1、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2013 年 6 月 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 级题目名称 8MN 板框式模锻液压机本体设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ） ；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
2、型 1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目题目来源 科研课题（ ） 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 A0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 14 周 58 周 912 周 1316 周 1718 周应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完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
3、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：框架由多层横板和竖板联成框架由多层整片“O”形钢板相互叠加通过预紧而成框架由多层带钩头的钢板组合成。液压机框架由多层带
4、“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
5、设计。关键词： 模锻，液压机，本体，板框式，建模，有限元，分析AbstractThe level of large forging manufacturing there is a direct link with aerospace, nuclear power, shipbuilding, war industry and other industries development and have a profound impact. In order to meet the increasing demand for large forgings, used for the produc
6、tion of large forging hydraulic press which is the main equipment research, development, becomes more urgent. Die forging hydraulic press frame structure is varied, among them, plate and frame composite structure can solve a series of problems caused by the large press high bearing well, so the dome
7、stic and foreign large forging hydraulic press widespread adoption of the structure. So far, the plate and frame structure of a large plate and frame type die forging hydraulic press mainly has three categories: (1) framework by multi-layer rung and got behind vertical plate (2) framework by multila
8、yer entire “O“ shape steel overlay each other by preloaded into (3) framework by multilayer belt hook plate combined into. Hydraulic press frame by “C“ shaped hook and multi-layer steel plate combination can save materials, reduce cost, but also can solve the problem of processing, manufacture, inst
9、allation, transportation and so on, to reduce stress concentration phenomenon, improve the strength of the chassis, is superior to other structures.In the design process, according to the main technical parameters to calculate the primary work cylinder of hydraulic press, punch, the return cylinder
10、and balance cylinder, the beams, activity “C“ shape plate, bar, upper and lower clamping beam and the main dimensions of the cross key, etc. Hydraulic cylinder as the key components of hydraulic press, must have sufficient strength and rigidity, so must pass the check calculation, determine the hydr
11、aulic cylinder size, and by using UG software, set up the beam, the clamping beam, cross key parts such as entity model and the overall framework, with finite element software Marc as analysis tool, the main stress components of the three-dimensional finite element calculation, the structure of rati
12、onality and stress concentration was analyzed, and the final design.Keywords: die forging hydraulic press, ontology, plate and frame type, modeling, finite element，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
13、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
14、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 6
15、50MN 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 模锻液压机；而国外，早在 1959年前苏联建造的 750MN 模锻液压机即为板框组合式结构；美国建造的450MN 模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
16、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模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 模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 。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6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 ，也在一定程度上浪费了10-7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
17、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 模锻液压机实物图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
18、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 。13-图 2 二重集团的 800MN 模锻液压机实物图图 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
19、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，反方向运动则需参 数 项 参 数主工作缸 41.5MN垂直穿孔缸 2MN回程缸 40.3MN穿孔回程缸 20.2MN同步缸 40.1MN系统压力 45MPa主工作缸、垂直穿孔缸工作速度 090mm/s 可调液压缸空程和回程工作速度 0200mm/s 可调主工作缸行程 500mm垂直穿孔缸行程 600mm
