小型折弯机设计

PAGEPAGE43题目：小型折弯机设计摘要钣金零件是一种被广泛应用于机电、轻工、汽车等行业的零件，过去传统的生产方法，由于周期长、效率低、质量差等缺点已经越来越不适应现代的设计要求，随着科技的发展，折弯机是板料成形行业的重要技术载体，在钣金制造加工中占有十分重要的地位属于精密制造关键装备。在现代工业生产中，折弯机是应用最广泛的板材加工设备之一。板料折弯机是一种使用最广泛的板料折弯设备，用最尖端的通用模具对板料进行各种角度的直线弯曲，操作简单，通用性好，模具成本低，更换方便，机器本身只有一个上下往复直线运动。凡是大量使用金属板料的部门，大都需要折弯机。因此折弯机的品种规格繁多，结构形式多样，功能不断增加，精度日益提高，已经发展成为一种精密的金属成型机床。本文首先介绍了折弯机的国内发展现状及研究意义。折弯机是由机架、滑块、同步机构、气动系统等组成，。本文确定了折弯机的整体方案设计，以及介绍了折弯机的分类和主要组成，以及现状存在的问题。最后确定了主体结构的设计和布置。然后，本文介绍了折弯机主体结构详细设计，本章还介绍了折弯机的装配过程。全面详尽的讨论了传动机构以及执行机构的结构设计。最后对整体设计过程做出总结，分析了设计过程中遇到的问题，从设计过程中总结经验和教训。关键词:折弯机；传动机构；执行机构；三维建模AbstractSheetmetalpartsarewidelyusedinmachinery,lightindustry,automobileparts,traditionalproductionmethods,becauseoftheshortcomingsoflongcycle,lowefficiency,poorqualityhasbecomeincreasinglyunabletomeettherequirementsofmoderndesign,withthedevelopmentofscienceandtechnology,bendingmachineisanimportantcarrierofsheetshapeindustry,insheetmetalprocessingoccupiesaveryimportantpositionisthekeyequipmentofprecisionmanufacturing.Inmodernindustrialproduction,bendingmachineisoneofthemostwidelyusedsheetmetalprocessingequipment.Platebendingmachineisoneofthemostwidelyusedplatebendingdevice,universaldiecutting-edgeforsheetmetallinesofvariousanglesofbending,simpleoperation,goodversatility,lowcostofmould,convenientreplacement,themachineitselfisonlyanupanddownreciprocatinglinearmotion.Thosewhousealotofsheetmetalsector,mostrequirebendingmachine.Somanyvarietiesandspecificationsbendingmachine,structureforms,functionsareadded,accuracyisimprovingdaybyday,hasbecomeakindofprecisionmetalformingmachinetool.

Thispaperfirstlyintroducesthesignificanceandresearchstatusofdomestic.developmentofbendingmachine.Bendingmachineiscomposedofamachineframe,slide,synchronizationmechanism,pneumaticsystem,.Inthispaper,theoveralldesignofbendingmachine,andintroducestheclassificationandthemaincomponentofbendingmachine,aswellasthecurrentsituationandexistingproblems.Thedesignandlayoutofthemainstructureofthe.Then,thispaperintroducesthedetaileddesignofbendingmachinebodystructure,thischapteralsointroducestheassemblyprocessofbendingmachine.Thecomprehensiveexhaustivediscussionofthetransmissionmechanismdesignandimplementationmechanism.Finally,tosummarizethewholedesignprocess,analyzestheproblemsencounteredinthedesignprocess,summeduptheexperienceandlessonsfromthedesignprocess.Keywords:Bendingmachine；Transmissionstructure；Implementationofstructural；Three-dimensionalmodeling

目录摘要 2Abstract 3目录 4第一章绪论 61.1引言 61.2折弯机发展历史 61.3折弯机发展现状 61.4折弯机的特点及应用 71.5钣金件加工知识 81.6设计的意义 81.7本课题需解决的问题及方法 8第二章折弯机主体设计 102.1折弯机的分类 102.1.1液压型折弯机 102.1.2液压型折弯机的机构和特点 102.1.3数控折弯机的特点 112.2折弯机械结构及原理 122.3钣金零件 122.3.1钣金零件特点 122.3.2钣金零件加工步骤 122.3.3钣金零件折弯分析 142.3.4折弯力的计算 152.4折弯机动力选择 162.4.1液压传动的优缺点 162.4.2气动传动的优缺点 162.4.4气动技术在应用领域 172.4.5空气的基本性质 172.5折弯机折弯机构的设计 182.5.1折弯气缸的选用 182.5.2齿轮齿条的设计 202.6顶起机构设计 242.6.1顶起气缸的选择： 242.7折弯机折弯模具设计 252.7.1折弯机折弯模具特点 252.7.2折弯机折弯模具的材料选择 262.7.3折弯机上模下压机构 262.7.4气缸的选择计算 262.8锁紧机构设计 272.8.1气缸的选用。 282.9折弯机架体的设计 292.9.1机架零件的基本要求 292.9.2机架材料的选择 292.9.3机架机构设计 292.9.4定位机构设计 312.9.5气缸选择 31第三章折弯机的结构优化 333.1ANSYS分析 333.2折弯机架体优化 37第四章折弯机的结构优化 394.1折弯机总装 394.2折弯机的工作效率 394.2.1折弯零件的定位 394.2.2折弯机工作操作步骤及工作效率计算 40第五章总结 415.1本文总结 415.2设计遇到问题 41参考文献 42致谢 43

第一章绪论1.1引言科学技术的发展不断地被应用各个行业。当今社会中一些行业为了最求物美价廉的产品，所以大量采用钣金零件比如，汽车、电力、航天，现在的一些气疗器械等等。。。很多行业都有板件的影子，折弯机作为一种折弯金属板料的机器，渐渐走进人们视野。所谓折弯就是将金属板材通过压力设备和特制的模具，把平面的板料变为立体的加工过程，由于不同材质、厚度、长度、宽度的板材和所须成形的不同形状和角度，所以就有不同吨位和大小压力设备的折弯机。折弯机种类繁多，有液压板料折弯机、液压板料数控折弯机、双联动液压折弯机、双联动液压数控折弯机等1.2折弯机发展历史1794年英国约瑟夫布拉曼(Josesh

Bremen,1748-1813)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上，产生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，即当代液压传动系统的雏形。

在第一次的世界大战过后液压传动便被的广泛应用，更是1920年之后，快速发展。差不多在19世纪末20世纪初的20年里面液压才开始正式进入的工业的生产阶段。1925年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁•尼斯克(G•Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)的贡献，使这两方面得到了发展。在第二次世界大战期的时候，在美国生产机床中有34%应用了液压传动。应该指出，日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近二十多年。大约在1955年前后，日本也开始发力发展液压传动，1956年成立了“液压工业会”。近二三十年间，日本液压传动发展之快，已居世界领先地位。1.3折弯机发展现状在机械化程度发达的国家比如日本、美国和西欧等国家，折弯机的自动化程度很高，结构更加简单轻巧，通用性更好，总的说来具有以下特点[5]：①简化设备结构，减轻自重，降低生产成本；②广泛采用CAD/CAE/CAM系统设计制造；③广泛采用的通用型折弯机向小型化发展，专用型折弯机向大型化发展；④折弯、剪板一体机加速发展；⑤更加智能的控制系统。1.4折弯机的一些特点和使用近几年液压的发展非常的迅速，同时也使液压折弯机的发展更好，以实现持久的高压液压技术，高转速，高功率，高效率，低噪音，液压元件和系统的方式、高度一体化并取得了显著进展;在完美的比例控制、数字控制等技术上也有些许成功。液压驱动适用于板料折弯机，机器将优化性能，提高能源利用，降低成本，降低噪声，控制方便，安全可靠，操作方便。液压传动应用于板料折弯机，降低能耗，提高了工作效率和安全性，改善工作环境具有十分重要的意义。即使这样，仍然有很多共同的液压问题，如在压力下的液压系统是不是高，中泄漏等。随着技术的弯管机时代技术的进步，完成引进电液伺服同步数控折弯机档次提高，其优点是显而易见的数控折弯机，它采用电液伺服控制系统的双国际标准光栅，形成一个封闭的同步闭环控制，精度高，同步控制，折弯精度，重复定位精度已经达到了很高的水准。可根据用户需要用液压自动夹紧冲床或快装卡箍，缝口模头向下，减轻劳动强度，提高生产效率。功能齐全的后挡料装置可以扩展到多达六个轴。自动补偿由所述控制系统中，补偿容易且精确地调节。段具有长度范围从模具中，在工件组装成一定的宽度，以适应工件偏转气缸数控自动补偿系统，以克服在工作过程中的影响的特殊处理的需求的要求，工件变形的质量引起的由滑块，确保了良好的工件的直线度和弯曲角度。可以灵活的经营方式，可以双机联动，解决了长期以来钣金加工，短件加工可以单机运行，提高设备利用率，降低能源消耗。机身采用五面体焊接的全过程，保证车身刚性和精度高的水平之后夹具CNC加工中心。

1.5钣金件加工知识钣金工人必须掌握钣金加工等关键技术，这是加工钣金的一个关键工序。包含了一些下料、冲床加工、折弯成型，而且还包括各种冷冲压模具结构和工艺参数、各种各样的工具使用方法，还包括新的技术和新的冲压流程。

钣金加工被称为钣金加工。例如，使用特定的片材生产烟囱，桶，罐油壶，通风管道，弯头大小头，天园地方，漏斗状，主要制造工序为切割，折弯扣边，弯曲成型，焊接，铆接等，需要一定几何知识。一般地铸造件，锻造零件，金属加工零件冷加工和其他手段，通常切割是用于从金属材料，或工件，工件去除多余的金属层，得到具有一定形状的金属切削刀具性，尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。如车削，钻，铣，刨，磨，拉床等。在金属工艺学中，与热加工相对应，冷加工则指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷

锻、冲压、冷挤压等。冷加工变形抗力大，在使金属成形的同时，可以利用加工硬化提高工件的硬度和强度,但会使塑性降低。冷加工适于加工截面尺寸小，加工尺

寸和表面粗糙度要求较高的金属零件。1.6设计的意义现在的生活大量采用钣金件如：国防、军工、化工、航天、食品、车辆、电力、房屋、气疗器械等等。。。很多行业都有板金件的影子，钣金件的使用如此广泛，而折弯机又是加工钣金件的主要设备，凡是大量使用金属板料的部门，都需要使用折弯机。就目前情形来看，国内外的折弯机应用的机器大部分采用液压或者数控折弯机，这些都是大型机器，一台大型机器的费用价格大概在5万元到60万元左右，对于有大型企业不是问题，但是对于一般小型企业来说还是有点压力的。因此对于小型折弯机的研究还是有必要性的。1.7遇到的问题及解决方法为了制作出满足广要求的折弯机器，本次毕业设计是设计小型折弯机，目前最需要解决的问题是：

1.

折弯机的工作原理

2.

折弯工序的选择

3.

加工过程中零件的装夹

4.

对于模具的设计与选择

.那么解决这些问题的办法与研究手段主要有

.1.思考折弯机运动机构原理，画出机构原理图

2.画出折弯机三维模型图

3.画出折弯机的工程图

.4.计算校验所设计的工件受力情况.

第二章折弯机主体设计2.1折弯机的分类折弯机的类型有很多种,通过选择又可以分成机械式(伺服电机)和液压的控制系统然后又可以分成手动的折弯机，数控折弯机。用手操作的折弯机又可以分成机械手动和电气手动，液压类型折弯机根据同步类型分成：扭轴同步、机液同步，和电液同步。液压折弯机按运动方式又可分为：上动式、下动式。2.1.1液压型折弯机图2-1液压折弯机是用液压原理制作的折弯机，由油泵、油缸、机座、上模、下模、控制电路组成。液压折弯机是由架体，工作台和基板，架体上面放着工作台，工作台和基板由基座组成，底座是由铰链和基板相连，底座是通过基板、绕圈、座壳组成然后放在凹陷处，顶部有一个盖板。然后对其通电会使压板产生引力，这样便实现了压板和底座对零件的夹持，同时还可以对两壁进行加工。2.1.2液压型折弯机的机构和特点1．壁进行加工采用的结构是全钢焊，以保证有足够的强度和刚度。2．采用液压传动，机床两端的油缸放置在滑块上，直接驱动滑块工作。3．滑块同步机构采用同步机构。4．采用机械挡块结构，稳定可靠。5.滑块行程可实现快速调动，手动微调，计数器显示。2.1.3数控类型的特点图2-2数控折弯机CNCBendingMachine数控折弯机WE61Ek系列数控折弯机的特点：主要用途WE61EK系列板料折弯机结构;由SDf-4PJ折弯机闭环控制系统，双光栅，光学编码器反馈的实时检测，是通过电机的驱动来产生螺旋控制。两把光栅;少数挡料，双滑块位置反馈来纠正实时检测;光电编码器对油缸的死挡块进行位置的检测然后反馈给数控系统。。1角度直接编程角度补偿功能。2实时检测光栅反馈校正，闭环控制，滑动后挡料定位精度死压力表精度±0.02mm。3具有多步编程功能，自动操作可以实现更完整的多步部分时间的处理，升高了效率。4可根据用户需要选择性能稳定，可以用来挡料滚珠丝杆，同步带传动。2.2折弯机械结构及原理折弯机主要结构由架体，下压的折弯机构、（气动系统、传动机构、滑块）、定位机构、折弯角度定位机构（上模、下模）、水平的挡料机构（气动系统、传动机构、挡板）、和相应的电气控制系统组成。工作原理：板料放在折弯机的折弯机板上，然后控制气缸使上模下压机构下移，然后碰到行程开关后停止运动，折弯机构便做出反应，向上折弯。操作人员可以一边通过控制台来2.3钣金零件这种零件就是用钣金加工方法加工出来的产品，现在的社会到处都有钣金件。钣金件是用重型加工然后激光切割拉拔等工艺加工出来的。外国的某期刊对钣金的定义是：金属板材（一般在5mm以下）通过一系列的冷加工工艺，最主要的特点就是零件的厚度都一样。2.3.1钣金零件的一些特点零件具有质量轻、高强度、可以通电（能当做电磁屏蔽）、廉价、可以大量生产等特点，在各个行业如航天、通信、车辆、医疗器械等领域得到了广泛应用，又例如我们生活用的电脑主机箱、手机外壳、MP3外壳等等，都是离不开钣金件。钣金件的使用越来越多，所以钣金件的设计与开发变成了一道非常重要的过程，工程必须非常熟练掌握钣金件的设计过程，设计出外观与功能兼得，又具有成本低的产品。2.3.2钣金零件加工步骤任何一种零件,都有自己的加工过程和方法,这就是工艺.但是由于结构的差异,工艺流程可能各不相同,但总的不超过以下几点.1.设计零件图,又叫三视图.通过图纸可以表达零件的设计参数.2.展开零件图.3.下料.有非常多的下料方法,主要有以下几种方式:a．剪床下料.把材料剪出零件的基本轮廓.若有冲孔、切角的，需要用冲床进行加工.b．冲床下料.在机床上将零部件的展开后冲压成型.具有耗时短、效率高、成本低等特点,在批量生产时经常用到.c．NC数控下料.NC首要进行数控程序的变形.软件编程,利用编写出来的成型将展开的平面图编写成代码.根据这些代码将零件一步步加工出来.d．激光下料.采用激光加工出板料的基本形状.4.翻边攻丝.翻边又叫抽孔,把一个较小的孔翻出一个比较大的孔,对其攻丝.比便增加强度避免滑丝.一般用于板厚比较薄的钣金加工.当板厚较大时,如2.1，2.4或以上的厚度，就可以直接攻而不袖口。5.冲床加工。一般圆角冲压加工冲孔，落料冲孔，冲孔凸壳、冲撕裂、抽孔等加工方式,以达到加工目的.加工需要模具辅助完成.冲凸包的有凸包模,冲撕裂的有撕裂成形模等.6.铆合。铆在工厂方面，有常用的压铆螺柱，压铆螺母，压铆螺钉等，通常是由它的铆压机或液压铆接机的方式来完成操作，这是铆接金属片上.7.折弯.折弯过程就是将一个平面的零件折成三维的零件.加工的时候需要折弯机和相应的模具.需要一定的折弯工艺,原则是不会对下一道工序产生干涉,会产生干涉的后折.8.焊接.焊接就是零件焊接在一起,为了实现加工单个或者多个零件的侧缝焊接,用来增加强度.有几种焊接方法:CO2气体保护焊、氩弧焊、点焊、机器人焊接等.是根据零件的材料而选择焊接方法.例如选择是基于可用于CO2气体保护焊烙铁焊接类实际的总体要求和材料;TIG焊铝类;机器人焊接材料及配件为主的大型和内阁缝焊类使用时长。当焊接机器人可以使用，你可以节省大量的任务，提高工作效率和焊接质量.9.表面加工.表面加工通常是磷酸盐涂层的表面处理、电镀五彩锌、铬酸盐、烤漆、氧化等.磷酸盐涂层一般用于冷轧板和电解板类，其作用主要是沉积在料件上的一个表层保护膜，以防止氧化；再次，是提高其粘附到油漆五彩锌电镀冷轧薄板金属通常使用的表面处理;铬酸盐，铝和铝氧化物一般用于类的表面处理;其具体的表面处理的选择基于客户的要求而定。10.组装.组装其实就一个把各个零部件装配在一起，成为一个完整的部件。值得注意的地方就是对零件的保护,不可划碰伤.组装是最后一道工序,若对零件造成损坏就必须返工，这样会造成时间浪费和效率降低.2.3.3钣金件一些折弯分析图2-4钣金零件由上面的钣金件加工流程可知，钣金加工先要经过冲压，然后再经过折弯机折弯把二维的钣金零件折成三维形状。分析图2-1板件零件根据零件图纸可知零件的材料为08F,厚度0.8mm,长986.8mm宽505.4mm，最小折弯钣金是12mm大于0.8F材料的最小折弯半径0.8T。前道工序已经冲压出钣金件的基本形状，折弯机工序只要对零件进行90°折弯就可以了，根据零件图我们可以知道折弯就是一个弯曲的过程，折弯可以分成两个过程，自由弯曲阶段和校正弯曲阶段。自由弯曲阶段又可以分成弹性变形阶段、塑性变形阶段。1.弹性弯曲过程在模具的作用下，材料收到折弯力的作用，但由于坯料变形区内、受到的力没有满足塑性条件，材料没有导到屈服极限，只产生了简单的弹性变形，且也属于自由弯曲，如果撤掉折弯力，这时材料又会还原。2.弹-塑性阶段在材料的变形范围内、折弯力超过了弹性变形范围，进入了一个塑性变形状态如果撤销折弯力这时材料不会还原。随着不断施加折弯力不断塑性变化，由表面向中心逐步扩展，板料与凹模V形表面逐渐靠近，致使曲率半径r和弯曲力臂l逐渐变小。这个时候已经有了很大的力学变化，但也属于自由弯曲。它们之间的不同之处在于弹性阶段消除弯曲力矩时坯料会恢复原状，而塑性变形阶段消除弯曲力矩时坯料则不会恢复原状。3.校正弯曲阶段纠正折弯的这个阶段是上模、材料、下模之间完全合在一起之后，之后再增加一定的折弯力使零件得到纠正的过程。纠正就是使零件与模具完全贴在一起，使塑性变形达到一个稳定的状态，即使撤去力也不会使零件还原。2.3.4折弯力大小的的计算所有的设计的最终目的就是能设计一台能够加工出我们所需要零件的机器。而在设计的过程中要先考虑的就是折弯该零件所需要的折弯力的大小，从而才能进行一步对机床的结构设计。折弯是机械制造行业中的一道重要的工序，折弯的过程所需要的弯曲力的大小是模具和设备使用的根据，折弯力的大小与零件的形状、尺寸、零件的厚度、材料的力学性能等有诸多因素有关，在实际加工过程中折弯力的大小仍然主要靠经验粗略估计，没有准确的计算公式，经常出现“大马拉小车”或者出现压力设备超荷载运行，导致设备的损坏，所以提供一个合理的计算公式非常重要。查《新编机械工程技术手册》可得V型的自由弯曲力的计算公式F=式中F自由弯曲力，N;B弯曲件的宽度,mm;T弯曲件的厚度,mm;材料的强度极限,MPA;K安全系数，一般取K=1.3。已知钣金件的材料是用0.8F，材料的厚度为0.8mm，查《新编技术工程技术手册》可知0.8F的最小弯曲半径有两种情况，又根据图纸可知，材料的弯曲半径为12mm远大于要求的最小弯曲半径，所以可以加工。钣金件的宽度B=505.4mm，然后厚度T=0.8mm半径为r=12mm，查《机械设计手册》可知钣金件的强度极限为大于295MPA，所以折弯力的计算F=F=5814.627N通过计算得到折弯力，也就说由气缸输出传到折弯机构的力必须大于5814.627才能折弯该零件2.4折弯机动力选择折弯机中常用的动力有分为液压和气动两种类型。2.4.1液压的优缺点优点：

1)比较轻，所以惯性相对较小，如果突然停止运行，不会出现大的冲击现象；2)可以在一定的范围内自动调节速度，可以产生无极调速；

3)改变方向容易，可以不改电机的转动方向，方便实现机构的旋转和直线运动；

4)油管连接着液压泵和马达，可以在空间中任意布置；

5)使用液压油为介质，磨损小，使用寿命长；

缺点：

1)维护困难，对工作油有要求；

2)液压零件精度要求高，制造成本高；

3)液压系统复杂，维修困难；

4)使用油为介质，存在安全隐患；

5)传动效率低。

2.4.2气动的一些优缺点优点：

1）精确度高

2）以空气为介质，来源广。

3）工作适应性强。

4）由于粘度小，能量损失也小。

5）气动控制动作迅速，反应快，可在较短的时间内达到所需的压力和速度。

缺点：

1）位置定位和速度控制不灵活。

2）输出作用力不太大。

3）必须采用一定的方式进行给油轮滑。4）会有噪音。综合考虑：因为是设计小型折弯机所以采用气动便可满足要求。气动折弯机是以手动折弯机为原型改进而来，气动折弯机具有很多手动折弯机所达不到的优点，众所周知手动折弯机折弯较慢只适合于小型薄板加工者使用，如果是大量生产的话手动折弯机就显得效率态度了。当然气动折弯机的出现很好的解决了这一问题，气动折弯机工人只需要进行简单的操作便可以了，节省了人力和时间。使得大批量生产的薄板加工者不用再为手动折弯机效率太低担心。同时也大大节省了生产者的成本。2.4.3气动传动技术的历史2000年前，希腊人KSTEBIOS制造了一门空气弩炮，成为了使用气动技术第一人。公元一世纪出现了有关压缩空气作为能源应用的第一本书。20世纪中叶，气动技术开始在工业生产上实际应用并迅速推广。50年代初，大多数元件由液压元件改造或者演变，体积很大。60年代，开始构成工业控制系统，气动技术脱离风动技术而自成体系。70年代，与电子技术结合，在自动化领域广泛推广。80年代，向集成化，微型发展。90年代后，向集成化，微型化，模块化，智能化方向发展。2.4.4气动技术领域1．汽车制造业2.生产自动化3.机械设备4.电子半导体5.家电制造业6.包装自动化2.4.5空气介质的性质自然界中的空气是一种混合物，主要是有氧气、氮气、水蒸气、其他微量气体和一些杂质组成。气动系统正常工作受到空气中的水分，油分等其他杂质影响。杂质会对器件造成影响，如锈蚀金属元件、会凝结会管道产生影响、形成水击现象破坏管道、凝聚成爆咋混合物、氧化产生的酸性物质会腐蚀管道、加速密封件的老化。固体尘埃会增加摩擦加速气动元件的损坏、与油气混合堵塞管道。2.5折弯机的折弯机构的设计作为折弯机中最主要的执行机构，其折弯的效率和折弯的质量是非常重要的。考虑到钣金零件的加工工艺、钣金零件的大小、操作的简便性和加工效率，所以初步构想采用两个折弯机构并且可以根据零件大小进行调节折弯机构。对钣金件进行分析，可知只要对其进行90°折弯就可以了，钣金零件的宽度为505.4mm，长度986mm所以为了对钣金件的定位，所以可以在折弯的基板上设计4块折弯挡块以便于快速固定钣金零件。动力元件的直线输出转成旋转90°输出，所以设想采用齿轮转换。2.5.1折弯气缸的选用由于设想采用气缸作为动力直线输出，然后经过齿轮齿条转成旋转的力进行折弯，然后气缸再收回运动使折弯机构回到原位，因此气缸可以选用双作用气缸，把零件折弯成90°，通过计算行程大概在240mm左右,气缸理论推理计算。F==F:气缸理论输出力。：气缸实际输出力D:气缸缸直径(mm)P：工作压力（kgf/cm）由于上面已知需要的折弯力为5814.637N，所以气缸输出的力至少要大于5814.637N.,所以算出D=75.6mm，所以至少选择气缸的缸径要大于75mm，通过查询smc官方资料可知选择80mm的缸径是最合适的。所以选择型号MDBT80-240.。气缸速度初算，已知气缸的速度范围在50~1000mm,所以如果按50mm/s来计算的话，已知行程是230mm那么一分钟气缸的往复次数是13次左右。所以如果要实现气缸每分钟往复的次数是13次的话，那气缸需要消耗多少空气呢？式中所消耗的空气量（m/min）；A活塞的面积（m）；S气缸的工作行程（M），S=230mm；P气缸的工作压力（MPA）,P=0.6MAP；n每分钟往复的运动次数；所以=0.1035m/min这是气缸中每分钟消耗的空气量，实际上要考虑管接头控制阀以及其他部分的漏损。=0.1035(1.2~1.5)=0.1242~0.15525/min因此如果气缸的速度为50mm/s的情况下，管道中的实际空气流量为0.1242~0.15525/min，考虑到气缸的上限速度是1000mm/s，因为速度太快会对折弯机造成不安全因素，所以设定往复的时间为1s,也就是上升是0.5s,一分钟的往复次数为120次，所以是速度为460mm/s,所以速度为460mm/s时所需要的空气流量为1.035m/min=10.35(1.2~1.5)=1.242~1.5525/min图2-5SMC官方气缸缸径资料2.5.2齿轮齿条的设计齿轮的优点：相比其他机构，齿轮的传动优点是：传动可靠，使用寿命长，瞬间传动比为常数，工作效率高，结构紧凑，功率和速达适用范围很广等。所以需要对齿轮齿条进行设计与校核。一：适合齿轮齿条的材料很多，在选择的时候应该考虑几个原则：1）：齿轮齿条所用的材料必须符合工作要求。2）：齿轮齿条的尺寸也要考虑在内。3）：一般来说轻度冲击的工作条件使用正火渗碳钢，无法承受大的冲击载荷，中等冲击可用调制钢。4）：金属的软齿面齿轮，配对两轮的硬度差应该保持为30~50HBS，或者更多。由于钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理改善其性能，所以可以用来制造齿轮。然后因为折弯机构的冲击载荷较大，所以需要齿轮要承受载荷较大，必须采用硬齿面。（硬度）。二：气缸系统的功率。功率为=5814.637NV=0.46m/s=2.675KW转矩公式：三：各个系数的选定计算齿轮强度用的载荷系数K，包括使用系数、动载荷系数齿间载荷分配系数以及齿向载荷分配系数即使用系数是考虑齿轮啮合时的外部因素引起的附加载荷影响的系数。根据《机械设计基础》由于折弯机在气缸上升的一瞬间震动会比较大所以取1.25.动载荷系数齿轮传动不可避免会有制造及装配误差，齿轮受载荷后要产生变形，由于齿轮内核的刚度变化，引起动载荷。由于速度V很小，根据上图查的取1.0齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数是用来考虑载荷沿着齿宽方向分布不均匀的系数。根据《机械设计基础》上图6-19选取=1.24)齿间载荷分配系数用来考虑同时参与啮合的各对齿轮间载荷分配不均匀的系数。对于直齿齿轮取=1.1。故=1.65(1.7~1.9)偏于安全。四：齿轮传动的设计参数、许用应力的选择压力角的选择：我国对于一般用途的齿轮的压力角标准为20°。齿数的选择：避免齿轮发生根切，对用=20°的标准齿轮，Z。齿宽系数的选择：根据《机械设计基础》表6-19对于悬臂布置的硬齿面齿轮取0.3。预计工作寿命：假设工作10年，每年工作250日，每日10小时则齿轮的许用接触应力：式中：是应力循环次数。是接触疲劳应力极限。（MPa）是接触疲劳强度的最小安全系数。按应力循环次数N由《机械设计基础》图6-30查取。N=60nr=60=1.5故=1.0根据《机械设计基础》图6-28查得取800。取一般可靠度为1.0。所以计算接触许用应力为许用弯曲应力系数式中：是弯曲应力循环次数。是弯曲疲劳应力极限。（MPa）是弯曲疲劳强度的最小安全系数。是实验齿轮的应力修正系数，取2.0根据《机械设计基础》取1.25，取335，取1.0五：齿轮的计算设计1）：齿轮的设计计算公式把各项带进去计算得，查《机械设计基础》表6-2，所以m取1mm。计算分度圆直径计算得d=20.5mm,通过模数计算所得d=mz=30mm,所以两者取大值30mm。齿宽为20mm，齿高h=2.25m=2.25mm。最终确定齿轮的数据：模数m=1mm,齿数z=30，分度圆直径d=30mm，齿高h=2.25mm。图2-6折弯机构简图图2-7PRO/E设计的折弯机构2.6顶起机构设计为了操作工人的拿取零件的方便，所以设计一个气动控制顶起零件的机构。2.6.1顶起气缸的选择：由于零件长986.8mm，宽505.4mm，厚0.8mm，密度为所以零件重量为G=mg=。同样是气缸的输出时候顶起，气缸收回时候再降下来，所以也采用双作用气缸。算得起到工人适合操作的位置的行程大概170mm，所以气缸的理论值计算： =F:气缸理论输出力。：气缸实际输出作用力D:气缸缸直径(mm)P：工作压力（kgf/cm）由于算得的直径较小，所以smc官方资料查询得最小的直径是32mm所以采用MDBF2-175型号的气缸。因为是顶起气缸，需要考虑平稳性，速度不能太快，所以设定每分钟往复次数是30次，则速度是175mm/s，那需要消耗多少空气呢？式中所消耗的空气量（m/min）；A活塞的面积（m）；S气缸的工作行程（M），S=175mm；P气缸的工作压力（MPA）,P=0.6MAP；n每分钟往复的运动次数；所以=0.29m/min这是气缸中每分钟消耗的空气量，实际上要考虑管接头控制阀以及其他部分的漏损。=0.29x(1.2~1.5)=0.348~0.435/min.图2-8PRO/E设计的顶起机构2.7折弯机折弯模具设计折弯机的模具（pressbraketool）折弯机是用来处理金属板材成形的工具，该模板由几部分构成了不同的模具构成的不同部分。它主要是由以改变物品来实现加工的形状的物理状态的材料形成。下的弯板机的压力使材料具有刀具夹持器的具体形状和大小。图2-9常用的折弯模具类型2.7.1折弯机折弯模具特点折弯机的模具有分成为折弯机的上模和下模这两种类型，有用于钣金件的冲压成型和分离的模具。成型的模具有型腔，分离用的模具具有刃口2.7.2折弯机折弯模具的材料选择模具一般选用T8或者T10，再好一点的选择42CrMo，它主要要求模具有高的强度和高的韧性以及很好的耐磨性能，选用冷作的模具钢Cr12MoV是一种很好的材料，可以很好的满足使用性能，工艺性。42CrMo材料价格会偏高，是一种强度很高的合金调质钢，适合在500°以下加工。2.7.3折弯机上模下压机构根据上面要加工的钣金件分析可知，对其进行90°折弯，而且折弯的同时要使得钣金件形成一个内圆角，所以构想折弯机的模具设计的时候模具的半径等于想要折弯的钣金件的半径，再根据前面设计的折弯机构进行结合设计，之后设计折弯模板的作用简图。图2-10折弯原理图2.7.4气缸的选择计算由上图折弯原理图可知折弯模具的下压和折弯机构的向上作用力才能使零件折弯，根据的力的平衡，折弯机构的向上作用力是5814.637N，所以折弯模具下压的力至少。再计算得折弯模具的下压行程是400mm,所以根据SMC网站上的资料查得气缸选用MBDF100-400的型号气缸。设定下压的时间为1s,则每分钟往复30次速，速度是400mm/s。计算气缸需要消耗的空气量。式中所消耗的空气量（m/min）；A活塞的面积（m）；S气缸的工作行程（M），S=400mm；P气缸的工作压力（MPA）,P=0.6MAP；n每分钟往复的运动次数；所以=0.6m/min这是气缸中每分钟消耗的空气量，实际上要考虑管接头控制阀以及其他部分的漏损。=0.6(1.2~1.5)=0.72~0.9/min由于钣金件在折弯机之前是经过冲压成型，所以在零件的表面有许多凹凸不平的平面致使折弯模板在回程的过程中可能会发生干涉，所以设想该机构应该具备让刀机构，避免发生干涉。所以折弯机的上模下压机构设计如下图。图2-11折弯原理图2.8锁紧机构设计当折弯机向上折弯的时候或许仅仅靠模具下压力的来固定或许不够稳定，所以设置一个锁紧机构，当模具下压的时候锁紧机构对其锁紧，使之不受折弯机构向上力的影响。图2-12锁紧机构简图如上图，利用气缸简单的往复运动，便可以方便实现机构的锁紧。2.8.1气缸的选用。已知折弯机构的折弯力，锁紧机构仅仅是对模具是稳定作用不让折弯机构对其产生影响，所以机构的锁紧力应当小于折弯力。再根据算的锁紧所需要的行程为50mm，所以根据SMC的官方资料选用MDBD63-50，设定其往复时间为1s，那一分钟的往复次数为120次，所以速度为100mm/s。计算气缸需要消耗的空气量。式中所消耗的空气量（m/min）；A活塞的面积（m）；S气缸的工作行程（M），S=120mm；P气缸的工作压力（MPA）,P=0.6MAP；n每分钟往复的运动次数；所以=0.12m/min这是气缸中每分钟消耗的空气量，实际上要考虑管接头控制阀以及其他部分的漏损。=0.12(1.2~1.5)=0.144~0.18/min2.9折弯机框架的设计机器的底座、机架、箱体等零件统称为机架。机架占总质量的比重是非常大的。机架上面支撑着机器所以的部件，并且承受作用力，使得整个机器组成一个整体。机架对机器的安装精度、耐磨性、抗震性有很大的影响。所以在设计的时候选择合理的材料、合理的尺寸及结构形式是非常重要的。2.9.1机架零件的基本要求1.机架需要有足够的刚度。实践证明，机架零件的刚度满足了，则强度一般也足够了。2．承受重载、冲击、变载的机器的机架零件则以强度为设计准则。3.要有合适的外形与内部结构，便于安装、操作、制造及维修。4.要有较好的吸震性。5.材料价格低廉，工艺性好，易于制造。2.9.2机架材料的选择因为本次设计的是小型折弯机，质量和尺寸都不是很大，以制造简便和经济为主，则折弯机架应该用焊接比较好。而根据机械《新编机械工程技术手册》焊接件宜采用Q235材料，因为Q235-C的力学性能相对较好。2.9.3机架机构设计在架体设计过程中要考虑的一个非常重要的问题就是架体的截面形状，根据材料力学可知，在其他条件不变的情况下，受拉或者受压的零件的强度和刚度是由截面面积的大小决定，而与截面的形状无关。机架在抗弯刚度和抗扭刚度不仅与面积有关，而且与架体截面的形状有关。对于折弯机的机架而言适合采用矩形结构的截面，再根据上图可知长方形图2-13截面的惯性矩比较很明显的是空心的截面很大提高了长方向的抗弯刚度，但是抗扭刚度交差。而对于正方形截面，相同的截面形状和面积，外面的尺寸比较大而内壁薄的截面，相比外面尺寸小而内壁比较厚的断面的抗弯刚度和抗扭刚度都要高。空心截面的结构的刚度会比实心的刚度大，但是需要注意的是厚度太小引起稳定性问题。所以综合分析，折弯机机架适合采用正方形的薄壁截面。机架尺寸的初步确定，由于零件的长度为986.8mm，宽度为505.4，而折弯机构的宽度为660mm，所以机架的长度为986.8+660=1646.8mm,由于机架上可能还要再留一些位置用于放置其他机构，所以取整算1700mm。零件的宽度为505.4，为了给机架上其他的机构留有移动的空间所以也初步确定为1000mm。气缸的冲程为230mm，要给顶起机构留有移动的空间，所以高度方向初步设定为650mm。机架截面的计算：1):做弯矩图，求最大弯矩，折弯机架的弯矩图如下。最大弯矩为：2）：选择截面尺寸由于机架上承受的是动载荷所以对于Q235钢的许用应力为185Mpa所以由于截面采用的是正方形空心钢如果H取150mm，则h=136mm，所以机架的厚度为14/2=7mm。用pro/e设计的折弯机架体图2-14折弯机架体图2.9.4定位机构设计当工人把零件放在折弯机床上面的时候为减少工人的工作量，可以设置一个快速定位机构同时又能将零件加紧不会在折弯中移动。因为零件是平铺放在机床上，所以设想工人将零件放在机床上，定位机构的动作可以快速将零件定位固定。2.9.5气缸选择机架的长度为1700mm，零件的长度是986.8mm，两边机架截面的宽度为300mm，剩下后挡板留300mm的可调空间。还剩余113.2mm作为气缸的行程。由于算得零件的重量为30,647N，对于定位机构采用双作用气缸即可，气缸的理论计算： =F:气缸理论值输出作用力。：气缸实际输出力D:气缸缸直径(mm)P：工作压力（kgf/cm）由于算得的直径较小，所以smc官方资料查询得最小的直径是20mm所以采用CDM2F20-125型号的气缸。设定每分钟往复次数是30次，则速度是125mm/s，那需要消耗多少空气呢？式中所消耗的空气量（m/min）；A活塞的面积（m）；S气缸的工作行程（M），S=125mm；P气缸的工作压力（MPA）,P=0.6MAP；n每分钟往复的运动次数；所以=0.0081m/min这是气缸中每分钟消耗的空气量，实际上要考虑管接头控制阀以及其他部分的漏损。=0.0081x(1.2~1.5)=0.0098~0.122/min.图2-15折弯机定位机构

第三章折弯机的结构优化现在社会科技发展迅速,市场全球化和竞争的非常激烈，为了提高市场竞争力，所以就必须要提高产品的效率或降低产品的生产成本以提高其竞争能力。而在本课题所研究的折弯机，其架体的变形量会影响到其加工产品的精度，所以可以利用有限元分析对其进行变形分析，然后改进其结构使其减小变形量的同时又能使结构得到优化减轻重量。3.1ANSYS分析1.添加模型。Step1:打开ansysworkbench双击toolbox栏下面的staticstrutural选项。进入如图3-1所示的界面，在projectschematic界面下的A3选项中右键点击，选择replacegemometry下的browse打开打入我们还没优化的折弯机架体。图3-1模型添加界面2.添加材料。Step1:右键项目A2,Engineeringdate.选项，进入如图3-2的设计界面，在该界面下进行材料的参数设置。由于折弯机架体的材料采用Q235软件中没有改材料，所以我们需要自己添加材料进去。图3-2材料添加设置界面Step2:在图3-2界面中的outlineofschematicA2:engineeringdate中的A栏中的*项（clickheretoaddanewmaterial）处出入Q235，然后在左边的toolbox里面的physicalproperties中的Density添加材料的密度,在右边的tableofpropertiesrow里面填入密度值7850（q235的密度为7850）,之后Linearelastic选择里面的isotropicelasticlty选项，添加材料的弹性模量和泊松比，在底下的propertiesofoutlinerow3：q235中的young’smodulus添加弹性模量输入210GPA,poission’sratio输入泊松比0.33，最后按菜单栏的returntoproject返回上一个界面。3.添加模型的材料属性Step1:打开点击住界面下项目管理里区A中的A3栏model选项，进入如下图3-3所示的mechanical的界面，在这个界面下可以进行网格的划分，分析设置和相关结果的观察等。图3-3mechanical界面Step2:选择左侧界面的outline中的geometry选项下的solid1,这个时候在detailofsoild1中给模型添加材料，选择meterial里面的assignment把材料改成我们之前设置好的q235。4.网格划分Step1:在mechanical界面下，点击mesh，我们采用默认选项。Step2：在outline中的mesh选择右击，在弹出的一个快捷菜单栏中选中generatemesh的命令，会出现一个进度条，表示网格正在划分，当网格划分结束后，然后进度条则会自动消失，最终的网格效果如下图3-4所示。图3-4网格效果界面5.施加载荷与约束Step1：选中mechanical的界面左边staticstructuralA5，会出现如图3-5所示的environment工具栏。图3-5environment工具栏Step2：点击supports里面的fixedsupport进行添加固定约束。Step3：选择fixedsupport选项，在工具栏选项中单击面选项按钮，单击detailsoffixedsupport中的geometry选项下的apply即可在固定面添加约束。Step4：在environment工具栏中的loads下的force命令进行添加载荷。Step5：在force选项下面，选择所需要施加力的面，同时在defineby选择omponent选项，然后在ZComponent输入-3000（因为在前面算出所需要的折弯力至少是5814N，分别作用在两边，所以取整3000N）。如图3-6所示。图3-6添加载荷Step6:在outline栏下面的staticstructural点击右键，然后在弹出的快捷菜单中选择中solve命令，表示正在进行求解。7.结果后处理Step1:选中mechanical界面中的左边outline中的solutionA6选项命令，之后在菜单栏的solution那栏选择deformation下面的total。Step2：在outline中的solution右键选择evaluateallresults,