说明书-整体系统设计

过程设备成套技术 课程设计说明书

题目：实验用小型旋压机设计

学生姓名： 张小军 学 号： 200805050229 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 指导教师： 李瑞虎

2011 年 11月20日

目录

一 前言 ................................................................................................................................... 1 二 任务安排 ........................................................................................................................... 2 三 设计内容 ........................................................................................................................... 2 1 旋压机参观 ...................................................................................................................... 2 2 部分旋压产品(球面封头）： ......................................................................................... 2 3设计计算 ........................................................................................................................... 3 4后来整理的各部分图集及计算过程 ............................................................................... 3 5液压系统布置 ................................................................................................................... 8 四 课程设计体会与总结 ....................................................................................................... 9 五 参考文献 ....................................................................................................................... 10

一 前言

旋压技术，也叫金属旋压成形技术，通过旋转使之受力点由点到线由线到面，

同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这一方向变形和流动而成型某一形状的技术。 它综合了锻造，挤压，拉伸，环压，横压，和辊压等工艺特点，也是一种适用于多品种生产的少，无切削加工工艺。在旋压过程中，旋压与毛坯是逐点接触的，具有省力，节能，制件尺寸精度高，表面质量好，材料利用率高，生产成本低，产品范围广等特点，已经在机械，是有化工，电子电器，日用五金。食品，军工和航空航天等领域得到了广泛的应用。

在20世纪50年代后，出现了，模拟手工旋压的设备，即采用液压助力器等，驱动旋压轮往复移动，以实现进给和回程，因而减轻了劳动强度。二是，在20世纪60~70年代出现了能单向多道次进给的，电器液压程序控制的半自动旋压机。三是，由于电子技术的发展，于20世纪60年代后期，国外在半自动旋压机的基础上，发张了数控和录返式旋压机。这些设备的快速发张将旋压机工艺带进了中大批量化的生产中。 强力旋压是上世纪五十年代在普通旋压的几处上发张起来的，最早是在瑞典，德国被用于民间工业。由于旋压工艺的先进性经济性和实用性，且该工艺具有变形力小，节约原材料等特点，在近四十年中，旋压技术得到了长足的发展，不仅在航空航天领域，而且在化工，机械轻工等民用工业中得到了广泛应用。

目前，旋压技术已日趋成熟，已经成为金属压力加工中的一个新的领域。

进20年来，旋压成型技术突飞猛进，高精度数控和录返旋压机不断出现并迅速推广应用，目前正向着系列化和标准化方向发展，在许多国家如美国，俄罗斯，德国，日本和加拿大等国已生产出先进的标准化程度很高的旋压设备，这些旋压设备已基本定型，旋压工艺稳定，产品多种多样，应用范围日益广泛。

鉴于旋压技术有这么好的优点，而我国的旋压技术 还停留在研究和发展阶段，只是在加工小型生活用品上。一些大型设备的生产还没有足够的经验和水品。在旋压机器的生产上还很落后，尤其是在传动系统和自动控制系统的研发上技术还远远落后。因此，旋压设备研究一直是这几年个大高校研发的重点项目，到目前为止我们陕科大的实验室里还没有一台哪怕是类似于这样的机构，因此带着全校老师和同学的期盼我们接受了做旋压机的课程设计。

我们的团队就这样开始了。。。。

二 任务安排

这次我们团队可以说是一波三折，人员经历了好几次调整，由最初的我们三个人，

然后增加到五个人，到了最最后又增加到十个人，可见这次设计是一项很艰巨的任务。 这次采用的是我设计的方案草图，所以整体系统就自然而然地落在了我的身上，大家就按照我的草图布置展开行动，一人一个版块，当方案确定之后整个旋压机就分为四个部分了，分别有上模压紧机构（要求压紧时采用的是液压系统），椭球面反压系统（要求整个系统能够横向和纵向移动并且要用到液压机构），直边反压系统（要求能横向移动液压的），传动机构（包括主轴，电机，减速器，主模等），还有就是负责整体系统(主要负责将每个部分组合起来成一完整的机器）。

我是负责整体系统布置的，因此前期很轻松，只是等大家把各自的系统完成差不多了我才开始行动，因此后期时间就显得比较仓促。

三 设计内容

1 旋压机参观

6月22日当时还是我们三个人的时候老师带我们到咸阳的一家制造载重汽车淋水器里参观了下，那里有一些简单的旋压设备，都是用来加工小型封头的，设备也比较简单，好多都是用车床改装过来的。

如下页是在那厂子里拍的某一侧面：

2 部分旋压产品(球面封头）：

3设计计算

（1）我是整体设计方案，考虑到大家做的每一个系统都必须协调起来，我要求每组在横纵向进给是能用液压的尽量用液压系统，因为液压传动和机械传动相比有以下优点;

a 液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 b 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

c 控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。 d 可自动实现过载保护。

e 一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。 f 很容易实现直线运动。

g 很容易实现机器的自动化，可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

(2)我对上模压紧机构的要求是不仅在纵向进给是要用到液压系统，而且压紧轴的下边要有一部分能跟着下模一起 做旋转运动，上班部分挨近液压缸部分又不能旋转，因此中间必须有一种类似于轴承的链接能满足要求，具体方案由负责这一组的同学完成。

（3）对椭球面反压系统的要求是：考虑到如果两个方向都采用的是液压进给系统系统移动会很不方便，所以才用横向是用丝杠进给系统，纵向则采用液压进给系统。 （4）对直边反压系统的要求是，因为它只要求能横向移动即可，所以就用液压系统。反压轮要求既能压有弧度的边由能加工直边。

（5）对传动系统的要求是首先得有减速器，模具的转速要求是180r/min 而电机的输出转速是1440r/min ,其次是便于轴系的拆装方便，必须有联轴器，再就是为了能在机架上的安装方便必须有必要的螺栓和轴承。

4后来整理的各部分图集及计算过程

（1） 设计旋压机的下模传动部分

总体方案评价：

如下图，该传动设备的动力由电动机经减速装置后，传动至旋压机下模部分。下模为旋转运动，载荷较平稳，转速为180r/min，模径为800mm。 传动方案如下图：

图1

蜗杆传动有较大传动比，从而一级便可满足要求，装置结构简单，紧凑，蜗杆传动不能承受较大载荷，冲击，且在啮合处有相对滑动，不能精确传动，对照设计对象，该方案较为合适。

力矩和力矩分析：

根据所设计立式旋压机可知，在封头加工成型时底层模具必须转动，且转速约为180r/min,因此需要设计一个支撑结构以保证旋压机磨具在转动的情况下，承受一定的旋压力，来自上模具下压时的力，以及模具的本身重量。

模具上所承受的力如下图所示，

因此，在设计轴和其支撑结构的时候需要考虑到，轴可能会受到倾覆力矩，和较大轴向力，这样如果采用轴系结构支撑，经计算轴会非常粗，因此必须选取一个合适机构来承载封头所受各种力及力矩，使传动轴应只受到扭矩作用。查相关资料，选取中国人民共和国机械行业标准回转支撑，13系列三排滚柱式回转支撑，其结构形式如下图所示

回转轴承的优点：能够同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷，集支承、旋转、传动、固定等多种功能于一身的特殊结构的大型轴承。一般情况下，转盘轴承自身均带有安装孔、润滑油和密封装置，可以满足各种不同工况条件下工作的各类主机的不同需求；另一方面，转盘轴承本身具有结构紧凑、引导旋转方便、安装简便和维护容易等特点，被广泛用于起重运输机械、采掘机、建筑工程机械、港口机械、风力发电、医疗设备、雷达和导弹发射架等大型回转装置上。

此外回转轴承应定期拆下密封圈，进行脂润滑，保证其不会产生干摩擦，最大限度延长其使用寿命。

（2）上模压紧机构：

旋压机上模压紧机构用于旋压机中与下模转动系统配合，当物料放于下模上时上

模降下与下模配合压紧物料，下模与传动系统连接，上模配合下模从动转动，从而完成旋压过程。

旋压机上模压紧机构采用液压压的动作。紧机构，运用液压系统即液压泵把机械能转换成液体的压力能，液压控制阀和液压辅件控制液压介质的压力、流量和流动方向，将液压泵输出的压力能传给执行元件，执行元件将液体压力能转换为机械能，以完成要求：

与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：

a 液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 b 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

c 操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。 d 可自动实现过载保护。

e 一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。 f 很容易实现直线运动。 g 很容易实现机器的自动化，可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控

HSG型工程用端部法兰连接液压缸

H 32 L1 L2 L3 L4 40 n-Φ D Φ1 Φ2 Φ3 10-Φ100 275 320 365 26 （3）椭球面反压系统（液压-丝杠） 丝杠是保证四杆螺母运动的 选取的直径为60mm 由于也压在工作的时候 对丝杠有很大的压力 即丝杠将会收到很大的弯矩 因此在丝杠的上方设计了一个滑杠 以保证压力缸在工作的精度保证很正常的工作的保证.因此也选取了滑杠的直径也是60mm 又由于液压缸在工作的时候收到很大的压力 使液压缸有摆动的作用 一次需要在液压缸的外侧装载一个套筒 以保证能正常工作.选取的液压缸的前端是靠螺纹来连接的.丝杠和滑杠一端在机架上 在机架上装上轴承 用来保证丝杠的转动 以保证丝杠螺母带动液压缸正常工作.

在压力系统正常工作以后 丝杠水平运动 液压缸中的活塞上下移动

在加热的条件下的强力旋压 会使其工艺过程复杂化 但热旋压一作为强化旋压工艺应用范围和解决难成形材料价格的有效措施 强力旋压的加热温度与普通冲压时采用的加热温度相同 毛坯厚那么相应的加热温度也就高 但不能高过材料的结晶温度 防止再结晶 使材料的性能 严重的发生问题

在加热过程中间要保证其加热的最高温度 采用火焰加热 火焰的喷头安装在旋压杆上面随其移动加热.大体结构如下所示(详见装配零件图)

261 638 110

(4) 封头直边旋压系统

a总设计为丝杠螺母的进给速度设计为4mm/s，并且取丝杠的螺距为4mm， 那么即需要保证转速为1转/s。

选用滚珠丝杠可以保证丝杠运动的精度保证

滚珠丝杠由螺杆螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时具高精度、可逆性和高效率的特点 其优点有: (a).定位精度高

(b).磨耗少能长时间维持精度

(c).适用高速运动且大幅降低机台所需驱动马力 (d).可同时承受上下左右方向的负荷 (e).组装容易并具互换性 椭圆封头直边加工系统（液压）

b 椭圆封头直边旋压系统的结构形式如下图所示

旋压过程，原动力电能，靠液压泵将电力转化为液压能，再由液压缸的活塞运动

将液压能转化为活塞杆动力，最终通过滑动支座的连接，将动力转递给旋压辊，进而进行封头直边旋压。

PLC系统控制液压系统的启动与停止，包括液压泵的启停，液压控制阀的开闭，压力继电器等液压系统原件的工作，从而控制液压缸活塞的运动，最终控制旋压辊的前进速度，压力大小及快进和快退，保证封头直边旋压达到理想效果。

c旋压辊及其与支架设计连接设计

由于旋压辊为旋压封头直边而设计，考虑到所施给封头压力的方向，大小，压辊运动速度等，所设计压辊，支架及其连接如下图所示。

d轴承的选择

根查《机械零件手册》，选择深沟球轴承，型号为 滚动轴承 6201 GB/T276-1994 轴承基本尺寸及安装尺寸如下表

传动方案设计

蜗杆传动有较大传动比，从而一级便可满足要求，装置结构简单，紧凑，蜗杆传动不能承受较大载荷，冲击，且在啮合处有相对滑动，不能精确传动据旋压辊连接轴直径为12mm，而且压辊在旋压过程中随封头旋转而作旋转运动， ，对照设计对象，该方案较为合适。 轴承代号 基本尺寸/mm 安装尺寸/mm 基本额定载荷/kg C0r d D B rs(min) da(min) Da(max) ras(max) Cr 2系列 6201 12 32 10 0.6 17 27 0.6 6.82 3.05 (5)组合机架介绍 在机器中支撑或容纳部件的零件称之为机架。故机架式底座、计提、床身、车架、壳体、箱体及基础平台等零件的统称。 机架的设计要求：

a）在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低。 b）抗震性好。把受迫震动振幅限制在允许范围内。 c）噪音小。

d)温度场分布合理，热变形对精度影响小

e）结构设计合理，工艺性好，便于铸造、锻造和机械加工。 f）结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件。 g）有轨道的机架要求导轨受力合理、耐磨性良好。

h）造型好，使之既实用经济，又美观大方。 （6）整体布局

经过大家的共同努力，大家都很快将自己的设计结果完成了，一共有五个部分，大家发过来的作品有草图，电子图，部分说明书及一些尺寸。经过协调各方面的尺寸，我将五大系统经过整合完成了一个整体系

1 7 2 3 4 7 6 5 4 3 2 1 件数HG21515-1995椭球面模具 1 1 111Q235-A组合件45钢45钢组合件组合件组合件材 料减速箱 机架 5模具传动轴液压直边压轮进给系统椭球面反压螺杆-液压系统 1JB 4701-92上模压紧机构名 称 1数量 6 图号或标准号重量备 注《过程装备制造与检测》课程设计专 业制 图学 号审 核校 核过控082 张小军200805050229旋压机装配图比例1:10设计项目设计阶段陕西科技大学第1张共1张

5液压系统布置

在图中溢流阀到油箱的过程中经常液压介质常含有杂质 因此需要在这个部分加上过滤装置 又因为介质有其工作的最佳的温度 因此常在此处加上一换热装置 满足工作需要.

液压系统的工作原理：

液压介质经过液压泵的压缩之后，把液压介质输送到液压缸里面， 在液压缸与液压泵之间， 有一单向阀 ， 单向阀的作用是保证液压介质在通过之后不能在反向通过 ， 液压介质进入液压缸之后， 把活塞推出去 ，而连杆是装在活塞上的， 因此液压进入工作状态 在液压缸进入工作状态之后， 压力达到溢流阀所给定的最大值， 溢流阀开始工作， 溢流泄压 以保证其工作压力， 在储能器与液压缸之间本来就有液压介质， 当活塞被推出去的时候， 这些液压介质被压缩在了储能器当中， 此时液压介质也是高压介质 当工作完毕之后， 液压泵停止工作 储能器里面的高压介质就把活塞反推回来， 此时单向阀禁止液压介质反向倒流， 而完成整个的液压的工作过程.

四 课程设计体会与总结

很快今天下午就要交上我们这份设计，意味着两周就这样在忙碌中结束了，这

学期课程本来就不多，大多时间是闲着的，这估计也是大学生活最后阶段的共同特征吧，给你足够的时间让你闲一阵子，让每个人尝到没事干的滋味，然后进入单位好好努力工作，这两周可以说是这学期过的最忙碌的一段时间，也是最充实的阶段。这次做设计的成员比较多，难免在一些问题上有些分歧，就像刚开始还没有确定方案的时候，每个人都有自己的想法，每个组在一些方案上总是争论不休，经过了好长时间方案都确定不了，但后来在李老师的带领下每个人都作出了一些让步，方案确定好了，接下来的就很容易做了。

但在做的过程中也产生了很多问题，由于我国的旋压设备研究时间较短，和国际的研究有一定的差距。但是在我国老一代人的不断努力下，我国的旋压机技术逐步和世界接轨。但是依旧存在着一定的问题，一下就是本次课设可能遇到的问题： 1封头的加紧问题

封头是处在高速的旋转的状态，要保证在旋转的过程中封头一直保持只产生旋转的运动，不产生水平方向的就要求加紧装置的加紧力要大，不产生滑动。

2封头的起皱问题

封头处于高速旋转时，旋压压力过大或转速不一致时容易封头产生起皱。要适当调整旋压使封头转速一致，保持适当压力。

3适应不同半径的封头成型

不同的顾客，要求不同直径的钢管，为了提高机器的利用率，旋压机要设计的可以调整封头的直径。这样就可以适当不同直径的封头的生产，可以节约材料，减少成本。

通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致，认真。搞设计本生就是很严谨的工作，面对的全是数字的计算，刚开始难免很枯燥，只要坚持下去，后面的工作就很容易做的了。

最后，我要感谢我的老师们，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀．我会更加努力，沿着这条路一直走下去。。。。。。

五 参考文献

《机械设计手册》 ………………………………………… 机械设计手册编委会编制 《旋压技术与应用》…………………………………………….. 赵云豪 李彦利主编 《机械原理》……………………………………………………………… 郑加红 主编 《流体传动与控制》 ……………………………………………………… 懂继先主编 《机械设计》 ………………………………………………………………纪名刚主编 《机械零件手册》 ………………………………………………………… 周开勤主编

《旋压成型工艺》 …………………………………………………………… 张涛主编 《液压控制系统及设计》………………………………………………….. 张利平主编

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/96g5.html