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方案论证报告
机电工程学院
毕业设计方案
论证报告
设计题目：
200吨树脂磨具成型压机设计
学生姓名：
刘新桥
学号：
200848050907
专业班级：
机制F0809
指导老师：
任彩霞
2012年3月21日
第一章树脂磨具成型压机设计说明
1.1设计背景
在指导老师任老师的带领下，我们一起去某工厂进行了参观调研。
我们在车间见到工人师傅生产的产品型号为AF30Q5BF,主要材料为金刚砂、树脂结合剂。
产品最大转速可达到70m/s，直径为350mm，厚度2.4mm，内孔径25mm。
在生产过程中添加了地板蜡，好处在于不仅可以使产品表面更光滑，也提高了产品的耐磨性，在一定程度上提高了产品的使用寿命。
通过调研，我们对五台压机各自的特点都有了一些了解。
液压机在外观上大致相同，只是公称压力不同，所以压机的外形尺寸各不相同。
我们知道压机主要有三部分组成：
液压工作站、压机、工作台。
液压工作站主要有电动机、液压泵以及一系列传递液压油动力的组件，主要作用在于为压机提供动力及压制产品。
压机主要有三梁四柱组成：
三根横梁，其中两根固定横梁、一根活动横梁，四根立柱主要作用在于支撑横梁。
工作台主要是三工位和两工位的。
我们也对成型液压机的工作过程进行了调研，得知其主要工作过程如下：
首先在量具上称量一定量的原材料金刚砂，将材料置于其模具中，使用专用工具将材料抚平整，然后将一片圆形树脂结合剂置于材料之上，然后再次称量一定量原材料置于树脂结合剂之上，使用工具抚平整。
然后将模具推入压机活动横梁工作台之上，开启压机，首先压机快速启动移动到特定位置，然后慢速移动并在液压站提供的压力下开始对模具加压，完成保压一段时间以后液压工作站撤去压力，活动横梁工作台在自身压力作用下下降，回复到工作台平面，工人师傅将模具取出置于工作站上，通过工作台下方的气缸顶出模具，然后取出产品，完成压制以后产品需要进行检验，将产品置于专用检测装置上，检测产品的均匀度，合格的产品送人下一个工序，不合格的产品需要重新填补均匀。
了解完压机的工作过程以后我们又仔细地观察了压机的结构，为即将进行的压机设计做好准备工作，在观察过程中我们也遇到了很多不了解的地方，然后通过调研对各部分都有了一些清晰地了解。
首先，我们了解到压机主体结构，立柱的形状和横梁的结构，我们了解到设计过程中，我们需要考虑立柱的平行度，横梁与立柱之间的垂直度，还要横梁工作平面的平行度，这些因素都影响着产品的质量。
我们还学习了一下压机活塞缸的结构，进一步掌握了活塞缸的结构特点还要液压工作原理，对压机的工作状态有了一个更深的了解，为接下来的设计工作打好基础。
1.2使用树脂磨具的意义
树脂磨具是指在磨具的制造中，在原材料中添加树脂结合剂，使生产出来的磨具性能更优，经济效益更好，使用寿命更高的一种新型的磨具形式，而且在目前工业生产中，磨具的消耗量与日剧增，几乎涉及到工业生产的更个环节，尤其是磨削加工，对磨具的性能更是要求很高，在满足生产需要的同时，提高磨具的性能，延长使用寿命，降低成本，这种新型的磨具必将受到消费者的信赖。
与普通的砂轮类磨具相比，树脂磨具由于添加了树脂结合剂，所以它的强度比较高，比一般的磨具性能要有优越性。
另外还可以在磨具之中添加入具有加强作用的纤维网或者钢筋，比如我们常见的薄型切割片和磨片。
磨具是一项工业消耗品，市场需求量大，磨削过程磨损快而且发热量将大，磨具的损耗加大，而且磨具的更换周期特别短，因此使用性能优越的树脂磨具对现代磨削加工业具有突破性的进步意义。
使用树脂结合剂生产的磨具在结构和功能上都有很大的优越性，从根本上改善了磨具的使用效果，提高了使用寿命。
由于磨具是现代工业大量消耗品，只有质量和品质足够的优越才能立于不败之地，因此树脂磨具成型压机设计成为一项具有现实意义和必需的工作。
1.3树脂磨具成型压机的现状
四柱液压机结构紧促、操作方便，价格低廉，应用面广，许多用户根据企业加工生产的具体功能要求，需要在原有系列四柱液压机基础上进行参数调整。
主机和液压系统作为液压机两大组成部分，由于技术发展趋于成熟，国内外机型差别不大，主要是在加工工艺和安装方面有一些差别，良好的工艺可以明显改善机器在过滤、冷却及防止冲击等一系列问题。
树脂磨具的生产加工一般都是依靠磨料压机来制作的，将生产磨具的原材料金刚砂或者其他形式的原材料添加上树脂结合剂，在给定的公称压力作用下，通过外部动力源提供动力，将材料压制成为需要的结构形式，然后按照顾客的需要和要求，经过一系列的再加工将磨具生产成为满足要求的工业产品。
树脂磨具成型压机大多采用的都是液压动力，也有一些小型的液压机采用的是水压机、气压机，但目前工业生产需要的压机绝大部分都是液压机，液压机使用的是液压油，生产过程中运行平稳，液压油性能稳定，而且噪音振动影响都比较小，较其他形式的压机更受欢迎。
液压机的发展在我们国家只有几十年的时间，从1957年-1958年之间，我们国家自行设计、自行制造了第一批25000KN的中型锻压水压机，到了20世纪80年代，随着我国改革开放，国民经济迅猛发展，液压机的设计及制造水平也有很大的发展。
虽然我们国家的液压机发展起步比较晚，较国外其他的发达国家落后很多，但通过几十年的发展，也赶上了国际的步伐。
目前各类液压机的发展趋势为：
1.高精度；2.液压系统的集成化和精密化；3.数控化、自动化与网络化；4.柔性化；5高生产率与高效率；6.环境保护与人身安全保护；7.成线化与成套化。
第二章树脂磨具成型压机设计总体方案选择
液压机根据其主机的结构形式大致可以分为单柱活塞式液压机、龙门液压机、三梁四柱式液压机三种形式。
每种结构形式的液压机都有适合该种结构形式的生产环境和生产范围，生产的产品尺寸大小、操作人员可以利用的工作空间大小、液压机的公称压力大小都是影响总体设计方案选择的因素。
因此，在设计过程中可以根据生产需要和产品需要选择合适的设计方案。
本次设计为200吨树脂磨具成型压机设计，设计方案可有以下几种选择：
2.1方案一：
单柱活塞式液压机组成及工作原理
单柱活塞式液压机具有整体结构的刚性好，导向性能相对较好，运行速度较快等一系列特点，单柱活塞式液压机一般都采用的是整体焊接的坚固开式结构，这种几个可以使液压机机身保持足够好的刚性，同时也拥有宽敞的操作空间。
由于单柱液压机主机只有一个立柱，在较大的公称压力作用下工作时，整体受力会产生偏移，在生产磨具时会在生产制品的一侧产生较大误差。
单柱式活塞液压机机身结构最大的缺点就是是机身为悬臂梁受力，因此机身的变形较大，而且机架刚度很差。
在大中型液压机设计中，如果对精度要求较高的时候，一般情况下都可考虑采用这一结构形式来设计液压机。
单柱活塞式液压机一般主要应用在各种轴类零件的压装工艺生产中等，也可应用在一些对产品要求不高的粉末、塑料压制工艺生产中。
单柱活塞式液压机的结构形式最大的一个缺点就是压机主体机身的悬臂梁承受作用力，因此机身的变形较大，机架刚度很差。
在大型液压机设计中，若精度要求较高时则可考虑采用这一结构。
2.2方案二：
双柱活塞式液压机组成及工作原理
双柱活塞式液压机又可以叫龙门式液压机，这种结构形式的液压机适用于各大、中、小型企业进行压制外形作业，在此机构的基础上装上压力表又可以进行千斤顶测试。
其工作原理为：
通过上腔进油，在液压力作用下，活塞向下运动，柱塞推动活动横梁运动，产生压力实现压制磨具的功能，压制完成后下腔进油推动活塞向上运动，使活动横梁向上运动。
双柱液压机适用于小压力下磨料制品生产。
其工作原理图如下：
油箱
活塞杆
油路
液压泵
2.3方案三：
四柱活塞式液压机组成及工作原理
上压式四柱液压机：
机器具有独立的动力机构和电气系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种工作方式：
机器的工作压力、压制速度，空载快下行和减速的行程和范围，均可根据工艺需要进行调整，并能完成顶出工艺，可带顶出工艺、拉伸工艺三种工艺方式，每种工艺又为定压，定程两种工艺动作供选择，定压成型工艺在压制后具有顶出延时及自动回程。
下压式液压机采用下压式，在压制过程中液压站提供的动力需要克服活动横梁的重力作用，在一定程度上消耗大量的能量，虽然在完成压制工步后靠自身重力可以回复原来的位置，在设计大吨位的压机时不适合使用。
四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具，整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。
最大的缺点是承受偏心载荷能力较差，最大载荷下偏心距一般为跨度的3%左右，由于立柱刚度较差，在偏再下活动横梁与工作台间易产生倾斜和水平位移，同时立柱导向面磨损后不能调整和补偿。
这些缺点在一定程度上限制了它的应用范围。
其加工工作过程为：
操作工人将磨料放入模具中，分布均匀后推人固定横梁工作台上，液压泵工作，将液压油通入油箱上腔，在油压作用下推杆向下运动推动活动横梁向下，完成加压过程，然后向油箱下腔通入液压油，推动活塞向上运动，此时取出已加工完成的产品置于工作台上，通过工作台上的突出顶杆对准模具中心孔，加压将磨具从模具中顶出。
四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具，整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。
最大的缺点是承受偏心载荷能力较差，最大载荷下偏心距一般为跨度的3%左右，由于立柱刚度较差，在偏再下活动横梁与工作台间易产生倾斜和水平位移，同时立柱导向面磨损后不能调整和补偿。
这些缺点在一定程度上限制了它的应用范围。
四柱活塞式液压机工作原理图如下：
2.4最佳方案选择
将三中方案各自优缺点进行比较，方案一使用单柱液压机，具有结构刚性好，导向性能好，速度快等特点，整体焊接的坚固开式结构可使机身保持足够刚性的同时拥有最方便的操作空间。
单柱液压机只有一个立柱，在大作用力下工作时，受力会产生偏移，在生产磨具时会在制品一侧产生较大误差。
方案二使用双柱液压机，计算机优化结构设计，三粱双柱式结构，简单、经济、实用。
液压控制采用插装阀集成系统，动作可靠，使用寿命长，液压冲击小．减少了连结管路与泄漏点。
独立的电气控制系统，工作可靠，动作直观，维修方便。
采用按钮集中控制，具有调整，双手单次循环二种操作方式。
通过操作面板选择，可实现定程，定压二种成形工艺，并具有保压延时等性能。
工作压力、行程根据工艺需要在规定范围内可调，双柱液压机适用于小压力下磨料制品生产。
方案三使用上压式四柱液压机，机器具有独立的动力机构和电气系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种工作方式：
机器的工作压力、压制速度，空载快下行和减速的行程和范围，均可根据工艺需要进行调整，并能完成顶出工艺，可带顶出工艺、拉伸工艺三种工艺方式，每种工艺又为定压，定程两种工艺动作供选择，定压成型工艺在压制后具有顶出延时及自动回程。
下压式液压机采用下压式，在压制过程中液压站提供的动力需要克服活动横梁的重力作用，在一定程度上消耗大量的能量，虽然在完成压制工步后靠自身重力可以回复原来的位置，在设计大吨位的压机时不适合使用。
对比可知，方案三使用的四柱液压机在本次设计200吨树脂磨具成型设计中较合适，经济实惠，能耗小，生产产品精度高，生产效率高，因此选用方案三作为本次设计方案。
第三章树脂磨具成型压机整体结构设计
3.1压机整体设计
1、动力机构的选择
本次设计主要目的是根据已知的条件公称压力和产品的结构尺寸来设计液压机的整体结构，首先需要设计的结构就是液压机的主机结构，主机主要有三个横梁，四根立柱，还有提供压力的动力机构--液压缸。
本次设计的公称压力为200吨，属于中小型液压机的范围，所以在选材方面偏向于中小型的尺寸，因此液压机的动力机构选择为单个液压缸，由各种控制阀配合在一起完成控制作用，最终为液压缸提供足够大压力油，从而完成压制工作。
2、加工工艺的确定
本次设计的液压机主机结构中各部分，根据结构形式和大小尺寸等因素分析可知，三个横梁采用的是铸造件，然后再在横梁的一个或两个表面上进行铣平面，根据配合的精度要求，依次进行粗加工。
精加工。
另外，四根立柱要求承受较大的应力，为了满足足够的强度和刚度，立柱材料选用锻造件，然后再采用车削的加工方法，保证立柱的表面粗糙度和表面的平面度，与横梁连接的工作面板需要承受较大的压力作用，而且需要足够高的表面粗糙度和平面度，一般情况下，工作面板选取锻造的钢件。
此外液压缸结构可以由标准件和其他零件组合装配获得。
3、运动路线的选择
根据生产的加工要求和液压机结构特点，主工作缸的工艺过程为：
活动横梁快速下降——慢速下降——工作加压——保压延时——快速回程——原位停止。
4、总体布置
本次设计的任务为对液压机主机、液压工作站、工作台进行设计，主机结构中主要就是立柱与横梁的连接，液压缸与上横梁和活动横梁的连接，在设计过程中需要对这些连接结构进行设计和计算并进行强度校核，以确保设计的机构能满足设计要求。
液压工作站部分主要就是各种控制阀和电动机、液压泵的连接，根据加工的需要完成各种工作需要的转换，另外就是油箱的设计，为了整体的布局美观和布置节省空间，一般将控制阀及辅助工具放置在油箱上方，通过合适的连接方式装配在一起。
最后就是工作台部分的结构选择和设计，工作台面上主要就是模具，工作台上方的顶出装置一般有两种情况，一种是气压传动，在工作台面上设计专用的夹具，将模具置于夹具上，通过气压传动，将模具顶开。
另一种形式就是脚踩的连杆机构，通过一系列的传递作用，将工作人员脚施加的压力传递到模具上，完成磨具的取出过程。
3.2树脂磨具成型压机主机参数设计
四柱式液压机的一些结构参数如下表：
表1四柱式液压机主机参数
公称压力
t
63
100
200
315
500
上滑块行程
mm
500
600
700
800
900
滑块下平面至工作台面的最大距离
mm
800
900
1120
1250
1500
工作台有效尺寸
左右*前后
mm
500*500
630*630
900*900
1120*1120
1400*1400
顶出缸公称压力
t
16
25
40
63
100
顶出行程
mm
200
250
300
350
400
主机上各零件初步设计可取下列数值：
（1）立柱：
按平均拉伸应力取500公斤力/平方厘米的时候来决定立柱的最小断面直径。
（2）上横梁高度：
一般初步取值为立柱中心距的0.4-0.8倍。
（3）活动横梁高度：
一般初步取值为立柱中心距0.3-0.6倍。
在中心载荷受力时，取较小数值。
若为偏心载荷较大时取较大数值。
（4）各梁结构：
根据实际情况应尽可能设计成箱形断面结构形式。
表2油箱尺寸
序号
长
宽
高
壁厚
底厚
盖厚
转角内圆半径
1
1000
650
550
5
5
12
R25
2
1200
750
550
5
5
12
R25
3
1400
850
650
5
8
16
R45
4
1600
1000
650
5
12
16
R45
200吨树脂磨具成型压机在设计过程中需要了解的内容有：
液压机的组成部分，压机的动力驱动方式，压机的本体结构形式，压机的本体结构组成；液压工作原理，液压工作站的组成，液压工作站的布局；工作台的结构形式，工作台的动力形式，工作台的工作原理，工作台组成。
结合这些在设计中需要完成的工作要求，首先我们需要对液压机的工作原理和工作过程进行详细地了解，液压机的工作原理是液压机在液压工作站提供的动力作用下推动活塞运动，从而推动工作平台的运动，在给定的公称压力作用下完成对材料的加压，然后卸载，这就是液压机的工作原理。
其次，我们需要考虑的就是液压工作站的工作原理，液压机是怎样控制的，怎样才能完成加压过程。
然后需要了解的是工作台的工作原理，工作台是怎样完成对原材料的操作，怎样完成对生产完成的产品的取出工作。
这些都是在设计过程中需要完成的作业。
3.3论证结果
本次设计题目为200吨树脂磨具成型压机设计。
在指导老师任老师带领下，我们到工厂车间实地参观学习，工厂车间内均为下压式液压机。
在参观过程中发现问题和不懂的地方主动向车间技术人员询问，经过对生产过程的了解和学习，我们发现液压机的设计方案有很多种，具体选择何种方案取决于设计的产品要求和可行性、经济效益、和成本消耗。
然后对以上三种方案进行比较，结果证明：
从成本消耗、经济效益、生产加工环境等一系列因素考虑，使用方案三进行工作，可以完成压机设计，可以满足生产条件。
参考文献
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