全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)設(shè)計(jì),全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)設(shè)計(jì),全自動(dòng),薄壁,不銹鋼管,冷彎機(jī),設(shè)計(jì) 大大連大大學(xué)學(xué)2017屆屆學(xué)學(xué)生生畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì))中中期期檢查表表題目全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)設(shè)計(jì)（二）指導(dǎo)教師吳蒙華職稱教授學(xué)生姓名陳強(qiáng)富閱讀文獻(xiàn)數(shù)19初稿完成時(shí)間2017-05-19工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好 一般較差 工作進(jìn)度快 按進(jìn)度進(jìn)行慢 任 務(wù) 書有開題報(bào)告有中期工作結(jié)論優(yōu)調(diào)整情況無教研室主任意見同意教研室主任(簽名)：吳蒙華日期：2017-05-11學(xué)院意見同意教學(xué)院長(簽名)：吳蒙華日期：2017-05-11 題目名稱： 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī) 總 計(jì)：畢業(yè)論文 ： 23 頁 表 格 ： 2 表 插 圖 ： 13 幅 指導(dǎo)教師： 吳蒙華 評 閱 人： 秦力舒 完成日期： 2017 年 5 月 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） I 摘 要 薄壁不銹鋼管被大量應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)，而隨著工業(yè)發(fā)展的 進(jìn)步，對不銹鋼管的質(zhì)量 要求越來越高，相應(yīng)的對最易引起管材質(zhì)量問題的彎處 提出了更高的要求。 本文設(shè)計(jì)的 全自動(dòng)彎管機(jī)主要作用就是解決管材彎曲質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。該裝置 以液壓系統(tǒng)為基礎(chǔ) ，同時(shí)輔以 PLC控制技術(shù)，為彎管的可靠性提供支撐。整個(gè)裝置中穿芯機(jī)構(gòu)、彎管機(jī)構(gòu) 為設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 穿芯機(jī)構(gòu)中芯珠的形狀、珠之間的連接方式將極大的影響彎管質(zhì)量，因此 采用高強(qiáng)度材料制作芯珠，鏈條式的連接來解決管材彎制過程中芯棒隨管材一同彎曲的 問題。彎管機(jī)構(gòu)采取繞彎的方式，在液壓缸作用下被壓緊，最后液 壓馬達(dá)帶動(dòng)模盤轉(zhuǎn)動(dòng) 進(jìn)行彎管。 為滿足范圍角度及管材直徑的彎管需要，模盤、芯珠等零件可隨管材不同而 相應(yīng)更換。使用該彎管機(jī)進(jìn)行彎管能明顯提高生產(chǎn)效率與彎管質(zhì)量， 與傳統(tǒng)管材彎曲機(jī) 械相比具有明顯的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞： 薄壁不銹鋼管；回轉(zhuǎn)裝置；全自動(dòng)；冷彎 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） II ABSTRACT Thin-walled stainless steel tube is widely used in modern industry, and with the progress of industrial development, the quality of stainless steel tube of the increasingly high demand, corresponding to the most easy cause of bend pipe quality problem put forward higher requirements. The main function of the automatic pipe bending machine designed in this paper is to solve the problem of unstable quality of pipe bending. The device is based on hydraulic system and is supplemented by PLC control technology to provide support for the reliability of the bend. The core penetrating mechanism and the bent pipe mechanism are the key points in the design of the whole device. Connection between coring mechanism in core bead shape, bead will affect the bending quality greatly, so the production of high strength material core beads, connecting chain type to solve the mandrel tubing bending process with pipe bending problems together. Take the way of bending pipe bending mechanism, is pressed under the action of the hydraulic cylinder, the hydraulic motor drives the mold disc rotating pipe.In order to meet the angle of the pipe and the diameter of pipe, the parts can be replaced by different pipes. The bending tube can obviously improve the production efficiency and the bending quality, which is obviously superior to the traditional pipe bending machine. Key words: thin wall stainless steel tube; rotary device； automatic; cold bending; 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） III 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 1. 緒論 . 1 1.1 課題的背景 . 1 1.2 本課題的研究內(nèi)容 . 1 1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨 勢 . 1 2.彎管機(jī)構(gòu) . 2 2.1 彎管方式對比 . 2 2.2 彎管結(jié)構(gòu)分析 . 5 2.3 校核與計(jì)算 . 5 3.卸料機(jī)構(gòu)及機(jī)架 . 7 3.1 卸料機(jī)構(gòu)方案對比 . 7 3.2 卸料結(jié)構(gòu)分析 . 8 3.3 機(jī)架設(shè)計(jì) . 8 4. 液壓及 PLC 控制系統(tǒng) . 10 4.1 液壓系統(tǒng)簡介 . 10 4.2 彎管液壓系統(tǒng)組成 . 10 4.3 液壓元件的選擇 . 11 4.2 PLC 控制系統(tǒng) . 13 總結(jié) . 16 致 謝 . 17 參考文獻(xiàn) . 18 附錄 1： 外文譯文 . 19 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 1 1. 緒論 1.1 課題的背景 全自動(dòng)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?shù)拳h(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(dòng)彎曲，發(fā)展至今已多半自動(dòng)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。 機(jī)械行業(yè)用管一般較為小型化、薄壁化，此前生產(chǎn)加工小型薄壁 彎管時(shí) 需要工人 進(jìn)行 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) 人力物力， 漸漸不 能滿足需求量突增的市場需要 ，迫切需要更高級(jí)的彎管設(shè)備 。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(dòng)控制系統(tǒng)、減少操作環(huán)節(jié)形成了 新一代全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī) 。 1.2 本課題的研究內(nèi)容 本課題主要研究的是 如何 設(shè)計(jì)彎管、穿芯、卸料等機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及 實(shí)現(xiàn) 彎管機(jī)的全 自動(dòng)化，同時(shí)滿足 對彎管精度的要求。 為滿足不同市場需求，要求整機(jī)能實(shí)現(xiàn)一定直徑 和彎曲角度范圍內(nèi)管材的彎曲，因此類似于彎管模盤等結(jié)構(gòu)需要能實(shí)現(xiàn)可更換，這要求 彎管機(jī)的可操作性高，更換部件時(shí)便利性高。大致上 由一個(gè)液 壓站 作為全機(jī)的 動(dòng)力來源， 分別作用于彎管 ， 卸料 ， 穿 、 抽芯機(jī)構(gòu)， 使用 PLC對彎管機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制。 1.3 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 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、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 5。 彎管所采用的動(dòng)力也由早期的人力彎管轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌煽縿?dòng)力，例如液壓彎管、氣動(dòng)彎管、 電力驅(qū)動(dòng)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。 而未來，彎管機(jī)將以全自動(dòng)的形式出現(xiàn)， 信息化的幾天 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(dòng)化、智能化方面 長足進(jìn)步。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 2 2.彎管機(jī)構(gòu) 2.1 彎管方式 對比 傳統(tǒng)彎管工藝按加工形式不同主要分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎幾大類；隨 著技術(shù)進(jìn)步當(dāng)今也出現(xiàn)新的彎管技術(shù)，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。 下面 簡單介紹一些常見的彎管方式 。 2.1.1 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(dòng)和機(jī) 動(dòng)兩類：手動(dòng)彎管只能加工簡單的小管，耗費(fèi)人力；機(jī)動(dòng)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 。 圖 2.1 繞彎示意圖 1-壓塊 2-芯棒 3-夾持塊 4-模盤 5-管材 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 3 2.1.2 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(dòng)管材，兩相配合 之 下使管材前段彎曲。 圖 2.2 芯棒式熱推彎彎管原理 1-彎頭 2-加熱爐 3-加熱點(diǎn) 4-擴(kuò)張芯頭 5-支撐架 6-芯棒 7-管材 8-推板 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。 圖 2.3 型模式冷推彎 1-壓柱 2-導(dǎo)向套 3-管材 4-彎曲型模 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 4 2.1.3 壓彎 壓彎是利用凹、凸模的共同作 用，使管材隨凸模運(yùn)動(dòng)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。 圖 2.4 V形壓彎原理 1-凸模 2-管材 3-擺動(dòng)凹模 2.1.4 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(dòng)輥輪對管材滾動(dòng)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。 圖 2.5 三輪輥彎 1、 2、 3-輥輪 4-管材 2.1.5 拉彎 利用圓模旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)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。 圖 2.6 旋轉(zhuǎn)拉彎 1-模盤 2-防皺模 3-管材 4-芯棒 5-夾緊模 6-壓緊模 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 5 2.2 彎管 結(jié)構(gòu)分析 圖 2.7 彎管機(jī)構(gòu)示意圖 1-液壓馬達(dá) 2-旋轉(zhuǎn)模盤 3-管材 4-壓料液壓缸 5壓緊液壓缸 6-壓緊旋轉(zhuǎn)支架 該彎管方式 使用旋轉(zhuǎn)拉彎技術(shù) 。管材由下料機(jī)構(gòu)放入指定位置， 壓緊液壓缸將管材 壓緊在圓形模 盤上，同時(shí)壓料液壓缸將壓料臂推至指定位置。液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)模盤、 壓緊 旋轉(zhuǎn) 支架共同旋轉(zhuǎn)，由于管材 管頭 被壓緊在模盤上， 管尾被壓料 液壓缸阻擋， 管材 將 隨模盤共同 旋轉(zhuǎn)從而達(dá)到彎曲的目的。 2.3 校核與計(jì)算 2.3.1 液壓馬達(dá)軸校核 受力圖如下 圖 2.8 主軸受力圖 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 6 實(shí)際工作中液壓馬達(dá)受力復(fù)雜，校核是取主要受力進(jìn)行計(jì)算，簡化后旋轉(zhuǎn)軸主要受 扭矩及彎矩作用， 如圖 2.8則最大彎扭截面為軸中心點(diǎn)。 其中 扭矩 T=1219N.m F=7170N 則 彎矩 M=FL=28.68N.m 取 M=287N.m 軸直徑 D=50mm 扭轉(zhuǎn)脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取 =0.5。 計(jì)算 得 ca= = 2+()2 =287000 2+(0.51219000)2 0.1503 =53.9 MPa （ 2.1） ca-1=60 MPa 所以安全。 2.3.2 模盤 、液壓缸 緊固螺栓校核 模盤上有 4枚 緊固螺栓 受壓料液壓缸施加力而產(chǎn)生剪力 ， 由壓緊液壓缸可計(jì)算出 F=7170N 螺栓直徑 D=25mm 得出 = = 71704 4(2510 3)2 =11.5Mpa （ 2.2） 緊固螺栓 材料為 Q235 碳素鋼取 = 220Mpa，考慮抗疲勞、抗斷裂、工作重要 性、磨損等 條件分別選取安全系數(shù) 如下： S1=2； S2=3; S3=1.2； S4=1.2； 則 有 S= S1 S2 S3 S4=8.64 （ 2.3） 根據(jù)第三強(qiáng)度理論有 max = 2=110Mpa （ 2.4） max時(shí)材料出現(xiàn)屈服，結(jié)合安全系數(shù)，得出 =max =25.5Mpa 所以安全。 液壓缸 共 用 8枚螺栓 連接，所受受剪力 同樣由液壓缸推力產(chǎn)生，所以 F=7170N 選取 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸 有 D=28mm 所以 = = 7170 84(28103) 2 =1.5Mpa （ 2.5） 所以安全。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 7 2.2.4 鍵的校核 由于負(fù)載較大，普通平鍵不能承受，故選 采用 花鍵連接 的液壓馬達(dá)進(jìn)行彎管 ， 其中 鍵的參數(shù) 如下 ： 尺寸： 8 36 40 7mm 動(dòng)連接校核公式 (單位均為毫米 )： P= 2000 P （ 2.6） 載荷分布不均系數(shù)，與齒數(shù)有關(guān)，一般取 =0.7-0.8，此處取 =0.7 z 花鍵齒數(shù)： z=8 l 齒工作長度， 取 l=40mm h 花鍵齒數(shù)工作高度，矩形花鍵， h=2 -2C,D 為花鍵大徑， d 為花鍵小徑， C 為 倒角尺寸 ,其中 C=0.2mm dm 花鍵的平均尺寸，矩形花鍵， dm=+2 帶入數(shù)據(jù)有 P= 200015780000.78401.638=0.23Mpa 查花鍵連接取許用應(yīng)力 P=5Mp PP 所以所選鍵的強(qiáng)度滿足求。 3.卸料機(jī)構(gòu)及機(jī)架 3.1 卸料機(jī)構(gòu)方案對比 3.1.1 曲柄滑塊 夾持機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng) 時(shí) 實(shí)現(xiàn)卸料移動(dòng)，末端連接夾持機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)卸料夾持。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便； 缺點(diǎn)：整體結(jié)構(gòu)尺寸太大，不易與其它機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)安置。 3.1.2 液壓缸 夾持 機(jī)構(gòu) 液壓缸 實(shí)現(xiàn)卸料來回運(yùn)動(dòng)，末端 同樣使用液壓缸 實(shí)現(xiàn)卸料夾持。 優(yōu)點(diǎn)：可以將液壓缸與夾持端復(fù)合安放，節(jié)約空間，在使用液壓站供能情況下 該系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單，性能可靠； 缺點(diǎn)： 需要兩個(gè)液壓缸， 支撐板結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生產(chǎn)較為困難 。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 8 3.1.3 機(jī)械手 機(jī)械手 是 機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，能夠接受命令， 精確定位到三維或二維空間上的某點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)，各行業(yè)應(yīng)用廣泛。 優(yōu)點(diǎn)：位置精度高，通用性強(qiáng)，工藝性好， 缺點(diǎn)：造價(jià)高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。 綜上所述，選擇方案二液壓缸加持機(jī)構(gòu)，可以很方便的與整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)工 作，造價(jià)低，不用額外增加復(fù)雜機(jī)構(gòu)。 3.2 卸料 結(jié)構(gòu) 分析 圖 3.1 卸料機(jī)構(gòu)簡圖 1-機(jī)架支撐板 2-卸料支撐板 3-卸料爪液壓缸 4-卸料爪 5-頂出螺釘 6-管材 7-旋轉(zhuǎn)模盤 8-液壓馬達(dá) 9-卸料液壓缸 10卸料滑槽 以兩個(gè)液壓缸為基礎(chǔ)，一個(gè)抓取管材，另一個(gè)實(shí)現(xiàn)卸料移動(dòng)。 管材完成 彎曲 之后將 由與芯棒 液壓缸 連接的頂出支架頂出，同時(shí)卸料爪在卸料液壓缸的帶動(dòng)下進(jìn)行抓取運(yùn)動(dòng) 。 卸料爪抓緊管材后卸料液壓缸運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng) 卸料支撐板到達(dá)指定位置后卸料爪 松開 ， 與此 同時(shí)同時(shí) 在頂出螺釘?shù)淖饔?下 成型管材掉落到成品收集區(qū)。 3.3 機(jī)架設(shè)計(jì) 3.3.1 機(jī)架設(shè)計(jì)要求 機(jī)架是整個(gè)彎管機(jī)的基礎(chǔ)部分，承載其余所有結(jié)構(gòu)，一般來說因?yàn)槠溆嘟Y(jié)構(gòu)布局等 一些列原因?qū)е聶C(jī)架尺寸偏大，為了保證整機(jī)在工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)、變形等情況一般 對機(jī)架設(shè)計(jì)有如下要求： 1. 有足夠剛度 及 剛度質(zhì)量比 ； 2. 優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性； 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 9 3. 不易產(chǎn)生熱變形； 4. 安全性高，便于制造安裝。 3.3.2 工作面板 彎管機(jī)工作面由 鋼板構(gòu)成。壁厚由外壁當(dāng)量尺寸 C 決定： C= 2+3 （ 3.1） 式中 床身長、寬、高 分 別為 L=1.9m B=0.75m H=0.9m 帶入數(shù)據(jù)有 C=1.812 查表 可知床身厚度為 15mm 3.3.2 機(jī)支撐結(jié)構(gòu) 支撐立柱采用空心鋼管 ， 使用時(shí)焊接到工作面板相應(yīng)位置即可。為保證立柱不歪 斜 移位，在底部、中部用薄鋼板將各立柱連接起來，與平面接觸處焊接斜 鋼板 進(jìn)行穩(wěn)定 支撐。該機(jī)架結(jié)構(gòu) 方式 節(jié)約材料 ，方便安裝。 初步估算大致有整機(jī)工作面及其上各部件 總重量為 300-400kg，取 400kg進(jìn)行校核， 為保持平衡整個(gè)裝置平衡及承重，采用 8 根空心方管支撐。截面如圖 3.2 所示。 圖 3.2 立柱截面圖 得出 = = 4001074.561042=1.25Mpa （ 3.2） 立柱采用 45 鋼，查表許用應(yīng)力為 =160Mpa 滿足要求。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 10 4. 液壓及 PLC 控制系統(tǒng) 4.1 液壓系統(tǒng)簡介 液壓傳動(dòng)是以液體作為介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。他具有一些列明顯的優(yōu)點(diǎn)， 例如可以傳遞大功率、快速響應(yīng)、無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 、易實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)等 。 而自動(dòng)化、回轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)就是本設(shè)計(jì)中彎管機(jī)所需要的重要特性。 4.2 彎管液壓系統(tǒng)組成 液壓原理圖如圖 4.1 所示 圖 4.1 液壓系統(tǒng)原理圖 整套液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件 主要 由五 個(gè)單向液壓缸，一個(gè)雙向液壓缸，一個(gè)液壓擺動(dòng) 馬達(dá)構(gòu)成 ，再輔以其它輔助元件，例如電磁換向閥、順序閥等 。壓料缸用于 保持管材旋 轉(zhuǎn)時(shí)管尾處于固定位置，并且末端的導(dǎo)向輪 在管材彎曲前進(jìn)的過程中 能減少管材與壓料 機(jī)構(gòu)的摩擦受力，減小管材損傷；壓緊缸將管材壓入彎曲模盤中，保證彎管時(shí)管材始終 固定于彎管模槽內(nèi)；卸料爪缸在卸料時(shí)抓取彎曲后的管材，待抓取動(dòng)作完成后卸料缸運(yùn) 動(dòng)將管材移出到指定位置，完成卸料； 上料缸在管材落下過程中將管材推送如預(yù)定位置 進(jìn)行上料； 芯棒缸為雙向液壓缸，其中一個(gè)方向驅(qū)動(dòng)芯棒實(shí)現(xiàn)對棺材的穿芯、抽芯，另 一個(gè)方向安裝有頂出支架，在抽芯的同時(shí)將 卡入模盤的管材 頂出以實(shí)現(xiàn)卸料爪對彎曲管 材的抓取行動(dòng)；液壓馬達(dá)為單葉片擺動(dòng)馬達(dá)，能實(shí)現(xiàn) 180角內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為管材彎曲 提供動(dòng)力。 為了整個(gè)彎管過程更加可靠，液壓馬達(dá)、 壓料缸、壓緊缸、卸料爪缸都有液壓鎖， 在達(dá)到預(yù)定位置后液壓缸將被鎖緊，減少壓力損失，使動(dòng)作更加平穩(wěn)可靠。為了實(shí)現(xiàn)彎 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 11 曲不同管材的目的，在各處液壓缸回路中都有采用單向節(jié)流回路。這樣可以便捷的調(diào)整 回路速度，滿足不同管材彎曲所需。 在彎管和穿芯兩處要求較高的液壓回路中做了特別處理。 彎管液壓馬達(dá)采用二級(jí)回 油調(diào)速回路，極大的增強(qiáng)了負(fù)載能力，并且工作速度平穩(wěn)、沖擊小。在開始彎管階段為 提高彎管質(zhì)量，可以采用慢速彎管，這樣可以極大的提高實(shí)際彎管與設(shè)定彎管的相似度。 芯棒液壓缸處采用節(jié)流、卸荷兩 種回路，該方式可以使芯棒在回退過程中拉平部分彎曲 褶皺，提高彎管質(zhì)量。 動(dòng)作順序表 如下： 表 4.1 彎管動(dòng)作順序表 動(dòng)作名稱 電動(dòng)機(jī) M 電磁鐵 YA14 YA15 YA16 YA17 電機(jī)啟動(dòng) + 慢彎 + + + 快彎 + + + 回退 + + 4.3 液壓元件的選擇 4.3.1 液壓馬達(dá)的選擇 由于是范圍彎管，以最大載荷為選擇基準(zhǔn) 。 彎管 參數(shù) 如下 ： 管材 最大直徑 ： D=100mm 彎管 中性層 曲率半徑： =120mm 管材壁厚： 1mm 管材材料： 304 不銹鋼 管材 抗拉強(qiáng)度 ： 520Mpa； 管材 條件屈服強(qiáng)度 ： 0.2 205Mpa 使不銹鋼管彎曲成形，產(chǎn)生塑性變形取 =450Mpa 彎曲強(qiáng)度計(jì)算 如下 ： 彎管力矩 M = W3 （ 4.1） 抗彎截變模量 w= 332(14) （ 4.2） 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 12 式中 = （ 4.3） 帶入數(shù)據(jù)有 W=2.51033 M=1219 N.m 取液壓缸效率 = 0.8 實(shí) = = 12190.8 =1523N.m （ 4.4） 根據(jù)所需扭矩查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版） 成大先編。 以下簡稱手冊表 21- 5-108選擇液壓缸規(guī)格如下： 型號(hào)： YMD700 擺角： 180 排量： 700mL/r 額定壓力： 14Mpa 內(nèi)泄露量： 650mL/min 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 571 N.m 額定轉(zhuǎn)矩： 1578N.m 花鍵連接： 8 36 40 7mm 滿足彎管最大轉(zhuǎn)矩要求。 4.2.2壓緊液壓缸選擇 因?yàn)?M=FL L=0.17m M=1219N.m 則 有 F=7170N 取液壓缸效率 = 0.8 實(shí) = =8962.5N 按經(jīng)濟(jì)適用原則選取輕型拉桿式液壓缸查手冊表 21-6-87選取液壓缸規(guī)格如下： 型號(hào)： WYX0170L-LB50C25 額定工作壓力： 7Mpa 最高允許壓力： 10.5Mpa 允許最高工作速度： 0.5m/s 使用溫度： -10-80 缸徑： 50mm 活塞缸徑： 22mm 推力 13.71kN 拉力： 10.92kN 壓料力與壓緊力相同，選擇同規(guī)格液壓缸。 同理合理選用其余液壓缸。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 13 4.2 PLC 控制系統(tǒng) 4.2.1 控制 系統(tǒng) 簡介 控制系統(tǒng)采用可編程 控制器 PLC。 PLC 主要由中 央處理器、處理器、輸入輸 出接口電路、通信接口、電 源等部分組成。 是專門在工 業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)的控制裝置， 具有功能強(qiáng)、可靠性高、程 序設(shè)計(jì)簡單、修改方便等優(yōu) 點(diǎn)。選取最常用的三菱公司 FX2N-48MR控制器，控制器的 作用是控制液壓系統(tǒng)的電 磁閥得電 失電。 4.2.2 控制系統(tǒng)順序圖 順序功能圖是用來表 達(dá)順序控制過程的程序，簡 稱功能圖。是一種說明性語 言，可以完整的描述控制系 統(tǒng)的工作過程、功能和特 性。特別對于復(fù)雜的控制系 統(tǒng)而言系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系復(fù)雜， 直接編程難度大，可讀性 差。 順序功能圖主要由步、有向 連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng) 圖 4.2 順序圖 作組成。 彎管機(jī)的控制系統(tǒng) 順序圖如圖 4.2所示。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 14 續(xù)圖 4.2 順序圖 4.2.2 控制系統(tǒng)梯形圖及代碼 梯形圖是目前應(yīng)用最為廣泛的 PLC編程語言。是以電氣控制系統(tǒng)圖為基礎(chǔ)演化而來 的。它將電氣圖中的接觸器、繼電器等變成簡化符號(hào)，具有形象、直觀 和實(shí)用的特點(diǎn)。 以彎管機(jī)構(gòu)為例， I/O 分配及梯形圖分別如下 ： 表 4.2 I/O地址分配表 X0啟動(dòng)開關(guān) Y0 泵啟動(dòng) M0 Y1 慢彎電磁閥 YA17 Y2 彎管前進(jìn)電磁閥 YA16 Y3 彎管后退電磁閥 YA15 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 15 代碼如下 及梯形圖如下 ： DL X0 OR Y0 ANI T2 OUT Y0 LD YO OUT T0 K30 LD T0 OUT T1 K70 LD T1 LD T1 OUT T2 K100 LD Y0 ANI T0 OUT Y1 LD T0 ANI T1 OUT Y2 LD T1 ANI Y2 OUT Y3 END 圖 4.2 彎管動(dòng)作 PLC控制梯形圖 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 16 總結(jié) 本文對全自動(dòng)薄壁不銹鋼管的結(jié)構(gòu)，用途做了較為詳細(xì)的論述。在彎管機(jī)構(gòu)、卸料 機(jī)構(gòu)、機(jī)架設(shè)計(jì)方面給出了詳細(xì)的方案。對于主要的零部件進(jìn)行受力校核以保證設(shè)計(jì)的 可行性。整套機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)的方式進(jìn)行能量傳遞， PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制。 主要得出以下結(jié)論： 1. 綜訴了彎管機(jī)的背景、發(fā)展現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)的目的及必要性等； 2. 簡單介紹傳統(tǒng)彎管工藝，對比卸料機(jī)構(gòu)的組合方式及優(yōu)缺點(diǎn)最后 分析得出彎管 機(jī)構(gòu) 、卸料機(jī)構(gòu) 的詳細(xì)方案 ； 3. 結(jié)合實(shí)際情況得出機(jī)架的設(shè)計(jì)方案； 4. 主要零部件的校核； 5. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，液壓元件的選取； 6. 控制系統(tǒng)的簡單設(shè)計(jì) ; 7. 具體的 零件圖及裝配圖。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 17 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性較高的工作，整個(gè)設(shè)計(jì)過程就是將之前學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行融合。 在這個(gè)過程中查找了很多資料，也得到了很多幫助。首先要感謝吳蒙華老師的細(xì)心指導(dǎo)， 在每次答疑的過程中老師都會(huì)幫助我解決很多設(shè)計(jì)上的問題，并告訴我怎么查找資料， 怎么合理布局。在細(xì)節(jié)上老師會(huì)指出不足指出，引導(dǎo)我找出最佳的方式。其次要感謝一 起做畢設(shè)的同學(xué)們，特別在文獻(xiàn)翻譯方面給了我很大的幫助，為我指出了很多語序，專 業(yè)詞匯翻譯不當(dāng)?shù)膯栴}。在說明書寫作過過程中告訴我一些實(shí)用的技巧，提高書面的美 觀、整潔程度。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 18 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 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Materials and Manufacturing Processes,2016,31(8):979-988. 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 19 附錄 1： 外文譯文 3.3 水壓法的技術(shù)要素 3.3.1 耐壓栓 一般情況下用金屬制的蓋子與鋼管焊接起來，或者 在鋼管的端部插入螺釘、螺栓的方法，但是生產(chǎn)性方面 存在一定的問題。 對于化學(xué)機(jī)械等的高壓容器制造公司，為了確認(rèn)鋼 管的焊接品質(zhì)，用耐壓栓進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)。這個(gè)耐壓栓的 原理是與外部連接防止鋼管徑向擴(kuò)張，并且利用爪子楔 子的效果，防止內(nèi)徑擠壓 或發(fā)生竄動(dòng)，借此來封閉內(nèi)部 填充物，也容易應(yīng)對接下來的自動(dòng)化要求 （圖 9） 。 采用這個(gè)機(jī)構(gòu)可以有效地防止空氣的混入。使用透 明的亞克力管，水填充時(shí)可以分辨出有無空氣殘留。這 樣做的結(jié)果是把管子豎直放置時(shí)可以分辨出鋼管上部 的耐壓栓附近有無空氣聚集 。在聚集處的上部設(shè)計(jì)一個(gè) 排氣孔，可以確保沒有空氣在管子內(nèi)部殘留 （圖 10） 。 3.3.2 水壓泵 彎曲加工中發(fā)生封 條破損時(shí)，為了最大限度地減小 水的飛濺，在高壓時(shí)流量減少且容易控制的水泵比較合 適，本設(shè)備采用以柱塞作為動(dòng)力源壓縮空氣的水泵（圖 11）。氣壓在 0.5Mpa 時(shí)最大水壓為 20Mpa（圖 12） 。 3.3.3 壓力的控制 水壓法的加工中由于鋼管的彈性變形和塑性變形 導(dǎo)致體積變大壓力減小，所以控制壓力一定是必要的。 所以在鋼管入口處需要一個(gè)裝置可以檢出壓力且與設(shè) 定壓力不同時(shí)，可以控制調(diào)整驅(qū)動(dòng)壓力，重新調(diào)整水壓。 （圖 13） 。 出于作業(yè)安全，對于本裝置應(yīng)該做出如下控制： (1)鋼管內(nèi)部注水后沒有殘留。注水時(shí)如果出現(xiàn)水泵 入口有氣泡殘留應(yīng)立刻停止，并且水泵出口處感 知 不到氣泡后在規(guī)定時(shí)間后停止注水。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 20 （ 2）避免迅急地加壓。為了防備封條密封不嚴(yán)，最大限度地減小水的飛濺，朝著目標(biāo)壓 值階段性地升壓。 （ 3）升壓時(shí)，鋼管內(nèi)無空氣殘留。因?yàn)橛锌諝庠诠軆?nèi)殘留時(shí)升壓時(shí)間會(huì)變長，所以要停 止并用時(shí)檢查。 （ 4）升壓后，耐壓栓松弛，鋼管龜裂等發(fā)生時(shí)的對策。壓力急劇下降并伴隨送水量增 加，水泵的脈沖數(shù)增加，檢查結(jié)果異常時(shí)停止作業(yè)。 3.4 水壓法測試機(jī) 為了確定以上的技術(shù)要素，利用單一發(fā)生機(jī)制作了試驗(yàn)機(jī)。（圖 14） 3.5 彎曲加工步驟 最初的 水壓設(shè)定為鋼管材料屈服應(yīng)力的一半，本裝置的加工步驟如下所示： （ 1）在鋼管上安裝耐壓栓，注水直到無氣泡后確認(rèn)沒有水漏出； （ 2）把鋼管安裝到彎管機(jī)上并設(shè)定水壓后，開始彎管加工； （ 3）把鋼管取下，打開耐壓栓排水。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 21 3.6 測試結(jié)果 用測試機(jī)彎曲了上述 YZF 系列比賽用鋼管后，結(jié)果是用以前的方法難以加工的鋼 管，現(xiàn)在不會(huì)產(chǎn)出有褶皺、裂紋等不合格的產(chǎn)品，并且截面偏平率（ =最小外徑 /公稱外 徑）比以前（ 93%）上升到了（ 96%），保證了產(chǎn)品的品質(zhì)（圖 15）而且彎曲加工的條 件確定，試加工的鋼管數(shù)是平時(shí)的幾分之一就夠了，很容易完成測試。 4 量產(chǎn)設(shè)備的開發(fā) 4.1 量產(chǎn)設(shè)備的更新、改良項(xiàng)目 實(shí)現(xiàn)彎管機(jī)同時(shí)彎曲的改造，對 于主要的新設(shè)備、改良項(xiàng)目進(jìn)行說明。 （ 1）新建密封注水機(jī) 往鋼管上插入耐壓栓后，螺母經(jīng) 流道自動(dòng)擰上、改造的水泵提前 注水， 這時(shí)，若超出規(guī)定的扭矩、 規(guī)定的擰緊力的話，警報(bào)鈴響停 止工作。 （ 2）新建高壓供水配管的自動(dòng)除水 泡機(jī)注水后，供給高壓水時(shí)應(yīng)保證沒有氣泡。本裝置啟動(dòng)時(shí)，安裝定期除水泡機(jī)。 （ 3）耐壓栓的使用回?cái)?shù)記憶電路 一臺(tái)機(jī)器需要使 用多個(gè)耐壓栓。這套裝置可以記憶每次生產(chǎn)的次數(shù)，管理消耗品（墊 片等）的壽命，提高了設(shè)備的保全性。 （ 4）耐壓栓構(gòu)造的改良 實(shí)施復(fù)數(shù)回的彎曲加工，需要在耐壓栓安裝后，鋼管的一端保持、前進(jìn)、扭轉(zhuǎn)等動(dòng) 作順利進(jìn)行。這里對另一側(cè)安裝在彎管機(jī)上的耐壓栓進(jìn) 行改造，并且外部連接增強(qiáng)，更 容易自動(dòng)化地安裝、搬運(yùn)鋼管的耐壓栓 （圖 16） 。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 22 4.2 量產(chǎn)設(shè)備摘要 采用以上改良項(xiàng)目，為了提高安全性、減 輕工作壓力、少人化、采用運(yùn)輸機(jī)器人來進(jìn)行 搬運(yùn)，工人則把鋼管的焊接線作為彎曲內(nèi)側(cè)將 鋼管安裝在加工工位上并按下啟動(dòng)開關(guān)。之后 的一系列工程均自動(dòng)完成，彎曲加工完成后的 以彈出的方式下料，檢查 （圖 17、表 3、圖 18） 。 4.3 量產(chǎn)的實(shí)例 用本設(shè)備加工新 YZ250F 用的排氣管。為 了使彎曲部位的偏平率相同，彎曲角度隨壓力 的變化而變化（表 4） 。 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)（二） 23 5. 成果 （ 1）新 YZF 比賽用摩托車排氣管生產(chǎn)目標(biāo)達(dá)成； （ 2）防止夾緊裝置產(chǎn)生滑動(dòng)且不用加工防滑槽。并且夾緊裝置的材料選用塑料材料，減 少夾緊裝置的磨損，表面品質(zhì)提高，因此去除了除磨損的工藝步驟，同時(shí)減少了毛 坯管半精加工的步驟。當(dāng)使用精加工鋼管時(shí)，減少了成本，去除了搬運(yùn)時(shí)的表面磨 損。 （ 3）要求熟練操作的彎曲加工變得簡單。因此，加工時(shí)間為原來的幾分之一，比以前的 彎管機(jī)機(jī)械專用化，現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)器可對應(yīng)多種鋼管，提高了替換率。 （ 4）一般難以加工的鈦合金鋼管（由于鈦金屬的親和性易產(chǎn)生劃痕）也可以很好地彎曲 加工，適合簡單調(diào)整后就可以得到良品的高價(jià)鈦合金鋼管。 （ 5）芯棒不用含 氯的潤滑油，減少清洗工藝。 （ 6）可以多管同時(shí)生產(chǎn)，也可以一次生產(chǎn)一根。 6.結(jié)語 本加工方法開發(fā)于 1999 年，設(shè)備生產(chǎn)使用于 2000 年 8 月。自開發(fā)初期就與商品開 發(fā)部門保持緊密聯(lián)系，短時(shí)間內(nèi)投放使用。 2001 年 11 月起 2 代彎管機(jī)產(chǎn)出，開始生產(chǎn) 鈦合金鋼管。關(guān)于本機(jī)的所有有關(guān)機(jī)構(gòu)和水壓法的注水方法、水壓的控制方法都已申請 專利。今后，關(guān)于能否應(yīng)用在二重管加工、汽車的進(jìn)氣口、汽車排氣管上，還要進(jìn)行進(jìn) 一步的研究。 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(dòng)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(jí)： 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(dòng)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(dòng)彎曲，發(fā)展至今已多半自動(dòng)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(dòng)控制 系統(tǒng)、減少操作 環(huán)節(jié)形成了新一代全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎機(jī)。下面是全自動(dòng)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(dòng)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(dòng)彎管機(jī)的自動(dòng)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(dòng)力也由早期的人力彎管轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌煽縿?dòng)力 ， 例如液壓彎管、氣 動(dòng)彎管、電力驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷彎機(jī)的全自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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) 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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(dòng)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(dòng)和機(jī)動(dòng)兩類：手動(dòng)彎管只能加工簡單的小管，耗費(fèi)人力；機(jī)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)輥輪對管材滾動(dòng)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度、降低成本、保證質(zhì)量進(jìn)而提高勞動(dòng)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(dòng)上下料。 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)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(dòng) 機(jī)構(gòu)主要做傳動(dòng)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(dòng)、旋轉(zhuǎn) 進(jìn)行組合完成設(shè)定的預(yù)定軌跡。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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(dòng)方式也不一樣，主要分為三種：液壓式、電動(dòng)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(cuò)的熱傳性能。 凝汽管的機(jī)構(gòu)要求比較高，所以需要自動(dòng)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(dòng)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(dòng)不銹鋼管冷彎機(jī)。