圆管端部缩径专机设计开题报告资料文档格式.docx

圆管端部缩径专机设计开题报告资料文档格式.docx

《圆管端部缩径专机设计开题报告资料文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《圆管端部缩径专机设计开题报告资料文档格式.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

该机床是立式整体铸造床身，图1所示为该机床所旋2种带底筒形件产品零件图，其中图1a所示为盖类零件，图1b所示为筒形零件。

由于这2种产品口部直径小,为了保证口部缩径后的形状和尺寸精度，在进行缩径旋压成形时，需在图中A处对工件进行支撑。

由于工件口部直径较小，又为带底零件，故采用如图2所示的侧向偏心内滚动模支撑方式进行缩径旋压成形。

图1旋压产品示意图

图2倾斜偏心内滚动模旋压

床身装置是旋压机的主要部件之一，对1台旋压机而言，床身装置的零件组成数量虽然不多，但重量却占整个设备总重量的1/2以上，旋压成形、切边及工件夹紧装置等部件直接安装在床身上面；

为了能够加工不同规格尺寸的产品，旋压成形及切边等装置需要在床身的导轨面上移动；

另外，现代化流水线作业方式，常将旋压机床与摩擦压力机、冲床等设备安装在同一厂房使用。

采用立式整体铸造床身，能使机床具有良好的工作稳定性，同时铸铁的内摩擦大，具有良好的抗振性和耐性。

倾斜偏心内滚动模旋压支撑轮如图1a所示零件的直径和高度都比较小，为了使工件卡头、支撑轮及支撑轮轴承座具有足够的尺寸和强度，将旋压支撑轮轴线设计成与机床主轴成一定夹角的倾斜结构（图2），从而拓展了该机床旋压产品的最小尺寸界限，扩大了可加工产品的尺寸范围。

该车床有五处位置及间隙调整机构。

1）气缸位置调整机构。

当加工不同高度的零件时，为了提高加工效率，可以通过旋转机床顶部的手轮，将卡紧气缸的位置作上下调整，以减小气缸的空行程。

2）液压油缸位置调整机构。

当加工不同直径的零件时，可以通过旋转机床两侧的手柄来调整液压缸的位置。

3）旋压成形位置调整机构。

当需要对工件口部缩径位置进行调整时，可以通过调整旋压支撑轮及旋轮的安装位置来实现。

4）切边位置及切边间隙调整机构。

当需要对工件口部切边位置进行调整或对不同厚度的工件进行切边而需要调整切边轮间隙时，可以通过调整切边支撑轮及切边轮的安装位置来实现。

5）旋轮或切边轮的前后行程极限位置调整机构。

为了减小旋压或切边时旋轮的空行程，提高生产效率，可以通过调整旋轮或切边轮的前后极限位置来获得优化工作行程参数。

1.2国内的研究现状

针对目前冷拔管生产中钢管轧头工艺存在的管端需加热、轧头时噪音大、酸洗磷化处理不方便、工人操作条件恶劣等严重弊端，国内先后设计制造出了几款缩径机，下面将逐一介绍。

1.2.1QS100型钢管缩径机

该机由主机、电控系统、液压站三部分组成，其工作原理是用液压缸推动模座，模座向被油缸夹紧的管材推挤，从而使管材端部直径缩小，以适应冷拔的要求。

该缩径机不仅适用于无缝钢管、有色金属管棒的冷拔冷拉生产，而且还可用作压装、拉伸生产及锅炉等行业的异径接头生产等。

该机采用液压传动；

夹紧、推挤及压缩全部由控制程序控制，且调整迅速；

高精度同步阀保证了模座两端有严格的同步运动；

它可自动换模以适应不同的缩径要求。

其最大缩径管材尺寸为102mm、推挤长度245mm、班产量在1500根以上。

该机运行平稳。

动作可靠，一次成型。

既增加了管材的收得率，又大大降低了工人劳动强度，改善了工作环境，并具有功效高、噪音低、节能省材、维护简单、操作便利等优点。

1.2.2MFWS-20型立式液压缩径机

本机适用于生产矿用锚杆,穿墙螺丝，高速螺丝等。

本设备能将材质一次压缩成滚丝直径,且增强了材质的密度，长度。

提高了锚杆的抗拉强度。

是代替车床剥制的换代产品。

特别适应大批量加工1米以上不限长度的长杆螺丝，最长缩径250mm。

比仪表车床加工速度快，光洁度高，尺寸准确，能延长料的长度节省料才而降低成本。

高精度加工效率高性能结构可靠价位低操作简单维修方便。

1.2.3SJ194缩径机

SJ194缩径机是对钢管进行二次加工的重要设备，它是用来将钢管端部收缩成所需尺寸、形状的一种设备，这是目前国外比较流行的钢管变径方法之一，也是根据国外客商的要求研制的我国首台缩径加工设备。

它的工作原理是钢管在外力作用下，按照模具形状进行塑性变形。

该设备结构简单，工作可靠，操作方便，能实现自动和手动运行，是目前较理想的钢管缩径设备。

它有以下三大特点：

（1）该设备的夹紧和推模采用液压油缸执行。

其推力大，工作平稳可靠，通过电气控制可自动实现夹紧→快进→工进→保压→拔模→快退→松夹→卸荷等全过程动作,工作效率高,产品质量好。

（2）系统操作分为手动、自动两种状态,自动状态下手动可干预控制,随时修正工作过程的每个动作,保证产品的成型质量。

（3）设备的快进、工进、退回速度可根据管径和实际需要有较大的调整范围,能满足钢管直径从94～194mm的缩径要求。

其主机结构如下图所示：

图3主机结构图

1—床座　2—夹块　3—立柱　4—夹紧油缸

5—模具　6—模座　7—推模油缸

2．圆管端部缩径专机的应用

缩径工艺在国防工业和民用工业中有广泛的应用，如枪炮的弹壳、钢气瓶等，也可做大直径的圆钢,地脚螺丝,双头建筑螺丝,高速桥梁螺丝，生产矿山锚杆，地脚螺丝，长杆螺丝的理想设备。

缩径专机能将材质一次压缩成滚丝直径，且增强了材质的密度和长度，提高了抗拉强度。

在石油化工配管领域，一个新的管件品种缩径管随着我国石油行业的飞速发展，越来越广泛地在配管设计中得到应用。

虽然缩径管不可能像弯管头那样使用得那么普遍，但也和管座等一些新的管件品种得到广泛应用一样，它的开发和应用标志着我国配管技术的一种发展趋势。

但就联接型式来说，缩径管就已经突破传统对焊接或承插焊连接或螺纹联接的单一联接型式的模型，给设计拓宽了联接型式的选择范围，使施工更加方便。

缩径管与其他功能类似的变径管件相比，具有以下特点：

a．变径范围大。

缩径管与标准的异径管等变径管件相比，变径范围远比这类管件大得多，几乎可以变径到任意一个档次，这就给需要变径范围大的配管设计带来很大方便。

b．联接型式多。

缩径管的联接型式共有9种，其中3种为单一的两端均为对焊、承插焊或螺纹的联接型式，其余6种为混合的联接型式。

这种混合联接型式的结构可以满足不同的配管设计需要，便于设计和施工。

c．直接在配件上变径。

由于缩径管较长的直边长度可以满足如阀门、法兰等配件的接口深度，故可将缩径管直接与这类配件相联接而实现变径的要求。

这种情况下可减小焊缝数量，节省安装距离，加快施工速度和提高工程质量。

3．圆管端部缩径专机的发展趋势

目前,圆管端部缩径专机的研究重点在于:

（1）圆管端部缩径专机的构造应尽可能简单可靠经济实用；

（2）设备的快进、工进、退回速度可根据管径和实际需要有较大的调整范围,能满足钢管较大范围的缩径要求；

（3）在要求圆管缩径后的质量的前提下，提高其效率；

（4）工作过程平稳可靠，操作方便，能实现自动和手动运行。

参考文献

[1]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：

机械工业出版社，2010.1

[2]张永宁，陆宁.机械设计基础[M].北京：

清华大学出版社，2009.11

[3]王宁.张减机圆孔型设计及其应用[J].钢铁，1994，29（4）：

24-28.

[4]赵云豪.旋压技术与应用[M].北京：

加工工程研究中心，2002.

[5]陈适光.强力旋压工艺与设备[M].北京：

国防工业出版社，1986.

[6]陈秀宁，施高义.机械设计课程设计[M].浙江大学出版社，2007.

[7]张策.机械原理与机械设计（上册）[M].北京：

机械工业出版社，2004.9.

[8]王祖唐，关廷栋，肖景家，雷沛，霍文灿.金属塑性成形理论[M].北京：

机械工业出版社，1989.309-328.

[9]卢耀祖，郑惠强，张氢.机械结构设计[M].上海：

同济大学出版社，2009.

[10]李胜袛，朱成序.钢管张减变形和机架张力分析[J].华东冶金学院学报，1993,10

（2）：

26-34.

[11]赵志业.金属塑性变形与轧制理论[M].北京：

冶金工业出版社，1980.209-231.

[12]王成和，刘克璋.旋压技术[M].北京：

机械工业出版社，1986.

[13]AlvesM.L.Endformingofthin-walledtubes[J].JournalofMaterials.2006.

[14]Chin-TarnKwan. 

Astudyofprocessanddiedesignforballvalveformingfromstainlesssteeltube[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology.2005.

[15]HoltkampN.FortheITERProjectTeam.AnoverviewoftheITERproject[J].FusionEngineeringandDe-sign.2007.

开题报告

圆管端部缩径专机设计

1．课题研究的背景

所谓缩径，就是将管子或套的一端围拢或使直径减小的冲压或轧制过程。

它通常限于可延性的材料。

影响缩径质量的因素很多，除了缩径材料径必须的退火以及模具表面光洁度、润滑剂和成形速度等之外，往往也会因设计不合理而使零件在制造过程中产生龟裂和撕破。

在我国和国外的生产和研究中，圆管端部缩径方式有很多种，但是在这些产品中，存在着一些问题。

如当采用旋压方案轧制壁厚比较大的钢管（S/Dm

时，容易出现内多边形，造成钢管横向壁厚不均。

带张力径过程中，金属在孔型内的流沟状态和轧辊接触弧长有关。

在大椭圆度孔塑内，钢管沿轧辊轴向各点与轧辊接触弧长度是不相等的，因而金属在孔型内各截而的包覆角也不相同，金属沿孔型圆周方向的受力状态、压下量、切向变形阻力的不同，造成变形不均匀，形成内多边形。

因此，必须力求在圆周均匀压力状态下进行变形，使孔型接触形状与无芯棒拉拔情况相类似。

如采用冲压方案缩径时，要使毛坯外露部分尽量短，其余部分用模具夹紧，因毛坯为薄壁管材，长径比大，当缩径力大于材料强度时就会在管壁产生失稳现象，当采用两平模块夹紧后就可避免这种情况的发生。

2．课题研究的意义

缩径专机是代替车床剥制的换代产品。

随着自动化、半自动化在国民经济各行业的普及深入，自动化、半自动化的缩径专机也越来越受到人们的广泛关注。

其简单实用经济的设计理念与其自动化或半自动化的加工过程以提高生产率，降低工人劳动强度。

缩径专机加工出来的管端外形美观，表面光洁度高，形式规格多种多样，且比用其它方法加工出来的管子，节约原材料，使用安装方便，因此这种管子在国外应用非常广泛。

结合国内外缩径专机的特点，采用半自动化的缩径方案。

设计了具有推广意义的自动化缩径专机，即在生产过程，零件的装、取由人工完成，其余动作均由专机自动进行。

3．课题研究内容和要求

本课题主要是设计圆管端部缩径专机。

要求其外径50mm，内径44mm，壁厚3mm，长度200mm的管子缩径1mm以内，且缩径长度为30mm。

4．送料机构方案选定

目前在我国缩径专机还是普遍采用手工模式，即是一人看一台机器，人工送料。

这种模式的生产效率低，既浪费劳动力也会让工人疲倦，而且人工送料会产生累积误差。

因此设计一种自动化的所料机构是十分必要的。

如下图所示，这是一种附有摆杆的料斗，利用料斗装填工件，使其依次往下送出，这似乎是人人都会想到的简单方法。

但实际应用中，当料斗已装好，工件已装满时，工件往往不能依次送出，这种附有摆杆的料斗，是利用搅拌棒来揭开阻塞的工件，是工件能够依次送出。

图4附有摆杆的料斗

在料斗下面会放置一个送料臂（图5），送料臂前端安装一种夹指，承受工件时，夹指在拉入位置，送料时，夹指与夹指开放件分离，所受的力由弹簧所承受。

其简图如图6所示。

其三维图如图7所示。

图5送料臂

图6送料臂简图

图7送料臂三维图

5．圆管端部缩径机构方案选定

专机的动作顺序是：

首先将管件在静止夹紧块8上放好，由夹紧油缸10推动活动夹紧块9将管件夹紧；

管件夹紧到位后，缩径油缸1推动活动梁5带动缩径凹模6对管端进行缩径加工，将管端尺寸加工到位后，夹紧油缸10松开。

缩径结束后，缩径油缸推动活动梁5后退，直到顶出杆2将圆管顶出，圆管自动落入下料箱。

在整个缩径过程中，必须保证夹紧油缸对管件的夹紧。

其结构简图如下所示。

专机可分为圆管件夹持（件8、9、10）和缩径加工（件1、4、5、6、8）两部分。

缩径加工时，两个缩径油缸推动活动梁5沿导向杆4进给（同时保证两液压缸的机械同步），对管端进行缩径。

此专机设计有以下特点：

（1）设计要求简单、经济、实用。

（2）加工过程实现自动化，以提高生产率，降低工人劳动强度。

（3）对管件进行缩径，使其缩径1mm，精度高。

图8专机结构简图

1.缩径油缸　2.顶出杆　3.机架　4.导向杆

5.活动梁　6.缩径凹模　7.圆管　

8.静止夹紧块　9.活动夹紧块10夹紧油缸

圆管端部的缩径力可由公式

计算。

其中式中：

为冲件与凹模接触面摩擦系数；

为材料抗拉强度；

为速度系数。

其简图如下图所示：

其中取

为0.15，

为450MPa，K取1.15。

得F=38732N。

根据不同压力等级下各种缸径对应理论推进表，可选择压力等级为160MPa，50mm缸径的液压油缸。

图9圆管成型后简图

6．总体安排及进度

2012.11.15~2013.3.4资料收集，完成文献综述、开题报告、外文翻译2013.3.4~2013.3.10上传开题报告

2013.3.11~2013.3.15开题报告答辩

2013.3.25~2013.4.30总体结构设计

2013.3.25~2013.5.30主要零件结构设计

2013.3.25~2013.5.30撰写毕业设计说明书

2013.5.20~2013.5.30论文评审、答辩

外文翻译

钢管缩径的能量方法

ZHANGFang-ping,SUNBin-yu,WANGJian-mei

（陕西省现代压制中心，太原理工大学，太原030024）

文摘:

根据管材张力缩径理论和钢管塑性变形原理,能量法通常运用上限元法显示钢管的轧制变形区,构造动可容速度场,推导建立一系列与变形体内部虚功消耗有关的分式,算出张减轧制过程中的轧制力,在缩径工艺和设备上为钢管公司提供一个合适的选择，并得到新产品和设备。

关键字:

上限元法；

轧制力；

速度场

根据普遍减少过程，缩径的目的是提高拉力，因为管材本身是中空的，管壁厚的管在拉伸力的作用下变得更薄（图一）。

拉伸力在辊和钢管之间产生的摩擦力增加了不同的两方面的速度场。

图1：

三辊伸展减速器的工作原理图

一套张力减径机通常由20~30架组成,张力减径机的主要功能是在大量减径的同时适量减壁。

壁厚的改变取决于减径过程中作用在管上的纵向张力（拉伸力）。

轧制力作为拉伸过程中的重要参数,应力为企业求得到更精确的解,选择合适的缩径机。

上限元法由于实行方便,计算量少,特别是用它得到的结果在很多情况下完全满足实际生产的要求。

此外，在上限元法研究中创造的一些技术方法,对其他塑性变形分析方法的研究也有很好的启发作用。

因此,对上限元法的应用研究不论在理论上还是在实践上都有重要意义。

1.上限元法基本原理

上限元的基本做法是把塑料变形区空白变成无数的元素，如图2所示。

对于对称成形问题时,从工件轮廓边界交点或直边的某些选定点出发,引坐标轴的平行线,所以变形体就被一组与坐标平行的互相垂直的直线分割成简单和规范化的横截面。

循环元素包括矩形单元和三角形单元。

图2：

轧制变形区的单元划分

2．建立矩形元素的动可容速度场

构造上线元基本单元，一些假设如下所示：

1）变形材料属于理想的刚体,塑料本身的各向同性,也遵循Mises屈服准则；

2）单元内部比认为是连续的速度场；

3）垂直单元的正常速度分量是沿着边界均匀分布的；

4）相邻单元在常见边界上的正常速度分量也是连续的。

如图3所示,ri,ri+1,zj,zi+1是矩形单元四条边界节点的几何位置坐标定义的,根据这些假设,矩形单元正常速度分量是沿该边界均匀分布的,根据序列号的每一行开始数，记作ui，j,ui+1，j,Xi，jXi，j+1。

同时r,z,u,X则表示单元内任意一点的几何位置坐标和速度分量。

图3：

矩形单元动可容速度场的建立

矩形单元圆环柱体的体积V如下所示：

V=π（r2i+1-r2i）（zj+1-zj）

（1）

矩形单元内每一点都有三个速度组成，其中切线部分为零,根据体积不可压缩的假设,每一节点的应变率之和为零,就是：

（2）

这里，

分别是

z的应变率方向。

而对于轴对称问题，这个方程可以写为：

（3）

对于这个方程，右边可以只认为函数的变量z，左边可以只认为函数的变量r。

双方彼此无关，因此可以被视为两个独立的常微分方程。

接下来,速度场的矩形元素可以解决如下：

（4）

其中

3.建立动可容速度场

当直角三角形在变形时,斜边BC总保持它在坐标系中的方位不变,既不伸长,也不缩短,而且边界速度也没有变化,这样一个直线可以被视为一条钢性线,根据这个假设,刚性线可以扩展为一个刚性三角形，如图4所示。

图4三角形单元动可容速度场的建立

以动可容速度场的矩形单元作为参考,动可容速度的三角单元可以推导出如下公式:

（5）

4.总功率

（6）

在这里，

是单元可塑性变形功率；

是单元之间速度的时间间隔所消耗的功率；

是单元和工具接触表面之间所消耗的功率。

4.1可塑性变形功率

（1）矩形单元

根据金属塑性变形的原理,进行矩形单元环形循环的塑性变形功率如下所示：

（7）

是材料在单项拉伸时的屈服极限，单位是MPa；

是r、

、Z方向上的应变率，k=r、

或者Z

（2）三角形单元

根据金属塑性成形的原理，进行三角形单元环形循环的塑性变形功率可以获得。

（8）

在这里

是剪切力应变率；

K是一个常数，与塑料状态相关。

4.2速度区间在以相邻单元为界限所消耗的功率

对于具有相同边界的两个矩形单元之间的滑动功率如下所示：

（9）

是中断速度场程度

；

是

的剪切力分量；

在速度场的中断离子定量。

（2）矩形单元和三角形单元

dz（10）

4.3摩擦功率

（1）矩形单元和工具接触面之间的消耗功率

在金属塑性成形的过程中,变形金属表面上会因摩擦阻力而产生的一个滑动速度

，计算公式如下所示：

（11）

是摩擦滑动速度，单位是mm；

是摩擦剪应力，单位是MPa，若按摩擦常量来考虑，则

，M是摩擦因子。

因此，就会获得接下来这个式子：

（12）

（2）三角形单元圆环与工具接触表面之间的摩擦功率

（13）

5优化的上限功率

无论上层单元