2595 鍛造操作機與夾緊及前提升機構設計,鍛造,鑄造,操作,夾緊,提升,晉升,機構,設計 鍛造操作機與夾緊及前提升機構設計【摘要】 鍛造操作機是鍛造壓力機的重要配套設備，也是匯集機械，液壓、電氣于一體的重載機械裝備之一，掌握大型鍛造操作機的核心設計制造技術，對我國經(jīng)濟建設和國防建設具有深遠的影響。精密鍛造是一個領域，在這個領域里決策可支持系統(tǒng)，它可能是被有效和廣泛應用的，還取決于來自鍛造磨具設計工程師過去經(jīng)驗的一些知識和規(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重要，因此在很多應用領域中，本身的規(guī)則變成了固有相對于程序的某些部分。在鍛造磨具設計中，尺寸精度是主要目標之一。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鍛造階段都應被分析。在這項研究中，由于圓柱形工件的使用，徑向和切向應力在磨具應力決定方面常遇到。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)彈性磨具擴張和產(chǎn)品收縮。關鍵詞 精密鍛造 磨具應力 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備，他們分布在機械、冶金、鐵路、水電、兵器、船舶等基礎工業(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 級大型液壓機數(shù)量已躍居世界第三位，但是輔助配套設施還很不齊全，如鍛造操作機、大截面切割機、鍛件尺寸測量控制裝置、工具操作機、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，隨著科學技術的發(fā)展和社會的進步，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，所以必須引進技術革新。1.1 我國鍛壓行業(yè)的現(xiàn)狀鍛壓行業(yè)是國際工業(yè)化程度的重要標志，作為機械制造業(yè)的基礎行業(yè)，鍛壓行業(yè)對裝備制造業(yè)和國防建設有重要的影響，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)強國，與鍛造技術先進的國家相比還存在一定的差距。我國鍛造行業(yè)在“九五”期間有了新的進展，主要表現(xiàn)在以下方面：鍛造行業(yè)獨立鍛造企業(yè)在增多，也就是從全年能廠中獨立出許多自負盈虧、有獨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”期間技術改革最大的特點是填平補齊，形成了一批利用現(xiàn)有設備生產(chǎn)精密產(chǎn)品的生產(chǎn)線和技術；“九五’期間鍛造企業(yè)重視市場運作，已有鍛件成批量出口；特種鍛造工藝推廣應用取得新成效，采用楔橫軋機精鍛中間軸及凸輪軸類生產(chǎn)線約 100條，該技術已受到美國公司的重視；國外鍛造企業(yè)在中國合資、獨資鍛造企業(yè)達 17家；模鍛件在鍛造行業(yè)內(nèi)的比重進一步提高，約達 60%，這標志著我國鍛造業(yè)已進入新的發(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及相應的輔助設備，但大多數(shù)企業(yè)仍采用雙盤摩擦壓力機、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)的鍛造方式遠遠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)新和技術投入是必不可少的。大型鍛造操作機屬于當前世界體積相對較大的多自由度重載機器人，屬于機、電、液高度一體化的復雜裝備，它是萬噸鍛造壓機重要配套設備，也是國家經(jīng)濟建設急需的重大機械裝備之一。并且，大型鍛件制造業(yè)是裝備制造業(yè)的基礎行業(yè)，是關系到國家安全和國家經(jīng)濟命脈的戰(zhàn)略性行業(yè)，其發(fā)展水平是衡量國家綜合國力重要標志。通過深入開展大型鍛造操作機的研究工作，將逐步實現(xiàn)大型鍛造操作機的國產(chǎn)化，對提升我國大型裝備及關鍵零部件的自主設計和制造能力、滿足國家經(jīng)濟建設的需求、結束我國不能設計大型鍛造操作機的歷史都具有重要的社會意義和經(jīng)濟效益。1.2 鍛造操作機的發(fā)展歷史1.2.1 鍛造操作機的起源鍛造操作機最早出現(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)品進入工業(yè)性生產(chǎn)。最初的操作機多為全機械傳動，60、70 年代出現(xiàn)了混合傳動和全液壓傳動、結構緊湊、操作靈活的鍛造操作機。到了 80 年代，各國對鍛造操作機的設計、制造、技術改革方面又有了更高的要求，不斷改進結構及生產(chǎn)工藝，促進了鍛壓技術的發(fā)展。特別是鍛造操作機的需求量不斷增加，引起了國內(nèi)外大、中型企業(yè)對鍛造操作機在生產(chǎn)中作用的重視。90 年代中期，國外大型鍛造操作機技術已經(jīng)成熟，大型操作機與 30000kN 自由鍛造水壓機聯(lián)動操作，不斷提高水壓機生產(chǎn)能力。我國鍛造操作機起步于 60 年代，開始只能由某些工廠自己制造有軌操作機。90年代初期，我國自行設計制造的 100kN 鍛造操作機于 1992 年 5 月在太原試制成功，其主要技術性能已達到世界 80 年代水平，能替代同類進口產(chǎn)品。至今，我國自主研發(fā)投放的全液壓鍛造操作機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近 30 臺，最大的模鍛水壓機載荷能力高達7.5 萬噸，最大的六自由度鍛造操作機操作力矩達 7500kN·m，最大承載能力高達2500kN。目前我國已具備了萬噸級鍛壓裝備的設計與制造能力，如中國一重自主設計、制造的世界上最先進的 150MN 自由鍛造水壓機，2006 年末已經(jīng)投放使用，但與之配套的大型鍛造操作機仍在研發(fā)當中。1.2.2 大型鍛造操作機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鍛造操作機作為進行鍛造工藝的重要設備，眾多國外公司對其進行系統(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專業(yè)研發(fā)、制造企業(yè)，在重型鍛造操作機領域有 70 多年的歷史。此外，日本三菱長琦生產(chǎn)的操作機因擁有告高速、高精度的機械手及控制系統(tǒng)而著稱。國內(nèi)鍛造操作機的研究起步很晚，在一些技術方面與國外相比還有一定的差異。與萬噸壓機配套的大型鍛造操作機全部采用進口設備，自主開發(fā)的大型鍛造操作機至今尚未問世，如中國一重與上海交大聯(lián)合開發(fā)的 1600kN 鍛造操作機和北方重工自主開發(fā)的 2000kN 鍛造操作機的整機水平還有待于進一步驗證。為解決我國重大裝備制造中一批關鍵技術和共性技術問題，實現(xiàn)重大裝備及其成套技術的自主研發(fā)，科技部在“十一五”國家科技支撐計劃中設立了“大型鑄鍛件制造關鍵技術及裝備的研制”項目，在重點完成的工作中明確提出“150MN 自由鍛造水壓機及配套設備關鍵技術研究”和“165MN 自由鍛造壓油機及配套設備關鍵技術研究”1.2.3 大型鍛造操作機的技術特征大型鍛造操作機與萬噸鍛造壓機是配合在一起聯(lián)合工作的，工作過程中操作機保持著頻繁的重復動作，對其性能的要求為動作速度高、空行程時間短、精整時定位準確，以達到快速鍛造，并得到尺寸精確的鍛件。與加工裝備相比，大型操作機的特點是載荷大、慣量大、自由度多、操控能力強。大型鍛造操作機的主要技術特征：一是在重載操作條件下，操作機構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，在裝備的機構設計中，既要保證操作裝備在整個工作空間中具有理想的剛度特性，又要通過運動學設計對結構變形在裝備運動鏈中的傳遞特性進行控制。此外，鍛造操作機長期在非連續(xù)工作條件下進行操作，其動力學性能在空載和負載操作情況下存在顯著差別。二是大型鍛造操作機制造成本高，設計與制造周期長，通常采用單臺制造模式。重載操作機通常很難通過物理樣機實驗對其操作性能進行分析和驗證，因此，計算機數(shù)值模擬是鍛造操作機設計、性能評估與優(yōu)化的重要支撐技術。2 鍛造操作機整機介紹鍛造操作機是一種用以夾持鍛坯配合水壓機或鍛錘完成送進、轉動、調(diào)頭等主要動作的輔助鍛壓機械，或稱其為液壓鍛造機械手，是重型鍛壓機的重要配套設備，也是國家經(jīng)濟建設急需的重大機械裝備之一。經(jīng)實踐證明，大型鍛造操作機的應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強度，在一定程度上消除安全隱患，實現(xiàn)生產(chǎn)的合理化，系統(tǒng)化。掌握大型鍛造操作機的核心設計制造技術，是目前我國重型機械制造行業(yè)的重要任務。鍛造操作機結構可分為有軌式和無軌式兩種，其傳動方式有機械式、液壓式和混合式等，在工作期間，操作機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、旋轉等動作。大車架采用整體框架式結構，由電機或液壓馬達驅動。鉗架升降有鋼絲繩或油缸帶動，可實現(xiàn)前后同步升降或分別升降，使鉗架到達水平或實現(xiàn)一定角度的傾斜。鉗頭夾緊由大螺距絲桿或油缸帶動夾持拉桿水平移動實現(xiàn)。并且有緩沖保險裝置。鉗頭旋轉由電機減速機或液壓馬達帶動，并設有過載保護裝置。鉗架的前后、兩側及鉗架與升降機之間均設有防震動的緩沖裝置，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，如裝取料操作機和工具操作機等。為了配合操作機的工作，有時還配置鍛坯回轉臺。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、擴環(huán)、切斷等鍛造工藝要求。3 設計方案綜述為實現(xiàn)操作機應完成的基本動作，其相應具有：鉗口夾緊和鉗桿旋轉機構，活動架前后提升機構和大車行走機構。操作機的本體結構可分為夾鉗、臺架和大車三部分。夾鉗包括鉗口夾緊和鉗桿旋轉機構，臺架包括平行升降及傾斜機構，在夾鉗和臺架之間還設置有垂直緩沖和水平緩沖裝置，大車支承整個臺架和活動架，大車行走機構驅動大車使其前進或后退。要求該操作機所具有的主要基本參數(shù)和技術參數(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 度鉗桿旋轉速度 30 轉/分大車行走速度 45 轉/分力求控制重量 7～8 噸軌距 1500 毫米夾鉗伸出量 1400 毫米純機械結構由電器驅動。在鉗口夾緊機構中，夾鉗擬采用長杠桿式結構以盡量減小拉緊力，拉緊方式擬定為機械拉緊，采用絲杠螺母配合來實現(xiàn)圓周運動轉化為平行移動，鉗臂及連桿等活動聯(lián)接處采用銷軸聯(lián)接，殼體擬采用鋼板焊接結構。不同直徑毛坯選用不同的鉗墊來實現(xiàn)夾緊。其拉緊力及旋轉力矩由鉗桿旋轉機構提供。前提升機構中，各部件布置形式為：電機通過帶制動輪型聯(lián)軸器和相配和的制動器以及減速器相聯(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、動滑輪和活動架聯(lián)接在一起，并通過螺栓聯(lián)接與機架聯(lián)接在一起。工作時，電機驅動減速器，帶動卷筒旋轉，鋼絲繩通過定滑輪和動滑輪卷繞在卷筒上，從而實現(xiàn)將活動架和鉗頭抬高，同理，電機反轉帶動卷筒反轉， 從而放開鋼絲繩，實現(xiàn)將活動架放低。在后提升高度一定的前提下，前提升可實現(xiàn)鉗頭及活動架的小角度傾斜。4 鉗口夾緊機構設計4.1 工作原理及分類鉗口夾緊機構由鉗頭和拉緊裝置組成。鉗口夾緊機構可分為長杠桿式、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，結構緊湊，外形尺寸小，但拉桿上所需拉緊力較大?；瑝K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，當鍛件被夾持的長度較短或夾持力矩較時，鍛件容易松脫。2．交叉式 V 形鉗口的鉗口閉合時，兩個鉗口能夠交錯在一起，因此擴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，鉗口后端較重而下垂，使受料時很不方便。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，有機械式、液壓式、氣動式。機械式拉緊裝置的基本原理是采用螺母螺桿機構產(chǎn)生夾緊松開動作，利用壓縮彈簧保持拉桿上的拉緊力，并起過載保護作用。但結構復雜，使用時容易發(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)，結構緊湊，加工精度要求較高。4.2 鉗頭結構的設計確定畢業(yè)設計注重的是設計過程的經(jīng)歷與體驗，結構創(chuàng)新則在其次，受自身水平限制，同時作為一個機械專業(yè)學生，機械專業(yè)基礎更加重要，我們一組三個同學擬定設計小噸位全機械式的鍛造操作機。因此我在設計時首先以結構簡單可行易實現(xiàn)為目的，綜合考慮實際情況，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滿足操作機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。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 拉緊力的計算拉桿上所需的拉緊力的計算，是作為設計拉緊裝置及鉗頭中各相關零件的強度校核的依據(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)驗取 250 毫米。由 ,GLd????42得 m196.08725.13??＝計式中 為鍛件的比重，單位 。?/mt由于鍛造過程中，鉗頭經(jīng)常旋轉，鉗口相對于水平面的位置以隨之變化，而當鉗口的位置變化時，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的拉緊力較大，取其較大的拉力作為設計拉緊裝置設計和強度計算的依據(jù)。4.4.1 鉗口在水平位置時拉緊力分析：(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，有順時針翻轉的趨21,F勢，欲使鉗口分開，在兩鉗口上側邊有向上滑出趨勢，所以 向下；1F在兩鉗口下側邊有向下滑出趨勢，所以 向上，在臨界平衡狀態(tài)下，2F同時達最大靜摩擦力；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。l取 。,21~3l???????mly5/0/??（2） 拉緊力計算：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——考慮拉緊力儲備系數(shù)，取 K＝1.2～1.25；η——鉗口夾緊機構的效率，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 滿足下列條件：1dd1≥ ＝ ＝H12?fy12?fy012lf4.4.2 鉗口在垂直位置時拉緊力分析：（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。這時毛坯由于 G 的作用，有順時針翻轉趨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；RF2——換算摩擦角，即當上鉗口處毛坯相對于鉗口將轉動而未轉動時， 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，下墜轉動角度。(2) 拉緊力計算：(a)GBl2F1ρRTρ 1Ayl0(b)GN2F2N11圖 4-4 鉗口在垂直位置毛坯受力圖當 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，而 與 間的夾角 （換算摩擦角）是一個只1R1FN1?與摩擦系數(shù)有關的定值，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。當摩擦系數(shù) f＝0.3， ＝45 度時， ＝0.43?1t如果鉗口銷軸布置在鉗墊長度中間，則鉗墊長度應滿足下列關系： 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《機械設計》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 總結鍛造操作機作為與鍛造壓機協(xié)調(diào)作業(yè)的重要輔助設備，對于鍛件鍛造質(zhì)量和機組設備生產(chǎn)效率的提高起著至關重要的作用。全液壓式鍛造操作機由于其工作平穩(wěn)、結構緊湊，便于實現(xiàn)與主機聯(lián)動及自動化，逐漸成為操作機的發(fā)展趨勢。近年來，我國鍛造液壓機尤其是快速鍛造液壓機設計制造能力飛速發(fā)展，譬如國內(nèi)自主研發(fā)設計的某臺快速鍛造液壓機鍛造次數(shù)已超過 80 次/分，鍛件精度相對較高，但受到國內(nèi)操作機研發(fā)水平的限制，操作機輔助操作動作時間仍較長，導致整個鍛造循環(huán)周期緩慢，無法充分發(fā)揮快鍛液壓機組快速性的優(yōu)勢，影響了整套機組生產(chǎn)效率的提高。7 致謝通過這三個月來的忙碌和學習，本次畢業(yè)設計已接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多不懂不了解的地方，在這里由衷地感謝指導老師的督促指導，以及身邊同學的支持和幫助，讓我按時完成了這次畢業(yè)設計。在畢業(yè)設計中，我遇到了很多很多困難，所學到的知識不會很好的融會貫通。在此，我要感謝我的指導老師丁寧教授，給我悉心的幫助和對我耐心而細致的指導，我的畢業(yè)設計較為復雜繁瑣，但是老師仍細心糾正圖中的錯誤。除了敬佩丁老師的專業(yè)水平以外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作，我才得以解決畢業(yè)設計中遇到的種種問題。同時還要感謝身邊的同窗朋友，一路走來對我的幫助和鼓勵，也讓我的大學生活充滿了歡樂和色彩。畢業(yè)設計即將結束，通過設計，讓我深刻體會到基礎的重要性，畢業(yè)設計不僅僅能幫助大學生體驗大學四年的學習成果，更多的是畢業(yè)設計可以幫助我們更加清楚的認識自己，磨練我們的意志和耐性，這會為我們的日后工作和生活帶來很大的幫助。8 參考文獻[1]余國發(fā)，等.鍛造操作機的回顧與展望[J].機械設計與研究，2007:11-15.[2]余國發(fā).基于 CF 集的鍛造操作機構型方法[J].機械工程學報，2008（11）:152-159.[3]孫恒，陳作模.《機械原理》第七版[M].高等教育出版社，2006.5:40-59.[4]孔祥東.鍛造操作機夾持機構最優(yōu)夾緊力分析[J].燕山大學機械工程學院，2010.8:39.[5]孔祥東，等.22KN 快鍛液壓機快鍛控制特性研究[J].液壓與氣動，20208（10）：37-39.[6]左建民.《液壓與氣壓傳動》第四版[M].機械工業(yè)出版社，2006.5:20-45.[7]萬勝狄.鍛造機械與自動化{M}.北京：機械工業(yè)出版社.1983:86-187.[8] http://www.cnki.net(中國期刊網(wǎng)[9] http://www.mscsoftware.com [10] [http://www.mscsoftware.com.cn[11] GUO Jun, WANG Shen-shen, LI Xiao-lei. Dynamic Simulation of Tracked VehicleUsing the ADAMS Software. Journal of Beijing Institute of Technology, 2001,04. 長 春 大 學 畢業(yè)設計（論文）紙共 5 頁 第 1 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊開題報告一、設計題目：鍛造操作機與夾緊及及前提升機構設計二、課題研究的目的和意義鍛造操作機是鍛造車間實現(xiàn)鍛造機械化與自動化的重要設備，它主要用于夾持鍛件來配合主機完成鍛造工藝，也可用于坯料的裝出爐，運輸和堆放以及夾持模具或工具進行操作。鍛造操作機不僅對提高生產(chǎn)率和設備利用率，提高鍛件質(zhì)量和降低成本有著極其重要的作用，而且還時減輕勞動強度，改善勞動條件的重要途徑。為了滿足鍛造操作機的鍛造工藝要求，鍛造操作機一般具有以下幾個動作：1．鉗口的夾緊與松開；2．鉗桿的旋轉；3．夾鉗的平行升降及傾斜；4．臺架回轉或夾鉗擺移；5．大車行走。為了實現(xiàn)以上動作，操作機應具有以上五個機構。其本體可分為夾鉗，臺架，大車三大部分。夾鉗支承在夾鉗平行升降及傾斜機構上，它包括鉗口夾緊機構和鉗桿旋轉機構，實現(xiàn)鉗口松夾和鉗桿旋轉動。操作機的臺架包括夾鉗平行升降及傾斜機構，實現(xiàn)夾鉗平行升降及傾斜動作。夾鉗在鍛造過程中承受沖擊力，故在夾鉗和臺架之間還設置了垂直緩沖裝置和水平緩沖裝置。操作機的大車支承著整個臺架，在大車上裝有大車行走機構，來驅動大車實現(xiàn)使其前進或后退。操作機除本體結構外，還配有電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)作為驅動和控制裝置。操作機按運行方式可分為有軌操作機和無軌操作機。有軌操作機的活動范圍和服務的鍛造設備是確定的，一般都裝在鍛錘或鍛造液壓機旁。這種操作機在工作時比較容易與鍛錘或液壓機對中，司機操縱臺可設在機上也可設在地面上，易于實現(xiàn)遙控或與主機聯(lián)動。無軌操作機的機動性好，活動范圍較大，可以為多臺設備服務，既能操作鍛件，又能裝出爐，還可擔任車間內(nèi)外的運輸工作。長 春 大 學 畢業(yè)設計（論文）紙共 5 頁 第 2 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊操作機按驅動方式可分為液壓傳動，機械傳動和混合操作式。液壓傳動操作機的各個機構均由油缸和液壓馬達驅動，因此工作平穩(wěn)，結構緊湊，操作靈活方便，便于實現(xiàn)與主機聯(lián)動及自動化，但加工及安裝精度較高。機械傳動操作機的各個動作均由電動機通過減速器帶動各個工作機構來實現(xiàn)，因此結構龐大復雜，但加工精度及安裝精度不高，容易制造。混合傳動操作機中的鉗口松夾，夾鉗平行及傾斜機構通常由油缸或氣缸來驅動，而大車行走，鉗桿旋轉和臺架回轉機構由電動機驅動，其優(yōu)缺點介于液壓傳動與機械傳動之間。有軌操作機按夾鉗在水平面上的運動形式可分為直移式，擺移式和回轉式操作機。直移式操作機的夾鉗具有平行升降、傾斜及大車作前后直線運動。這種操作機剛性好，適合制成大噸位的操作機。擺移式操作機除能實現(xiàn)直移式操作機的動作外，夾鉗還可以在水平面上作小角度的左右擺動和小距離的左右平移，可完成一些輔助工作。回轉式操作機除能實現(xiàn)直移式操作機的動作外，夾鉗隨臺架還可在水平作360 度回轉，這種操作機具有較廣泛的工藝用途。大型操作機都傾向擺移式操作機。三、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢鍛造操作機作為進行鍛造工藝的重要設備，眾多國外公司對其進行系統(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專業(yè)研發(fā)、制造企業(yè)，在重型鍛造操作機領域有 70 多年的歷史。此外，日本三菱長琦生產(chǎn)的操作機因擁有告高速、高精度的機械手及控制系統(tǒng)而著稱。國內(nèi)鍛造操作機的研究起步很晚，在一些技術方面與國外相比還有一定的差異。與萬噸壓機配套的大型鍛造操作機全部采用進口設備，自主開發(fā)的大型鍛造操作機至今尚未問世，如中國一重與上海交大聯(lián)合開發(fā)的 1600kN 鍛造操作機和北方重工自主開發(fā)的 2000kN 鍛造操作機的整機水平還有待于進一步驗證。為解決我國重大裝備制造中一批關鍵技術和共性技術問題，實現(xiàn)重大裝備及其成套技術的自主研發(fā)，科技部在“十一五”國家科技支撐計劃中設立了“大型鑄鍛件制造關鍵技術及裝備的研制”項目，在重點完成的工作中明確提出“150MN 自由鍛造水壓機及配套設備關鍵技術研究”和“165MN 自由鍛造壓油機及配套設備關鍵長 春 大 學 畢業(yè)設計（論文）紙共 5 頁 第 3 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊技術研究”鍛造操作機 60 年代前就已問世，近二、三十年發(fā)展期來。最早是在美國、原蘇聯(lián)，而后在日本、英國、奧地利等國發(fā)展期來，并成為系列化產(chǎn)品進入工業(yè)性生產(chǎn)。最早的操作機多為全機械傳動，隨著科學技術的發(fā)展，到 60、70 年代出現(xiàn)了混合傳動和全液壓傳動、結構緊湊、操作靈活的鍛造操作機。它與水壓機、臥式徑向鍛造機和自由鍛錘配用，使主機大大的提高了生產(chǎn)效率，提高了鍛件質(zhì)量。到了 80 年代，各國對鍛造操作機的設計、制造、技術改造方面又有了更高的要求，不斷改進結構、生產(chǎn)工藝，促進了鍛壓技術的發(fā)展。我國的鍛造操作機起步于 60 年代，開始只能由某些廠家自己制造有軌操作機，這些操作機結構簡單，鉗子的張合夾緊靠與吊鉗分離開的電動方頭扳手來完成，因而夾緊鍛件不方便，用于鋼錠開坯、拔料還是可以的。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，70 年代開始研制出全機械傳動和一些液壓傳動有軌操作機，載重量可達 10 噸，夾緊力矩25 千牛米。隨后，小型液壓傳動有軌操作機得到發(fā)展，并出現(xiàn)了液壓傳動無軌操作機。1974 年我國首次制訂了自己的鍛造操作機系列標準，大力推廣液壓傳動操作機。到了 80 年代全液壓有軌鍛造操作機在全國相繼出現(xiàn)，90 年代初期我國自行設計制造的 100 千牛鍛造操作機主要技術性能已達到世界 80 年代水平，能替代國內(nèi)外進口同類產(chǎn)品。目前，國外大型快鍛油壓機與操作機聯(lián)動技術已經(jīng)成熟，而國內(nèi)生產(chǎn)的鍛造操作機還沒有 100 千牛以上的聯(lián)動操作機。而 100 千牛鍛造操作機則屬于最新開發(fā)的聯(lián)動型鍛造操作機。它是 31.5 兆牛水壓機的配套設備，用于鈦合金的鍛件生產(chǎn)，也可用于配套 16 兆牛、20 兆牛自由鍛造操作機。能夾持 10 噸及以下的鍛件作翻轉、升降、傾斜、側移、側擺、夾緊放松和進退七個動作。在和水壓機的配合下，能完成鋼錠開坯、拔長、鐓粗、整圓等一系列鍛造工藝。國外操作機的載重力矩已發(fā)展到 3000 千牛米，大型操作機與 30000 千牛自由鍛造水壓機聯(lián)動操作，不斷的提高了水壓機生產(chǎn)能力。國外操作機大多數(shù)為液壓馬達驅動，由油缸活塞實現(xiàn)升降等運動，其液壓系統(tǒng)由油壓泵站，電控操作閥和管路等部件組成。該系統(tǒng)安裝在大車架上,隨機行走，系統(tǒng)容易實現(xiàn)多種動作，功率大，系統(tǒng)結構緊湊，零部件易于實現(xiàn)標準化、系列化，系統(tǒng)批量制造成本低，傳動結構已多樣化。長 春 大 學 畢業(yè)設計（論文）紙共 5 頁 第 4 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊四、畢業(yè)設計方案的擬定為實現(xiàn)操作機應完成的基本動作，其相應具有：鉗口夾緊和鉗桿旋轉機構，活動架前后提升機構和大車行走機構。操作機的本體結構可分為夾鉗、臺架和大車三部分。夾鉗包括鉗口夾緊和鉗桿旋轉機構，臺架包括平行升降及傾斜機構，在夾鉗和臺架之間還設置有垂直緩沖和水平緩沖裝置，大車支承整個臺架和活動架，大車行走機構驅動大車使其前進或后退。要求該操作機所具有的主要基本參數(shù)和技術參數(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 度鉗桿旋轉速度 30 轉/分大車行走速度 45 轉/分力求控制重量 7～8 噸軌距 1500 毫米夾鉗伸出量 1400 毫米純機械結構由電器驅動。在鉗口夾緊機構中，夾鉗擬采用長杠桿式結構以盡量減小拉緊力，拉緊方式擬定為機械拉緊，采用絲杠螺母配合來實現(xiàn)圓周運動轉化為平行移動，鉗臂及連桿等活動聯(lián)接處采用銷軸聯(lián)接，殼體擬采用鋼板焊接結構。不同直徑毛坯選用不同的鉗墊來實現(xiàn)夾緊。其拉緊力及旋轉力矩由鉗桿旋轉機構提供。前提升機構中，各部件布置形式為：電機通過帶制動輪型聯(lián)軸器和相配和的制動器以及減速器相聯(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、動滑輪和活動架聯(lián)接在一起，并通過螺栓聯(lián)接與機架聯(lián)接在一起。工作時，電機驅動減速器，帶動卷筒旋轉，鋼絲繩通過定滑輪和動滑輪卷繞在卷筒上，從而實現(xiàn)將活動架和鉗頭抬高，同理，電機反轉帶動卷筒反轉， 從而放開鋼絲繩，實現(xiàn)將活動架放低。在后提升高度一定的前提下，前提升可實現(xiàn)鉗頭及長 春 大 學 畢業(yè)設計（論文）紙共 5 頁 第 5 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊活動架的小角度傾斜。五、課題研究的時間分配：工作量： 1. 總體設計 2. 原理圖 3. 夾緊機構 4. 前提升機構 5. 主要零件設計 時間安排：3 月 5 日——3 月 23 日 查資料，完成文獻翻譯和考題報告；3 月 24 日—— 4 月 3 日 總體方案設計；4 月 4 日——4 月 30 日 機械部分設計；5 月 1 日——5 月 22 日 部件及零件草圖；5 月 23 日——6 月 12 日 上機繪圖；6 月 13 日——6 月 19 日 完成設計（論文）說明書，40~60，要求打?。? 月 20 日——6 月 24 日 評審、答辯。六、參考文獻[1] 機械設計師手冊[2] 鍛造機械化與自動化[3] 鍛造生產(chǎn)機械化自動化[4] 馮辛安主編.機械制造裝配設計.北京:機械工業(yè)出版社,2005[5] 鍛壓機械、液壓傳動[6] 起重機設計手冊[7] 鍛壓機械液壓傳動的設計基礎 [8] 畢業(yè)論文撰寫規(guī)范[9] 科技期刊上發(fā)表的相關研究方向的論文[10] http://www.cnki.net(中國期刊網(wǎng))