管材折弯机

摘要
随着中国经济的快速发展，各行各业也跟随其后发展起来，基础设施建设如火如荼地进行着。

厂房、设备、交通设施需求急剧增加，各种金属管的需求已远远不能满足，许多金属管的形状要求也不断复杂化，从而催生了弯管机系统设计和开发。

本文设计的是经济性能较好且精度较高的管材折弯机，主要针对的是直径20mm 以下的管材。

此弯管机主要是用夹紧机构把管材压紧在主轴上的成型轮模的槽中，然后通过主轴的旋转来实现管材的折弯，这种折弯是二维的。

优点是经济性好性好，制造使用简单，而且适用范围广，缺点就是精度较低，这种物理折弯还会产生一定反弹。

传统的手工折弯很难控制角度和距离，而且精度太低，往往很难满足需求，相反现代化的全自动数控折弯机各方面性能都比较好，但是非常昂贵，不适合中小企业，而我这个折弯机就能既保证一定的精度，也有很好的经济性，具有广泛的运用空间。

关键词：管材折弯机折弯夹紧液压
Abstract
With the rapid development of Chinese economy,every walk of china developed quickly.Many basic foundation is to be built.We need more workship,facility and transportation.The steel tube couldn’t satisfy need of.For some curling tubes are required,many engineers begin to design the curling machine.
The machine which I design is a kind of good presicion and proper price。

It’s used for curling the tube which’s diameter is under 20mm. The curling process is very simple:firs the clamp equipment clamp the tube,then principal axis go round and round.The machine is easy for using and making.Also the cost is proper and it could be used in many circumstance.But the precision is not high,and this kind of curling shall have bring a bit rebound.
Taditionnal byhand curling hardly could control the curling angel and space.It has poor presicion .With the development of the
industry ,traditional curling method couldn’t satisfy the presicion requirement .In the other hand,the CNC curling machine has a very good presicion ,but it’s very expensive.As my design has a good presicion and a proper price.It’s could be used in many factory.
Keywords:steel tube curling machine curl clamp hydraulic pressure
目录
摘要............................................ 错误！未定义书签。

1 绪论............................................ 错误！未定义书签。

2 管材折弯机的详细结构设计 (3)
2.1主要技术参数: (3)
2.2电机选型 (3)
2.2.1电机功率计算 (3)
2.2.2电机选择 (3)
2.3传动机构的设计及计算 (4)
2.3.1带传动的设计计算 (4)
2.3.2链轮传动设计计算 (7)
2.4液压夹紧装置的设计 (11)
2.3.1夹紧装置的设计与原理 (11)
2.3.2丝杠传动设计与原理 (13)
2.4弯管机参数设计与校核 (15)
2.4.1 输入轴的结构设计及校核 (15)
2.4.2 输出轴的结构设计及校核 (16)
3 结束语 (18)
4 致谢 (19)
5 参考文献 (20)
一.绪论
七八十年代，是中国工业经济快速发展的初期。

各行各业急待发展，基础设施
建设如火如荼地进行着。

厂房、设备、交通设施需求急剧增加，各种金属管的需求
已远远不能满足，许多金属管的形状要求也不断复杂化，从而催生了弯管机系统设
计和开发。

由于国内技术水平的落后，许多弯管设备开发设计只停留在初级阶段，
继电器式的电气控制系统生产出来的产品质量和产量都没有达到人们对各种金属管
工艺的理想要求。

导管的传统弯曲是依据二维产品图样，采用装砂填料热弯、装砂
填料手工冷弯、普通机弯以及钢管充液压弯等方法进行的。

传统弯管完全凭借操作
者的经验和技术熟练程度来控制产品质量。

因此，管形差异较大，校正量大，大管
径导管弯曲质量
尤其难以保证，往往产生圆度超差、内半径处起皱、管腔内的填充物清除不干
净等问题。

传统弯管工序很多，操作过程繁杂。

比如，装砂填料热弯和普通机弯的
成形过程分别为：装砂填料热弯步骤：导管一端堵死，填砂，另一端也堵死，在钳
台上夹持，在弯曲部位划线，加热弯曲，与标准实样对比并校形，切端头，去毛刺，吹净，修皱纹!椭圆吹净残砂和金属屑。

普通机弯步骤：管子上机床夹紧，弯曲成形，松开模具，取出管子，使模具复位，按标准实样校正，按标准实样在管子上划下一
个的起始线，按划线位置把管子放在模具内并夹紧!继续弯曲，直到弯好。

以往客车制造中，客车骨架一般是工人根据预先加工的靠模样板，用简易锻床
及手锤等工具手工完成，工人劳动强度大、效率低、难以形成批量、弧度管弯制精
度及加工周期，受其技术及经验影响程度大，满足不了批量的客车生产需求；有些
大型汽车厂对定型车辆采用大型模具，虽然效率较高，但因各批次矩形管料回弹量
差异很大，回弹无法控制，而修整模具又非常困难，生产成本很高。

随后，出现了
液压仿型弯管机，这种弯管机工作原理是由液压系统推动矩形管与靠模模具同时运动，由靠模滚轮在固定的模具上滑动，靠模滚轮与动滚轮连接，依靠滚轮的运动直
接带动动滚轮运动。

矩形管在动滚轮、定滚轮和靠滚轮的挤压下产生变形，同时矩
形管不断的顶出导致矩形管输出轨迹变化，形成客车车身所需要的弧杆件。

这种加
工方式的弊端也是明显的：管材弯制曲线完全取决于靠模模具，不能实现曲率的灵
活变化，而且，由于模具的磨损，必须频繁修整、更换模具。

更为严重的是，由于
材料的回弹量的严重差异，而在弯制中又不能实现回弹补偿，很难一次弯制出合格
弧杆件。

90年代后，中国经济水平的飞速发展和不断提高，以前旧样弯管机已无法满足复杂的工业需要。

二维数控自动弯管机正是在这一背景下逐渐开发成型，近几年, 随着高等级公路不断发展, 客车业也抓住机会蓬勃发展起来, 豪华客车不断推陈出新, 其挺拔的外观、饱满的弧度、流线形的车身给人以视觉的享受。

然而, 组成客车骨
架的弧度渐变的弧度管的弯制较为复杂。

目前，国内大多数客车生产厂家正逐步采用冷弯型钢制作客车骨架，由此产生了冷弯型钢的弯制工艺问题。

客车的骨架的弧形构件如顶棚横梁，立柱，前后风窗框以及轮罩等约占40%到50%，曲率半径在R200至R9000mm之间，多数厂家采用模具冲压，靠模围弯等工艺弯制这些零件，而少数厂家采用拉弯成型，弧度渐变的弧度管, 因其曲率半径不统一, 而且其材料为强度较大的矩形管,同时其弯制的质量合格与否, 直接关系到后续工序, 如玻璃及外饰件的装配等方面, 所以弯制技术要求较高。

以往客车制造中, 一般是以技术较好的工人用氧乙炔焊枪辅以其它工具手工完成, 虽然能制出, 但问题显而易见: a.工人劳动强度大; b. 效率低, 难以形成批量; c. 弧度管弯制好坏, 受其技术及经验影响程度大。

存在型钢弹性变形量难以控制，整形工作量大及质量不稳定的缺点此种方法只适合于试制或小批量生产的要求, 对于批量较大的客车生产是不适合的。

因此, 企业必须有与产量相适应的弯管设备。

液压数控二维数控弯管机正是以其操作简单、弯制质量好、适合批量生产等优点很快得到客车企业的亲睐，液压数控二维弯管机采用PC总线控制，无触点运行，通过液压控制位移，使工件通过三滚轮系统完成滚压弯曲成型，本文就弧度管弯制的过程及原理结合实际操作加以探讨。

该弯管机不但实现了客车顶棚横梁骨架任意曲率半径弧形构件一次滚压弯曲成型，而且保证产品精度和提高效率，该机采用计算机控制，无金属靠模，可进行人工或自动操纵控制，弯制不用弯曲形状管梁时，只须改变计算机输入的数据，便可进行弯曲工作，简便而迅速的修改和控制弯曲回弹量提供了方便。

即可适应生产各种不同对称截面的冷弯型钢、薄壁矩形管材以及圆管的弯曲加工。

二.弯管机的结构设计部分
2.1主要设计参数
此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。

如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩
2.3传动机构的设计与计算
根据上述所得的电机及主轴转速，初步确定电机至主轴间的减速比为
i=723/180=4.0
根据生产实践经验，选定电机至主轴间的减速传动机构为一对带轮和一对链轮。

结合带轮和齿轮的传动特点，取带轮间的减速比为2，链轮间的减速比为2。

2.3.1带传动的设计计算
参考机械工业出版社出版的《机械设计手册》第二版的第四卷。

已知电机轴转速1n ＝723r/min,输入功率P=5.5kw
1）设计功率d P 由表33.1-2查得工况系数A K ＝1.2，
d P ＝A K P ＝1.2×5.5=6.6kw
2）选定带型 根据d P =6.6kw 和1n =723r/min ，由图33.1-2确定为B 型带。

3）小带轮基准直径1d d 及大带轮基准直径2d d 参考表33.1-18和图33.1-2，取
1d d ＝140mm ，取传动比i=2.0,弹性滑动系数ε＝0.01。

则大带轮基准直径
2d d ＝i 1d d (1-ε)=2.0×140×0.99=277.2mm
由表33.1-18取2d d =280mm
4）输入轴实际转速2n
2n ＝1d d (1-ε)1n /2d d =140×0.99×723/280=357.89r/min
5)带速v
v=π1d d 1n /(60×1000)= 5.30m/s
在5m/s ～30m/s ，符合要求。

6)初定轴间距
按公式取 0a =500mm
7)所需基准长度0d L
0d L ＝20a +π(1d d +2d d )/2+)4/()(0212
a d d d d - =1669.2mm 由表33.1-7选取基准长度d L ＝1600mm 。

8）实际轴间距a
a=0a +（d L -0d L ）/2＝465.4mm
安装时所需最小轴间距min a
min a ＝a-0.0015d L =460mm
张紧或补偿伸长所需最大轴间距m ax a
m ax a ＝a+0.02d L =532mm
9）小带轮包角α
α＝0180－03.57/)(12⨯-a d d d d ＝0163
10）单根V 带的基本额定功率
根据1d d ＝140mm 和1n ＝723r/min 由表33.1-17 g 查得B 型带1P ＝1.64kw 。

11）考虑传动比影响，额定功率的增量△1P 由表33.1-17g 查得△1P ＝0.22kw 。

12）V 带根数z
z=d P /[(1P +△1P )L K K α]
由表33.1-13查得αK =0.955,由表33.1-15查得L K =0.92,则
Z=4.04
取z ＝4根。

13）单根V 带预紧力0F
0F =500(2.5/αK -1) d P /(zv)+m 2v
由表33.1-14查得m ＝0.17kg/m,则
0F =500×(2.5/0.96-1) ×256 /(8×28.72)+0.17×272.28＝635.52N 。

14）压轴力r F
)2/sin(20αzF F r =＝4880.88N 。

15）带轮结构和尺寸
由Y160M-8电动机可知，其轴伸直径0d ＝38mm ,长度L=110mm, 故小带轮轴孔直径应取0d ＝38mm,毂长L=110mm 。

由表33.1-22查得，大带轮结构为四孔板轮式带轮。

小带轮结构为实心轮式带轮。

轮槽尺寸及轮宽按表33.1-20计算，参考图33.1-5典型结构，画出小带轮结构示意图（图2-1）：
图2-1 小带轮
大带轮结构示意图（图2-2）：
图2-2 大带轮
带轮的材料为HT150，加工的技术要求为轮槽工作面不应该有沙眼，格伦槽间距的累积误差不得超过±0.8。

由于带在电动机上安装会较松动，要求电动机能够沿两个带轮中心线方向移动，所以我在电动机的安装座上开了两个长圆孔，以便能够调整电动机的位置。

2.3链传动设计
2.3.1选择链轮齿数
小链轮的齿数,链速3～8m/s，故选择齿数19～21，选择齿数=19
2.3.2 传动比
根据需要，推荐范围是i=2～3.5，选择i=2
2.3.3大链轮的齿数
=i=19×2=38
2.3.4张紧轮齿数
﹌，选择=19
2.3.5链条节距选用
选择链轮链号08A，双排，
2. 3.6链轮的主要尺寸
链轮材料选用45钢，调质处理达HRC45～60
节圆直径：D=
齿顶圆直径：=d+1.25p—
齿根圆直径：=d —
计算得大链轮的齿顶圆，分度圆，齿根圆直径分别为161.7mm，153.75mm，145.83mm
计算得小链轮的齿顶圆，分度圆，齿根圆直径分别为85.16mm，77.2mm，69.28mm 小链轮的最大许用毂孔=41mm，选=38mm，轮毂厚度h=k+/6+0.01d 轮毂长度l=3.3h，大轮毂厚度11.9mm，轮毂长度39.27mm
大链轮的最大许用孔径=99mm，选=80mm，轮毂厚度h=k+/6+0.01d
轮毂长度l=3.3h，大轮毂厚度24.3mm，轮毂长度80mm
大链轮示意如下；
2-3图
小链轮示意图如下
2-4图
2.3.7链传动的张紧
链传动工程中，为了避免在链条垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象，此处采用调节螺栓来对链轮进行定期张紧。

张紧机构示意图如图2-5
2.3.7链轮的润滑
良好的润滑可减缓冲击，减轻磨损，延长链条使用寿命。

润滑采用H730号机油，人工润滑，用刷子式油壶定期在链条内、链条片间滴入。

2.5主轴管材夹紧装置的设计
我这个机械的设计很重要的一个部分就是解决管材的夹紧装置设计，因为在主轴旋转实现折弯的过程中需要的夹紧力非常大，而且要很稳定，鉴于这样我选择采用液压为动力。

我设计的装置示意图如下
2-6图液压顶紧装置
在上图中，在弯管机使用时，转动手轮，通过丝杠推动滑动块前进从而夹紧管材，然后造液压缸通过压板推动滑块进一步加紧，并让滑块保持在那个位置，这样就能实现夹紧的作用了。

液压缸我选择工程用液压缸，HSG系列，工作压力16Mpa缸径50mm，速度比
1.33
2.5.1丝杠传动设计
丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。

它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。

有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。

丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。

滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％～40％)。

本文这里采用的是滑动丝杠，如下所示；
滑动丝杠局部示意图
主要工作原理是手摇动手轮，通过固定调整块的作用，促使螺杆向前移动，轴上的轴肩顶着推力轴承，推力轴承传给轴承座，轴承座传给滑动调整块，滑动调整块开始移动，从而起到预紧的作用。

丝杠需要经常进行润滑可提高滑动丝杠的耐磨性和传动效率，润滑油为一般机油或90～180号透平油或140号主轴油，可通过螺母上的油孔将其注入螺纹滚道；
润滑脂可采用锂基油脂，它加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。

2.6轴的设计与校核
2.6.1输入轴的设计 1） 选择轴的材料
选取45钢，调质，硬度230HBS ，强度极限
=640MP a ，屈服极限=355MP a ，
弯曲疲劳极限σ1-=275MP a ，剪切疲劳极限1-τ=155MP a ，对称循环变应力的许用应力
][1-σ=60MP a
2) 初步估算轴的最小直径
取 A 0=112 则减速器输入轴的最小直径：
d m in = A 0
3
1
1
P n =112考虑到与小带轮连接处键槽对轴的影响，需要江州净增加7%，取d m in =25mm 3) 轴的结构设计
1 2 3 4 5 6
图2-7
a.轴的各段直径的确定
自左向右，第一段轴的直径: d
1
=30mm（轴承型号32006）；第二段轴直径：
d
2=38mm;第三段轴的直径：d
3
=62mm;第四段轴的直径：d
4
=38mm；第五段轴的直
径：d
5=30mm；第六段轴的直径：d
6
=25mm(轴承型号取30205)
b. 轴的各段长度的确定
自左行右，第一段轴的长度: L
1=23mm;第二段轴的长度：L
2
=131mm（大带轮
长度80mm）第三段轴长度：L
3=49mm;第四段轴的长度：L
4
=10mm;第五段轴的
长度：L
5=96mm；第六段轴的长度：L
7
=29mm(轴承型号取32006)；
c. 轴上零件的周向定位
输入轴大带轮与轴的周向定位采用平键连接。

查表15-20选10×
8GB/T1096-79(b=10mm,h=8mm,L=67mm)。

为保证大带轮与轴有良好的传动效果，选配合为H7/r6。

滚动轴承与轴的周向定位为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差为m6，链轮处选普通键12×8GB/T1096-79(b=12mm,h=8mm,L=34mm)。

d. 轴肩处的过渡圆角
由表13-16查得各轴肩处过渡圆角半径都取r=2mm。

轴的两端倒角为2×45°退刀槽处倒角为2×45°。

4）校核轴的强度
在轴上主要是承受扭矩，所以校核的时候只需校核扭矩产生的剪切应力
5）精确校核轴的疲劳强度
a. 分析危险面
比较可知，2处和5处截面扭矩大于其他截面，又2和5处扭矩相同，2处直径
比较大，比较2处和5处，截面5处的计算应力最大且5处应力集中较大，故截面7是最危险的截面，应对该界面进行疲劳强度精确计算。

b. 截面5疲劳强度的精确计算 截面5左侧的扭转剪切应力为：
=91.1MP a t
T
W <150 轴的材料为45钢，调质处理。

硬度为230HBS ，强度极限a MP 640B =σ，屈服极限a s MP 355=σ，弯曲疲劳极限a MP 2751=-σ，剪切疲劳极限a MP 1551=-τ。

2.6.2输出轴的设计与校核 1） 选着轴的材料
仍选取45钢，调质，硬度230HBS ，强度极限σB =640MP a ，屈服极限σs =355MP a ，弯曲疲劳极限
σ
1
-=275MP a ，剪切疲劳极限1-τ=155MP a ，对称循环变应力的许用应力
][1-σ=60MP a 。

2） 初步估算轴的最小直径
取 A 0=120 则减速器输出轴的最小直径：
d m in = A 0
3
2
2
P n =110
考虑到与大链轮连接处键槽对轴的影响，需要净增加7%，取d m in =55mm
3)轴的设计
图2-8
7 6 5 4 3 2 1
a. 轴的各段直径的确定
自右向左，第一段轴的直径: d
1=55mm;第二段轴的直径：d
2
=65（轴承型号
32913）mm;第三段轴的直径：d
3=76mm（取非定位轴肩）;第四段轴的直径：d
4
=80mm；
第五段轴的直径：d
5=85mm(轴承型号32917)；第六段轴的直径：d
6
=80mm;第七段
轴的直径：d
7
=70mm;
b. 轴的各段长度的确定
自右向左，第一段轴的长度: L
1
=117mm（螺纹长66mm，退刀槽4mm）;第二段
轴的长度：L
2=17mm;第三段轴的长度：L
3
=24mm;第四段轴的长度：L
4
=138mm；
第五段轴的长度：L
5=52mm；第六段轴的长度：L
6
=77mm;第七段轴的长度：
L
7
=36mm；
c. 轴上零件的周向定位
输出轴主轴成型轮模的周向定位采用单圆头普通平键平键连接。

查表15-20
选C22×14GB/T1096-79(b=22mm,h=14mm,L=31mm)，为保证与轴之间配合的紧密性，选配合为H7/n6。

滚动轴承与轴的周向定位为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差为h7，链轮处选普通平键22×14GB/T1096-79(b=22mm,h=14mm,L=52mm)。

d. 轴肩处的过渡圆角
由表13-16查得各轴肩处过渡圆角半径都取r=2mm。

轴的两端倒角为2×45°，退刀槽处倒角为2×45°。

结束语
历时三个多月的毕业设计已经接近尾声，我在指导老师肖庆和老师的精心指导下，顺利地完成了预期的任务。

在此期间，我遇到了许多困难，解决困难，学到了许多从前未曾接触过的知识，特别是使我对弯管机有了一些新的认识，还有就是我的AutoCAD操作更熟练了。

熟悉其设计方法，并进行了创新设计。

可以说是对我大学四年所学的一次熔炼，让我对我所学的知识融会贯通。

四年的大学生活中，我们学习了不少机械的基础知识，专业理论，做过了几次课程设计，每一次都有不同的认识和体验，而这次却是最为综合，系统化的一次。

使我受益非浅。

通过设计和查阅资料，使我掌握了获取知识的一些方法和途径，通过自己的动手做，增加实践经验，遇到问题，解决问题，丰富了我们的知识和思维，学会了解决问题的方法。

通过此次毕业设计，翻阅各类书籍，使我们增加了知识容量，开拓了眼界，也明白了时间的重要性。

在以后的工作学习中，应注意自己的动手能力的提高。

还要有种执著钻研的劲，遇到问题、困难不要退缩，而是要迎难而上，一定能问题解决。

毕业设计结束了，但我们的学习不会结束，这应该说是我们走向工作岗位的第一个作业。

，这对于我们这些即将步入社会的大四学子是一次检验也是一次磨练。

在以后的工作中，我们更应不断积极的思考和学习。

把大学所学应用到实践中去。

在我的毕业设计过程中，我的指导老师肖庆和老师，给我提供了许多参考资料，并花费大量的休息时间对我的设计尽心指导，从他那里我不但学到了许多知识，还学到了敬业精神。

我的设计较为复杂烦琐，但是王老师仍然细心地纠正了我很多设计上的错误。

除了敬佩肖老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。

在设计过程中我很同学们不断进行讨论，给予了我很大的启发和帮助，在这个过程中我的团队合作能力有了进一步的提高！
这里学到的将会一直伴着我以后的工作和学习，让我走的更好！
参考文献
1.吴宗泽.机械零件设计手册.北京：机械工业出版社.2002
2.赵则祥等.公差配合与质量控制[M].开封：河南大学出版社.1998
3.牛永生，吴隆，李力，姜春英.机械制造技术. 西安：陕西科学技术出版社. 2002
4.濮良贵，纪名刚.机械设计北京：高等教育出版社.2000
5.申永胜主编.机械原理.北京：高等教育出版社.2001
6.大连理工大学工程画教研室.机械制图. 北京：高等教育出版社，1993
7.黄大宇，梅瑛主编.机械设计课程设计.哈尔滨：吉林大学出版社.2006
本科毕业论文
致谢
这次毕业设计得到了导师肖庆和老师的悉心指导，同时还得到了同学们的帮助。

肖老师平时治学严谨，尤其在数控方面，有很高的水平，同时也给了我很大帮助。

肖老师虽然教学工作非常繁忙，但他对我的设计工作很关心，每次我设计遇到问题的时候，岳老师都会耐心的进行讲解，给我指出在设计过程中犯的错误以及我应该向什么方向思考，怎么改才能实现功能。

我影响最深刻的就是我设计中的液压顶紧装置，我一直没什么头绪，后来经过肖老师的指点我整明白了。

老师对工作的敬业态度、渊博的学识以及平易近人的作风，让我感到很佩服，也应该是我们学习的榜样，在这里，我衷心的感谢肖老师对我的帮助。

还有很多老师和同学在我的设计过程中给过我很大帮助，在这里不能一一叙述，在这次设计结束之际，我再一次感谢你们的指导、鼓励和帮助，有了你们的细心教导，我的毕业设计才得以顺利进行！
最后还要感谢中原工学院机电学院对我的培养和教育，祝愿中原工学院越办越好！
21。