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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題
名稱
蛇形管彎管機設(shè)計
系 別： 機械工程系
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機083班
學(xué)生姓名： 劉海洋
學(xué) 號： 2008307331
指導(dǎo)教師： 孫有亮
開題時間： 2012年4月2日
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計
一、論文資料的準(zhǔn)備
1.資料準(zhǔn)備
1)去張家口東鍋爐廠參觀實習(xí)，了解彎管機的各部件、結(jié)構(gòu)組成及工作原理，對設(shè)計內(nèi)容有了初步了解。
2）在中國知網(wǎng)搜索相關(guān)論文，加深對彎管機各個機構(gòu)的了解，并熟悉設(shè)計過程。并了解常用的彎曲加工方法和彎管設(shè)備，認識了國內(nèi)外數(shù)控彎管機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢以及數(shù)控系統(tǒng)的伺服運動控制模塊、電液伺服控制模塊及其機械、電氣、液壓系統(tǒng)等。
3）在百度搜索彎管機視頻，了解彎管機的現(xiàn)狀、流行趨勢及加工要求。并加深對彎管機工作過程的了解，熟悉加工對工件結(jié)構(gòu)的要求。
4）到圖書館借閱機械設(shè)計相關(guān)資料，了解設(shè)計中需要注意的問題。查詢數(shù)控資料，了解電氣控制相關(guān)資料，并熟悉數(shù)控機床的電器控制元件。查詢液壓資料，了解彎管機對液壓系統(tǒng)的要求，熟悉液壓系統(tǒng)工作過程。
2.管材彎曲加工的種類和技術(shù)現(xiàn)狀
管材彎曲加工的方法很多。按成形方法區(qū)分，主要有滾彎曲,模彎曲和無模彎曲三種。按彎曲時加熱與否，可分為冷彎曲和熱彎曲。按彎曲時有無填充物，又分為有芯彎管和無芯彎管。近年來，彎管彎曲成形技術(shù)取得了新進展，相繼開發(fā)出了零半徑鋼管彎曲加工，熱應(yīng)力彎曲和激光彎曲成形等最新技術(shù)。
滾彎時用三個驅(qū)動輥輪對管材進行彎曲加工的加工方法。滾彎方法及滾彎機工作原理與板材滾彎基本相同，區(qū)別僅在于管材滾彎所用的滾輪具有與彎曲管坯斷面形狀相吻合的工作表面。通過改變滾輪的間隔，就可作各種曲率半徑的彎曲，尤其對彎制環(huán)形或螺旋線形彎管件特別方便。不過，滾彎方法對彎曲半徑有一定的限制，僅適用于曲率半徑要求大的厚壁管件。
模彎曲是一種鋼管在彎曲模型中實現(xiàn)彎曲的成形過程，它包括壓彎，推彎和繞彎三種方式。壓彎是最早用于管材彎曲加工的工藝方法。它是在液壓機上利用模具或胎具對
管坯進行彎曲加工。壓彎方法既可以彎制帶直段的管件，又可以彎制彎頭。由于壓彎具有生產(chǎn)效率高，模具調(diào)整簡單等突出有點，故在生產(chǎn)中一直被廣泛應(yīng)用。推彎是在一般壓力機，液壓機或?qū)Ｓ猛浦茩C上進行彎曲加工，主要用于彎制彎頭。推彎包括型模式冷推彎管和芯棒式熱推彎管。型模式冷推彎管是在普通液壓機或曲柄壓力機上，利用金屬的塑性，在常溫狀態(tài)在將管坯壓入帶有彎曲型腔的型模中，從而形成彎頭。芯棒式特推彎管是在專用推制機上，在推力和牛角芯棒阻力的作用下，邊加熱邊推制，使管坯產(chǎn)生周向擴張和軸向彎曲變形，從而將較小直徑的管坯推制成較大直徑的彎頭。繞彎使最常用的彎管方法，包括碾壓式和拉拔式。按彎管設(shè)備的不同，繞彎又可以分為手工彎管和彎管機彎管兩類。
手工彎管是利用簡單的彎管裝置對管坯進行彎曲加工。它不需要專用的彎管設(shè)備，彎管裝置制造成本低，調(diào)節(jié)使用方便，但勞動量大，生產(chǎn)率低。
彎管機彎管是在立式或臥式彎管機上進行冷態(tài)彎曲加工，是用得最多的一種彎管方式。目前，彎管機彎管主要包括有芯彎管，無芯彎管和頂壓彎管三種工藝方法。隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，管道的規(guī)格和用材也在向大型化和高強度發(fā)展。目前，600MW的火力發(fā)電機組的主蒸汽管路的直徑已達663mm，壁厚達103mm，材料為12CrMoV高溫合金鋼。對于這種達口徑，厚壁及高強度鋼管的彎制加工，最適宜的方法就是無模彎曲。
無模彎曲使利用局部加熱代替彎曲模具和芯棒等工具進行彎曲加工的方法。按加熱方式的不同，可分為中頻感應(yīng)彎管和火焰加熱彎管兩種。中頻彎管原理如下圖1-7所示，它是將中頻感應(yīng)圈套在管坯上，依靠中頻感應(yīng)電流將管坯加熱到所需的高溫，隨即對加熱部分進行彎曲，并在彎曲后緊接著噴水冷卻，從而獲得所需的管件?；鹧鎻澒艿脑砼c中頻彎管相同，只不過是用火焰加熱圈代替了中頻感應(yīng)圈來加熱管坯。
無模彎曲不需要模具，彎管成形質(zhì)量好，彎管能力強，具有生產(chǎn)效率高，勞動強度低等優(yōu)點。由于無模彎曲的彎曲力臂自由回轉(zhuǎn)，彎曲半徑可隨彎曲力臂長度的變化任意改變，故其適應(yīng)性比其他彎曲方法強。同時，由于加熱線圈與管材的形狀無關(guān)，故利用無模彎曲代替彎模成形，可以巧妙地解決異形鋼管的彎曲加工問題。近年來，國內(nèi)外都已開發(fā)出原子能發(fā)電廠使用的不銹鋼管和橋梁建筑行業(yè)使用的大，中型光管的無模彎曲成形技術(shù)和全自動CNC三維彎曲成形生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線利用CAD/CAM進行配管設(shè)計及全線計算機控制，以擴大彎管加工范圍，并使管坯供給，準(zhǔn)備，彎曲加工及配管組合后的焊接，切斷和檢測等工序全部實現(xiàn)了自動化。
熱應(yīng)力彎曲是一種利用工件內(nèi)部溫度分布不均勻所產(chǎn)生的熱應(yīng)力來驅(qū)動工件變形的
特殊的成形方法，具有無外力，無模具，便于現(xiàn)場操作等優(yōu)點。通常產(chǎn)生熱應(yīng)力的方法是對工件進行局部加熱或冷卻。加熱方式包括火焰局部加熱和加熱爐內(nèi)整體加熱；冷卻方式剝奪空冷，噴水冷卻及浸水冷卻。
由于鋼管的形狀所致，采用火焰加熱和噴水冷卻的方案難以形成合適的溫度場，工藝過程不易控制。
激光成形是一種利用激光束照射材料表面式形成的內(nèi)部非均勻熱應(yīng)立場來實現(xiàn)材料成形的新技術(shù)。通過調(diào)整激光加工工藝參數(shù)和選擇合適的掃描詭計就能成形任意的彎曲
件，異形件和其他復(fù)雜的三維曲面等零件。與常規(guī)成形相比，其具有顯著的優(yōu)點是：
1)生產(chǎn)周期短，柔性大，特別適合小批量的大型零件生產(chǎn)；
2)激光成形為非接觸式成形，變形時無外力作用，因而不產(chǎn)生回彈變形和由此帶來題；
3)激光成形屬熱態(tài)變形，總的變形由多次掃描累積而成，故能夠成形在常溫下不易成
形的難變形材料。
二、本課題的目的（重點及創(chuàng)新點）
畢業(yè)設(shè)計是工科大學(xué)生完成學(xué)業(yè)中最重要的實踐環(huán)節(jié)，是將在大學(xué)學(xué)到的理論知識系統(tǒng)化、條理化、實用化最關(guān)鍵的一環(huán)。通過本畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力；較復(fù)雜工程計算的工作能力；計算機繪圖與手工繪畫相結(jié)合的工程圖繪制能力。掌握一般機械機構(gòu)的設(shè)計思路、方法和步驟，掌握常用工程材料的性能和選配能力。盡快完成學(xué)生到工程技術(shù)人員的過渡。
通過對彎管機數(shù)控改造的總體設(shè)計以及機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計，對數(shù)控彎管機的工作原理、傳動機構(gòu)等進行掌握、理解。使其滿足工作職能要求，完成對彎管機數(shù)控改造的各部分設(shè)計。即能將管坯準(zhǔn)確進給到所要加工的位置，并且使管坯彎曲相應(yīng)的角度。并在此前提下滿足操作簡便、安全、外觀、經(jīng)濟上的要求，做到和生產(chǎn)實際相結(jié)合。
重點：本課題分三個部分：蛇形彎管機的總體設(shè)計、機械系統(tǒng)設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計加熱系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)的設(shè)計 。
對總體設(shè)計需對蛇形彎管機的工作原理、各機構(gòu)之間關(guān)系、各零、部件組成及關(guān)系進行掌握。由于彎曲半徑較小，需要增加加熱系統(tǒng)及相關(guān)控制元件。
創(chuàng)新點：新型彎管機主要由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其自動化程度要有所提高，可以自動進料，自動加熱，自動進行彎管彎曲加工。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
1. 對彎管工藝進行工藝分析，指出常見的彎管缺陷并提出相應(yīng)的解決措施；
2. 新型數(shù)控彎管機的方案設(shè)計，包括機械系統(tǒng)設(shè)計，液壓系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計；
3. 分析管材彎曲變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，建立管材彎曲力矩的計算公式，對加緊模和管坯夾持部分進行受力分析，建立加緊機構(gòu)所需加緊力的計算公式和校核公式，并計算新型彎管機的各個力能參數(shù)。
具體參數(shù)如下：
1)設(shè)計要求：在現(xiàn)有60mm普通平面彎管機的基礎(chǔ)上，改裝成數(shù)控空間彎管機。
2)技術(shù)要求：彎管直徑為DN15~ DN25mm，角度誤差為±1o，進給精度為±1mm。
3)工作要求：彎管生產(chǎn)率為60個/小時。
研究方法與思路：
1.根據(jù)工作要求及設(shè)計要求確定其工作原理，選擇機構(gòu)和傳動方式。
2.初步確定主機、主要元件或構(gòu)件的基本參數(shù)和技術(shù)性能，如功率、承載、速度、行程或調(diào)節(jié)幅度、外形尺寸等。在運動分析的基礎(chǔ)上進行動力分析，確定各機構(gòu)各部分傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩和力的大小，根據(jù)這些數(shù)據(jù)和使用要求進行強度、剛度、發(fā)熱效率等方面的計算或校核，使設(shè)計出的數(shù)控空間角度彎管機在給定的年限內(nèi)工作。
3.通常提出幾種不同方案，從技術(shù)和設(shè)計兩個方面比較論證，選擇最理想的，即在考慮滿足職能要求的同時，要注意取得較好的經(jīng)濟效果，能滿足給定的生產(chǎn)效率。
四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
3.28~4.4 完成畢業(yè)實習(xí)報告、開題報告
4.5~4.11完成外文翻譯
4.12~4.18 設(shè)計任務(wù)分析與總體方案的確定。
4.19~6.6 實施設(shè)計、計算、繪圖、實驗。
6.7~6.20 進行計算機仿真樣機和優(yōu)化設(shè)計，并編寫設(shè)計說明書。
6.21~6.26 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯及成績評定。
五、主要參考文獻
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【2】成大先主編.械設(shè)計圖冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1997
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【5】朱喜林,張代治主編.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社,2004
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【7】孫桓 陳作模主編.機械原理（第六版）.北京：高等教育出版社,2001
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【12】楊公源主編.機電控制技術(shù)及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社,2005
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【14】饒振綱,王勇衛(wèi)編著.滾珠絲杠副及自鎖裝置.北京:國防工業(yè)出版社,1990
【15】陸玉,何在洲,佟延偉主編.機械設(shè)計課程設(shè)計（第三版）.北京：機械工業(yè)出版社 1999
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導(dǎo)師課題、社會實踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實驗、畢業(yè)論文。
畢業(yè)設(shè)計（論文）完成進度計劃表
序號
起止日期
計劃完成內(nèi)容
實際完成情況
檢查人簽名檢查日期
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
指導(dǎo)教師批準(zhǔn)，并簽名： 年 月 日