石墨电极成型机设计毕业设计(论文)

石墨电极成型机设计1第1章绪论1.1概述石墨电极成型机设计2本次设计的题目由老师提供，主要是对用于非金属材料的中大型和金属材料的中小型零件的挤压成型的压制工作，材料包括铝合金、碳纤维、钢等。设计液压机是为了更加深刻理解液压机在加工过程中的工作原理以及实际应用意义。液压机是利用液体来传递压力的液压设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。本机器采用三梁四柱结构形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。液压机械具有重量轻、功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点，速度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工作平稳、噪音小.适用于金属材料压制工艺,如冲压、曲、翻边、薄板拉伸等。也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、新技术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。本设计题目的要求是按照液压系统规定的动作图表驱动电机、选择规定的工作方式，在发讯元件的指令下，使有关电磁铁的动作以完成点动和半自动循环指定的工艺动作。设电气控制箱，除依据机器部分的需要必须分散安装于各处的电器元件（如：电动机、电磁铁、接近开关、压力继电器）外，其它电器均集中安装在电气控制箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可对机器进行操作。由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑。如果生产任务或生产工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。而PLC控制能改善继电器控制器上述的不足,PLC可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强，适应面广,编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便,减少了控制系统的设计及施工的工作量等特点,所以设计时我们采用PLC能集中且较方便地控制。图1.1四柱液压机石墨电极成型机设计31.2发展趋势(1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。(2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。(3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。(4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。※液压传动系统的组成液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。1、动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。2、执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。3、控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。石墨电极成型机设计44、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。5、工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。第2章液压机本体结构设计石墨电极成型机设计52.1液压机基本技术参数550吨液压机设计要求1、主缸公称压力P15500KN2、主缸回程力P21000KN3、顶出缸公称压力P3700KN4、顶出缸回程力P4450KN5、滑块距工作台最大距离S1800mm6、滑块行程L11000mm7、顶出行程L2350mm8、工作压力p25MPa9、滑块速度空程速度V160mm/s挤压速度V27.5mm/s回程V338mm/s10、顶出速度顶出V440mm/s回程V555mm/s11、工作台中心孔Φ100mm12、工作台面大小根据设备稳定性进行设计(1840*900*800：1840*900*900)2.1.1动作循环及动作线图石墨电极成型机的动作线图为：快速下行→减速加压→保压→回程并停止。石墨电极成型机设计62.2液压缸的基本结构设计2.2.1液压缸的类型图2.1双作用单活塞杆液压缸液压缸选用双作用单活塞杆液压缸，活塞在行程终了时缓冲。因为工作过程中需要往复运动，从图可见，油缸被活塞头分隔为两腔，侧面有两个进油口，因此，可以获得往复的运动。实质上起到两个柱塞缸的作用。此种结构形式的油缸，在中小型液压机上应用最广。2.2.2钢筒的连接结构在设计中上、下缸都选择法兰连接方式。这种结构简单，易加工，易装卸。上缸采用前端法兰安装，下缸采用后端法兰安装。2.2.3缸口部分结构缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。2.2.4缸底结构石墨电极成型机设计7缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。圆底整体结构相对于平底来说受力情况较好，因此，在相同应力，重量较轻。另外，在整体铸造的结构中，圆形缸底有助于消除过渡处的铸造缺陷。但是，在液压机上所使用的油缸一般壁厚均较大，而缸底的受力总是较缸壁小。因此，上述优点就显得不太突出，这也是目前在整体结构中大多采用平底结构的一个原因。然而整体结构的共同缺点为缸孔加工工艺性差，更换密封圈时，活塞不能从缸底方向拆出，但由于较可拆式缸底结构受力情况好、结构简单、可靠，因此在中小型液压机中使用也较广。在设计中选用的是平底结构。2.2.5油缸放气装置通常油缸在装配后或系统内有空气进入时，使油缸内部存留一部分空气，而常常不易及时被油液带出。这样，在油缸工作过程中由于空气的可压缩性，将使活塞行程中出现振动。因此，除在系统采取密封措施、严防空气侵入外，常在油缸两腔最高处设置放气阀，排出缸内残留的空气，使油缸稳定的工作。【17】排气阀的结构形式包括整体式和组合式。在设计中选用的是整体式。整体式排气阀阀体与阀针合为一体，用螺纹与钢筒或缸盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面间隙中挤出，并经斜孔排出缸外。这种排气阀简单、方便、但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成泄露。2.2.6缓冲装置缓冲装置的工作原理是使钢筒低压腔内油液(全部或部分)通过节流把动能转换为热能，热能则由循环的油液带到液压缸外【17】。缓冲装置的结构有恒节流面积缓冲装置和变节流型缓冲装置。在设计中我采用的是恒节流面积缓冲装置，此类缓冲装置在缓冲过程中，由于其节流面积不变，故在缓冲开始时，产生的缓冲制动力很大，但很快就降低下来，最后不起什么作用，缓冲效果很差。但是在一般系列化的成品液压缸中，由于事先无法知道活塞的实际运动速度以及运动部分的质量和载荷等，因此为了使结构石墨电极成型机设计8简单，便于设计，降低制造成本，仍多采用此种节流缓冲方式。2.2.7主缸的密封设计参考同类型液压机和资料，活塞部分采用双向密封结构，对于动密封采用了YX型聚胺脂橡胶密封圈，此种密封圈适应性广，允许温差较大，并且摩擦阻力小，使用压力小于32Mpa，结构简单，不用调整，安装方便，静密封采用0型密封圈，结构简单，成本低，安装维护方便。2.3缸体结构的基本参数确定2.3.1主缸参数2.3.1.1主缸的内径:（注：所用公式都来源于文献【10】【17】）D1===0.529m（2-1）按标准取整D1=0.53m2.3.1.2主缸活塞杆直径d1===0.48m（2-2）按标准取整d1=0.5m2.3.1.3主缸实际压力:P1实=P=5.52xN=5520KN（2-3）2.3.1.4主缸实际回程力:P2实==607KN（2-4）2.3.1.5顶出缸的直径:D2===0.188m按标准取整D2=0.20m2.3.1.6顶出缸的活塞杆直径石墨电极成型机设计9d2===0.13m按标准取整d2=0.14mP3实=p==785KN2.3.1.8顶出缸实际回程力：P4实=（p=x（=400KN2.3.2各缸动作时的流量：2.3.2.1主缸进油流量与排油流量：(1)快速空行程时的活塞腔进油流量=v1=x60x60=794.2L/Min（2-5）（2）快速空行程时的活塞腔的排油流量,=(=87.36L/Min（2-6）（3）工作行程时的活塞腔进油流量=v2==x7.5x60=99.28L/Min（4）工作行程时的活塞腔的排油流量,=(==10.92L/Min（5）回程时的活塞杆腔进油流量(==55.33L/Min（6）回程时的活塞腔的排油流量,=x38x60=503L/Min2.3.2.2顶出缸的进油流量与排油流量：(1)顶出时的活塞腔进油流量==x40x60=75.4L/Min（2）顶出时的活塞杆的排油流量,石墨电极成型机设计10=(==38.45L/Min（3）回程时的活塞杆腔进油流量=(==52.87L/Min（4）回程时的活塞腔的排油流量==x55x60=103.67L/min表2.1上缸钢筒所选材料型号≥/MPa≥/MPa≥/%45610360142.3.3上缸的设计计算2.3.3.1筒壁厚δ计算公式:=+C1+C2（2-7）当≤0.08～0.3时，用使用公式:0.110m（2-8）取=0.1m--为缸筒材料强度要求的最小，MPaC1--为钢筒外径公差余量，mm--为腐蚀余量，mm--试验压力，P〉16MPa时，取=1.25PP—管内最大工作压力为25MPa--钢筒材料的许用应力，MPa=/n--钢筒材料的抗拉强度，MPan—安全系数，通常取n=5当0.2时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.2.3.3.2筒壁厚校核额定工作压力P,应该低于一个极限值,以保证其安全.石墨电极成型机设计11P≤0.35x=0.35x=20.19MPa（2-9）D=外径D1=内径同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生:Prl≤2.3=2.3115.13MPa（2-10）Prl--缸筒完全塑性的变形压力,--材料屈服强度MPaPr--钢筒耐压试验压力，MPaP≤(0.35~0.42)Prl=(0.35~0.42)x120.99MPa=42.35~50.82MPa（2-11）2.3.3.3缸筒的暴裂压力PrPr=2.3=2.3=205.02MPa（2-12）2.3.3.4缸筒底部厚度缸筒底部为平面时:=0.433x0.46x=0.09m=90mm（2-13）取=100mm---为缸盖止口内径2.3.3.5核算缸底部分强度按照平板公式即米海耶夫推荐的公式计算，缸底进油孔直径为φ20cm则Ψ===