液压弯管机支承部件设计
陈翔
摘 要：液压弯管机一种新型的具有弯管功能及起顶功能的弯管工具。具有结构合理、使用安全、操作方便、价格合理、装卸快速、便于携带、一机多用等众多优点，在国内液压弯管机市扬占据很大份额，主要用于工厂、仓库、码头、建筑、铁路、汽车等安装管道和修理。文章对液压弯管机支承部件进行设计。
关键词：液压弯管机；结构；创新
高端装备制造业是高端制造业的主要部分，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，将高端装备制造产业囊括其间，凸显了其在产业链的核心地位。“十二五”期间的发展重点主要集中在智能制造、绿色制造和服务性制造等方面。装备制造业由大到强的转变，使高端装备制造业成为国民经济新的增长点并发展成为支柱产业。保守估计到2020年，高端装备制造业销售产值将占装备制造业销售产值的30%以上，国内市场覆盖率也将超过25%。
中国生产方式换代升级的步伐可以从从国家十大振兴规划到未来重点发展七大新兴产业的发展趋势中窥见端倪，基于目前产业发展的现状。主要进行重点产业的结构调整，转变升级“中国制造”为“中国创造”。因此，高端装备制造业必然成为新兴产业的重中之重。从这方面看，中国弯管机接下来的发展方向，必须在技术上下功夫，让液压弯管机的生产和制造过程走绿色、低碳之路。
1程控液压弯管机的主要技术参数
弯 管 直 径 ： ?80mm
最小曲率半径： 180mm
最大回转角度： 195°
电 动 机： 功率4KW
转 速： 960r/min
模具回转速度： 1.4-2r/min
外 形 尺 寸 ： 1910*1840*1075mm
流 量： 70L/min
重 量： 约2000kg
2液压弯管机支承部件设计
支承部分所采用的机构及零部件有：
（1） 床 身 ：由钢板焊接而成，支承液压弯管机
（2）机架盖板 ： 有钢板焊接而成，机身内装有六个组成部件
（3）工 作 台 ：工作台是一个箱体结构，这样便于拆装维修。上面进行弯管工作。
（7）底 座 ：在弯管机的底部承受所有重量
2.1 程控液压弯管机床身的设计
2.1.1 床身设计应满足的要求
床身作为一个支撑件，是弯管机的基础构件。因为比较大，所以也称为“大件”。在弯管机工作时，弯曲模与工件之间互相作用的力大部分作用在床身上并使之变形。弯管机的动态力使床身和整体震动。床身的热变形会改变执行器件的相对位置和运动轨迹。这些，都将影响弯曲精度和加工质量。因此，床身是弯管机十分重要的构件。
因此在床身设计中，对其要求如下：
1：应具有足够的刚度和较高的刚度重量比。后者在很大程度上反映了设计的合理性。
2：应具有较好的动态特性。这包括较大的位移阻力和阻尼；与其它部件相配合，使整机的各阶固有频率不致与既激振频率相重合而产生共振，不会发生薄壁震动而产生噪音等.
3： 床身应设计的使整机的热变形较小.
4： 应该工作安全，并具有良好的工艺性以便于制造和装配.
2.1.2 床身材料的选择及壁厚的设计
（1）床身材料的选择：
作为程控液压弯管机的重要部件，弯管机工作时的大部分力都作用在床身上，因此床身的材料选择非常重要，选择合理，不但能满足设计要求，而且能节约材料，降低成本，减轻自身重量。
根据课题给出数据，机身由钢板焊接而成。此外钢板焊接制造起来速度快、花钱少，钢板焊接的床身重量比铸铁的要轻得多。
结合以上分析，钢板焊接制造容易，经济性好，因此确认焊接钢板为程控液压弯管机床身的材料。
（2）壁厚的设计
查阅资料可知，其外壁可由当量尺寸C来确定。
C=
（式中，L、B、H——床身的长、宽、高。）
将L=1.91 B=1.84 H=1.075 代入
得C=2.245
查表可得床身壁厚为16 mm.
2.1.3 机身由钢板焊接而成
液压弯管机床身焊接平板设计技术要求一般根据《中华人民共和国机械行业标准》JB/T 7974—2000设计。还要根据实际的需要出据铸铁平板技术要求。在铸铁平板的国家标准和企业标准及铸铁平板的使用要求中，可以根据实际中对铸铁平板的需要提出技术要求。
原则上要求焊件各部均匀收缩，并要采用多种方法多次时效，以减小焊接应力对变形的影响，在考虑下料反变形量时适当大一些，导轨与床身采用螺栓连接，并配打定位销，机加工时注意增加精加工的次数，以减小由于加工应力而引起的变形。
焊接平板用来进行工件的焊接工艺，和铆焊平板不同，上面没有孔，工作面为平面或T型槽。 焊接平板材质：高强度铸铁HT200-300，工作面硬度为HB170-240 焊接平板平台经过两次人工处理（人工退火600度-700度和自然时效2-3年）使用该产品 的精度稳定，耐磨性能好。
注意事项：
1、铸铁焊接工作面上不应有锈迹、划痕、碰伤及其他影响使 用的外观缺陷。
2、工作面上不应有砂孔、气孔、裂纹、夹渣及缩松等铸造缺陷。各铸造表面应彻底清除型砂，且表面平整、涂漆牢固，各税边应修钝。
3、在焊接平板的相对两侧面上，应有安装手柄或吊装位置的设置、螺纹孔或圆柱孔。设置吊装位 置时应考虑尽量减少因吊装而引起的变形。
4、平板应经稳定性处理和去磁。
5、工作面的硬度应为HB170～220或187～255之间。
6、主要检定项目 A、材质及表面硬度。B、形状位置公差，含名义尺寸，垂直度公差。C、外观。D、平面度 。E、接触斑点。F、平面波动量。G、工作面允许挠度值。H、表面粗糙度。
7、精度参数。3级平板未规定接触斑点要求。1级铸铁平板要求接触斑点数在任意25×25mm平面内不少于20点。 2级要求接触斑点数在任意25×25mm平面内不少于12点
在条件允许的情况下还可以使用摩擦焊：
用工件端面相互摩擦产生的热量使之达到塑性状态，然后顶锻完成焊接的方法。摩擦焊接机摩擦焊可分为连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊两种。
优点：
摩擦焊接是一种全自动焊接过程。一旦确定了正确的焊接参数，技工即可操纵焊机工作。
其优点可概括如下：
1、快速、灵活；
2、焊接过程稳定并且可复验；
3、焊接质量优异，不必依赖熟练焊工；
4、可将准备工作量降到最低；
5、无需焊剂或保护气体；
6、对环境有利，不会产生焊接烟气或其它气体。
2.1.4 床身强度校核
在床身设计中，床身强度是一个重要的限制因素，因此必须进行床身强度的校核。
弯管机可大体分为三部分，一是弯曲模，二是床体，四是底座。
图4-1
由图可知，底座受力面积为：
S=1840×510-1600×750=2138400mm2
查阅资料可知，机床整体的重量约为2000kg，加工零件重量不大于1000 kg。
即M=M1+M2+M3+1000≤3000kg
因此载重可近似按3000kg计算。
所以δ=F/S=3000×10/2138400= 0.014N/mm2
查阅资料可知，钢板抗拉强度公式 δb =4x壁厚x（边长-壁厚）x7.8=150N/mm2
由此可知，安全系数最大可以取得100，因此床体强度符合计算
要求。
2.2 程控液压弯管机工作台的设计
工作台是一个箱体结构，这样便于拆装维修。工作台壳体为铸造，材料为HT200。
壳体分为两个腔室，右侧用于放置与挡料架相配合的螺杆，左侧用于安装工作台输入轴的轴承，通孔的直径为200mm。左侧壳体的上表面加工出一个尺寸如图所示的平面，挡料架在其上滑动。
具体的尺寸选定是由箱体盖板和工作台输入轴决定，如图所示。
其结构图如下：（mm）
图4-3
2.3程控液压弯管机底座的设计
灰铸铁件吸震性好，并能达到强度要求，且铸造容易，经济性好，因此确认灰铸铁为程控液压弯管机底座的材料，底座厚度为40mm。
底板结构图（cm）
图4-4
2.4 程控液压弯管机搁管支架V型块设计
根据设计要求，搁管支架应设计成可移动的V型块。我设计了一个可移动导轨滚珠V型结构。如图4-5，此图为截面图，下方空隙插入导轨，滚珠可在导轨上滚动，实现可移动V型块的设计要求。
图4-5
参考文献
[1]杨黎明，黄凯，李恩至，陈仕贤.机械零件设计手册[S].北京：国防工业出版社.1986.
[2]金国明，弯管芯棒的选取和使用.锻压技术.1999，（2）：33—35
[3]濮良贵，纪名刚，等.机械设计（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.5.
[4]程友联.机械原理[M]. 北京：中国农业出版社，2008.2.
[5]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002第三版.
6、主要检定项目 A、材质及表面硬度。B、形状位置公差，含名义尺寸，垂直度公差。C、外观。D、平面度 。E、接触斑点。F、平面波动量。G、工作面允许挠度值。H、表面粗糙度。
7、精度参数。3级平板未规定接触斑点要求。1级铸铁平板要求接触斑点数在任意25×25mm平面内不少于20点。 2级要求接触斑点数在任意25×25mm平面内不少于12点
在条件允许的情况下还可以使用摩擦焊：
用工件端面相互摩擦产生的热量使之达到塑性状态，然后顶锻完成焊接的方法。摩擦焊接机摩擦焊可分为连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊两种。
优点：
摩擦焊接是一种全自动焊接过程。一旦确定了正确的焊接参数，技工即可操纵焊机工作。
其优点可概括如下：
1、快速、灵活；
2、焊接过程稳定并且可复验；
3、焊接质量优异，不必依赖熟练焊工；
4、可将准备工作量降到最低；
5、无需焊剂或保护气体；
6、对环境有利，不会产生焊接烟气或其它气体。
2.1.4 床身强度校核
在床身设计中，床身强度是一个重要的限制因素，因此必须进行床身强度的校核。
弯管机可大体分为三部分，一是弯曲模，二是床体，四是底座。
图4-1
由图可知，底座受力面积为：
S=1840×510-1600×750=2138400mm2
查阅资料可知，机床整体的重量约为2000kg，加工零件重量不大于1000 kg。
即M=M1+M2+M3+1000≤3000kg
因此载重可近似按3000kg计算。
所以δ=F/S=3000×10/2138400= 0.014N/mm2
查阅资料可知，钢板抗拉强度公式 δb =4x壁厚x（边长-壁厚）x7.8=150N/mm2
由此可知，安全系数最大可以取得100，因此床体强度符合计算
要求。
2.2 程控液压弯管机工作台的设计
工作台是一个箱体结构，这样便于拆装维修。工作台壳体为铸造，材料为HT200。
壳体分为两个腔室，右侧用于放置与挡料架相配合的螺杆，左侧用于安装工作台输入轴的轴承，通孔的直径为200mm。左侧壳体的上表面加工出一个尺寸如图所示的平面，挡料架在其上滑动。
具体的尺寸选定是由箱体盖板和工作台输入轴决定，如图所示。
其结构图如下：（mm）
图4-3
2.3程控液压弯管机底座的设计
灰铸铁件吸震性好，并能达到强度要求，且铸造容易，经济性好，因此确认灰铸铁为程控液压弯管机底座的材料，底座厚度为40mm。
底板结构图（cm）
图4-4
2.4 程控液压弯管机搁管支架V型块设计
根据设计要求，搁管支架应设计成可移动的V型块。我设计了一个可移动导轨滚珠V型结构。如图4-5，此图为截面图，下方空隙插入导轨，滚珠可在导轨上滚动，实现可移动V型块的设计要求。
图4-5
参考文献
[1]杨黎明，黄凯，李恩至，陈仕贤.机械零件设计手册[S].北京：国防工业出版社.1986.
[2]金国明，弯管芯棒的选取和使用.锻压技术.1999，（2）：33—35
[3]濮良贵，纪名刚，等.机械设计（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.5.
[4]程友联.机械原理[M]. 北京：中国农业出版社，2008.2.
[5]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002第三版.
6、主要检定项目 A、材质及表面硬度。B、形状位置公差，含名义尺寸，垂直度公差。C、外观。D、平面度 。E、接触斑点。F、平面波动量。G、工作面允许挠度值。H、表面粗糙度。
7、精度参数。3级平板未规定接触斑点要求。1级铸铁平板要求接触斑点数在任意25×25mm平面内不少于20点。 2级要求接触斑点数在任意25×25mm平面内不少于12点
在条件允许的情况下还可以使用摩擦焊：
用工件端面相互摩擦产生的热量使之达到塑性状态，然后顶锻完成焊接的方法。摩擦焊接机摩擦焊可分为连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊两种。
优点：
摩擦焊接是一种全自动焊接过程。一旦确定了正确的焊接参数，技工即可操纵焊机工作。
其优点可概括如下：
1、快速、灵活；
2、焊接过程稳定并且可复验；
3、焊接质量优异，不必依赖熟练焊工；
4、可将准备工作量降到最低；
5、无需焊剂或保护气体；
6、对环境有利，不会产生焊接烟气或其它气体。
2.1.4 床身强度校核
在床身设计中，床身强度是一个重要的限制因素，因此必须进行床身强度的校核。
弯管机可大体分为三部分，一是弯曲模，二是床体，四是底座。
图4-1
由图可知，底座受力面积为：
S=1840×510-1600×750=2138400mm2
查阅资料可知，机床整体的重量约为2000kg，加工零件重量不大于1000 kg。
即M=M1+M2+M3+1000≤3000kg
因此载重可近似按3000kg计算。
所以δ=F/S=3000×10/2138400= 0.014N/mm2
查阅资料可知，钢板抗拉强度公式 δb =4x壁厚x（边长-壁厚）x7.8=150N/mm2
由此可知，安全系数最大可以取得100，因此床体强度符合计算
要求。
2.2 程控液压弯管机工作台的设计
工作台是一个箱体结构，这样便于拆装维修。工作台壳体为铸造，材料为HT200。
壳体分为两个腔室，右侧用于放置与挡料架相配合的螺杆，左侧用于安装工作台输入轴的轴承，通孔的直径为200mm。左侧壳体的上表面加工出一个尺寸如图所示的平面，挡料架在其上滑动。
具体的尺寸选定是由箱体盖板和工作台输入轴决定，如图所示。
其结构图如下：（mm）
图4-3
2.3程控液压弯管机底座的设计
灰铸铁件吸震性好，并能达到强度要求，且铸造容易，经济性好，因此确认灰铸铁为程控液压弯管机底座的材料，底座厚度为40mm。
底板结构图（cm）
图4-4
2.4 程控液压弯管机搁管支架V型块设计
根据设计要求，搁管支架应设计成可移动的V型块。我设计了一个可移动导轨滚珠V型结构。如图4-5，此图为截面图，下方空隙插入导轨，滚珠可在导轨上滚动，实现可移动V型块的设计要求。
图4-5
参考文献
[1]杨黎明，黄凯，李恩至，陈仕贤.机械零件设计手册[S].北京：国防工业出版社.1986.
[2]金国明，弯管芯棒的选取和使用.锻压技术.1999，（2）：33—35
[3]濮良贵，纪名刚，等.机械设计（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.5.
[4]程友联.机械原理[M]. 北京：中国农业出版社，2008.2.
[5]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002第三版.
