全自動薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)設(shè)計(jì)

全自動薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)設(shè)計(jì),全自動薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)設(shè)計(jì),全自動,薄壁,不銹鋼管,冷彎機(jī),設(shè)計(jì) 大 連 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )開題報(bào)告 論 文 題 目： 全自動薄壁不銹鋼管 冷彎機(jī)設(shè)計(jì)（二） 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級： 機(jī)日 131 班 學(xué) 生 姓 名： 陳強(qiáng)富 指導(dǎo)教師（職稱）： 吳蒙華（教授） 2017 年 1 月 7 日 填 1 一、 選題依據(jù) 1、 研究領(lǐng)域 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 2、 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 全自動薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)是將薄壁不銹鋼管冷彎成型達(dá)到目的加工彎度的加 工設(shè)備。解決了管道安裝 過程需要彎頭進(jìn)行連接的問題，大量節(jié)省了彎頭加工、運(yùn)輸 等環(huán)節(jié)的資源消耗，為管道鋪設(shè)節(jié)約成本。上世紀(jì) 60 年代左右起就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小直徑 管的人工手動彎曲，發(fā)展至今已多半自動化。尤其用于石油管道鋪設(shè)現(xiàn)場的大直徑冷 彎管機(jī)在近代得到了飛速發(fā)展。但生產(chǎn)加工時(shí)仍需要工人進(jìn)行完成上下料、穿芯等操 作。然而人工穿芯具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性，容易導(dǎo)致彎處產(chǎn)生褶皺等缺陷更有甚者直接 報(bào)廢，因此生產(chǎn)效率底下，浪費(fèi)大量人力物力，漸漸不能滿足需求量突增的市場需要。 于是在對此前冷彎機(jī)的工作情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用科學(xué)的方法、加入自動控制 系統(tǒng)、減少操作 環(huán)節(jié)形成了新一代全自動薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)。下面是全自動冷彎管 機(jī)的一些主要應(yīng)用場合。 （ 1） 大批量彎管生產(chǎn) ： 在裝飾，供水等行業(yè)不銹鋼薄壁管的需求量很大，全自動彎管機(jī)能滿足高效率的 生產(chǎn)作業(yè)需要。 （ 2） 生產(chǎn)不同彎度彎管 ： 全自動彎管機(jī)的自動控制系統(tǒng)具有準(zhǔn)確控制彎曲角度的能力，在允許角度內(nèi)能方 便快捷的生產(chǎn)不同需要的角度且精確度高。 （ 3） 特定場合彎管 ： 某些彎管由于其應(yīng)用場合的特殊性需要到現(xiàn)場才能知道實(shí)際彎管的角度，管材直 徑的大小等數(shù)據(jù)，冷彎機(jī)能實(shí)現(xiàn)既彎既用。 3、 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 小口徑管彎管方面自 60 年代起便多有各類機(jī)械進(jìn)行彎管作業(yè)，在船舶、汽車、 電力、供水等多方面都有應(yīng)用。 發(fā)展至今彎管方式逐漸多元化， 按加工形式的不同主要可分為推彎、拉彎、壓彎、 輥彎、繞彎，隨著技術(shù)的進(jìn)步一些新的彎管技術(shù)也隨之出現(xiàn)。例如：熱應(yīng)力成形、中 頻感應(yīng)成形、激光成形、零半徑成形 、無模彎管 等 ;根據(jù)加工過程中對管件是否加熱 分為冷彎和熱彎 ;根據(jù)加工事內(nèi)部是否填料可分為有芯和無芯彎管 。 彎管所采用的動力也由早期的人力彎管轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌煽縿恿?， 例如液壓彎管、氣 動彎管、電力驅(qū)動彎管等。解決了人力不能 保證精確度 的問題同時(shí)也將工人從臟亂的 加工 環(huán)境解放出來。 2 而未來 ， 彎管機(jī)將以全自動的形式出現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)不斷深入各行各業(yè) 今天 ，我們 的生產(chǎn)方式也隨著不斷變化 ，安全可靠的數(shù)控系統(tǒng)將代替工人完成相關(guān)作業(yè)，在 節(jié)約 成本、保護(hù)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率 方面發(fā)力 。 整個(gè)彎管機(jī)系統(tǒng)將 在自動化、智能化方面 長足進(jìn)步 。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1、 重點(diǎn)解決的問題 （ 1）冷彎機(jī)回轉(zhuǎn)裝置； （ 2）冷彎機(jī)的自動控制系統(tǒng)； （ 3）冷彎機(jī)機(jī)座設(shè)計(jì)； （ 4）冷彎機(jī)下料裝置。 2、 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） 查閱資料，了解薄壁不銹鋼彎管的應(yīng)用場合，需要彎曲的形式、 彎曲的方法以及 國內(nèi)外全自動不銹鋼管冷彎機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。從以前冷彎機(jī)的不足之處入 手，采取相應(yīng)措施進(jìn)行優(yōu)化。對重要部件進(jìn)行分析、校核保證冷彎機(jī)質(zhì)量。為冷彎機(jī) 加上自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷彎機(jī)的全自動化。 大綱如下： 1緒論 1.1 課題的背景 1.2 課題的研究內(nèi)容 1.3 目前的研究概況和發(fā)展趨勢 2總體方案設(shè)計(jì) 2.1 已有冷彎機(jī)設(shè)計(jì)方案研究 2.2 總體方案 3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 不同控制系統(tǒng)方案對比 3.2 選定方案 3.3 自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.4 程序框圖 4. 其余機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 回轉(zhuǎn)裝置 4.2 下料裝置 4.3 機(jī)座設(shè)計(jì) 4.4 主要零件受力分析及校核 5. 總結(jié) 3 3、 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 （ 1）全自動薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)總體方案 A0 圖紙 2 張 ； （ 2）設(shè)計(jì)結(jié)果的二、三維 零件 圖紙 5-7 張 。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1、 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 設(shè)計(jì)參數(shù)如下 ： （ 1） 彎管長度： 300-500mm； （ 2） 彎管重量： 0.5-2.0kg； （ 3） 彎管角度： 90 180； （ 4） 彎管時(shí)間： 10s； （ 5） 薄壁管壁厚： 0.6-1.0mm； （ 6） 薄壁管直徑： 60- 100mm; 2、 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 第一周： 根據(jù)題目查找材料； 第二周：閱讀，整理相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行系統(tǒng)分類； 第三周：根據(jù)整理后的資料寫開題報(bào)告初稿； 第四周：開題報(bào)告答辯并對開題報(bào)告進(jìn)行修改； 第五周：收集冷彎機(jī)總體方案的相關(guān)資料； 第六周：對方案進(jìn)行拆解，分類研究； 第七周：完成總體方案設(shè)計(jì)； 第八周：回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)； 第九周：下料裝置設(shè)計(jì)； 第十周：機(jī)座設(shè)計(jì)； 第十一周：收集控制系統(tǒng)資料； 第十二周：自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 第十三周：主要零件受力分析及校核； 第十四周：畫設(shè)計(jì)的相關(guān)二、三維圖紙； 第 十五周：撰寫設(shè)計(jì)說明書； 第十六周：完善各項(xiàng)內(nèi)容，準(zhǔn)備答辯。 4 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) 1田浮想 .管材彎曲加工新技術(shù) J.鍛壓機(jī)械， 2002， 3： 32-33. 2賈美慧 .管材塑性彎曲成形的有限元數(shù)值模擬分析 J.沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)， 2013， 25 （ 3）： 193-197. 3吳云文 .AZ30 鎂合金棺材玩去成形及變形機(jī)理研究 D.上海：碩士學(xué)位論文， 2010： 9-11. 4紀(jì)永飛 .新型管材無模成形方法的研究與實(shí)現(xiàn) D.吉林：碩士學(xué)位論文， 2007： 1-3. 5任勝樂 .管材彎曲成形理論 與技術(shù)研究進(jìn)展 J.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 16 （ 6）： 31-35. 6紹靖利 .推制工藝對推制彎頭幾何形狀的影響 J.Machinist Metal Forming， 2007（ 06）： 78-80. 7李大永，蔣勁茂，彭穎紅，尹紀(jì)龍 .輥彎成形過程仿真與參數(shù)優(yōu)化 J.系統(tǒng)仿真 學(xué)報(bào)， 2007（ 04）： 893-896. 8-9楊金橋 .基于 PLC 的上下料機(jī)械手 D.浙江：碩士學(xué)位論文， 2014： 1-2. 10周遐余 .薄壁管冷彎成型中芯棒的結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì) J.工藝與工藝裝備， 2003, （ 5）： 53-54. 11梁磊，周國定 .不銹鋼管在我國凝汽器上的應(yīng)用前景 J.中國電力， 1998， 31 （ 11） :37-41. 12沈蔚，劉文淵 .不銹鋼管混凝土研究及應(yīng)用 N.吉林建筑大學(xué)學(xué)報(bào)， 2016-6（ 3） . 13張一露，陳貞玉 . 薄壁不銹鋼管在消防工程中的應(yīng)用 J.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息 ， 2015，（ 3）： 29-31. 14楊海翔，王文想 .薄壁不銹鋼管的選用與實(shí)踐 J.煤氣與熱力 .2014， 34（ 3）： 20-25. 15王蒙強(qiáng)，于英虎，朱宇 .冷彎管制作技術(shù)總結(jié) J.山西建 筑 .2010 36(4)： 145-146. 16Benjamin Gerin,Etienne Pessard. Beneficial effect of prestrain due to cold extrusion on the multiaxial fatigue strength of a 27MnCr5 steel J. International Journal of Fatigue .2016. 17Anonymous. a cool process for cold soldering J. Mechanical engineering， 2015. 18Ferdinand Bammer,Thomas Schumi. Laser assisted bending for efficient light-weight-productionJ. Tehniki vjesnik,2011. 19Byeong-Choon Goo. Development and Characterization of C/C-SiC Brake DiscJ. Materials and Manufacturing Processes,2016,31(8):979-988. 附：文獻(xiàn)綜述 注：新起一頁。 閱后刪除此文本框。 5 文獻(xiàn)綜述 彎管機(jī)是加工彎管的重要加工設(shè)備，隨著彎管應(yīng)用場合的多樣化和普遍化，彎管 機(jī)的巨大作用也越來越明顯。 全自動薄壁彎管機(jī)一般由回轉(zhuǎn)裝置、上下料裝置、穿芯 裝置、機(jī)座等四大部分組成。 1 回轉(zhuǎn)裝置類型（ 彎管方式 ） 彎管工藝很多，按加工形式的不同主要可分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎 1-4， 隨著技術(shù)的進(jìn)步一些新的彎管技術(shù)也隨之出現(xiàn)。例如：熱應(yīng)力成形、中頻感應(yīng)成形、 激光成形、零半徑成形等 ;根據(jù)加工過程 中對管件是否加熱分為冷彎和熱彎 ;根據(jù)加工 事內(nèi)部是否填料可分為有芯和無芯彎管 5。 1.1 繞彎 繞彎 目前大量應(yīng)用于管道彎曲 行業(yè)。繞彎是在壓塊的作用下，將芯棒放入被彎管 中，使管材隨彎曲 模胎旋轉(zhuǎn)從而彎管成型的彎管工藝。在實(shí)際加工過程中一般分為手 動和機(jī)動兩類：手動彎管只能加工簡單的小管，耗費(fèi)人力；機(jī)動彎管一般進(jìn)行冷彎， 有加芯彎管和不加芯彎管之分。與人管彎管相比極大的提高了生產(chǎn)效率所以一般用于 產(chǎn)品的批量生產(chǎn)中。 1.2 推彎 推彎多用于彎制彎頭。按工藝特點(diǎn)分為芯棒式熱推彎和模型式冷推彎兩種 6。熱 推彎需要對管材 進(jìn)行加熱，在此基礎(chǔ)上還需要具有一定推力的機(jī)械推動管材，兩相配 合之下使管材前段彎曲：模型式冷推彎則需要事先設(shè)計(jì)好模型，再同樣用其它提供推 力的機(jī)械施與壓力以達(dá)到使管材彎曲成模型形狀的目的。 1.3 壓彎 壓彎是利用凹、凸模的共同作用，使管材隨凸模運(yùn)動而彎曲直到與凹模接觸形成 彎管成品的彎管方式。是一種取之于日常生活的彎管方式，可以加工簡單的彎管，精 確度較低。 1.4 輥彎 利用三個(gè)工作表面與管材橫斷面形狀吻合的驅(qū)動輥輪對管材滾動擠壓，從而使管 材彎曲成形的方法 7.可以通過調(diào)整滾輪間距調(diào)整加工曲率。 1.5 拉 彎 利用圓模旋轉(zhuǎn)帶動管材使管材彎曲的加工方法。加工時(shí)需要在芯棒、夾緊模、壓 緊模、防皺模的配合下使用。 6 2 上下料裝置 一直以來給機(jī)器上下料大都依靠人工完成，直到機(jī)械手的出現(xiàn)才開始大規(guī)模取代 人工上下料。相對于人工上下料而言，采用機(jī)械手上下料的優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1） 快速、靈活、通用性強(qiáng)、重復(fù)定位精度高，可以長時(shí)間連續(xù)作業(yè)； （ 2） 減輕勞動強(qiáng)度、降低成本、保證質(zhì)量進(jìn)而提高勞動生產(chǎn)力； （ 3） 可以勝任人不能適應(yīng)的惡劣環(huán)境下的工作。 （ 4） 因此我們也利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)彎管機(jī)的自動上下料。 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu) 和控制系統(tǒng)三大部分組成 8。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 主要由工作環(huán)境決定，根據(jù)工件的外形特征選用合適的夾持方案，具有專一性。驅(qū)動 機(jī)構(gòu)主要做傳動工作，將控制系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接起來。通過自身的各種移動、旋轉(zhuǎn) 進(jìn)行組合完成設(shè)定的預(yù)定軌跡。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式稱為機(jī) 械手的自由度，自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的管件參數(shù)，自由度越多機(jī)械手的靈活性越大， 通用性越廣，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜 9。在實(shí)際情況中不通機(jī)械手需要完成的工作不盡相同，相 應(yīng)的驅(qū)動方式也不一樣，主要分為三種：液壓式、電動式、機(jī)械式?？刂葡到y(tǒng)是一個(gè) 閉環(huán)系統(tǒng)，是機(jī)械手最 核心的部分，一般都是通過 PLC 編程實(shí)現(xiàn)控制。 3 穿芯 穿芯部分有兩個(gè)重點(diǎn)，其一是芯棒的組成及結(jié)構(gòu)，其二是穿芯裝置的結(jié)構(gòu)。常見 的芯棒結(jié)構(gòu)有圓頭式、勺式、軸銷式、軟軸式四種 10，隨著技術(shù)發(fā)展也出現(xiàn)了對稱球 式芯棒等更加有利的芯棒結(jié)構(gòu)，更有甚者無芯彎管技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)。當(dāng)然優(yōu)缺各異， 選用不同方案時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。而穿芯結(jié)構(gòu)則更為寬泛，類似與曲柄搖桿 機(jī)構(gòu)等一類簡單機(jī)構(gòu)就可以勝任。 4 彎管機(jī)應(yīng)用場合 4.1 燃?xì)?、消防工?由于燃?xì)?、消防工程的高要求，普通鋼管即使使用防腐蝕處理也需要頻繁更換管 件 以保證工程的質(zhì)量可靠，使資源大量浪費(fèi)。而使用不銹鋼管則有如下優(yōu)勢： （ 1） 壽命長：不銹鋼管其理論壽命正常情況下可達(dá)百年之久； （ 2） 受壓性強(qiáng)：在一定限度的超標(biāo)準(zhǔn)受壓下仍能正常工作； （ 3） 安裝簡便：配管輕量化、施工便利、對技術(shù)人員要求低、清潔施工； （ 4） 壽命周期成本低：時(shí)間長，維護(hù)費(fèi)用低； （ 5） 美觀：管道光潔明亮，符合現(xiàn)代人追求高品位生活的需要。 基于這些優(yōu)點(diǎn)，不銹鋼管大量被使用，使用大量彎管的同時(shí)就需要高效率彎管機(jī) 進(jìn)行彎管作業(yè)。 7 4.2 凝汽管 凝氣器管材選擇對凝氣器及整個(gè)電廠的安全運(yùn)行有著極重要的意 義，對投資和運(yùn) 行維修費(fèi)用的影響也不容忽視。銅合金管易結(jié)垢腐蝕甚至爆管。導(dǎo)致重大事故于經(jīng)濟(jì) 損失。而不銹鋼管代替銅合金管的“無銅系統(tǒng)”就不存在這個(gè)問題 11。還有以下優(yōu)勢： （ 1） 良好的機(jī)械性能； （ 2） 良好的耐蝕性能； （ 3） 高的經(jīng)濟(jì)性能； （ 4） 不錯的熱傳性能。 凝汽管的機(jī)構(gòu)要求比較高，所以需要自動化的彎管設(shè)備以保證彎管精度，從而保 證工程質(zhì)量。 4.3 不銹鋼管混凝土 不銹鋼管混凝土是指在不銹鋼管內(nèi)填充混凝土的組合材料，不銹鋼管混凝土具有 混凝土良好的力學(xué)性能和不銹鋼優(yōu)越的耐久性能，并且造型美觀、易于施工、綠 色環(huán) 保。因此逐漸被一些重要的實(shí)際工程所采用 12。作為一種建筑結(jié)構(gòu)，鋼管的形狀便 是混凝土澆筑的模板，需求便呈現(xiàn)多樣化，彎曲則是不可避免的。因?yàn)槔鋸澒苓€可以 作用在建筑行業(yè)，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行彎管，提高施工效率。 綜上所述，不銹鋼管冷彎機(jī)的應(yīng)用場合廣，市場需求突出。但是目前市場上還沒 有全自動的不銹鋼管冷彎機(jī)來滿足大量需要的不銹鋼冷彎管生產(chǎn)，這是生產(chǎn)與需求的 矛盾。為了解決這個(gè)問題我們需要注意以下問題： （ 1） 提高對冷彎管機(jī)的重視程度，投入資源進(jìn)行研究開發(fā)； （ 2） 提高冷彎機(jī)的制造工藝技術(shù)和裝備水平； （ 3） 加強(qiáng)推廣力度，淘汰舊產(chǎn)品，為新產(chǎn)品占據(jù)市場打好基礎(chǔ)； （ 4） 做好售后服務(wù)，讓需要產(chǎn)品的人沒有后顧之憂； （ 5） 以綠色環(huán)保為中心，做好產(chǎn)品的節(jié)能減排。 在此基礎(chǔ)上才能發(fā)展出高質(zhì)量的適應(yīng)需求的全自動不銹鋼管冷彎機(jī)。