畢業(yè)設計說明書題 目：鋁型材擠壓機液壓部分的設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 年 5 月 29 日 畢業(yè)設計任務書論文（設計）題目 鋁型材擠壓機液壓部分的設計 學號 學生姓名 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師姓名 系主任 一、主要內(nèi)容及基本要求1.介紹了擠壓技術的相關知識及其對液壓系統(tǒng)的相應要求，針對設計要求應用了新型節(jié)能泵源，并在此泵源基礎上確定了整體滑閥回路。對部分主要回路進行了插裝閥改進，同時，突破傳統(tǒng)滑閥向等效插裝閥的簡單轉換，將油路換向與元件運動分別控制，簡化了系統(tǒng)。 2.闡述了理論基礎，對溢流閥動態(tài)特性進行了計算機仿真，達到了多方面知識的綜合訓練。 3.對液壓機構的幾個部分都進行了基本的求解，液壓缸機構形式的確定，擠壓力的計算，液壓缸尺寸的計算及其元件電機的選擇。 二、重點研究的問題1.擠壓機的結構分析 2.液壓缸機構形式的確定 3.擠壓力的計算 4.系統(tǒng)原理設計 5.元件及電機的選擇 6.泵源及液壓缸尺寸的計算 三、進度安排各階段完成的內(nèi)容 起止時間1 查閱資料、調(diào)研 2012 年 3 月上旬2 開題報告、制定設計方案2012 年 3 月中旬3 設計 2012 年 4 月上旬4 分析、驗證 2012 年 4 月中旬5 寫出初稿 2012 年 4 月下旬6 修改，寫出第二稿 2012 年 5 月上旬7 寫出正式稿 2012 年 5 月中旬8 答辯 2012 年 5 月下旬四、應收集的資料及主要參考文獻【1】 上海煤礦機械研究所. 液壓傳動設計手冊.【M】上海：人民出版社，1974.【2】 張利平. 液壓氣動技術速查手冊.【M】北京：化學工業(yè)出版社，2007.【3】 張士林等. 簡明鋁合金手冊.【M】上海：科學技術文獻出版社，2001.【4】 姜繼海等. 液壓與氣壓傳動.【M】 北京：高等教育出版社，2001.【5】 東北工學院. 機械零件設計手冊.【M】 北京：冶金工業(yè)出版社，1989.【6】 成大先. 液壓傳動.【M】 北京：化學工業(yè)出版社， 2004.【7】 雷天覺. 液壓工程手冊.【M】北京：機械工業(yè)出版社，1991.【8】 北京鋼院. 冶金機械液壓系統(tǒng) 100 例.【M】北京：冶金工業(yè)出版社，1973.【9】 陳愈. 液壓閥.【M】 北京：中國鐵道出版社，1982.【10】 郭云飛. 大學計算機基礎.【M】北京：郵電大學出版社,2004. 畢業(yè)設計評閱表學號 姓名 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 鋁型材擠壓機液壓部分的設計 評價項目 評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。畢業(yè)設計鑒定意見學號： 姓名： 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書）42 頁 圖 表 2 張論文（設計）題目： 鋁型材擠壓機液壓部分的設計 內(nèi)容提要：為滿足建材裝飾市場對各種鋁型材的大量需求，由此，設計了鋁型材擠壓。一方面要保證產(chǎn)品的高質(zhì)量，另一方面也要保證生產(chǎn)的高效率。我采用的 800 噸臥式擠壓機，擠壓回程力 650KN。采用繼電器電路控制，通過 PLC 編程實現(xiàn)擠壓機各道工序。多采用定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，優(yōu)點是流量變化的線性度好，小流量輸出時保持穩(wěn)定，低速穩(wěn)定性極佳，且控制油采用變量泵供給，功率損失小發(fā)熱少，可大大提高快速響應性。多采用滑閥實現(xiàn)控制，這對擠壓機大噸位大流量來說存在一個致命的矛盾，大流量伴隨著大的液壓動力，普通電磁閥難以實現(xiàn)。而且，滑閥系統(tǒng)存在死區(qū)，使得精確控制成為紙上談兵。另外，滑閥采用面密封形式，泄露較大難以實現(xiàn)前述保壓等綜合評價評閱人： 年 月 日功能?？梢钥紤]用插裝閥系統(tǒng)。它可以實現(xiàn)不同回路單獨控制的功能，大大便利了對系統(tǒng)提出的不同要求的滿足。以往多采用單步驟工況逐步實現(xiàn)循環(huán)。這大大延長了工作循環(huán)周期，而且不利于能源的有效利用，考慮如何在同一時間段內(nèi)完成多個動作將是傳統(tǒng)的一大突破。本次設計將在采用容積調(diào)速回路、插裝閥控制以及多動作同時進行的思路下設計。指導教師評語該同學能夠較好綜合運用大學所學專業(yè)知識，在老師的指導下，完成畢業(yè)設計課題，設計方案，設計圖紙資料，符合設計規(guī)定要求。同意該同學參加畢業(yè)設計答辯。建議答辯成績?yōu)椋骸傲肌?。指導教師： 2012 年 5 月 31 日 答辯簡要情況及評語答辯材料基本完整，回答問題有錯誤，基本知識和技能掌握一般。 工作量一般，說明書、圖紙有較多錯誤，須進行修改完善。請指導老師把關。 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績評定為“及格” 。答辯小組組長： 2012 年 5 月 31 日答辯委員會意見經(jīng)答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文（設計）成績評定為“ ”。 答辯委員會主任：________________ 2012 年 月 日目錄摘要…………………………………………………………………1文獻綜述 .3第一章 擠壓機的結構分析 .5第二章 液壓缸機構形式確定 .8第三章 擠壓力確定 .10第四章 液壓缸尺寸計算 .13第五章 泵源的確定 .17第六章 系統(tǒng)原理設計 .19第七章 元件選擇 .22第八章 電機選擇 .23第九章 各電液換向閥改裝 .24第十章 系統(tǒng)回路的組合與優(yōu)化 .26第十一章 附加液壓系統(tǒng)圖 .30結束語及感謝 .32參考文獻 .33附錄Ⅰ 外文文獻原文 .34附錄Ⅱ 外文文獻翻譯 .39鋁型材擠壓機液壓系統(tǒng)的設計及研究【摘要】 本文講述鋁合金擠壓機液壓系統(tǒng)的原理及設計過程。本文首先介紹了擠壓技術的相關知識及其對液壓系統(tǒng)的相應要求，針對設計要求應用了新型節(jié)能泵源，并在此泵源基礎上確定了整體滑閥回路。接著，對部分主要回路進行了插裝閥改進，同時，作者突破傳統(tǒng)滑閥向等效插裝閥的簡單轉換，將油路換向與元件運動分別控制，簡化了系統(tǒng)。此外，本文還對氣電控制系統(tǒng)進行了經(jīng)驗設計，并將溢流閥動態(tài)特性進行了計算機仿真，達到了對機、電、液、計算機等多方面知識的綜合訓練。關鍵字 鋁型材、擠壓機、液壓系統(tǒng)The design of the aluminium extruded section extruderAbstractThis text related the principle and the process of the aluminum alloy extruder system.The text firstly introduced both the related knowledge technical of the extruding and the related requirements of the hydraulic system, aiming at applying the request of the design, the author used the new energy pump, and designed the whole slide valve loop. Then, the author made some improvement to the valves of the chief loop; completed simple conversion of valve from the traditional to the inserted pattern, let the switch of the oil loop and the movement of the parts respectively controlled, simplified the system.This text also designed the electrical control system in order to gain the comprehensive training containing machinery, electricity, hydraulics.Key Word: Extruder、Cartridge Valve、Hydraulic system文獻綜述當代經(jīng)濟的飛速發(fā)展促動城市建設的穩(wěn)步推進，進而對行業(yè)提出了更高的要求，高強度、低重量的鋁型材結構鋼架日益成為建筑領域的主導。由此，如何高效率、大批量生產(chǎn)各種高質(zhì)量的鋁型材成為機械行業(yè)的一大課題。傳統(tǒng)的鑄造、熔煉方法已經(jīng)不能滿足對產(chǎn)品質(zhì)量和大批量生產(chǎn)的要求，因此，將目標集中在壓力加工領域成為必然。擠壓機的系統(tǒng)設計應運而生。用機械方式實現(xiàn)擠壓伴隨而來的是高噪音，擠壓速度不穩(wěn)定等問題，這對型材質(zhì)量來說是致命的危害，而用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)卻有結構簡單、擠壓平穩(wěn)、自動化程度高等優(yōu)點，完全可以滿足對材料的要求，由此，我們承擔了此次鋁型材液壓系統(tǒng)的設計任務。所謂擠壓，就是通過對放在容器（擠壓筒）中的錠坯施加壓力，使之通過?？壮尚蔚囊环N壓力加工方法。在生產(chǎn)斷而較復雜的管材、型材方面，擠壓法是唯一可行的壓力加工方法。因此，鋁型材加工采用擠壓法實現(xiàn)。一臺性能優(yōu)良的擠壓機是決定擠壓產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵。擠壓機按其總體機構形式一般分為臥式擠壓機與立式擠壓機兩大類。目前，用于鋁及其合金型、棒、帶材的擠壓機主要的是臥式的。按其驅動方式不同，又分為油壓機和水壓機。根據(jù)擠壓機的用途與機構的不同，臥式擠壓機又分為棒型擠壓機和管式擠壓機，或稱之為單動式復動式擠壓機，兩者之間區(qū)別是前者沒有獨立的穿孔系統(tǒng)。臥式擠壓機按其擠壓方法又分為正向擠壓機、反向擠壓機和聯(lián)合擠壓機（即在此種設備上可以實現(xiàn)正擠壓或反擠壓）三種類型。正向擠壓機與反向擠壓機在基本結構上沒有的差異。目前我國鋁材擠壓機的數(shù)量已居世界前列，但裝機水平仍很落后，工業(yè)發(fā)達國家 98%擠壓機的擠壓力超過 15MN，而我國 90%擠壓機的擠壓力在 15MN 以下?？梢灶A見，在今后十多年內(nèi)，我國現(xiàn)有大多數(shù)小壓機將被淘汰，計算機輔助擠壓系統(tǒng)，以使等溫擠壓期間都處于最大擠壓水平作用下，盡量縮短實際時間，提高鋁材質(zhì)量；超精細的液壓油過濾器，并有連續(xù)側液壓油質(zhì)量與溫度的儀器；各項工藝參數(shù)顯示與監(jiān)控電子系統(tǒng)；管理信息與診斷顯示系統(tǒng)，顯示各項工藝參數(shù)與生產(chǎn)情況的種種信息，以及對設備故障及時發(fā)出警告與顯示信號，指導維護與檢修，最大限度地縮短停機時間等，使擠壓機工作達到最大優(yōu)化。鋁及其鋁合金具有一系列優(yōu)異特性，在金屬材料的應用中僅次于剛才而居第二位。目前，全世界鋁材的銷量 1800 萬噸以上，其中由用于交通運輸?shù)匿X材約占 27%，用于建筑裝修的鋁材約為 23%，用于包裝工業(yè)的鋁材約占 20%。我國鋁材消費趨向更有獨特的情況，尤其是進入改革開放的 80 年代以來，建筑鋁型材、特薄鋁板、軟包裝鋁箔等急劇增加，鋁型材的應用已經(jīng)擴展到了國民經(jīng)濟的各個領域和人民生活的各個層面。1980 年我國鋁型材的消費量約 30 萬噸，到 1992 年猛增到 70 萬噸，12 年增長了 1.3 倍。建筑業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，也是鋁消費最大的市場之一。鋁材在建筑業(yè)上主要用做門窗、幕墻框格、鋁塑復合板和管材等。目前建筑用鋁已占全世界鋁產(chǎn)量的 25%左右，而我國建筑用鋁材已超 100 萬噸/ 年，占據(jù)產(chǎn)量的 1/3 以上，其中鋁型材已超過 100 萬噸/年，占據(jù)產(chǎn)量的 1/3 以上，其中鋁型材年消耗量達 90萬噸。高節(jié)能建筑的興起催進了門窗制品的結構、功能及相關材料的迅速發(fā)展。國家建設部 1996 年 9 月就頒發(fā)了“建筑節(jié)能政策” ，具有規(guī)定了發(fā)展節(jié)能窗的方針與方法， 明確提出了到 2000 年要實現(xiàn)節(jié)能 50%的新目標，這給鋁合金門窗和幕墻的結構設計、擠壓工模具的設計與制造以及鋁合金擠壓與熱處理工藝優(yōu)化提出了新的要求。由此，設計了鋁型材擠壓機。第一章 擠壓機的結構分析擠壓機就其結構來看主要分為三大部分：機械部分、液壓部分、電氣部分。由于該課題由三人完成，我承擔是液壓系統(tǒng)設計部分，因此對于機械和電氣部分在此只做簡單介紹，后面不再對此做敘述。1、 主要機構此鋁型材擠壓機主要包括以下幾個機構部分：供錠機構用于將加到一定溫度的鋁錠運送至擠壓中心上。它利用一只活塞的上下往復運動實現(xiàn)。其運動過程速度當可控，以便實現(xiàn)快速上升、慢速調(diào)整到位、快速返回等不同過程。合模機構靠兩個柱塞缸將料膽筒在整個擠壓過程始終緊壓?？谝赃M行擠壓而不出現(xiàn)飛邊（流涏）等不良現(xiàn)象，為實現(xiàn)此功能，要求液壓系統(tǒng)有保壓環(huán)節(jié)，普通滑閥系統(tǒng)多采用蓄能器或壓力繼電器等措施來完成。擠壓機構鑒于活塞缸對內(nèi)筒加工要求高且大噸位擠壓設備中需要很大的活塞面積，相比之下柱塞缸機構簡單，輸出同樣擠壓所需要面積小等原因，采用柱塞缸來實現(xiàn)整個平穩(wěn)擠壓過程。伴隨而來，需要兩個側缸保證柱塞返程，這個過程也要經(jīng)歷推錠到位、擠壓、保壓、快退等不同階段，且擠壓階段速度要求高，因此也要求速度可調(diào)，傳統(tǒng)方式采用定量泵節(jié)流系統(tǒng)實現(xiàn)。剪切機構擠出的型材達到一定長度后，需要將型材剪斷或將壓余部分分離，用剪切筒來完成。它是一個立式柱塞缸，運動過程要求剪切速度恒定，無沖擊、爬行現(xiàn)象。換模機構為了實現(xiàn)對不同形狀型材的加工，需要更換模座，它由一活塞缸往返運動實現(xiàn)。要求在擠壓過程中模座不動，常用雙向液壓鎖達到目的。整個壓力過程簡述如下：泵啟動→料膽缸前進，料膽筒緊壓模座→供錠缸上升送錠至擠壓中心→擠壓缸快進推錠入模→供錠缸復原→擠壓缸工進擠壓成形→料膽缸退使壓余、墊片脫離料膽筒→擠壓缸快退復原→料膽缸復原→剪切缸下行剪斷型材→剪切缸復原→模座缸下行換模→模座缸復原并鎖定。一個循環(huán)結束2、 液壓系統(tǒng)該部分是我這次畢業(yè)設計的主要任務，對此先在這里做一個概括性的介紹，后面將非常詳細的介紹液壓系統(tǒng)的每個方面。液壓系統(tǒng)設計思路（1）多采用定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。這無疑對系統(tǒng)能源不能充分利用，而且積累節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)往往不能達到精確控制的目的。但鋁型材在擠壓過程中是否能精確均勻擠壓將直接影響泵其表面及整體質(zhì)量 。因此，考慮在本次設計中采用變量泵容積調(diào)速系統(tǒng)。較先進的速度反饋控制系統(tǒng)見圖 1.1 所示。其工作原理是這樣的，給定電壓信號經(jīng)放大后輸入給電液比例閥電控器。使比例閥動作，閥口打開一定量，控制泵輸出油經(jīng)比例閥動作，閥口打開一定量，控制泵輸出油經(jīng)比例閥口驅動變量機構，改變泵輸出流量而實現(xiàn)擠壓調(diào)速。同時泵變量機構上裝有位移傳感器進行位置反饋，產(chǎn)生位移電信號與給 定電壓信號相減直到為零，此時變量機構不再動作，泵輸出流量固定在某一穩(wěn)定值上，擠壓速度保持不變。這種傳動方式的突出優(yōu)點是流量變化的線 圖 1.1 調(diào)速系統(tǒng)液壓原理圖性度好，小流量輸出時流量任保持穩(wěn)定，低速穩(wěn)定性極佳；且控制油采用變量泵供給，功率損失小，發(fā)熱少，更可以大大提高快速響應性。設計中將考慮移植。（2）多采用滑閥實現(xiàn)控制。這對擠壓機大噸位大流量來說存在一個致命的矛盾：大流量伴隨大的液壓動力，普通電磁閥難以實現(xiàn)。甚至需要電液閥，大大增加了系統(tǒng)復雜性。而且，滑閥系統(tǒng)存在死區(qū)，使得精確控制成為紙上談兵。另外，滑閥采用面密封形式，泄露較大難以實現(xiàn)前述保壓等功能。而插裝閥系統(tǒng)不存在上述問題。它靠獨特的線密封保證泄露少，基本可以在不外加設備（如蓄能砌等）的情況下現(xiàn)實保壓。更有，插裝閥系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同回路單獨控制的功能，大大便利了對系統(tǒng)提出的不同要求的滿足。（3）以往系統(tǒng)多采用單步驟工況逐步實現(xiàn)循環(huán)。 （例如，擠壓缸工進與供錠缸下降復原，本可以在同一時間段內(nèi)完成卻采用了分步執(zhí)行）這大大延長了工作循環(huán)周期，而且不利于能源的有效利用，考慮如何在同一時間段內(nèi)完成多個動作將是傳統(tǒng)的一大突破。綜上，本次設計將在采用容積調(diào)速回路、插裝閥控制以及多動作同時進行的思路下進行。3、 電氣控制該部分的內(nèi)容是本次設計所要了解的部分，隨著信息化的時代來臨，要真正掌握一臺機床的每個方面已不能只停留在單純的人工控制了。為了減少勞動強度，提高生產(chǎn)率，自動控制是當代機械領域的一個必不可少的環(huán)節(jié)。20 世紀 80 年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16 位和 32 位微處理器應用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速發(fā)展。PLC 不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使 PLC 真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。自從第一臺 PLC 出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制 PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有 200 多家 PLC 廠商，400 多品種的 PLC 產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產(chǎn)品，各流派 PLC 產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型 PLC，其小型 PLC 性能先進，結構緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。對于擠壓機控制環(huán)節(jié)采用 PLC 是一個即實惠又可以很好的滿足設計要求。機械、液壓、電控三大部分很好的連接起來設計是該課題的關鍵，脫離了其中任何一樣都可能最終引起擠壓機的設計問題。因此，為了能將三大部分很好的連接，我們這組成員在設計中應該很好的配合。在確定好方案之后，各自的設計最終能夠組合起來構成一臺完整的機器。第二章 液壓缸機構形式確定由擠壓工藝要求，擠壓系統(tǒng)應當由模座、料膽、機械手、剪刀、擠壓等五部分組成，其中各部件運動的實現(xiàn)應當由液壓缸完成。下面分別設計?！つＷ?用來更換擠壓缸模以達到加工不同鋁錠材的目的。工作時，應當保證穩(wěn)定不動，所以應當有鎖緊裝置?？捎闷胀ɑ钊讓崿F(xiàn)，如圖 2.1·料膽缸 用于限制錠坯橫向運動。由于在擠壓過程中，它要以左邊模座接受錠坯，且模座缸在其右的中央位置，故料膽缸不宜采用單臂工作。將其設計為水平雙缸操作是合理的，其機構見圖 2.2.·機械手（供錠手） 用來將熱錠坯運送到擠壓中心線上。它的工作循環(huán)僅僅是上升下降，故機構也應為普通活塞缸。見圖 2.1·剪切缸 它將擠壓結束后棒料剩余部分剪下，剪切完畢后自動退回，其運動方向應是豎直平面內(nèi)的上下往復，故機構形式也應如圖 2.1，只不過在柱塞狀頭部加一合金刀具而已(圖 2.3)?！ぶ鞲? 主缸是整個擠壓過程的關鍵，其要求有很多特點：圖 2.1 模座缸、機械手機構示意 圖 2.2 料膽缸機構示意 圖 2.3 剪切缸結構示意 （1）承受大的擠壓力，要求有較大油壓面積。（2）主缸在推動棒料進入料膽時，應當是快速前進。（3）全壓擠壓時，速度緩慢，應當可調(diào)。（4）主缸退回也應當快速進行。由以上四項要求，不難發(fā)現(xiàn)許多矛盾之處：大的承壓面積將要求大的流量，對泵的規(guī)格要求偏大，不符合節(jié)能原則。同一個擠壓過程同時要求兩種擠壓速度。顯然，用普通活塞缸是無法實現(xiàn)的。因此考慮采用圖 2.4 所示主要側缸的復合形式。它的工作原理就是：在快速推錠與快速返回時只對側缸共同接受泵來油。這樣不僅大大節(jié)約了耗油量，而且不會降低擠壓力。至于主缸與油箱之間可通過電磁閥控制針閥實現(xiàn)。以上初定各缸機構，至于具體尺寸則要根據(jù)設計任務書中的數(shù)據(jù)要求加以確定，見表 2.1。 1—側缸 2—主缸圖 2.4 擠壓缸結構示圖表 2.1 800 噸鋁型材擠壓機性能參數(shù)表高噸位 7850KN最大擠壓力低噸位 6540KN擠壓回程力 650KN工進54～12.5mm/s擠壓速度（高噸位） 快退130mm/s高噸位 7850KN最大擠壓力 低噸位 6540KN最大負載 15 KN機械手 最大運動速度 100 mm/s 前進阻力 80 KN鎖緊力 80 KN料膽缸 前進速度 140 mm/s推力 25 KN模座缸 移動速度 280 mm/s剪切 剪切力 350 KN缸 剪切速度 110 mm/s第三章 擠壓力確定要計算擠壓力必須了解一下擠壓原理，擠壓法的實現(xiàn)方式又可分為兩種：正擠壓和反擠壓。正擠壓時，金屬的流動方式與擠壓桿的運動方向相同，其主要特征是錠坯與擠壓筒內(nèi)壁間存在著較大的外摩擦。反擠壓時，金屬的流動方向與擠壓的運動方向相反，其特點是金屬與擠壓筒內(nèi)壁間無相對滑動，繼而也就不存在外摩擦。正擠壓和反擠壓的不同特點對擠壓過程、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有著極大影響。本設計采用正向法，原因如下：（1） 鋁合金流動性較大，摩擦力對型材質(zhì)量影響較小。（2） 反向擠壓是將模子設置在擠壓桿內(nèi)部，這樣對擠壓桿擠壓強度要求較高，且模座更換異常復雜，生產(chǎn)效率不高。（3） 反向擠壓法對型材長度有一定限制，應用場合將大大減小。正向擠壓法產(chǎn)生棒材、線材、型材的示意圖如圖 3.1 所示，通常是將鑄錠加熱至規(guī)定的溫度后放入擠壓筒中，比擠壓筒內(nèi)徑稍小的擠壓桿迫使金屬通過?？琢鞒龆兂膳c?？仔螤睢⒊叽缦嗤闹破?。為了減少擠壓桿磨損，將擠壓桿直徑做得比擠壓筒內(nèi)徑稍小，并在其端頭加一個直徑幾乎與擠壓閥中的部分金屬 1—棒材 2—模座 3—模子 4—錠坯 5—墊片 擠壓機構由擠壓機和擠壓工具組成。6—擠壓筒內(nèi)襯 7—料膽 8—擠壓缸 擠壓機分臥式和立式兩類。擠壓桿運動3.1 擠壓示意圖 方向與地面平行的稱其為臥式機，能力 一般為 1000～5000 噸；擠壓桿運動方向與地面垂直的為立式機，能力一般為 300～1000 噸。考慮到立式機對型材長度要求有限制，故本設計采用臥式擠壓機。擠壓工具一般包括模子、穿孔針（管材用） ，擠壓墊和擠壓筒（或稱料膽筒）以及一些其他配件。模座模座是擠壓產(chǎn)生中重要的工具，它的結構形式，各部件尺寸，以及所用材料和加工處理擠壓力、金屬流動均勻性、制品尺寸的精度、表面質(zhì)量及其使用壽命都有極大影響。最基本的使用最廣泛的是平模和錐模。穿針孔 穿孔針或芯棒是用來確定空心制品內(nèi)部尺寸和形狀的工具。當用實心錠擠壓時，用來穿針工具稱為穿孔針，而在用空心錠擠壓時，稱為芯棒。擠壓墊它用來將錠坯與擠壓桿隔離，一方面防止驟熱損壞擠壓桿表面質(zhì)量；一方面代替擠壓桿與擠壓筒內(nèi)壁摩擦。二者都有利于提高擠壓質(zhì)量。擠壓桿它用來向錠坯施加壓力。由于在擠壓過程中長時間承擔大噸位壓力，故對其質(zhì)量要求也相當嚴格。否則，擠壓不均勻或者使管材偏心都是常見的廢品形成原因。此外，工作時擠壓桿還可能產(chǎn)生壓潰、龜裂和碎裂等，都會影響產(chǎn)品質(zhì)量。擠壓筒它由兩層或者三層以上的村套以過盈熱配合組裝在一起，是擠壓過程中的關鍵部件。擠壓筒內(nèi)表面裝態(tài)和潤滑情況決定了鑄錠與筒壁相接觸表面上摩擦力的大小。當表面光滑且潤滑良好時，摩擦力小，擠壓均勻。所以將擠壓筒設置多層銅套降低摩擦，且摩損后易更換。加工過程中擠壓筒應緊靠模座，并保持一定鎖緊力，以避免出現(xiàn)飛邊、流涏。以上部件見圖 3.2.1. 模子 2. 擠壓桿3.穿孔針 4. 擠壓筒內(nèi)襯 5.擠壓墊圖 3.2 擠壓機部件圖在對擠壓原理有了以上認識后，下面我們著重闡述液壓系統(tǒng)的擠壓力計算。擠壓力 P 就是擠壓桿通過墊片作用在被擠壓的金屬坯料上的力，它的大小、方向隨擠壓桿的行程而變化（見圖 3.3）圖 3.3 正向擠壓在擠壓的第一階段—填充階段，坯料受到墊片和模壁的鐓粗作用。其長度縮短，直徑增加，直至充滿整個擠壓筒。在此階段內(nèi)，坯料變形所需的力和圓柱體鐓粗一樣，隨著擠壓桿向前運動，P 不斷增加。第二階段為（平流階段） 。在此階段內(nèi)，對正向擠壓來說，擠壓力隨擠壓的推進下降；而對反向擠壓，則 P 幾乎保持不變。在上述兩個階段中間，有一個過渡階段，其特點是填充還沒完成，但坯料已從?？谙蛲饬鞒觯詨毫€繼續(xù)上升，直到坯料完全充滿擠壓筒，進入穩(wěn)定擠壓階段為此。第三階段為擠壓中了階段（紊流階段） 。這時擠壓殘余已很薄，坯料依靠墊片與模壁間的強大壓力而產(chǎn)生橫向流動，到達?？谔幵俎D流出?？冢瑝|片與橫壁 的摩擦影響增強，所以擠壓力出現(xiàn)回升。此階段在正常生產(chǎn)中很少出現(xiàn)，因為這部分金屬擠出的制品，大部分將出現(xiàn)粗晶環(huán)、縮尾等缺陷。計算擠壓力的公式很多，下列為一個簡便的計算公式：式中：P— 擠壓力，MPa ；A—擠壓筒或擠壓筒減擠壓針面積，cm ；2—與變形速度和溫度有關的變形抗力，MPa；0?（ Ｄ ＋ ｄ ） Ｌ）（ ：正 向 不 潤 滑 擠 壓 管 材 時 ）（正 向 擠 壓 型 棒 材 時 ： 合 金 取 上 限 ） 。， 硬 質(zhì) 合 金 取 下 限 ， 軟修 正 系 數(shù) （—；擠 壓 針 直 徑 ，；鐓 粗 后 錠 坯 長 度 ， ；擠 壓 筒 直 徑 ，系 數(shù) ，擠 壓 系 數(shù) ； ???????003/1/5.1~33/1??InAPDLcmdLD第四章 液壓缸尺寸計算1、 液壓缸尺寸計算公式（1）根據(jù) A=F/(p·η)計算面積；（2）根據(jù) d= 計算桿徑 d 并圓整；? A4（3 ）計算面積 A= d ;2(4) 根據(jù) P=F/(Aη),計算實際工作壓力 P；（5）根據(jù) Q=v·A 計算所需流量。2、主缸尺寸計算初定液壓缸工作動力 P=28MPa，綜合考慮摩擦和負載，取機械效率 η=0.96.A1 為柱塞缸柱塞面積；d1 為柱塞直徑；A2 為側缸無桿腔面積；d2 為側缸內(nèi)徑；A3 為側缸有桿腔有效面積；d3 為活塞桿直徑；A1-A2即活塞桿面積。列方程組如下:p1(A1+2A2)= 96.017853?p1A1= .432p1A3= 96.03?A1=0.23834m2A2=27.07×10 m3?A3=12.32×10 m2側 d1= ×10 = ×10 =550.88mm?43?834.0?3d2 = ×10 = ×10 =185.66mm23317.2?d3 = ×10 = ×10 =137.04mm?/)(432A?3?30).0.7(4???對柱塞及活塞桿直徑進行圓整。取 d1=560mm, d3=125mm, d2=180mm,側A1= d ×10 = ×560 ×10 =0.2463m416?426?2A2= d ×10 = ×180 ×10 =0.02545m??A3 = A2 - d ×10 =0.02545- ×125 ×10 =0.01317m426?4 26?2各工作階段實際工作壓力及流量計算如下：工進時：p= = ×10 =27.51MPa?)(12F?)205.263.(901783??6?Q=(A1+2A2)ν =（0.02545×2+0.2463）×10 ×5.4×60×10min 3?3=96.26L/min快退時： p= = ×10 =20.9MPa?3AF?96.015.43?6?Q=2A3·v=2×0.013175×130×10 ×60×10 =205.58L/min3?3工進時： Q=(A1+2A2)ν =2×0.02545×13.5×60+0.2463×13.5×60max=240.7L/min若無特別說明，以下缸速比均為 1:1.25,以后將不再說明。3、 剪切缸尺寸計算剪切缸要求壓力較高可以與主缸同壓，取 p=280MPa; η=0.9,由表 3.1，剪切缸面積A= = =0.0127m?PF9.0123563?2D= ×10 = ×10 =127.4mm? A43?73取標準系列 D=140mmA= D = 140 ×10 =0.0154m4226?2剪切缸工作壓力p= = =25.2MPa?PF9.0154.33?工作所需流量P=v·A=0.0154×110×60=101.64L/min4、 料膽缸尺寸計算初定其工作壓力為 p=10MPa（兩個 缸的緣故） ，由表 2.1，液壓缸面積 2A =環(huán)=?PF，A =0.004445m ，即 D - d =0.004445m 。9.01863?環(huán) 24?222?。模剑福埃恚?，經(jīng)上式篩選ｄ＝２８ｍｍ，速比１.１５較合適。此時，Ａ＝ （０. ０８ －０. ０２８ ）＝０.００４４０９m ，側環(huán) 4? 22 2料膽缸工作壓力ｐ＝ ＝ ×10 ＝１０.０７ＭＰａ?環(huán)AF29.04.183?6?工作所需流量Q=2Ａ v＝2×0.004409×240×60=117.8L/min環(huán)5、 機械手計算機械手負載力較小，可初設其工作壓力 P=15MPa，由表 2.1，計算機機械手活塞缸面積A= = =1.1×10 m?PF9.01563?3?2D= ×10 = ×10 =37.4mm? A43? 3?按標準（資料 1）圓整為 D=40mm。側 A= d = ×（40×10 ） =12.564×10 m4 2 3?24?2機械手工作壓 P= = ×10 =13.262MPa?AF9.01564.??6?所需工作流量Q=v·A=100×10 ×12.564×10 ×60×10 =7.54L/min3?4?36、 模座缸尺寸計算模座缸用來固定模子，其工作壓力也較低，初設為 p=15MPa，由表 3.1 計算液壓缸面積。A= = =1.85×10 m?AF9.015263?3?2D= = ×10 =48.56mm? 438.?由標準（見資料 1）圓整為 D=50mm。側A= D ×10 = 50 ×10 =19.64×10 m426?4 26?4?2所以模座缸工作壓力為P= = ×10 =14MPa?AF9.016.9543??6?所需工作流量為Q=v A=19.64×10 ×280×60×10 =33L/min?4?3將以上計算結果列表 4.1。表 4.1 液壓缸尺寸參數(shù)擠壓缸料膽缸剪切缸機械手模座缸 主缸 側缸第五章 泵源的確定因為擠壓缸的工作穩(wěn)定性要求最高（這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量） ，所以選擇泵數(shù)量 2 1 1 1 1 1直徑/mm451405050560180負載/mm803501515 7859KN工進快退速度/mm·s 1?2401101002805.4～13.5130壓力/MPa10.0725.213.26147.51 —流量/L·min1?117.8101.547.543396.29～22.8205.58供油泵泵1、2泵1、2泵1泵1泵1、2此欄為泵源設計結果源應從擠壓缸要求入手。在開題報告部分，介紹了由定量泵與變量泵相互組合并由同一電機帶動的泵源，分析過它的優(yōu)點是低速穩(wěn)定性極佳、流量變化的線性度好。這正是鋁型材擠壓所需要的，因此我們選用此泵。同時注意到其調(diào)速想系統(tǒng)又是由一小功率 PGY 恒壓變量泵在一定壓力下流量可迅速減小至系統(tǒng)所需值，因此功率損失小，發(fā)熱小，又有節(jié)能之功效。其控制部分見圖 5.1 所示。當主泵選好后，我們再看其他執(zhí)行元件。剪切缸壓力大于 25MPa，而剪切缸與料膽缸二者所需流量均超過 100L/min 因而將二者主缸共用主泵是合理的。這樣做同時帶來的好處是：主缸、剪切缸、料膽缸動作全部采用了容積調(diào)速方式，大大降低了系統(tǒng)的功率損失?？梢哉f在這一點上，本次設計比以往有了一個新突破。然而，當我們再看機械手和模座缸兩個執(zhí)行元件時卻發(fā)現(xiàn)它們的壓力均很低，流量又很小。這時將面臨是否再選擇小規(guī)格泵的問題。經(jīng)過深入考慮，我們放棄 了這種思路。原因如下：（1）我們已經(jīng)用昂貴的代價裝置了上述新型泵源，若再設置外源則存在利用不足問題。 （2）機械手和模座缸動作時間相對主缸擠壓時間來說微不足道，因此，若用單獨泵源來控制，則在大部分工作循環(huán)中此泵將閑置。這樣，將下來的問題就是要使選泵源為此低壓回路供油的問題。首先，這兩個執(zhí)行元件所需流量不大，故無須雙泵合流。至于采用定量 圖 5.1 變量控制部分 泵還是變量泵單獨供油，則需考慮各自調(diào)速方式的可行性。采用變量泵雖有容積調(diào)速的優(yōu)點，但我們可發(fā)現(xiàn)在動作循環(huán)中變量泵從大到小流量調(diào)整的跳躍，這會對其控制部分產(chǎn)生沖擊，降低泵源壽命，同樣對執(zhí)行元件的初始動作也會產(chǎn)生沖擊等現(xiàn)象。而采用定量泵則無此缺點，至于由此帶來的節(jié)流調(diào)速的功率損失則因為其工作時間短而變得微不足道了。綜上，可畫出泵源示意 圖 5.2（其作用列入表 4.1） 。泵的規(guī)格應當按主側缸工作、料膽缸和剪切缸所需最大規(guī)格來選。由表 4.1可知 P 為 27.95MPa，Q 為 205.58L/min。由此可選擇泵額定壓力 31.5MPa，maxmaxQ 為 125L/min 的 CY（P）14—1。額而控制泵 3 則只需最小流量規(guī)格的PCY 泵，考慮到要用它對料膽缸實行保壓壓力為P= = ×10 =9.07MPaAF049.218?6?因而泵選取額定壓力為 10MPa 完全符合，這同時滿足控制油路用低壓的要求。其規(guī)格為 30MPaY14—1B。圖 5.2 泵源示意 第六章 系統(tǒng)原理設計1、 擠壓回路設計擠壓回路最大的問題就是在于擠壓終了不能立即返程。因為此時回路內(nèi)壓力很高，若換向閥立即換向，則會引起很大的沖擊。這樣必須在換向閥加置一個緩沖閥（它是由液控單向閥來完成的） 。此外，主缸在快進時不用泵供油，就要求一個上置油箱來為主缸充液，而充液閥必須在主缸工進時關閉，并且，只有當側缸壓力達到規(guī)定壓力（27.5MPa ）才會主缸共同擠壓，這又要求一個順序閥。為了保證快退時主缸回路通暢，還應需要在順序閥下加一個單向閥。充液閥的開關是由輔助泵來控制的，他需要一個兩位四通閥來換向?？紤]到擠壓時流量過大，因而必須伴隨極大的液動力，用普通換向閥顯然是不合要求的。電液換向閥的選擇成為必然，其控制的油應當由壓力身來提供，以保證換向可靠。先導比列電磁溢流閥用來調(diào)定主油路所需壓力。此部分原理圖見 6.1。其工作順序如下：11DT 得電，主側缸快進，待到位后壓力漸升，繼電器發(fā)訊，2DT 得電，擠壓成型，12DT 得電，2DT 失電，擠壓缸卸荷并快退返回。2、剪切回路的設計剪切缸由泵 1、2 供油，速度可根據(jù)對變量泵比列閥施加不同信號得以控制。所以設計的只要任務就應當是保證剪切缸不能有爬行現(xiàn)象，也即剪切缸可以在任意位置鎖緊。因此，回路中添加單向閥是必要的。其回路原理見圖 6.2。使用電液換向閥也是為了滿足的需要。其循環(huán)原理較簡單，不再多述。圖 6.1 擠壓回路設計 圖 6.2 剪切回路3、料膽缸回路的設計料膽缸動作時所需要較大流量，應當由泵 1、2 合流供應。這就需要一個液動換向閥。當合模結束，主缸工進進行擠壓時，必須有一定的鎖緊力作用于料膽缸上，也就是說料膽缸應在一定壓力下保持一段時間。在滑閥系統(tǒng)中考換向閥置中位切斷油路是不能滿足要求的，這是由滑閥面密封的局限性決定的。因此需要保壓泵供油?？紤]到泵 3 此時無甚動作，故取其油源。這樣需要一個兩位三通閥來切換。另外，泵 3 在主缸工進前一瞬間要關閉充液閥，因而壓力將驟減，為避免引起流動缸卸壓，應串聯(lián)單行閥?；芈芬妶D 6.3。動作順序如下：5DT 得電、合模，到位后 5DT 失電，13DT 得電保壓。擠壓結束后 13DT 失電，由其自然卸荷。6DT 得電，料膽缸復原。4、供錠回路設計供錠缸流量需求較小，可單定量泵控制。因為供錠手速度要求可調(diào)，故而應當增加節(jié)流閥調(diào)速。加入雙節(jié)流閥后會導致回油路不暢，應在節(jié)流閥旁并聯(lián)單向閥。另外，供錠手供錠到位后應能保持一定時間不會發(fā)生爬行下滑現(xiàn)象，所以液控單向閥也是必要的。回路見圖 6.4，動作順序略。圖 6.3 料膽缸回路5、模座缸回路設計模座缸流量也較小，故任采用單定量泵節(jié)流調(diào)速回路。但是模座缸的更高要求是出于特定位置后應當有雙向鎖定裝置，否則會引起嚴重質(zhì)量問題。辦法是加雙液控單向閥。如圖 6.5 所示。因為在中位時液控單向閥控制部分必須接油箱才能保障單向閥準確關閉，因而換向閥中位應為 Y 型。動作順序略。圖 6.4 供錠回路 圖 6.5 模座缸回路6、 合分流裝置因為整個系統(tǒng)有兩種供油方式，即定、變量泵合流供料膽缸、剪切缸、擠壓缸、定量泵單獨供應機械手、模座缸、所以應有分流措施。圖 6.3 已經(jīng)示出了用單向閥加以分離的措施，但是，當定量泵單獨工作時變量泵是閑置的，為避免定量泵再次通過單向閥與變量泵同時卸荷，變量泵應處于系統(tǒng)工作在高壓時壓力建立不起，全部從低壓回路溢流閥流掉。為此我們增加了液控單向閥，如圖 6.4 所示。第七章 元件選擇元件選擇的原則是：（1）滿足回路壓力要求；（2 ）滿足執(zhí)行元件所需流量。將圖 6.1、6.2、6.3、6.4、6.5 組合成系統(tǒng)回路，見“擠壓機液壓系統(tǒng)圖” ，各元件詳見圖中明細表。圖 7.1 泵源回路第八章 電機選擇考慮選用冶金及起重用三相異步電機。它具有較大的過載能力和較高的機械強度，特別適用于短時間或繼續(xù)周期運行、頻繁啟動和制動、有時過負載及有顯著震動沖擊的設備，并能在金屬粉塵和高溫的環(huán)境下工作。這類電機大多采用繞線型轉子。從系統(tǒng)看，泵 1、2 周期性負荷叫嚴重，且負荷均較大，適于選用 Y 系列電機。而泵 3 負載較小，工作平穩(wěn)，若功率滿足要求，可選鼠龍式 YZ 系列。泵驅動功率可用式 N= （W ）計算。tnpQ?本系統(tǒng)：泵 1、2 實際工作壓力 p 為缸最大工作壓力加上損失△p（設為1MPa） ，則 P =27.51+1=28.51MPap