开题报告-邦迪管定尺滚切机设计

本科毕业设计（论文）开题报告课题名称： 邦迪管路定尺滚切机设计 学院（系）： 机械工程学院 （机械制造工程系） 年级专业： 13级机制3班 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 2017年3月23日 一、文献综述1.1课题背景管材广泛地用于机械、建筑、家电、化工等领域，我国每年的钢管使用量达数千吨以上，管材切断量很大，因此管材加工技术在工业生产中占有重要的地位，在管材加工技术中，切断和定尺是关键技术。随着科技的发展，各行各业对高质量管材的需求越来越大，大多数管材是通过盘成一捆的形式来进行售出，在实际下料时，需要调直，定尺切断。金属管的切割方法有很多，传统方式手工切断方式无法满足高效率高质量的企业需求，于是，相应配套的用于下料工作的高性能金属切管机应运而生，用于切割各式各样、各种材料的管材。表一列出了各种常用的管材切割方式。切割分类切割方法方法概述特点加工对象手工切割钢锯用人力以钢锯或滚刀和钢管的相对运动切断钢管操作十分方便，刃口不收缩、不易氧化，但是速度慢、效率很低、切口平正度不好多用于小批量、小直径钢管的切断滚刀切管器操作十分简单，刃口整齐，切割速度比较快，但是会产生缩口变形机械切割砂轮切割用高速旋转的砂轮片切割钢管砂轮切割效率高，可进行快速、准确地切割，切口有毛刺。通常用来切割切割57以下的管材便携式割管机用刀具与管材的相对运动来切断钢管体积小，便于携带，便于施工现场使用用于管径为32108的碳钢管、合金钢管等电动套丝机与滚刀切管器相同电动机代替人力，提高切割速度TQ型电动套丝机最大适用管径为150mm锯床与手工钢锯切断原理相同代替人力来对管材进行切断适用于大批量管材的切断热力切断氧气-乙炔焰切断用氧气-乙炔火焰切割适用于DN100以上的普通钢管和合金钢管的切断不适用于不锈钢管、铜管、铝管的切断等离子切断利用高温等离子电弧使工件切口处的金属局部熔化效率高，质量好，切口不易氧化等离子切断可用于氧气-乙炔焰不能切断的合金钢管表1 常用管材切断方式除了钢管切断工序，定尺工序也是关键工序之一，它的定尺精度决定了成品管材的长度精度。定尺装置在各种机械加工行业里被广泛应用于不同尺寸和材料的管材的定尺寸切割，根据客户的不同需求将管材切割成特定长度的成品。传统的定尺方式即是用度量工具进行划线度量，然后用切割工具进行切割，但是传统方法的精度低，效率低，质量差。现代的机械制造业的发展已经迫切需要一种高效精确的定尺方法。在各种管材中，邦迪管是一种独特的管材。邦迪管诞生于1920年至1940年的世界汽车工业大发展的二十年，各种新技术和新材料竞相诞生。当时很多的汽车制造商在寻求一种用来做汽车的制动管、燃油管的小直径金属管。这种管材需要具有一些特殊性能，以满足汽车制造工艺的需要：它必须像铜管易于弯曲且能够抗疲劳和耐高压。美国工程师哈里邦迪先生发明了一种新型管材，这种钢管就被称作邦迪管。与其他管材相比，有其独特的性能和特点。邦迪焊管又称铜焊钢管或双层卷焊管。它是用高精度镀铜钢带经专用轧机卷轧成型后送入还原性气氛的焊炉中，以双层管壁360结合面上的铜为钎料钎焊而成1。形成的管材不但可以提供光滑的连接，而且还抗震、耐腐、高寿命、抗裂性能好、具有高清洁度、高精度，能够达到极好的使用性能。邦迪管的生产工艺流程见图一1。图1 邦迪管生产流程图如图所示邦迪管的工艺流程是，高精度的优质冷轧低碳钢带经过开卷机开卷并测厚，使用低碳量的润滑油，使邦迪管内部十分清洁，到达轧机进行轧制成型，用飞剪方法对钢带进行剪切，涂黑漆之后送到钎焊炉中进行钎焊，最后经检验吹净到达矫直机进行矫直，继续检验探伤之后盘卷成型。1.2课题的依据和目的切管机是装备制造业的工作母机，是实现装备制造业现代化的重要标志，它在很大程度上代表着一个国家的科学水平、创新能力和综合实力2。在管材生产和机械制造的过程中，管材定尺切割机是用来按定尺的长度要求，将长钢管加工成所需要的坯料，可以满足下一道工序的生产要求的一种机器。在本文上述的切管方式中，如有用锯切、用车床切割、用砂轮切割、气焊切割、电火花切割、等离子切割等方法。然而，这些切割方法都多多少少地存在效率低、刃口质量差、人员劳动强度大等等的缺点。在用锯切割方法中，对能源和材料产生了大量的浪费，并伴随着很多锯屑的产生，定尺精度和切削精度也不够，还要经常对锯片进行更换，影响了加工效率。在以车削为加工方式时，加工会产生切屑，原材料的成品率低，耗能又费材料。以砂轮切割为加工方法时，高速旋转的砂轮片切割钢管会产生噪声和大量的切屑，对砂轮片也需要及时更换。在热力切割方式中，气焊切割方式利用金属在纯氧气中剧烈燃烧，会生成熔渣和放出大量热量的原理进行管材的切割。这种法会产生大量的烟，刃口质量粗糙、对材料浪费率很大。新的切割方式比如激光切割的方式是利用激光束释放的能量使管材熔化、蒸发的原理进行切割，精度很高但是相关的的激光切割设备的造价相当贵，同时效率也相对较低。综上所述，传统的钢管切割方法与当下企业对工艺过程高效率、高节能和高精度同时兼有的需求相符合，为了适应现代化生产的要求，切管机的生产过程应该达到以下要求： 达标，即切断后的坯料的尺寸精度、表面质量应达到所需要求； 高效，即工人的人为参与时间少，自动化程度高； 节约，即切削过程尽量少或无切屑、工具磨损程度小； 节能，即尽量减少切割过程的功率消耗；本课题需要设计的切管机的切管对象是邦迪管，邦迪管出厂之后，一般是放置在装料盘成捆售出，运到商家之后，商家需要按照客户的尺寸需要进行定尺切割，在切割时，除了要保证定尺的准确性、送料卸料的高效性，最关键的一点就是切口处的切割质量，刃口的切割质量关系到邦迪管应用于实际产品的安全性。本课题即针对切割邦迪管的要求开发一种节能、高效且自动化程度高的无屑定尺自动切管机。在自动化快速发展的今天，谁可以开发出自动化程度高，定尺精度高，切削精度、质量高的切管机，谁就可以在竞争激烈的市场上占有一席之地，本课题通过一系列方案提出讨论论证，筛选出最高效，质量最高的邦迪管切割方式，定尺方式，完成邦迪管路的定尺滚切机设计，本课题所设计的切管机与传统的切管机相比，有如下优点：精密切割，切割后邦迪管刃口毛刺很少、表面质量很高、全自动化、切割方法简单、效率高；定尺精度高。1.3国内外切管机发展概况机械工业的快速发展使自动化观念深入人心，在钢管切断领域也诞生了自动切管机。市面上有许多种切管机,根据加工方式的不同，可以分为冲压剪剪断式、车刀切断式、旋刀式、碾压式还有锯切式等等3。在切管机、纸管机、卷筒式纸分切机领域，日本属于第一梯队，无论在更新换代还是设备质量在世界上都是遥遥领先；韩国、新加坡等东南亚国家紧随其后；在欧洲，意大利对包装机械装备和相关设备的生产线的更新最积极。在切管机行业中，对关键零部件或者局部零部件的更新换代是维持竞争力的关键，通过更新换代来提高设备的价值和效率。近年来的这种发展趋势表明，切管机行业越来越向着标准化、系列化、组装化、综合化的方向发展。改革开放以来，我国的切管机工业虽然有了很大的进步，但与发达国家相比，还是有很大差距。当今我国切管机行业的状况是拥有量大，但是切管机的设备水平落后，低档设备多、高档的设备少、自动化程度低、效率低。而且我国并没有掌握高档的切割设备的关键技术，需要大量进口数控切管机设备，在发展速度上，落后于韩国、台湾等地区3，这一点严重制约了我国切管机行业的发展。中国工业设计协会理事长朱焘先生认为，中国切管机业若要实现升级的目标，一定不能忽视关键一环设计，工业设计就是创新的灵魂，而中国的工业设计领域相对来讲还是还较薄弱。“高档切管机与基础制造装备”是作为国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)中16个重大专项之一。而在国外，国外的切割机械主要向着便携式和精密数控切割机械方向发展，图2中是美国的艾默生公司设计生产的电动割管机，能够快速便捷地切割钢管等管材。配备快速方便的脚踏液压泵，切口干净整齐，无金属碎屑，结合轮附件可从事倒坡口作业4。图2 258型电动切管机另外，国外自动切管机更看重高速加工和高精度加工；全自动切管机被各行业应用，因此切管机被设计成可以实现多任务和多轴同时加工的模式；对机械设备与机器人进行集成，使应用范围更加广范，运动速度有了大幅提高，多种传感器配合工作，自动控制，自动反馈；全自动加工与监测的功能不断完善和发展，可实时获取加工过程中的状态信息，据此对机械设备的状态进行预测；采用最新的机床误差检测与补偿技术，与传统技术相比，可以提高大约3倍精度；刀具技术发展十分迅速，新型刀具能够满足加工时的平稳以及对抗振性能、切削性能的要求4。综上所述，我国拥有的切管机与国产切管机相比，有相当大的差距，因此我国的切管机行业必须创新改进，实现从根本上的升级改造。1.4本课题的意义及前景自动切管机在制造业中占有举足轻重的地位，因为自动切管机可以替代传统的手工生产，转换成自动化生产，大大提高了生产效率，劳动强度大大降低，产品质量已显着改善，以满足精度要求的产品。特别是在汽车制造业，石油，冶金和许多其他制造业，管材切割机具有自动送料机构已被广泛使用。自动切管机的出现，提高了企业的生产效率，降低了成本，为企业的快速发展提供了技术支持和保障，也创造了巨大的社会财富，为推动社会科技进步发展做出了很大的贡献。自动切管机的出现取代了过去手动切管机的低效率的传统切管方式，国内厂商改变了传统制造商思维，从供给端导向走向了需求端导向，更加贴近市场情况。与此同时，国家出台了一些系列政策鼓励自动切管机的发展，对于全自动切管机产业来说，是一个很好的发展契机。国民经济的高速发展使我国切管机行业保持了高速增长，切管机行业也保持了很高的出口量，国内的钢管切割机产业不论是在新机型的开发方面，还是在对成熟机型的应用方面都大有发展，形成了具有各种功能和高低不同档次的产品系列的局面。具有高效、快捷、精度高等特点的这些自动化和半自动化的切割机械，使得企业和工厂大大提高了工作效率，提高了产品质量，为企业创造了良好的效益。随着我国经济和科技的不断发展，对自动切管机的需求规模将日渐扩大，近几年切管机的市场份额上升相当快，成本价格的不断下降，也不断被中小企业所接受，全自动切管机将逐步进入多个市场领域，带来巨大的市场发展空间和发展潜力。高档切管机和高档的基础制造装备是实现工业现代化所需的设备。因此，加快提升我国的切管机设计与制造技术，缩短与国外的差距，任重道远，意义重大。因此，本课题研究设计的无屑定尺切管机具有重要的现实意义，将对我国高档切管机的技术创新产生促进作用。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 2.1本课题研究的基本内容本课题要设计一台邦迪管的定尺滚切机，邦迪管的定尺长度和内外径有一定范围，要有一定的通用性，使用滚切的形式进行管路的切割，必须要有高效且高质量的切割效果，实现自动化的邦迪管定长切割，本课题设计的切管机的主要思想是采用三片合金刀片以行星式旋切作为切割方式切割邦迪管;以三相电机、液压缸或气缸作为主要的执行元件;以机械定尺长度方式进行定尺操作，并与送料机构结合即实现定长切割。原始技术要求：调直最大速度40米/分管直径3.89.8mm切断长度200-2000mm切断精度0.5mm。 为实现上述邦迪管定尺滚切机的各项设定功能，本课题将切管机的设计任务分为以下几部分: 1.切管机调直机构结构和参数设计。设计专门的放料盘，根据相关文献和实际所给参数进行计算，确定调直辊的参数。2、进给和定尺装置结构和参数设计。完成机械式顶尺相关机构参数的确定，保证好定尺和夹紧送料的行程关系。3、切管装置装置结构和参数设计。此为关键的部件，做好切削力的计算和切削头的设计，传动设计和电机的选择，并完成关键轴的力的校核。4、机床电气设计。通过自动切管机，定尺送料机构设计，能够自动切管材料，切割完成上下料，自动送料，继续切割循环工作。可以达到传统的手工工作，投入批量生产，达到自动化生产，提高生产效率，降低劳动强度的目的。2.2本课题拟解决的主要问题1、调直部分：需要参考相关文献并结合所提供邦迪管的尺寸，确定什么样的调直辊适合邦迪管的调直；多大的调直辊可以完成邦迪管的调直；多大的调直力可以完成邦迪管的调直；如何调整调直辊调直间隙的量，以满足不同的管径的邦迪管的调直。2、定尺部分：如何设计机构使定尺机构与送料机构结合；如何设计伺服系统可以使定尺送料时机与滚切的时机相吻合；如何达到定尺切割的效果，保证尺寸精度。3、滚切部分：对滚切刀头进行怎样的设计可以实现切削主运动，进给运动和辅助运动；有几种切割、进给方案；如何简便地设计切割头可以产生无屑剪切的效果；如何合理地设计结构实现准确的运动模式，切管时的进给，滚切后的退出。以上都需要进行相关的原理论证和结构设计，强度校核。为了确定最佳方案,将多种方案进行认真分析、研究和比较。完成的工作主要是切管机中的切管刀头,定尺送料机构和矫直辊部分的设计.包括传动装置的设计和计算,其中有电动机的选择,传动方案的拟定,各轴的转速,功率和转矩的计算.在总体结构的设计中,其中有各轴尺寸的设计,各主要传动件的结构尺寸的设计.并且针对设计计算进行力的校核.应用得到的合理数据,绘制总体装配图,切管机和定尺送料部分的装配图.然后针对各主要基本件,绘制多张零件图。三、本课题拟采用的研究手段及途径3.1滚切原理无屑切割原理是利用金属材料的冷塑性变形实现对钢管的定长切断，其原理是金属的塑性变形。金属塑性变形指的是固体金属在外力作用下产生非断裂的永久变形的现象，又称金属范性形变。在众多方式的切管机中，刀旋式切管以其刃口质量好，断面粗糙度低的优点被广泛采用，刀旋式切割方法适用于一些对工件表面质量高、需要大批量精密生产钢管的场合，而其他方式的切管机由于有毛刺等表面质量问题无法达到切割邦迪管的要求。图3滚切原理为保证邦迪管在切割时不发生弯曲和为了提高切割效率，故采用管材不转、刀具旋转的方式。这里采用的无屑切削运动有以下三种运动：（1)主运动:滚切刀绕工件的旋转运动，即绕轴线的旋转运动;(2)进给运动:滚切刀旋转运动的同时沿工件径向挤入运动;(3)辅助运动:把工件夹紧，工件不动，滚切刀作旋转运动，碾压管壁，最终导致管壁塑性断裂采用三把刀同时切削，具备自动定心的作用，又可提高切削效率，使管材保持几何精度5。3.2邦迪管定尺滚切的总体设计方案图4 邦迪管定尺滚切机示意图本文所采用的如上图4所示，工人将邦迪管放入调直装置的调直辊中，由定尺装置夹紧，定尺装置推进到定位点，液压缸推动钢管进给到定位点，前卡头夹紧，后卡头松开，液压缸复位，定位装置复位；滚切刀进行滚切；滚切刀停止转动，拉断装置拉断。完成一次切断过程。如下图5所示。3.3机床结构组成部分机床结构主要由送料盘、机架、定尺送料料装置、调直装置、夹紧装置、滚切刀切断装置、拉断装置、接料装置、驱动装置、伺服液压系统等组成。3.3.1送料盘用于送料的接料架。3.3.2 机架机架分四部分组成：床身、送料导轨、拉断导轨。开始接料，完成一次切断固定调直辊定尺送料机构送料落至定位点夹紧装置夹紧邦迪管滚切刀滚切拉断装置拉断液压缸复位液压缸夹紧图5邦迪管定尺滚切机流程图3.3.3 调直装置调直装置是将送入的邦迪管拉直的装置。由多个平行调直辊组成，并有可以调节调直间隙的螺纹副。3.3.4定尺夹紧送料装置定尺送料装置置于调直装置后，由液压系统控制前进的距离和夹紧力，后卡头夹紧邦迪管，液压缸推动装置带动邦迪管进给时，定位装置的液压系统推动定位杆顶端圆盘至定位点，待工件进给完毕，液压系统复位。市面上大概有两种定尺方式，机械定尺和基于伺服系统的非定长定位方法，就是调整在定尺杆上的可调限位挡块至切割刀片之间的距离来实现定尺的一种方法。图6是机械定尺在切割机上应用的工作原理图。图6机械定尺伺服系统的定位方法，在图中，步进电机通过丝杠螺母副传动结构推动固定在移动平台上的液压缸4。图7基于伺服系统的定位方法夹紧装置固定在拉断箱体上，由油缸、夹紧模具架，清屑喷嘴、夹紧模具等组成，用于切断时固定铜管。夹紧装置的夹紧模具的材质及技术要求与定尺送料装置内夹紧模具相同。拉断时铜屑会散落在上、下夹紧模接合面处，影响夹紧效果，模具侧面置一吹屑风嘴，由电磁阀控制，夹紧模每松开一次喷一次风清理铜屑。要定期用喷枪彻底清除装置内铜屑。3.2.5 滚切装置该装置为在一个刀盘上安120放置三把滚切刀，在夹紧装置夹紧后，同时进行旋转和进给运动，实现无屑切断的效果。 3.2.6 拉断装置拉断装置与定尺送料装置的结构大体相同，用于切断后的拉断操作，实际为一夹紧装置，不过固定在导轨上，可以进行横向运动。3.2.7 卸料装置卸料装置配合切断装置上下运动，当切断完成后，卸料口随之下降卸料，切断完成，卸料口复位，作为接料架。3 研究工作进度 14周1、调研切管机市场；2、查切管机和邦迪管的资料；3、切管机的总体和部件方案设计；4、完成文献综述与开题报告。58周1、画总体设计（草图）、部件设计（草图）；2、调直部分、滚切部分、定尺夹紧部分力的校核和尺寸计算。912周用电脑绘制总装图、部件图。1316周1、设计冷却系统；2、绘制典型的零件图；3、翻译外文文献、编制设计说明书。17周设计评审，答辩准备五、 主要参考文献1邦迪管制造技术.国外汽车2 陈小川等.虚拟制造技术研究概况综述J.机械制造,1998(12):183 李兆峰等.刀旋式切管机切管运动实现方法综述.机械工程师，2016年6期4陈波扬.一种全自动割管机的研制.浙江大学硕士论文.2011.115刘君.行星式数控无屑切管机的研究.2012.02.206 吕立华主编.金属塑性变形与轧制原理.化学工业出版社.2007. 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