s形弹簧杆一次性成形制造装备总体方案及电气控制系统设计
S形弹簧杆，是农作物松土机械的零件之一，将其头部安装在拖拉机后悬挂上，其尾部安装犁刀，即可对农作物进行松土作业。使用过程中，为保证弹簧杆的结构强度、弹性以及疲劳强度等综合力学性能，S形弹簧杆采用60Si2Mn材质、宽度、厚度32×10mm的弹簧钢板坯塑性成形。目前，S形弹簧杆分工序多步骤成形，生产效率低，成本较高，而且关键的技术核心掌握在外国手中。本文研究的目的在于：提供一种S形弹簧杆一次热成形装置，使用PLC控制一次成形装置，使弹簧钢板坯一次成形为S形弹簧杆，实施机械化生产，提高生产效率高。关键词 弹簧杆，热成形，PLC目 录
1 引言 1
2 S形弹簧杆简介 1
3 S形弹簧杆成形材料 2
4 S形弹簧杆成形方法 2
5 S形弹簧杆一次性成形制造装备组成 4
5.1 液压系统设计 6
5.2 电机选型 7
5.2.1 轧辊的运动状态 7
5.2.2 减速器的选择 7
5.2.3 电机的功率 8
6 S形弹簧杆一次成形制造装备工作过程 9
7 控制系统设计 9
7.1 行程开关及按钮选择 11
7.2 电机及液压阀的控制 11
7.3 PLC机型选择 12
7.4 输入输出点分配 13
7.5 CPU选择 14
7.6 S形弹簧杆一次热成形制造装备连接启动主电路图 14
7.7 S形弹簧杆一次热成形制造装备PLC控制接线图 14
8 软件系统的设计 15
8.1 编程方法的介绍 15
8.2 逻辑功能块设计 16
8.3 S 形弹簧杆一次热成形制造装备PLC控制梯形图设计 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1.引言
自从人类进入20世纪以后，随着科学技术革命的兴起，，一些发达资本主义国家就已经出现了生产自动化现象。随着农业的改革发展，人们对农机的需求越来越大，农机生产自动化也成为一种趋势。本文提到
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
br /> 8.3 S 形弹簧杆一次热成形制造装备PLC控制梯形图设计 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1.引言
自从人类进入20世纪以后，随着科学技术革命的兴起，，一些发达资本主义国家就已经出现了生产自动化现象。随着农业的改革发展，人们对农机的需求越来越大，农机生产自动化也成为一种趋势。本文提到的 S形弹簧杆是农作物松土机械的零件之一，是某农机装配公司从德国引进的。其复杂的结构，原材料较高的强度、硬度等因素导致其不利于自动化加工成形，导致生产效率很低。因此 S形弹簧杆的一次成形是有待解决的难题。
目前，S形弹簧杆分工序多步骤成形，生产效率低，成本较高，而且关键的技术核心掌握在外国手中。本文研究的目的在于：提供一种S形弹簧杆一次热成形装置，使用PLC控制一次成形装置，使弹簧钢板坯一次成形为S形弹簧杆，实施机械化生产，提高生产效率。
2.S形弹簧杆简介
S形弹簧杆，是农作物松土机械的零件之一，将其头部安装在拖拉机后悬挂上，其尾部安装犁刀，即可对农作物进行松土作业。使用过程中，为保证弹簧杆的结构强度、弹性以及疲劳强度等综合力学性能，S形弹簧杆采用60Si2Mn材质、宽度、厚度32×10mm的弹簧钢板坯塑性成形。S形弹簧杆示意图如下图1和图2所示。
图1 S形弹簧杆示意图
图2 S形弹簧杆俯视示意图
S形弹簧杆成形材料
60Si2Mn是一种在工业生产中广泛使用的硅锰合金弹簧杆，作为工业产业中主要弹簧杆的材料在汽车火车飞机等产业中广泛使用，其特点主要是密度高，淬透性性高，价格适中，可塑性高等，是工业生产中最主要的材料之一。60Si2Mn的密度为7.85g/cm3，高密度高强度使其能够承受较大的负载，减少塑性变形，这也是它为什么是工业生产最主要的原材料的原因之一。本课题S形弹簧杆一次成形制造装备所制造出的S形弹簧杆是安装在拖拉机尾部用来耕地的，所以它的强度、抗弹减性、寿命等都必须考虑到设计中，所以60Si2Mn理所当然成为本课题的选材。在S形弹簧杆制造成形前，对60Si2Mn进行热处理也是关键之一，包括回火、淬火、形变热处理等工艺方法，这样才能使60Si2Mn得到S形弹簧杆的工艺要求，对下一步轧辊起到关键作用。60Si2Mn各参数如下表1。
表1 60Si2Mn参数
种类
牌号
化学成分（质量分数）/％
热处理
力学性能（不小于）
C
Si
Mn
其他
淬火温度/℃
回火温度/℃
/MPa
/MPa
/％
/％
合金弹
簧钢
60Si2Mn
0.54~0.67
1.52~2.00
0.61~0.91
872油
461
1176
1278
5
26
S形弹簧杆成形方法
60Si2Mn的成形方法包括冷加工和热加工。热加工包括热轧制和热冲压两种方法。在高温状态下，板料的屈服强度大大降低，通常为正常状态下的1/2~1/3，不仅降低了动能的输入，降低了成本，生产周期也大大的缩减，提高了生产效率。
冷加工 由60Si2Mn的性能分析可见，在常温下板料的屈服强度和抗拉强度较高不利于成形，且S形弹簧杆结构复杂，本身就不利于成形。这样不仅对模具的损坏加大，减少模具的使用寿命，而且生产效率较低，因此采用冷成形的加工方法是不可取的。
热冲压技术 热冲压技术是近几年快速发展的一种工业加工工业，在提高高强度钢板成形能力的同时，保证了冲压时的零件精度，是一次热成型技术的关键工艺。成形速度快，零件精度高，强度大等是热冲压技术主要特点，也是它工业生产流行的主要原因。但是当成形原材料受热不均匀时，热冲压后会使成形零件强度不均匀，严重影响成形零件的质量，这是它最主要的弊端之一。因此，热冲压材料应适当的奥氏体化温度和保温时间，温度将低，产生的贝氏体转变的塑性变形，不能满足热冲压件的性能要求。冲压时间过长或过短，会使烫印材料的显微组织晶粒，影响整个零件的强度分布。而且热冲压成形的构件弯曲性能不足，在高速碰撞时构件会发生断裂，特别是在寒冷条件下，如零下30 ℃，更容易发生断裂现象。另外，S形弹簧杆尾部V形部分长度较长，若采用热冲压的成形方法，装置的总体长度就会过长，不利于装置的的安放，其力学结构也会不太稳定，装置相应的体积较大，成本较高。
热轧制的成形方法 轧辊在保持材料组织状态和性能的条件下，在电机工作时的轧辊之间改变金属材料的断面形状与尺寸大小的金属加工方法。轧制是一种连续的金属塑性变形过程，其生产效率高，是应用最广的塑性加工方法。轧制不仅可以改变金属的形状和尺寸，而且可以细化晶粒尺寸，改善相的组成和分布，从而提高产品的性能。在轧制过程中，金属发生塑性变形，连续不断地生成新的金属表面，在金属表面上具有很高的压力和变形温度，到达S形弹簧杆成形设计目的。轧制速度快也是其优点之一。金属、滚筒磨损等现象的表面附着力尤为突出。金属与轧辊之间的粘附力和两者之间的滑动摩擦改变了金属附着层内的摩擦，表面的剪切变形发生，从而改变在金属零件的粘附力变化的摩擦状态，导致金属应力状态的变化和流动状态的改变。其结果
1 引言 1
2 S形弹簧杆简介 1
3 S形弹簧杆成形材料 2
4 S形弹簧杆成形方法 2
5 S形弹簧杆一次性成形制造装备组成 4
5.1 液压系统设计 6
5.2 电机选型 7
5.2.1 轧辊的运动状态 7
5.2.2 减速器的选择 7
5.2.3 电机的功率 8
6 S形弹簧杆一次成形制造装备工作过程 9
7 控制系统设计 9
7.1 行程开关及按钮选择 11
7.2 电机及液压阀的控制 11
7.3 PLC机型选择 12
7.4 输入输出点分配 13
7.5 CPU选择 14
7.6 S形弹簧杆一次热成形制造装备连接启动主电路图 14
7.7 S形弹簧杆一次热成形制造装备PLC控制接线图 14
8 软件系统的设计 15
8.1 编程方法的介绍 15
8.2 逻辑功能块设计 16
8.3 S 形弹簧杆一次热成形制造装备PLC控制梯形图设计 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1.引言
自从人类进入20世纪以后，随着科学技术革命的兴起，，一些发达资本主义国家就已经出现了生产自动化现象。随着农业的改革发展，人们对农机的需求越来越大，农机生产自动化也成为一种趋势。本文提到
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
br /> 8.3 S 形弹簧杆一次热成形制造装备PLC控制梯形图设计 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1.引言
自从人类进入20世纪以后，随着科学技术革命的兴起，，一些发达资本主义国家就已经出现了生产自动化现象。随着农业的改革发展，人们对农机的需求越来越大，农机生产自动化也成为一种趋势。本文提到的 S形弹簧杆是农作物松土机械的零件之一，是某农机装配公司从德国引进的。其复杂的结构，原材料较高的强度、硬度等因素导致其不利于自动化加工成形，导致生产效率很低。因此 S形弹簧杆的一次成形是有待解决的难题。
目前，S形弹簧杆分工序多步骤成形，生产效率低，成本较高，而且关键的技术核心掌握在外国手中。本文研究的目的在于：提供一种S形弹簧杆一次热成形装置，使用PLC控制一次成形装置，使弹簧钢板坯一次成形为S形弹簧杆，实施机械化生产，提高生产效率。
2.S形弹簧杆简介
S形弹簧杆，是农作物松土机械的零件之一，将其头部安装在拖拉机后悬挂上，其尾部安装犁刀，即可对农作物进行松土作业。使用过程中，为保证弹簧杆的结构强度、弹性以及疲劳强度等综合力学性能，S形弹簧杆采用60Si2Mn材质、宽度、厚度32×10mm的弹簧钢板坯塑性成形。S形弹簧杆示意图如下图1和图2所示。
图1 S形弹簧杆示意图
图2 S形弹簧杆俯视示意图
S形弹簧杆成形材料
60Si2Mn是一种在工业生产中广泛使用的硅锰合金弹簧杆，作为工业产业中主要弹簧杆的材料在汽车火车飞机等产业中广泛使用，其特点主要是密度高，淬透性性高，价格适中，可塑性高等，是工业生产中最主要的材料之一。60Si2Mn的密度为7.85g/cm3，高密度高强度使其能够承受较大的负载，减少塑性变形，这也是它为什么是工业生产最主要的原材料的原因之一。本课题S形弹簧杆一次成形制造装备所制造出的S形弹簧杆是安装在拖拉机尾部用来耕地的，所以它的强度、抗弹减性、寿命等都必须考虑到设计中，所以60Si2Mn理所当然成为本课题的选材。在S形弹簧杆制造成形前，对60Si2Mn进行热处理也是关键之一，包括回火、淬火、形变热处理等工艺方法，这样才能使60Si2Mn得到S形弹簧杆的工艺要求，对下一步轧辊起到关键作用。60Si2Mn各参数如下表1。
表1 60Si2Mn参数
种类
牌号
化学成分（质量分数）/％
热处理
力学性能（不小于）
C
Si
Mn
其他
淬火温度/℃
回火温度/℃
/MPa
/MPa
/％
/％
合金弹
簧钢
60Si2Mn
0.54~0.67
1.52~2.00
0.61~0.91
872油
461
1176
1278
5
26
S形弹簧杆成形方法
60Si2Mn的成形方法包括冷加工和热加工。热加工包括热轧制和热冲压两种方法。在高温状态下，板料的屈服强度大大降低，通常为正常状态下的1/2~1/3，不仅降低了动能的输入，降低了成本，生产周期也大大的缩减，提高了生产效率。
冷加工 由60Si2Mn的性能分析可见，在常温下板料的屈服强度和抗拉强度较高不利于成形，且S形弹簧杆结构复杂，本身就不利于成形。这样不仅对模具的损坏加大，减少模具的使用寿命，而且生产效率较低，因此采用冷成形的加工方法是不可取的。
热冲压技术 热冲压技术是近几年快速发展的一种工业加工工业，在提高高强度钢板成形能力的同时，保证了冲压时的零件精度，是一次热成型技术的关键工艺。成形速度快，零件精度高，强度大等是热冲压技术主要特点，也是它工业生产流行的主要原因。但是当成形原材料受热不均匀时，热冲压后会使成形零件强度不均匀，严重影响成形零件的质量，这是它最主要的弊端之一。因此，热冲压材料应适当的奥氏体化温度和保温时间，温度将低，产生的贝氏体转变的塑性变形，不能满足热冲压件的性能要求。冲压时间过长或过短，会使烫印材料的显微组织晶粒，影响整个零件的强度分布。而且热冲压成形的构件弯曲性能不足，在高速碰撞时构件会发生断裂，特别是在寒冷条件下，如零下30 ℃，更容易发生断裂现象。另外，S形弹簧杆尾部V形部分长度较长，若采用热冲压的成形方法，装置的总体长度就会过长，不利于装置的的安放，其力学结构也会不太稳定，装置相应的体积较大，成本较高。
热轧制的成形方法 轧辊在保持材料组织状态和性能的条件下，在电机工作时的轧辊之间改变金属材料的断面形状与尺寸大小的金属加工方法。轧制是一种连续的金属塑性变形过程，其生产效率高，是应用最广的塑性加工方法。轧制不仅可以改变金属的形状和尺寸，而且可以细化晶粒尺寸，改善相的组成和分布，从而提高产品的性能。在轧制过程中，金属发生塑性变形，连续不断地生成新的金属表面，在金属表面上具有很高的压力和变形温度，到达S形弹簧杆成形设计目的。轧制速度快也是其优点之一。金属、滚筒磨损等现象的表面附着力尤为突出。金属与轧辊之间的粘附力和两者之间的滑动摩擦改变了金属附着层内的摩擦，表面的剪切变形发生，从而改变在金属零件的粘附力变化的摩擦状态，导致金属应力状态的变化和流动状态的改变。其结果
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