2595 鍛造操作機(jī)與夾緊及前提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2595 鍛造操作機(jī)與夾緊及前提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),鍛造,鑄造,操作,夾緊,提升,晉升,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 鍛造操作機(jī)與夾緊及前提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【摘要】 鍛造操作機(jī)是鍛造壓力機(jī)的重要配套設(shè)備，也是匯集機(jī)械，液壓、電氣于一體的重載機(jī)械裝備之一，掌握大型鍛造操作機(jī)的核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)，對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)具有深遠(yuǎn)的影響。精密鍛造是一個(gè)領(lǐng)域，在這個(gè)領(lǐng)域里決策可支持系統(tǒng)，它可能是被有效和廣泛應(yīng)用的，還取決于來自鍛造磨具設(shè)計(jì)工程師過去經(jīng)驗(yàn)的一些知識和規(guī)則。對于嘗試減少成本和提高可靠性，精確的組成部分變得相當(dāng)重要，因此在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，本身的規(guī)則變成了固有相對于程序的某些部分。在鍛造磨具設(shè)計(jì)中，尺寸精度是主要目標(biāo)之一。承載能力和任何產(chǎn)品的壽命極大地受尺寸精度影響。為了預(yù)測部分精密尺寸和確定對于精密鍛造的磨具尺寸，分析影響尺寸精度的因素是很有必要的。磨具和產(chǎn)品的三維演化在每個(gè)鍛造階段都應(yīng)被分析。在這項(xiàng)研究中，由于圓柱形工件的使用，徑向和切向應(yīng)力在磨具應(yīng)力決定方面常遇到。為了保持鍛造的尺寸精度，鍛造產(chǎn)品和磨具插入的差異，例如出現(xiàn)彈性磨具擴(kuò)張和產(chǎn)品收縮。關(guān)鍵詞 精密鍛造 磨具應(yīng)力 The design on forging manipulator with clamping and fomer lifting mechanism【Abstract】 forging manipulator is a important corollary equipment to forging pressure machine.It is also one of the heavy load machinery equipments which compile the machinery :hydraumatic electric into one organic whole.It has a profound effect to national economic construction and the building up of national defence since it commands core design and manufacture technology of heavy forging manipulator. Precision forging is a field in which decision support systems can be effectively and widely applied and depends on knowledge and rules derived from the past experience of forging die design engineers. Precise components are becoming quite important in attempts to reduce cost and improve reliability. There are thus many application areas in which the rules themselves become inherent to the parts or the processes. In forging die design, dimensional accuracy is one of the main goals. The load carrying capacity and life of any forged product is greatly affected by its dimensional accuracy. To predict the precise dimension of the part and determine the die dimension for precision forging, it is necessary to analyze the factors which affect dimensional accuracy. Dimensional evolution of die and product should be analyzed at each stage of forging. In this study, both radial and tangential stresses are encountered in the determination of die stresses since cylindrical workpieces were used. In order to sustain dimensional accuracy of the forging die, differences between the forging product and the die insert such as elastic die expansion and product contraction are presented.【Keywords】 Precision forging . Die stress1 緒論建國前，國內(nèi)僅有少數(shù)工廠擁有數(shù)量極少的鍛壓裝備及其輔助設(shè)備，他們分布在機(jī)械、冶金、鐵路、水電、兵器、船舶等基礎(chǔ)工業(yè)部門并主要從事那些體積小，形狀相對簡單的鍛件的制造工作。目前，我國大鍛件鍛造行業(yè)已有一定規(guī)模和水平，且擁有的 100MN 級大型液壓機(jī)數(shù)量已躍居世界第三位，但是輔助配套設(shè)施還很不齊全，如鍛造操作機(jī)、大截面切割機(jī)、鍛件尺寸測量控制裝置、工具操作機(jī)、鍛造加熱爐等都不配套，從而大大影響了被鍛鋼錠的材料利用率。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對鍛件質(zhì)量的要求越來越高，顯然，傳統(tǒng)的鍛件已不能滿足人們使用的需求，為了解決這種現(xiàn)狀，所以必須引進(jìn)技術(shù)革新。1.1 我國鍛壓行業(yè)的現(xiàn)狀鍛壓行業(yè)是國際工業(yè)化程度的重要標(biāo)志，作為機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，鍛壓行業(yè)對裝備制造業(yè)和國防建設(shè)有重要的影響，我國已成為世界鍛壓業(yè)大國，但還不能稱其為世界鍛壓業(yè)強(qiáng)國，與鍛造技術(shù)先進(jìn)的國家相比還存在一定的差距。我國鍛造行業(yè)在“九五”期間有了新的進(jìn)展，主要表現(xiàn)在以下方面：鍛造行業(yè)獨(dú)立鍛造企業(yè)在增多，也就是從全年能廠中獨(dú)立出許多自負(fù)盈虧、有獨(dú)立法人資格的鍛造企業(yè)；鍛造生產(chǎn)向產(chǎn)品專業(yè)化發(fā)展有了明顯進(jìn)步，許多專業(yè)生產(chǎn)線已經(jīng)形成；鍛造行業(yè)“九五”期間技術(shù)改革最大的特點(diǎn)是填平補(bǔ)齊，形成了一批利用現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)精密產(chǎn)品的生產(chǎn)線和技術(shù)；“九五’期間鍛造企業(yè)重視市場運(yùn)作，已有鍛件成批量出口；特種鍛造工藝推廣應(yīng)用取得新成效，采用楔橫軋機(jī)精鍛中間軸及凸輪軸類生產(chǎn)線約 100條，該技術(shù)已受到美國公司的重視；國外鍛造企業(yè)在中國合資、獨(dú)資鍛造企業(yè)達(dá) 17家；模鍛件在鍛造行業(yè)內(nèi)的比重進(jìn)一步提高，約達(dá) 60%，這標(biāo)志著我國鍛造業(yè)已進(jìn)入新的發(fā)展階段；現(xiàn)階段，國內(nèi)有成功開發(fā)了一批高科技含量的鍛造設(shè)備及其輔助工具。盡管我國鍛造業(yè)取得了一定成績，但與國外發(fā)達(dá)國家比，仍存在不少問題。目前，制約我國鍛造行業(yè)發(fā)展的因素很多，但淘汰少或不淘汰則是行業(yè)發(fā)展受阻的重要因素之一。在我國鍛件生產(chǎn)過程中，部分骨干企業(yè)采用了熱模鍛壓力機(jī)及相應(yīng)的輔助設(shè)備，但大多數(shù)企業(yè)仍采用雙盤摩擦壓力機(jī)、空氣錘等人工操作生產(chǎn)工藝，使鍛件精度，磨具壽命，鍛件質(zhì)量穩(wěn)定性均受影響。然而隨著時(shí)代的發(fā)展，工業(yè)對鍛件的質(zhì)量要求越來越高，顯然傳統(tǒng)的鍛造方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們使用的要求，所以，要想生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，科技創(chuàng)新和技術(shù)投入是必不可少的。大型鍛造操作機(jī)屬于當(dāng)前世界體積相對較大的多自由度重載機(jī)器人，屬于機(jī)、電、液高度一體化的復(fù)雜裝備，它是萬噸鍛造壓機(jī)重要配套設(shè)備，也是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)急需的重大機(jī)械裝備之一。并且，大型鍛件制造業(yè)是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，是關(guān)系到國家安全和國家經(jīng)濟(jì)命脈的戰(zhàn)略性行業(yè)，其發(fā)展水平是衡量國家綜合國力重要標(biāo)志。通過深入開展大型鍛造操作機(jī)的研究工作，將逐步實(shí)現(xiàn)大型鍛造操作機(jī)的國產(chǎn)化，對提升我國大型裝備及關(guān)鍵零部件的自主設(shè)計(jì)和制造能力、滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求、結(jié)束我國不能設(shè)計(jì)大型鍛造操作機(jī)的歷史都具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。1.2 鍛造操作機(jī)的發(fā)展歷史1.2.1 鍛造操作機(jī)的起源鍛造操作機(jī)最早出現(xiàn)在美國和原蘇聯(lián)，而后在日本、英國、奧地利等國發(fā)展起來，并成為系列化產(chǎn)品進(jìn)入工業(yè)性生產(chǎn)。最初的操作機(jī)多為全機(jī)械傳動(dòng)，60、70 年代出現(xiàn)了混合傳動(dòng)和全液壓傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活的鍛造操作機(jī)。到了 80 年代，各國對鍛造操作機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)改革方面又有了更高的要求，不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝，促進(jìn)了鍛壓技術(shù)的發(fā)展。特別是鍛造操作機(jī)的需求量不斷增加，引起了國內(nèi)外大、中型企業(yè)對鍛造操作機(jī)在生產(chǎn)中作用的重視。90 年代中期，國外大型鍛造操作機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟，大型操作機(jī)與 30000kN 自由鍛造水壓機(jī)聯(lián)動(dòng)操作，不斷提高水壓機(jī)生產(chǎn)能力。我國鍛造操作機(jī)起步于 60 年代，開始只能由某些工廠自己制造有軌操作機(jī)。90年代初期，我國自行設(shè)計(jì)制造的 100kN 鍛造操作機(jī)于 1992 年 5 月在太原試制成功，其主要技術(shù)性能已達(dá)到世界 80 年代水平，能替代同類進(jìn)口產(chǎn)品。至今，我國自主研發(fā)投放的全液壓鍛造操作機(jī)最大夾持能力也只有 500kN。世界上裝備的萬噸級自由鍛造壓力機(jī)近 30 臺(tái)，最大的模鍛水壓機(jī)載荷能力高達(dá)7.5 萬噸，最大的六自由度鍛造操作機(jī)操作力矩達(dá) 7500kN·m，最大承載能力高達(dá)2500kN。目前我國已具備了萬噸級鍛壓裝備的設(shè)計(jì)與制造能力，如中國一重自主設(shè)計(jì)、制造的世界上最先進(jìn)的 150MN 自由鍛造水壓機(jī)，2006 年末已經(jīng)投放使用，但與之配套的大型鍛造操作機(jī)仍在研發(fā)當(dāng)中。1.2.2 大型鍛造操作機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鍛造操作機(jī)作為進(jìn)行鍛造工藝的重要設(shè)備，眾多國外公司對其進(jìn)行系統(tǒng)化研究，目前，德國 DDS 公司、韓國 HBE PRESS 公司以及捷克 ZDAS 公司的鍛造操作機(jī)的制造水平處在世界前列。其中，德國 DDS 公司和 WEPUKO 公司是世界著名的鍛造操作機(jī)專業(yè)研發(fā)、制造企業(yè)，在重型鍛造操作機(jī)領(lǐng)域有 70 多年的歷史。此外，日本三菱長琦生產(chǎn)的操作機(jī)因擁有告高速、高精度的機(jī)械手及控制系統(tǒng)而著稱。國內(nèi)鍛造操作機(jī)的研究起步很晚，在一些技術(shù)方面與國外相比還有一定的差異。與萬噸壓機(jī)配套的大型鍛造操作機(jī)全部采用進(jìn)口設(shè)備，自主開發(fā)的大型鍛造操作機(jī)至今尚未問世，如中國一重與上海交大聯(lián)合開發(fā)的 1600kN 鍛造操作機(jī)和北方重工自主開發(fā)的 2000kN 鍛造操作機(jī)的整機(jī)水平還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。為解決我國重大裝備制造中一批關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)重大裝備及其成套技術(shù)的自主研發(fā)，科技部在“十一五”國家科技支撐計(jì)劃中設(shè)立了“大型鑄鍛件制造關(guān)鍵技術(shù)及裝備的研制”項(xiàng)目，在重點(diǎn)完成的工作中明確提出“150MN 自由鍛造水壓機(jī)及配套設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究”和“165MN 自由鍛造壓油機(jī)及配套設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究”1.2.3 大型鍛造操作機(jī)的技術(shù)特征大型鍛造操作機(jī)與萬噸鍛造壓機(jī)是配合在一起聯(lián)合工作的，工作過程中操作機(jī)保持著頻繁的重復(fù)動(dòng)作，對其性能的要求為動(dòng)作速度高、空行程時(shí)間短、精整時(shí)定位準(zhǔn)確，以達(dá)到快速鍛造，并得到尺寸精確的鍛件。與加工裝備相比，大型操作機(jī)的特點(diǎn)是載荷大、慣量大、自由度多、操控能力強(qiáng)。大型鍛造操作機(jī)的主要技術(shù)特征：一是在重載操作條件下，操作機(jī)構(gòu)件的分布式柔性變形直接影響末端執(zhí)行器的操作精度，因此，在裝備的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既要保證操作裝備在整個(gè)工作空間中具有理想的剛度特性，又要通過運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)變形在裝備運(yùn)動(dòng)鏈中的傳遞特性進(jìn)行控制。此外，鍛造操作機(jī)長期在非連續(xù)工作條件下進(jìn)行操作，其動(dòng)力學(xué)性能在空載和負(fù)載操作情況下存在顯著差別。二是大型鍛造操作機(jī)制造成本高，設(shè)計(jì)與制造周期長，通常采用單臺(tái)制造模式。重載操作機(jī)通常很難通過物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)對其操作性能進(jìn)行分析和驗(yàn)證，因此，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬是鍛造操作機(jī)設(shè)計(jì)、性能評估與優(yōu)化的重要支撐技術(shù)。2 鍛造操作機(jī)整機(jī)介紹鍛造操作機(jī)是一種用以夾持鍛坯配合水壓機(jī)或鍛錘完成送進(jìn)、轉(zhuǎn)動(dòng)、調(diào)頭等主要?jiǎng)幼鞯妮o助鍛壓機(jī)械，或稱其為液壓鍛造機(jī)械手，是重型鍛壓機(jī)的重要配套設(shè)備，也是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)急需的重大機(jī)械裝備之一。經(jīng)實(shí)踐證明，大型鍛造操作機(jī)的應(yīng)用不僅能提高大型鍛件的制造性能、制造精度、生產(chǎn)效率和材料利用率，還能降低能耗和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在一定程度上消除安全隱患，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的合理化，系統(tǒng)化。掌握大型鍛造操作機(jī)的核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)，是目前我國重型機(jī)械制造行業(yè)的重要任務(wù)。鍛造操作機(jī)結(jié)構(gòu)可分為有軌式和無軌式兩種，其傳動(dòng)方式有機(jī)械式、液壓式和混合式等，在工作期間，操作機(jī)能完成大車在軌道上自由行走；鉗架前后升降、傾斜；鉗頭夾持、松開、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。大車架采用整體框架式結(jié)構(gòu)，由電機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。鉗架升降有鋼絲繩或油缸帶動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)前后同步升降或分別升降，使鉗架到達(dá)水平或?qū)崿F(xiàn)一定角度的傾斜。鉗頭夾緊由大螺距絲桿或油缸帶動(dòng)夾持拉桿水平移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。并且有緩沖保險(xiǎn)裝置。鉗頭旋轉(zhuǎn)由電機(jī)減速機(jī)或液壓馬達(dá)帶動(dòng)，并設(shè)有過載保護(hù)裝置。鉗架的前后、兩側(cè)及鉗架與升降機(jī)之間均設(shè)有防震動(dòng)的緩沖裝置，因此大大提高了鍛件第中效率和鍛造精度。此外，還有專門用于某些輔助工序的操作機(jī)，如裝取料操作機(jī)和工具操作機(jī)等。為了配合操作機(jī)的工作，有時(shí)還配置鍛坯回轉(zhuǎn)臺(tái)。以方便鍛坯的調(diào)頭，已完成鍛造工廠所需要的鐓粗、拔長、沖孔、擴(kuò)環(huán)、切斷等鍛造工藝要求。3 設(shè)計(jì)方案綜述為實(shí)現(xiàn)操作機(jī)應(yīng)完成的基本動(dòng)作，其相應(yīng)具有：鉗口夾緊和鉗桿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，活動(dòng)架前后提升機(jī)構(gòu)和大車行走機(jī)構(gòu)。操作機(jī)的本體結(jié)構(gòu)可分為夾鉗、臺(tái)架和大車三部分。夾鉗包括鉗口夾緊和鉗桿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，臺(tái)架包括平行升降及傾斜機(jī)構(gòu)，在夾鉗和臺(tái)架之間還設(shè)置有垂直緩沖和水平緩沖裝置，大車支承整個(gè)臺(tái)架和活動(dòng)架，大車行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)大車使其前進(jìn)或后退。要求該操作機(jī)所具有的主要基本參數(shù)和技術(shù)參數(shù)如下：額定夾持工件重量 1 噸夾持力矩 2 噸力.米夾持鍛件范圍 Φ140～Φ420 毫米升降鍛件高度 500 毫米傾斜角度 +6 度鉗桿旋轉(zhuǎn)速度 30 轉(zhuǎn)/分大車行走速度 45 轉(zhuǎn)/分力求控制重量 7～8 噸軌距 1500 毫米夾鉗伸出量 1400 毫米純機(jī)械結(jié)構(gòu)由電器驅(qū)動(dòng)。在鉗口夾緊機(jī)構(gòu)中，夾鉗擬采用長杠桿式結(jié)構(gòu)以盡量減小拉緊力，拉緊方式擬定為機(jī)械拉緊，采用絲杠螺母配合來實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平行移動(dòng)，鉗臂及連桿等活動(dòng)聯(lián)接處采用銷軸聯(lián)接，殼體擬采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。不同直徑毛坯選用不同的鉗墊來實(shí)現(xiàn)夾緊。其拉緊力及旋轉(zhuǎn)力矩由鉗桿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供。前提升機(jī)構(gòu)中，各部件布置形式為：電機(jī)通過帶制動(dòng)輪型聯(lián)軸器和相配和的制動(dòng)器以及減速器相聯(lián)接，減速器與卷繞鋼絲繩的空心卷筒通過法蘭聯(lián)接在一起。鋼絲繩把卷筒、定滑輪、動(dòng)滑輪和活動(dòng)架聯(lián)接在一起，并通過螺栓聯(lián)接與機(jī)架聯(lián)接在一起。工作時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器，帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩通過定滑輪和動(dòng)滑輪卷繞在卷筒上，從而實(shí)現(xiàn)將活動(dòng)架和鉗頭抬高，同理，電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)卷筒反轉(zhuǎn)， 從而放開鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)將活動(dòng)架放低。在后提升高度一定的前提下，前提升可實(shí)現(xiàn)鉗頭及活動(dòng)架的小角度傾斜。4 鉗口夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 工作原理及分類鉗口夾緊機(jī)構(gòu)由鉗頭和拉緊裝置組成。鉗口夾緊機(jī)構(gòu)可分為長杠桿式、短杠桿式和滑塊斜槽式。長杠桿式鉗頭鉗臂的后臂比前臂長，拉緊力較小，但行程較大，使鉗頭外形尺寸增大，鉗頭零件多，加工制造較困難。短杠桿式鉗頭后臂比前臂短，拉桿的行程較小，結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，但拉桿上所需拉緊力較大。滑塊斜槽式鉗頭效率較低。鉗頭的鉗口形式：1．直線狀 V 形鉗口用于夾持軸類鍛件，當(dāng)鍛件被夾持的長度較短或夾持力矩較時(shí)，鍛件容易松脫。2．交叉式 V 形鉗口的鉗口閉合時(shí)，兩個(gè)鉗口能夠交錯(cuò)在一起，因此擴(kuò)大了一副鉗口夾持鍛件的尺寸范圍。3．直線狀偏心 V 形鉗口可防止鍛件松脫，但由于鉗口前后不對稱，鉗口處于垂直正中位置時(shí)，鉗口后端較重而下垂，使受料時(shí)很不方便。4．中凹狀 V 形鉗口與直線狀鉗口相比較，可有效防松脫。5．旋轉(zhuǎn)鐓粗鉗口主要用于鐓粗鍛件。拉緊裝置的作用是在拉桿上產(chǎn)生拉緊力，從而使鉗口夾緊鍛件，有機(jī)械式、液壓式、氣動(dòng)式。機(jī)械式拉緊裝置的基本原理是采用螺母螺桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生夾緊松開動(dòng)作，利用壓縮彈簧保持拉桿上的拉緊力，并起過載保護(hù)作用。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用時(shí)容易發(fā)生故障。液壓式拉緊是利用油缸的油壓在拉桿上產(chǎn)生拉緊力，工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，加工精度要求較高。4.2 鉗頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)確定畢業(yè)設(shè)計(jì)注重的是設(shè)計(jì)過程的經(jīng)歷與體驗(yàn)，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新則在其次，受自身水平限制，同時(shí)作為一個(gè)機(jī)械專業(yè)學(xué)生，機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)更加重要，我們一組三個(gè)同學(xué)擬定設(shè)計(jì)小噸位全機(jī)械式的鍛造操作機(jī)。因此我在設(shè)計(jì)時(shí)首先以結(jié)構(gòu)簡單可行易實(shí)現(xiàn)為目的，綜合考慮實(shí)際情況，我采用長杠桿式鉗頭以減小拉緊力，采用中凹狀Ｖ型前口以防棒料脫落，采用機(jī)械式拉緊裝置拉緊。4.3 鉗頭幾何參數(shù)的確定鉗口的松夾行程應(yīng)滿足操作機(jī)夾持鍛件的尺寸范圍的要求，并且與鉗口的角度及鉗口的安裝方式有關(guān)。一般取鉗口角度 2 ＝90～120 度。采用 90 度的鉗口既能?夾持原料又能夾持方料。但是，為了適應(yīng)夾持鍛件的尺寸范圍，通常必須有三副大小不同的鉗口。采用 120 度的鉗口，可以擴(kuò)大一副鉗口的夾持范圍，但它不能夾持方料，因此擬采用 90 度鉗口。鉗口的安裝方式有兩種，一種是小鉗口直接安裝在前臂上，一種是套裝在大一號的鉗口內(nèi)。擬采用 90 度鉗口直接安裝。工件尺寸范圍：Φ140～Φ420 毫米4.3.1 鉗口的松夾行程（開閉范圍）：鉗口非套裝， ??mdksinax0??鉗 口式中 ——系數(shù)，鉗口角度 ；0k 7.,92??——操作機(jī)夾持鍛件的最大直徑和最小直徑（毫米） 。minax,d??S196280.1407. ?????鉗 口 m3962＝＝鉗 口4.3.2 鉗口銷軸最大中心距： ????d714~0427.1~57.1~5maxmax ?????取 700 毫米。4.3.3 鉗臂固定銷軸中心距： ????ms 714~302196274~2maxmax0 ????????鉗 口取 600 毫米。4.3.4 鉗頭的喉口深度： ????dZ 36~29408.~708.~70max????取 300 毫米。4.3.5 鉗臂杠桿比： 長杠桿式 ， 為減小拉緊力，取最大值 1.45。45.1~30./120?ri式中 ——鉗口銷軸中心至鉗臂固定銷軸中心間的距離；1r——鉗臂后銷軸中心至固定銷軸中心間的距離。24.3.6 鉗臂外張角：不大于 20o 即 ?2.14630270sin20sin1max1a??????rr????取 為 300 毫米，則1r mri350.102????4.3.7 拉桿行程： Si 6.2894.0＝＝＝ 鉗 口拉 桿 ?精確數(shù)字應(yīng)根據(jù)鉗口松夾行程、 和鉗口銷軸最大中心距鉗 口 max?以及鉗頭零件尺寸由作圖決定，最后修正為 335 毫米。4.4 拉緊力的計(jì)算拉桿上所需的拉緊力的計(jì)算，是作為設(shè)計(jì)拉緊裝置及鉗頭中各相關(guān)零件的強(qiáng)度校核的依據(jù)。在各種鍛造工藝中，軸類鍛件總是最重最長的，因此，拉緊力的計(jì)算是從夾持軸類鍛件的夾持重量和夾持力矩及采用 V 形鉗墊出發(fā)的。軸類鍛件的直徑 d 可根據(jù)操作機(jī)公稱載重量 G 和夾持力矩 M 來求。鍛件長度 mllL 25.4.01220 ???????????????????????式中 ——鍛件重心至鉗口中心的距離；0l——為鉗墊長度，據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 250 毫米。由 ,GLd????42得 m196.08725.13??＝計(jì)式中 為鍛件的比重，單位 。?/mt由于鍛造過程中，鉗頭經(jīng)常旋轉(zhuǎn)，鉗口相對于水平面的位置以隨之變化，而當(dāng)鉗口的位置變化時(shí)，受力狀況也隨之變化，因此拉緊力也就隨著鉗口位置而改變，一般鉗口在水平位置和垂直位置兩種情況時(shí)的拉緊力較大，取其較大的拉力作為設(shè)計(jì)拉緊裝置設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。4.4.1 鉗口在水平位置時(shí)拉緊力分析：(1) 毛坯受力分析如圖 4-1：圖lαα α αR1NF1T1H222RT10yT2G4-1 鉗口在水平位置毛坯受力圖圖中 G——毛坯重量，即操作機(jī)公稱載重量；——鉗口對毛坯正壓力的合力；21,N——鉗口對毛坯的全反力；R—— 在垂直方向的分力；21,T21,—— 在水平方向的分力；H——鉗墊角度；?——鉗口與毛坯間的摩擦角， ；?ftg1???——鉗口對毛坯摩擦力的合力，毛坯由于重量的作用，有順時(shí)針翻轉(zhuǎn)的趨21,F勢，欲使鉗口分開，在兩鉗口上側(cè)邊有向上滑出趨勢，所以 向下；1F在兩鉗口下側(cè)邊有向下滑出趨勢，所以 向上，在臨界平衡狀態(tài)下，2F同時(shí)達(dá)最大靜摩擦力；21,F——鉗口與毛坯間的摩擦系數(shù)；f——鉗墊長度；l——毛坯重心至鉗口銷軸中心的距離；0——鉗口兩側(cè)邊正壓力合力 之間的距離，其值與正壓力沿鉗墊長y 21,N度 的分布情況有關(guān)。l取 。,21~3l???????mly5/0/??（2） 拉緊力計(jì)算：由前圖可知： 02012?????????ylGTl求得： ??ylT4021?又 ?????cos21R則 ?????????????????GtgylRHylG42sincos4021021P夾 12圖 4-2 鉗口在水平位置拉緊力示意圖由圖 4-2 可知， ?????????GtgylHP021＝夾拉桿上的拉緊力 為： ???tgyilKi0夾式中 ——鉗臂力臂比；abi/?K——考慮拉緊力儲(chǔ)備系數(shù)，取 K＝1.2～1.25；η——鉗口夾緊機(jī)構(gòu)的效率，取 η＝0.8～0.85。（3） 鉗口受力分析 N21Mf1(c)dX(a)ZH2yTR1HFZ(b)YT21圖 4-3 鉗口在水平位置受力圖圖 4-3 中， H——鉗口銷軸水平反力；Z——鉗口銷軸對鉗口的垂直支承力；X——鉗口銷軸在 x 方向的剪切反力；Y——鉗口銷軸在 y 方向的剪切反力；——鉗口銷軸與其銷孔間的摩擦力矩，若銷直徑為 d1,銷軸與孔間的1fM摩擦系數(shù)為 f1，則。211dHfMf?由圖 4-3（c）可見，為防止鉗口松開，造成毛坯下垂現(xiàn)象， 必須足夠大：1fM??21211 yHff ??為此，銷軸直徑應(yīng) 滿足下列條件：1dd1≥ ＝ ＝H12?fy12?fy012lf4.4.2 鉗口在垂直位置時(shí)拉緊力分析：（1）毛坯受力分析： 意義同圖 4-1：021,,lNG?——鉗口對毛坯摩擦力的合力。這時(shí)毛坯由于 G 的作用，有順時(shí)針翻轉(zhuǎn)趨2,F勢，在上鉗口，毛坯有向右滑出趨勢，所以 向左；在下鉗口處 則1F2F相反；—— 換算至垂直平面內(nèi)時(shí)毛坯的壓力；21,T21,N—— 與 ， 與 的合力，必定通過鉗口銷軸中心 A,B 點(diǎn)；RF2——換算摩擦角，即當(dāng)上鉗口處毛坯相對于鉗口將轉(zhuǎn)動(dòng)而未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 對1? 1R垂直線的偏角， ,式中 為換算摩擦系數(shù)，由下式確定：11ftg???1f?sin/f—— 對垂直線的偏角，因 ,而2?2R12T?2?tgFtgT?所以， ，即下鉗墊的換算摩擦角未達(dá)最大值。12?—— 對鉗墊中心的距離；1,y2,φ ——毛坯在重量 G 作用下，下墜轉(zhuǎn)動(dòng)角度。(2) 拉緊力計(jì)算：(a)GBl2F1ρRTρ 1Ayl0(b)GN2F2N11圖 4-4 鉗口在垂直位置毛坯受力圖當(dāng) φ＝0 式，由圖 4-4（b） 可知： 1110212sinTftgFGlART???求得： ??AGlFfTfl2/10120??2FT21夾圖 4-5 鉗口在垂直位置拉緊力示意圖由圖 4-5 可知，兩鉗臂上的夾緊力 為：夾p??????????AflGT1021＝夾拉桿上的拉緊力 P 為： ??????fliKiP10?夾(1)鉗口受力分析：圖 4-6 為上鉗口受力情況，下鉗口受力情況與上鉗口類似。由于 與 的合力1FN必定通過鉗口 1 銷軸中心 A 點(diǎn)，而 與 間的夾角 （換算摩擦角）是一個(gè)只1R1FN1?與摩擦系數(shù)有關(guān)的定值，因此有：FN2b1cy1FhR圖 4-6 鉗口在垂直位置受力圖 11?htgy?式中， h 為鉗墊與毛坯接觸面至銷軸中心 A 的距離。當(dāng)摩擦系數(shù) f＝0.3， ＝45 度時(shí)， ＝0.43?1t如果鉗口銷軸布置在鉗墊長度中間，則鉗墊長度應(yīng)滿足下列關(guān)系： hhtgyl 86.043.2211?????4.4.3 討論：令 為鉗口在水平位置與垂直位置所需拉緊力的比值，則：1K AfytgflytAfliGtgl 1101001 )(2)()(2????????????若 >1，則鉗口在水平位置所需的拉緊力較大；相反，若 70～80，查得 。75??按無限壽命取值為 1。Nk則代入各參數(shù)，安全系數(shù)為： 26.43175.092.????S又由 ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8-4，查得54.063?bs? ??5.1~S故此軸足夠安全。5.5.2 銷軸校核粗選銷軸直徑 ，與上節(jié)短軸校核類似，如圖 5-5，md70?F2l=8270圖 5-5 銷軸受力示意圖 6125/02/??FMPaWMmN603.47.982 ????故此銷軸一定是安全的。6 總結(jié)鍛造操作機(jī)作為與鍛造壓機(jī)協(xié)調(diào)作業(yè)的重要輔助設(shè)備，對于鍛件鍛造質(zhì)量和機(jī)組設(shè)備生產(chǎn)效率的提高起著至關(guān)重要的作用。全液壓式鍛造操作機(jī)由于其工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)與主機(jī)聯(lián)動(dòng)及自動(dòng)化，逐漸成為操作機(jī)的發(fā)展趨勢。近年來，我國鍛造液壓機(jī)尤其是快速鍛造液壓機(jī)設(shè)計(jì)制造能力飛速發(fā)展，譬如國內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的某臺(tái)快速鍛造液壓機(jī)鍛造次數(shù)已超過 80 次/分，鍛件精度相對較高，但受到國內(nèi)操作機(jī)研發(fā)水平的限制，操作機(jī)輔助操作動(dòng)作時(shí)間仍較長，導(dǎo)致整個(gè)鍛造循環(huán)周期緩慢，無法充分發(fā)揮快鍛液壓機(jī)組快速性的優(yōu)勢，影響了整套機(jī)組生產(chǎn)效率的提高。7 致謝通過這三個(gè)月來的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多不懂不了解的地方，在這里由衷地感謝指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及身邊同學(xué)的支持和幫助，讓我按時(shí)完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我遇到了很多很多困難，所學(xué)到的知識不會(huì)很好的融會(huì)貫通。在此，我要感謝我的指導(dǎo)老師丁寧教授，給我悉心的幫助和對我耐心而細(xì)致的指導(dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜繁瑣，但是老師仍細(xì)心糾正圖中的錯(cuò)誤。除了敬佩丁老師的專業(yè)水平以外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作，我才得以解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的種種問題。同時(shí)還要感謝身邊的同窗朋友，一路走來對我的幫助和鼓勵(lì)，也讓我的大學(xué)生活充滿了歡樂和色彩。畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，通過設(shè)計(jì)，讓我深刻體會(huì)到基礎(chǔ)的重要性，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅能幫助大學(xué)生體驗(yàn)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果，更多的是畢業(yè)設(shè)計(jì)可以幫助我們更加清楚的認(rèn)識自己，磨練我們的意志和耐性，這會(huì)為我們的日后工作和生活帶來很大的幫助。8 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