便冲压机的整体移动，进而方便其板材的加工。

关键词：

冲压机，液压系统，C型结构框架，板材装夹机构。

ABSTRACT

Punchingmachinewidelyusedinmassproduction.Sheetmetalstampingmachinesincludeautomaticmulti-stationpunchingmachineautomaticpunchingmachineandthenextdrive.Incoldforging,theautomaticstampingmachineforfastenerssuchasnuts,boltsandnails,etc.Stampingisametalplasticprocessingmethods,becauseofstampingpartsforlightweight,thin,rigid,andthequalityandstabilitycharacteristics,itiswidelyusedinstampingequipment.Percentofwhichisbysheetmetalstamping.High-speedpressisthefocusonthedevelopmentofmodelstoimproveproductivity.High-speedpressisontheriseinChina,High-speedpunchingmachinetoachievelarge-tonnagemoldingmulti-stationautomation,themainbodyismachine,ittakefulladvantageofthecharacteristicsofasimplemachanicalstructure.Accordingtotheworkingcharacteristicsofhighspeedpress.Theinertiaofthehigh-speedpressesandthebalanceisreducedbymeans,clearthatshouldnotbeusedinhigh-speedpressescylinderbalancingdevice.Balancetheinertialforcealsoconductedamoresystematicstudy,usingavarietyofmethodstooptimize.

Thedesignofthestampingmachineisusedforsheetmetalprocessingforpunching,meanwhileaccordingtoitspressworkandstructuralfeatures.ThestructureofitsC-armstructurethatistheforceanalysis.Andonthebasisoftheoriginalsizeoptimizationandverification.Atthesametimethepresssheetinthecourseoftheworkisconstantlyfeed,soshoulddesignareasonablesheetclampingmechanism,thebaseshoulebedesignedtofacilitatetheoverallmobilepressandthenfacilitatetheirsheetmetalprocessing.

Keywords：

punchingmachine,hydraulicsystem,C-typestructureframework,plateclampingmechanism.

目录（黑体小三，中间空四格，居中）

摘要………………………………………………..…….….……………...

ABSTRACT……………………………………………………………

1前言……….…………………………………………….….……………………………..1

1.1冲压工艺及其特点..........................………….………….………..1

1.2冲压机分类与构成...........................……….......…………….………….………..1

1.3液压机的组成部分以及特点...…………………………….…....……..………2

1.3.1压力机的附属装置......................………………………….…....……….3

1.4压力机的选择与维护.............................................................................................4

1.5C型压力机的构造..................................................................................................4

1.6C型压力机的特点及其不足之处………………………………………………..5

1.7金属板材冲压机的技术现状和发展趋势……………………………………….6

1.71冲压机的技术现状………………………………………………………….7

1.72传统大型冲压机生产线…………………………………………………….7

1.73大型多工位压力机…………………………………………………………..6

1.74其他压力机…………………………………………………………………...7

2系统总设计......................……..….………………………….…..….………….8

2.1设计要求及其参数………………………………………………………………..8

2.2机械部分总体设计方案……………………….………………...………………..9

2.2.1总体布置及其方案设计…………………………….………………………9

2.2.2工作流程…………………………….…………………………..10

3机械部分设计…………………………………………………………………………...11

3.1冲压机板材装夹机构的设计……………………………………………………..11

3.2板材冲压机的液压系统设计……………………………………………………..14

3.2.1液压站的结构形式的选择………………………………………………….16

3.2.2液压泵的安装方式…………………………………………………….........16

3.2.3液压油箱的设计选择……………………………………………………….16

3.2.4电动机的选择……………………………………………………………….17

3.3冲压机可移动装置的设计…………………………………………………………17

4冲压机C型结构框架的受力分析………………………………………………………19

4.1冲压机有限元模型的建立…………………………………………………………19

4.2对C型结构框架确定边界条件和施加载荷……………………………………...20

4.3定义材料的模型属性和网络的划分………………………………………………20

4.4计算结果及分析……………………………………………………………………21

4.4.1变形情况……………………………………………………………...............22

4.4.2应力情况……………………………………………………………………...23

5结论......................……….………….……………………..….……...…..….……….....27

参考文献......................…………….…………………..….…..……………….…………28

致谢......................………………….……………………..…….…………...……………29

1前言

1.1冲压工艺及其特点

首先，先了解冲压的定义，冲压就是指在常温下利用安装在压力机上的模具比如液压冲头对材料（主要是板材，也可以用块料和条料）施加作用力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需一定形状和尺寸零件的一种压力加工方法。

经冲压加工制得的零件称为冲压制件。

冲压主要分为冷冲压和热冲压，冷冲压的加工板材厚度一般都小于四毫米，而热冲压一般都将板材加热到一定温度，板材厚度一般是八到十毫米。

冲压加工过程要求被加工的板材应具有较高的塑形和韧性，比较低的屈强比和时效敏感性制造冲压制件的机器称为冲压机。

板材冲压也就是冷冲压具有一下几点好处：

一是能够上产较为复杂的零件，零件的精度高表面粗糙度好并且互换性较好。

二是材料的利用率高，一般可达到80%左右。

三是适应性较强，金属和非金属均可冲压。

四是生产率较高，较易实现机械化和自动化。

板材冲压的基本工序主要有以下两个:

分离和变形工序，其中分离工序分为剪切切口修边，分离工序分为弯曲拉伸等。

冲压既能制造尺寸较小的仪表零件，也能制造尺寸较大的零部件，例如汽车大梁和压力容器封头等，而且还能制造精密度较高的零件。

大多数的板材，管材和其他型材都要经过冲压制成成品。

1.2冲压机（压力机）的分类及其相关构成

冲压设备类型的选择主要根据冲压的工艺特点以及生产率等来确定。

如果是中小型冲压件，一般选择开式冲压机。

如果需要变形力较大的冲压工序，则选择刚性好的闭式冲压机。

如果是薄板材的冲压工序则选择导向准确的精密冲压机。

对于大型的冲压工序则选择双动拉伸冲压机。

通用压力机分为单柱压力机，开式压力机，闭式压力机。

单柱压力机又分为单柱固定台压力机，单柱活动台压力机，单柱柱形台压力机。

开式压力机分为开示固定台压力机，开式活动台压力机，开式可倾压力机，开式转台式压力机，开式双点压力机，开式双点压力机，开式柱形台压力机，开式传动压力机。

闭式压力机又分为闭式单点压力机，闭式单点切边压力机，闭式侧滑块压力机闭式双点压力机，闭式双点切边压力机，闭式四点压力机。

如果按压力机的机身结构形式分类分为开式压力机和闭式压力机。

如果按压力机连杆数量分类则分为单点压力机，双点压力机和四点压力机。

如果按压力机工作台特点分类，可分为固定工作台压力机，可倾工作台压力机，升降台压力机，可移动式台压力机以及回转太式压力机。

压力机是一种让冲头上的滑块作往复运动，并按照一定的方向作用在板材上，对其施加一定的压力，是冲压的最常见的设备之一。

冲压机如果按照其机身结构分类可以分为开示和闭式两类冲压机如果安装提供动力的方式可分为，机械式压力机：

曲柄式压力机和凸轮式压力机等；油压冲压机，空气冲压机还有手动冲压机等。

冲压机主要可以分为一下几部分：

框架，垫枕部，冲头，防滑装置，板材装夹机构，动力机构等。

框架主要是接受施加压力，垫枕部用来固定模具，冲头是对被装夹的板材施加作用力，防滑装置是为了限制冲头的运动，动力机构是为冲头提供运动的动力从而对板材施加作用力。

板材冲压机主要是用来将具有良好延展型的板材进行一次冲压，得到所需尺寸大小形状合适的机械机构，它的主要加工过程主要有两方面：

一是将板材送至代加工位置，二是下模固定在机架上，上模冲头开始以较快速度接近板材，接着以匀速将板材冲压成型。

本次的板材冲压机的动力系统主要是液压系统提供动力。

也可以称之为液压机。

液压机是制造成品工艺中最常用的机械设备。

自十九世纪以来，液压机的使用范围也越来越广。

由于液压机的液压动力系统和整体机身结构方面已经趋渐成熟，目前国内外的液压机的发展不仅体现在控制系统上，也逐渐突出其高速化，高效化，智能化的一系列特点。

1.3液压机的组成部分以及特点

液压机的组成部分总体来说主要由两部分构成主机和液压系统，由于国内外的技术已经逐渐成熟，国内外的机型也没较大差别，但其中差别在于其加工工艺和安装等方面。

良好的工艺使机器在冷却过滤方面有了较大的改善。

在液压系统的油路设计方面，无论是国内的压力机还是国外的压力机都逐渐趋向于集成化，封闭式，特别是集成块的生产也逐渐趋向于专业化，其性能好而且质量可靠，设计周期也逐年缩短。

液压机工艺用途广泛，适用于弯曲翻边拉伸成型等工艺。

压力机是一种采用静压来加工产品的机械设备。

由于需要进行多种工艺，液压机具有如下几个特点：

一是工作台大，滑块运动的路程长，以满足多种加工工艺。

二是液压机具有点动手动等工作方式，以便于进行多种操作。

三是液压机具有延时保压和自动回程的功能，并可以进行定压成型和定程成型的操作。

四是液压机的压制速度，行程范围和工作压力可随意进行调节，方便快捷。

压力机的动力部分是高压泵，将电动机的机械能转换成液压的能量，从而向压力机的液压缸提供高压的液体。

压力机的液压系统分为上液压缸和下液压缸，上液压缸主要用来驱动滑块完成快速下行-慢速加压-保压-泄压-迅速回程-原位停止的动作循环。

下液压缸主要驱动滑块完成向上顶出-向下倒退-停止的动作循环。

压力机液压系统以压力控制系统为主，流量大，压力较高，并且压力流量变化快。

当压力机油进入上液压缸时，活塞向下运动，速度较快，产生很大的冲压机，冲压板材。

当压力油进入下液压缸是，活塞向上运动速度较快，此中过程适合板材冲压工艺。

在满足系统对压力要求的前提下应注意提高系统效率和防止产生液压冲击，避免带来的不良效果。

本次设计的压力机由于使用的动力系统是液压系统，因此具有如下特点：

（1）工作台将长，冲头的行程较长，可以满足多种加工工艺的要求。

（2）有顶出装置，以便于顶出工件。

（3）液压机具有点动，手动和半自动等多种工作方式，利于操作者操作。

（4）液压机具有保压，延时和自动回程的功能，并可以进行顶压成型的操作，十分适合金属或非金属板材的冲压。

液压机的工作压力，压制速度和行程范围可以任意调节，灵活性大

液压系统的原理，它是由两个大小不同形状基本相似的液压缸组成，通常情况下缸内都盛满水油或其他液体，充水的被称为水压机，充油的被称为油压机。

两个油缸内各有一个可以自由滑动的活塞，如果在液压缸内的小活塞上施加一定的作用力，根据相关定理，小活塞会将这一压力通过油或水液体传递到大活塞上，将其压上去。

由此可知在小活塞上施加很小的力就可以使得大活塞产生较大的力，为此可以用油压机冲压多种板材。

1.3.1通用压力机的附属装置

压力机的辅助装置有：

过载保护装置，拉探垫，顶料装置以及可移动式工作台。

过载保护装置又可分为压塌块式保护装置和液压式过载保护装置。

移动工作台可分为左右移出式，前向移出式，一侧移出式。

1.4压力机的选择和维护

压力机的选择主要取决于冲压工件的加工工艺要求和工件的生产批量，一般应遵循一下几点：

（1）中小形状的加工工件例如冲裁工件，拉深工件，弯曲工件在通常情况下选择开式通用压力机。

（2）大中形状和精度要求很好的冲压工件，一般都选择刚度较好的闭式通用压力机。

（3）对于那些形状较为复杂的中小形状而又大批量生产的冲压工件，应选择较高效率的压力机或自动式压力机。

（4）对于那些生产较小批量的大型厚板材冲压工件，应选用液压机。

（5）对于精密的冲裁工件，最好使用专用精冲压力机。

（6）对于那些较为大型的拉深件，应选用上传动的闭式双动拉深压力机，而对于中小型拉深工件，通常都选用下传动的双动拉深压力机，而对于那些大型复杂的拉深工件，一般选用三动压力机。

（7）对于那些校正弯曲整形压印等工序，则应选择刚度较高的压力机进行加工，有选择静压机，以得到较高的冲压尺寸精度，当生产工件的数量不多时，可以选择摩擦压力机。

（8）对于薄板材冲裁工件，应当选用精度和刚度都较高的压力机

1.5C型冲压机的构造

C型冲压机根据其机身特点例如前侧开口的冲压机，一般公称压力在300T以下，且使用压力一般才起公称压力的百分之五十左右。

C型压力机又称为单柱压力机，可适用于轴类零件和套筒类零件以及简单板材加工的生产制造。

该种压力机由于结构简单，因此方便制造，且外形美观，使得它被广泛运用到小型压力机的设计中。

压力机机身是C型结构的主要部件，使其直接决定了压力机的结构特点和力学性能。

根据国内外资料显示，传统的设计方法是运用材料力学的简化优化计算来决定其强度，尽管此种方法在实践中具有一定的可靠性和科学性，但存在设计周期长，结构不太合理，设计保守不创新等多种弊端，这样使得制造出来的压力机的整体机身过于笨重，且在加工过程中由于花费大量钢材，使得压力机的制造价格过于昂贵，从而使其在市场缺乏强的竞争力，所以有必要在保证其工作性能的基础上对其进行优化改造。

1.6C型压力机的特点及其不足之处

压力机是制品成型生产工艺中使用最广的设备之一，无论在国防还是在航空工业的大型模锻上产中都起着非常重要的作用，压力机本身已经成为工业生产中不可缺少的设备之一。

本次所设计的C型结构框架冲压机，其本身最显著的特点是开式机身结构。

可以多面接近工作面，同时装卸模具和工件都较为方便，因此广泛应用到校正压装，板材冲压弯曲成型等加工工艺中，但是C型结构冲压机的最大缺点是机身悬臂会受到里的作用，并且受力后整体机身变形不对称，这可能导致主缸中心线与工作台的垂直度产生小队位移，这样极有可能导致模具间隙偏于一侧，在一定程度上影响工件的成形质量。

C型液压机是多功能的大中小型液压机、主要适用于轴类零件，型材的校准。

扣压，轴承类零件的压装，也可用于板材零件的弯曲、整边、定型、压印、套型、拉伸等工艺；亦可用于粉末，塑料制品等。

主要适用于机床、内燃机、轻丝、起重机械、轴类安装。

以及电池，火花塞等行业。

本机具有设计合理、操作简单。

采用电磁换用控制上下活动，并可电动及半自动，适用不同用户压制工艺要求等特点。

河南液压机机械设备厂同时生产手动以及全自动PC，非标单柱，双柱、四柱、框架式液压机。

单柱液压机是一种多功能的小型液压机床，安装方便。

用于轴类零件和轴套类零件的压装、也可以完成压印。

套形等动作、主要适用于机床、内燃机、电器、轴承、洗衣机、汽车电机、空调电机、步进电机、电池等行业使用。

特别适用于三资企业流水装配线。

性能特点：

经计算机优化设计，四柱式结构简单，经济，实用；框架式结构刚性好，精度高，抗偏载能力强；液压控制系统采用插装式集成系统，动作可靠，使用寿命长，液压冲击小，减小了连结管路与泄漏点；采用进口PLC控制的电气系统，结构紧凑，工作灵敏可靠，使用维修方便。

具有调整、手动、半自动三种操作方式和定程，定压两种成型工艺规范。

底梁内配有液压垫，通过操作面板选择，液压垫可以实现有顶出、无顶出和液压垫压边三种工作循环。

适用领域：

本系列压机适用于拉深、弯曲、成型、冲裁落料、翻边等各种冲压工艺，特别适用以下领域：

·汽车零部件·家用电器·厨房用具·其它：

拖拉机，摩托车，航天，航空。

可选配附件：

·移动工作台·冲裁缓冲装置·光幕安全保护装置·油冷却装置·位移传感装置·触摸式工业显示屏·打料装置（液压式或机械式）·模具快速夹紧机构·模具保护装置·进口PLC·导轨润滑装置。

在传统设计C型冲压机的过程中，为了尽量减少悬臂受力变形对工件加工产生的影响，会将机身上下梁和支柱简化为计算截面相关参数，粗略的计算出各个截面的相关特性数据和形状中心位置，依据所计算出的参数对机身做受力分析简图，计算出各机身各部分弯矩，求的相应的强度和刚度。

同时为了避免受力后C型框架变形过大，在设计计算过程中不得不选择较低许应力，这会导致机身过于笨重，其设计出来的额重量往往会比国外相关冲压机型号设备重出百分之二十左右，这样既增加了成本，也无法满足其重要特性的要求。

随着计算机技术的迅速发展，CAE软件现已经成为设计师实现创新的助手和有效工具。

ANSYS作为大型通用CAE软件在结构分析方面十分受欢迎，ANSYS参数化设计编程复杂模型的分析，以及对工件模型通过少量修改后对此重复分析的模型。

本次设计通过相关参数计算公式和计算机软件分析，对C型结构框架进行结构受力分析，从而对其进行校核，计算出相关受力的拉弯程度和应力变形规律，对指导生产具有身份重要的理论和实际意义。

1.7金属板材冲压机的技术现状和发展趋势

1.71冲压机的技术现状

外对冲压机的研究状况来看，通常情况下冲压装备一般以金属板材为加工对象，产出多种多样的冲压工件，其被广泛应用到汽车，机械，电器，仪表以及航空等许多工业生产过程中。

据不完全统计轿车零部件中占百分之四十以上的都是金属板材冲压工件，由此可见，冲压装备在汽车工业中起到了举足轻重的左右，发展汽车工业和冲压机技术对国民经济的发展起到了重要的推动的作用。

冲压机的工作过程主要有板材供给，废料的排除，模具的更换，冲床的调整和运转，冲压过程异常状况的监视和处理等。

1.72传统大型冲压机生产线

在金属板材冲压工件中，车身盖件和车身结构件是金属板材冲压工件的主体。

主要的加工设备是大型冲压生产线。

自70年代以来，大型冲压生产线通常只以一台双动拉延机械压力机与多台单动机械压力机为主机，主机之间设置一个工件反转装置，采用人工和机械的上下料方式，组成机械或半机械化的生产线。

无论在我国还是在国外，通常百分之九十的现存冲压生产线属于这一阶段的产品。

近年来，单机联线自动化冲压线在国内外竞相发展成为大型覆盖件自动化冲压生产的先进加工工艺的其中一种，而且发展势头强劲，其相应装置通常会配置上5～6台压力机。

由于上板块和下板块的工位压力机的间距大，工件传输效率比较低低，因此设定的生产节拍一般为6～9min-1。

单机联线自动化冲压技术占用资金较少，适合于多车型、小批量、高质量的大型覆盖件的冲压生产。

在我国，经过过近年来的新建和传统冲压线联线自动化改造，大约10％的现存冲压生产线属于这种类型。

近十年来，国外著名压力机供应商在全自动关键技