臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計【說明書+CAD】
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長江大學畢業(yè)論文(設計)任務書畢業(yè)論文(設計)題目名稱: 臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計 題目類型: 畢業(yè)設計 學生姓名: 陳 玉 琳 院(系): 機械工程學院 專業(yè)班級: 裝 備 10901 班 指導教師: 眭 滿 倉 輔導教師: 時 間: 2013年3月5日2013年6月12日 第 41頁(共 67頁)目錄長江大學畢業(yè)論文(設計)任務書III開題報告V長江大學畢業(yè)論文(設計)指導教師評審意見XV長江大學畢業(yè)論文(設計)評閱教師評語XVI長江大學畢業(yè)論文(設計)答辯記錄及成績評定XVII中文摘要XVIII外文摘要XIX正文11 前言12 選題背景23 臥式儲罐的結構分析及相關參數54 臥式儲罐下料制造工藝64.1 材料的進廠入庫檢測64.2 鋼材的預處理64.3 筒節(jié)的下料64.4 筒體的卷制成形94.5 封頭的下料94.6 封頭的沖壓成形105 筒體的焊接工藝設計115.1 焊前準備115.2 筒節(jié)坡口加工與焊接115.3 焊后熱處理175.4 檢測176 焊接夾具設計196.1 方案的選擇和確定196.2 焊接滾輪架滾輪的設計計算226.3 焊接滾輪架的計算與校核266.4 焊接滾輪架的電動機驅動功率的確定及型號選擇336.5 減速器傳動比的確定346.6 機架的設計356.7 表面粗糙度357 總結37參考文獻38致 謝40附錄41長江大學畢業(yè)論文(設計)任務書院系 機械 專業(yè) 過程裝備與控制工程 班級 裝備10901 學生姓名 陳玉琳 指導教師/職稱 眭滿倉副教授 1. 畢業(yè)設計題目:臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計2. 畢業(yè)設計起止時間:2013年3月5日2013年6月12日3畢業(yè)設計所需資料及原始數據加工對象:臥式儲罐筒體和封頭下料計算,筒體成型工藝設計,相關要求見圖樣。加工能力:100件/年工裝要求:筒體焊接夾具設計1機械制造工藝學王先逵主編(機械工業(yè)出版社)2機械制造工藝與機床夾具劉守勇主編(機械工業(yè)出版社)3機床夾具設計王秀倫、邊文義、張運祥編著(中國鐵道出版社)4機床夾具設計 王啟平著( 哈爾濱工業(yè)大學出版社)5金屬機械加工工業(yè)人員手冊金屬機械加工工業(yè)人員手冊修訂組(上??茖W技術出版社)6機械結構設計 盧耀祖、鄭惠強著(同濟大學出版社)7專用夾具的設計方法(上)林曉磊、宋若峰山東機械2004年第03期8專用夾具的設計方法(下)林曉磊、宋若峰山東機械2004年第03期9機床夾具的設計李青機械工程與自動化2004年第06期10專用加工設備夾具的設計與應用李衛(wèi)民大眾科技2005年第11期11過程裝備制造工藝及檢測 鄒光華 化學工業(yè)出版 20104畢業(yè)設計應完成的主要內容 1.英語翻譯一份; 2.開題報告一份; 3.設計說明書一份,包括工藝設計和設計分析與計算; 4.設計圖樣一份,包括裝配圖和主要零件圖。5畢業(yè)設計的目標及具體要求(對外文翻譯提出具體要求) 英語翻譯必須是國外作者,包括國內學者在國外工作的,不能翻譯國內作者的文獻,翻譯量符合畢業(yè)設計相關要求。6、完成畢業(yè)設計所需的條件及上機時數要求 必要的設計手冊和工具書,上機時數200機時任務書批準日期 2013年 3月 12日 教研室(系)主任(簽字) 任務書下達日期 2013年3月 13日 指導教師(簽字) 完成任務日期 年 月 日 學生(簽名) 長江大學畢業(yè)論文開題報告開題報告長江大學畢業(yè)設計開題報告題 目 名 稱 臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計 院 (系) 機械工程學院 專 業(yè) 班 級 裝 備 10901 班 學 生 姓 名 陳 玉 琳 指 導 教 師 眭 滿 倉 輔 導 教 師 開題報告日期 2013年4月19日 臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計學生:陳玉琳,機械工程學院(過程裝備與控制工程)指導教師:眭滿倉,機械工程學院1 題目來源儲罐下料制造工藝及其夾具在實際的應用中非常廣泛,同時也是工程設計的主要對象之一,因此,本設計題目即來自生產實際,又來源于科研項目。2 研究目的和意義工業(yè)生產中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設備,稱壓力容器。壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經濟的各個部門都起著重要作用的設備。臥式儲罐屬于比較典型的臥式壓力容器,主要由筒體、封頭、支座、接管、安全附件等組成,其支座通常采用鞍式支座。在大氣環(huán)境溫度下,壓力儲存的液化氣體(如液化石油氣體)容不大于100m3時,常用臥式儲罐。儲罐由于密封、承壓及介質等原因,容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設備和財產的安全及污染環(huán)境的事故。目前,世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產品,由國家指定的專門機構,按照國家規(guī)定的法規(guī)和標準實施監(jiān)督檢查和技術檢驗。臥式儲罐的容積一般都小于100m3,通常用于生產環(huán)節(jié)或加油站。年來隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢。隨著容積的增大,儲罐在設計和使用中的安全可靠性就變得極為重要。然而我國臥式儲罐設計制造技術的還遠落后于世界先進水平,制造較困難,加工費用高,且焊接、檢驗技術要求高。所以研究臥式儲罐設計及其焊接工藝對我國石油化工等行業(yè)有著極其重要的意義。而臥式儲罐下料制造工藝作為焊接構件的前道工藝其相關制造工藝也有著嚴格的標準。對其進行研究也顯得十分必要。另一方面,夾具是在機械制造過程中,用來固定加工對象,使之占有正確的位置,以接受加工或檢測并保證加工要求的機床附加裝置。在我們實際生產中夾具的作用是將工件定位,以使加工工件獲得相對于機床和刀具的正確位置,并把工件可靠地夾緊。臥式儲罐加工制造的整個工藝過程中,焊接工裝夾具起著至關重要的作用。焊接工裝夾具就是將焊件準確定位和可靠夾緊,便于焊件進行裝配和焊接、保證焊件結構精度方面要求的工藝裝備。在現代焊接生產中積極推廣和使用與產品結構相適應的工裝夾具,對提高產品質量,減輕工人的勞動強度,加速焊接生產實現機械化、自動化進程等方面起著非常重要的作用。在焊接生產過程中,焊接所需要的工時較少,而約占全部加工工時的2/3以上的時間是用于備料、裝配及其他輔助的工作,極大的影響著焊接的生產速度。為此,必須大力推廣使用機械化和自動化程度較高的裝配焊接工藝裝備。3 閱讀的主要參考文獻及資料名稱1 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程設備設計M.第三版.北京:化學工業(yè)出版社,20102鄒廣華,劉強.過程裝備制造與檢測M.北京:化學工業(yè)出版社,20033童幸生.材料成型工藝基礎M.武漢:華中科技大學出版社,20104王先逵.機械制造工藝學M.第二版.北京:機械工業(yè)出版社,20065陳煥明.焊接工裝設計M.北京:航空工業(yè)出版社,20066王政.焊接工裝夾具及變位機械性能、設計、選用M.北京:機械工業(yè)出版社,20017E.Keller,R.Lilgus,W.Klein,R.Winkow.模具、工裝夾具制造實用技術M.劉希恭等.北京:機械工業(yè)出版社,20108濮良貴,紀名剛.機械設計M.北京:高等教育出版社,2006 9田希川.液態(tài)CO2球形儲罐的制造J.金屬加工(熱加工),2011,(第10期):576010劉得建,溫琦,張春紅,徐闖.立式圓筒形鋼制焊接油罐設計實例J.中國油脂,2012,(第10期):848711王麗珍.大型液化石油氣儲罐的制造J.石油化工設備,2010,(第S1期):3133 12付平,吳俊飛.臥式容器的參數化設計J.機械設計與制造,2009,(第6期):2022 13宋志軍,朱秀梅,紀成美.球面支承定位在機床夾具設計中的應用J.機械工程師,2007,(第2期):13813914常德興,郭旺.焊接滾輪架初探J.鍋爐制造,2010,(第3期);404115汪蘇,劉小輝,朱小波.薄壁簡體零件車焊復合加工柔性組合夾具設計J.現代機械,2006,(第6期):616216施仁斌.薄壁筒體零件車焊復合加工柔性組合夾具設計J.湖南農機,2011,(第1期):565717李貴紅.細長薄壁圓筒零件加工夾具設計J.中國農機化,2012,(第2期):104105,109 18譚湘夫.焊接用滾輪架的設計J.機械,2001,(第2期):343519劉艷革.焊接用自調式滾輪架的設計J.化工機械,1999,(第1-6期):10310520王斌修,田新國.薄壁不銹鋼圓管三維激光切割夾具設計J.制造技術與機床,2013,(第1期):151152,15421趙汝振,唐陶.一種薄板類零件曲面焊接夾具設計J.科技傳播,2013,(第1期)22李宏策,郭雄華,李文芳.通用薄壁類零件柔性夾具設計J.機床與液壓,2012,(第8期):3637,7423朱敏紅,徐云,王祥鑫.薄壁套的加工工藝與夾具設計J.機械制造與自動化,2012,(第4期):616324聶蘭啟,劉國臣.大直徑薄壁零件定心夾具設計J.金屬加工(冷加工),2008,(第17期):3925李露雁.工學結合實現薄壁零件切削變形控制研究:優(yōu)化夾具設計J.科技信息,2010,(第35期):129130,12726常德興.焊接滾輪架結構、性能、特點比較J.中國高新技術企業(yè)雜志,2007,(第9期):19027王傳妹.滾輪式焊接架的設計及校驗J.專用汽車,2001,(第3期):35474 國內外研究現狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向4.1 國內外臥式儲罐研究現狀和發(fā)展趨勢20 世紀60 年代以前,美國的ASME 規(guī)范主要采用“按規(guī)則設計”即以壓力容器主要部位的最大主應力不超過彈性范圍內設計的安全準則。根據材料的需用應力對應容器的結構與尺寸做出具體的規(guī)定和計算。英國、日本等國家在20 世紀70 年代以前也都采用常規(guī)設計方法。我國的壓力容器規(guī)范起步于20 世紀50 年代,1959 年頒布了多層高壓容器設計與檢驗規(guī)程,1960 年又頒布了適用于中、低壓容器的石油化工容器零部件標準,1967年鋼制石油化工壓力容器設計規(guī)程試用版開始發(fā)行,這是我國第一部較完整的設計規(guī)范,此后,歷經數次修訂,1988 年國家標準GB150-1989鋼制壓力容器和GB151-1989鋼制管殼式換熱器完成編制工作,于1989 年發(fā)行使用,這是我國最早的壓力容器國家標準。隨著工業(yè)的逐步發(fā)展,壓力容器的設計與我國的具體情況相結合,我國首創(chuàng)了各種大型儲罐施工方法,但總的來看,目前我國的儲罐建設,不論是儲罐的容積、數量還是國產化水平,均起于起步的初級階段。近年來,臥式儲罐的設計與施工都較過去有了更快的發(fā)展。我國油氣儲運系統(tǒng)的建設得到了空前的發(fā)展,對油氣儲運設施的安全可靠性提出了越來越高的要求。國內臥式儲罐本體的發(fā)展方向:1、通用化與標準化。通用化與標準化也就意味著互換性的提高,這不僅有利于壓力容器使用單位日常維護與后勤保障,而且能夠最大限度地減少設計和制造成本。2、特殊化與專業(yè)化。如超高壓容器、高溫壓力容器、耐強腐蝕壓力容器、低溫壓力容器等。壓力容器是一個涉及多行業(yè)、多學科的綜合性產品,其建造技術涉及到冶金、機械加工、腐蝕與防腐、無損檢測、安全防護等眾多行業(yè)。隨著冶金、機械加工、焊接和無損檢測等技術的不斷進步,特別是以計算機技術為代表的信息技術的飛速發(fā)展,帶動了相關產業(yè)的發(fā)展,在世界各國投入了大量人力物力進行深入的研究的基礎上,壓力容器技術領域也取得了相應的進展。為了生產和使用更安全、更經濟的壓力容器產品,傳統(tǒng)的設計、制造、焊接和檢驗方法已經和正在不同程度地為新技術、新產品所代替。4.2 臥式儲罐下料制造工藝研究的主攻方向根據臥式儲罐的結構設計,其下料制造工藝朝著經濟性、安全性、環(huán)保型方向發(fā)展。4.3 國內外焊接夾具技術的研究現狀與進步改革開放30多年來,我國與歐洲、美國、日本等國家先進制造企業(yè)進行了全面的接觸,外資企業(yè)及其產品已廣泛進入我國。從夾具技術層面看,主要取得如下幾方面的進步。傳統(tǒng)毛坯制造工藝正逐步向精密化、成品化方向發(fā)展,新工藝的出現使得傳統(tǒng)的機械加工零件相對減少,為了保證產品精度和提高效率也都開始使用夾具。例如,過去20多年來焊接夾具的使用有了大量的增長,電加工已經發(fā)展成為成熟的工藝,廣泛用于模具生產中,坐標測量機普遍進入車間,被檢測的工件需要相應的通用型夾具,裝配夾具在裝配中的應用也與日俱增。從世界范圍看,焊接工藝在制造業(yè)中的應用不斷增加。根據美國焊接學會和國家標準化研究院對部分制造業(yè)大公司調查的數據,本世紀初焊接對于美國經濟的貢獻不少于78億美元,約占這些公司總支出的7%。通常,在美國與夾具設計、制造和使用相關的成本約占到制造系統(tǒng)總成本的10% 20%。我國國民經濟逐年高速增長,建設規(guī)模空前,花費在焊接工藝裝備上的資金也不容小覷。隨著對焊接結構精度要求的提高,增加生產率和降低生產成本,對焊接夾具的需求和要求也水漲船高。原先焊接結構都是單件小批生產,因而較早出現的焊接夾具都是焊接工作臺加上一套通用組合元件和合件,與機加工用組合夾具完全相似。焊接機械裝備就是在焊接生產中與焊接工序相配合,有利于實現焊接生產機械化,自動化,有利于提高裝配焊接質量,促使焊接生產過程加速進行的各種輔助裝置和設備。這里稱之為輔助裝置和設備是為了與焊機相區(qū)別。焊機是焊接過程中的核心裝備,它包括焊接電源,焊接控制箱,焊接機頭等,有自己的獨立系統(tǒng),不屬于焊接機械裝備的范疇。而焊接機械裝備相對焊機處于輔助的地位,是配合焊機進行焊接生產的裝置和設備。它包括的范圍較廣,按用途分,主要有焊接工裝夾具、焊接變位機械和焊接輸送機械三個方面,其次還有導電裝置、焊劑輸送與回收裝置、坡口準備及焊縫清理精整裝置等。他們又是焊接機械裝備的從屬裝置1從使用范圍來分,焊接機械裝備又分為通用和專用兩大類。通用焊接機械裝備通用性強、適應性廣,整臺機械能適應產品結構的變化重復使用。它們可以組合在一起使用,也可以組裝在焊接生產線上,成為焊接生產線的一個組成部分。由于這種裝備通用性強,所以機械化、自動化水平不是很高,主要滿足多品種、小批量焊接生產的需要。 專用焊接機械裝備是為了適應單品種、大批量焊接生產的需要專門設計制造的。這種裝備專業(yè)性強、生產率高、控制系統(tǒng)先進,能很好地滿足產品結構、裝焊工藝、生產批量的要求。例如:專用焊接工裝夾具、專用焊接機床就屬于這類裝備。4.4 焊接夾具技術的發(fā)展趨勢和研究的主攻方向1. 準確、可靠的定位和夾緊,可以減輕甚至取消下料和劃線工作。減小制品的尺寸偏差,提高零件的精度和可換性。 2. 有效的防止和減輕焊接變形。 3. 使工件處于最佳的施焊部位,焊縫的成型性良好,工藝缺陷明顯降低,焊接速度得以提高。 4. 以機械裝置代替了手工裝配零件部位時的定位、夾緊及工件翻轉等繁重的工作,改善工人的勞動條件。 5. 擴大先進的工藝方法的使用范圍,促進焊接結構的生產機械化和自動化的綜合發(fā)展。5 主要研究內容、需重點研究的關鍵問題及解決思路5.1 主要研究內容:1. 臥式儲罐下料制造工藝;2. 臥式儲罐的成型工藝; 3. 臥式儲罐筒體的焊接工藝; 4. 焊接滾輪架的設計原理與結構設計; 5. 焊接滾輪架的滾輪的設計;6. 焊接速度與滾輪速度、焊接速度的確定以及電動機、減速器傳動比的確定; 7. 焊接滾輪架力的校核;8. 繪制焊接滾輪架整體的裝配圖;5.2 重點研究的關鍵問題:下料前必須熟悉沖剪設備操作規(guī)程和下料材質重量規(guī)格要求,確保下料尺寸重量材質要求。焊接夾具設計的基本要求:1. 焊接工裝夾具應動作迅速、操作方便,操作位置應處在工人容易接近、最宜操作的部位。特別是手動夾具,其操作力不能過大,操作頻率不能過高,操作高度應設在工人最易用力的部位,當夾縣處于夾緊狀態(tài)時,應能自鎖。2焊接工裝夾具應有足夠的裝配、焊接空間,不能影響焊接操作和焊工觀察,不妨礙焊件的裝卸。所有的定位元件和夾緊機構應與焊道保持適當的距離,或者布置在焊件的下方或側面。夾緊機構的執(zhí)行元件應能夠伸縮或轉位。3. 夾緊可靠,剛性適當。夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀,夾緊后既不使焊件松動滑移,又不使焊件的拘束度過大而產生較大的應力。 4. 為了保證使用安全,應設置必要的安全連鎖保護裝置。5. 夾緊時不應損壞焊件的表面質量,夾緊薄件和軟質材料的焊件時,應限制夾緊力,或者采取壓頭行程限位、加大壓頭接觸面積、加添銅、鋁襯墊等措施。 6. 接近焊接部位的夾具,應考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺物對夾緊機構和定位器表面的損傷。7. 夾具的施力點應位于焊件的支承處或者布置在靠近支承的地方,要防止支承反力與夾緊力、支承反力與重力形成力偶。8. 注意各種焊接方法在導熱、導電、隔磁、絕緣等方面對夾具提出的特殊要求。例如,凸焊和閃光焊時,夾具兼作導電體;釬焊時夾具兼作散熱體,因此要求夾具本身具有良好的導電、導熱性能。再如,真空電子束焊所使用的夾具,為了不影響電子束聚焦,在槍頭附近的夾具零件,不能用磁性材料制作,夾具也不能帶有剩磁。9. 用于大型板焊結構的夾具,要有足夠的強度和剛度,特別是夾具體的剛度,對結構的形狀精度、尺寸精度影響較大,設計時要留有較大的裕度。10. 在同一個夾具上,定位器和夾緊機構的結構形式不宜過多,并且盡量只選用一種動力源。11. 工裝夾具本身應具有較好的制造工藝性和較高的機械效率。12. 盡量選用已通用化、標準化的夾緊機構以及標準的零部件來制作焊接工裝夾具。5.3 解決思路5.3.1臥式儲罐基本制造工藝流程鋼材預處理劃線切割成形組對焊接檢驗(伴隨整個過程)5.3.2專用夾具設計步驟 1. 明確設計任務與收集設計資料。 2擬定焊接滾輪架結構方案與繪制焊接滾輪架的草圖。3進行必要的分析計算。工件的加工精度較高時,應進行工件加工精度分析。有動力裝置的夾具,需計算夾緊力。當有幾種夾具方案時,可進行經濟分析,選用經濟效益較高的方案。 4審查方案與改進設計。焊接草圖畫出后,應征求輔導老師的意見,并讓輔導老師審查,然后根據其意見對夾具方案作進一步修改。 5繪制焊接滾輪架的裝配總圖。焊接滾輪架的總裝配圖應按國家制圖標準繪制。繪圖比例采用1:5。主視圖按夾具面對操作者的方向繪制??倛D應把夾具的工作原理、各種裝置的結構及其相互關系表達清楚。 夾具總圖的繪制次序如下: 1)用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面及加工表面繪制在各個視圖的合適位置上。在總圖中,工件可看作透明體,不遮擋后面夾具上的線條。 2)依次繪出定位裝置、夾緊裝置、對刀或導向裝置、其它裝置、夾具體及連接元件和安裝基面。 3)標注必要的尺寸、公差和技術要求。 4)編制夾具明細表及標題欄。6 完成畢業(yè)設計所具備的工作條件及解決的方法6.1 已具備的條件:以前所學到的理論知識、所用的課本、搜集到的資料、老師提供的參考資料等。還有計算機,圖書館,網絡資源。個人有一定的設計分析能力,有較強的計算機操作能力,機械繪圖軟件如Auto CAD的操作熟練等。6.2 尚缺條件與擬解決途徑:加強練習運用office等辦軟件;加強計算機各種工程分析軟件使用能力。在圖書館查閱臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計的設計手冊和規(guī)定及標準等相關書籍。借助網絡資源,在學校圖書館網站和一些化工機械論壇上查閱下載必要的資料,并在老師的指導,認真思考、歸納總結,逐步解決在設計過程中遇到的理論性困難問題。及時補充學習缺乏的知識。多與老師和同學聯系,交流經驗。7 工作的主要階段、進度與時間安排第 34 周 選題完畢,并針對臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計了解基本概念,覽相關書籍資料,了解國內外現狀及標準,了解所需的相關技能; 第 57 周 查閱資料,翻譯外文資料,撰寫畢業(yè)設計開題報告; 第 8 周 整理外文翻譯和開題報告,制作開題報告電子文檔,準備開題答辯; 第 910 周 臥式儲罐下料制造工藝進行分析;查閱相關資料,完成此部分設計; 第1113周 查閱相關資料并向老師請教,完成臥式儲罐夾具設計,主要包括:相關方面的計算、確定參數,繪制相關圖紙并建立圖庫,對資料進行整理;第 14 周 將兩部分內容融合形成初稿; 第 15 周 檢查修改補充設計定初稿,并交給老師評審,完成畢業(yè)設計定稿并錄入,制作電子文檔,答辯;8 指導老師審查意見長江大學畢業(yè)論文(設計)指導教師評審意見學生姓名陳玉琳專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設計)題目臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計指導教師眭滿倉職 稱副教授評審日期2013年6月10日評審參考內容:畢業(yè)論文(設計)的研究內容、研究方法及研究結果,難度及工作量,質量和水平,存在的主要問題與不足。學生的學習態(tài)度和組織紀律,學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況,解決實際問題的能力,畢業(yè)論文(設計)是否完成規(guī)定任務,達到了學士學位論文的水平,是否同意參加答辯。評審意見: 指導教師簽名: 評定成績(百分制):_分(注:此頁不夠,請轉反面) 長江大學畢業(yè)論文(設計)評閱教師評語學生姓名陳玉琳專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設計)題目臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計評閱教師職 稱評閱日期2013年6月11日評閱參考內容:畢業(yè)論文(設計)的研究內容、研究方法及研究結果,難度及工作量,質量和水平,存在的主要問題與不足。學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況,解決實際問題的能力,畢業(yè)論文(設計)是否完成規(guī)定任務,達到了學士學位論文的水平,是否同意參加答辯。評語:評閱教師簽名: 評定成績(百分制):_分(注:此頁不夠,請轉反面)長江大學畢業(yè)論文(設計)答辯記錄及成績評定學生姓名陳玉琳專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設計)題目臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計答辯時間 2013 年 6 月 13 日 8:0017:40時答辯地點7教209一、答辯小組組成答辯小組組長:周志宏成 員:張慢來 張琴 李美求 劉利軍二、答辯記錄摘要答辯小組提問(分條摘要列舉)學生回答情況評判三、答辯小組對學生答辯成績的評定(百分制):_分 畢業(yè)論文(設計)最終成績評定(依據指導教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學校關于畢業(yè)論文(設計)評分的相關規(guī)定)等級(五級制):_答辯小組組長(簽名) : 秘書(簽名): 2013年 6月13日院(系)答辯委員會主任(簽名): 院(系)(蓋章)中文摘要臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計學生:陳玉琳,機械工程學院指導老師:眭滿倉,機械工程學院【摘要】對壓力容器在國內外研究現狀和發(fā)展趨勢進行了介紹,對臥式儲罐的筒體和封頭的下料制造工藝進行了詳細的結構設計,分析了臥式儲罐筒體的焊接工藝。近年來,焊接工業(yè)得到了很快的發(fā)展,焊接設備也相繼出現,各種焊接支架也得到了運用,在圓形工件內外環(huán)縫的焊接中,長軸式焊接滾輪架仍舊有舉足輕重的作用, 獲得了廣泛的應用,如何設計較好使用的滾輪架仍值得探討。隨著生產的自動化,滾輪架在生產中的地位也日益突出。目前國外眾多的焊接設備制造廠都在生產焊接滾輪架。產品規(guī)格型號多,結構差別也很大,各自有著不同的用途,有不同的特點。本文重點對用于臥式儲罐筒體焊接成型所需的設備長軸式焊接滾輪架進行了設計?!娟P鍵詞】臥式儲罐 下料 設計與制造 焊接 焊接滾輪架 外文摘要Research on Manufacturing Process and Fixture Design of the Horizontal Storage TankStudent:Chen Yulin; Mechanical Engineering CollegeTeacher:Sui Mancang;Mechanical Engineering College【Abstract】This paper introduced the development and trends of the research status the for pressure vessel in the first, and according to the characteristic and request of pressure vessel, emphasized on the structural design and the manufacturing technology of this shell and heads of the horizontal storage tank. Then analyzed the horizontal storage tank with a simple presentation and the advisable welding parameters and materials are laid and chosen. In recent years, the welding industry has been rapidly developing, welding equipment has been developing. A kind of welding stent has been used。Cylinder part in the ring and outside the welding seam, and modular welding wheel-replace-long axis, welding and other fixed-wheel planes, access to a wide range of applications。How to design better use of the wheel-is still worth exploring. Wheel-welding machine as part of disciplines and with other disciplines are also linked to。With the automation of production, wheel-in production has become more prominent position。The current number of domestic and international welding equipment factory in the production of welding wheel。Specifications models, structural differences, each suitable for different purposes, have different features。This paper focuses on the design of modular welding wheel-replace-long axis.【Key words】Horizontal Storage Tank Blanking Design and manufacturing welding welding roller bed前言正文1 前言 畢業(yè)設計是大學本科教育培養(yǎng)目標實現的重要階段,是畢業(yè)前的綜合學習階段,是深化、拓寬、綜合教和學的重要過程,是對大學期間所學專業(yè)知識的全面總結。本次畢業(yè)設計所選題目是:臥式儲罐下料制造工藝及夾具設計。儲罐下料制造工藝及其夾具在實際的應用中非常廣泛,同時也是工程設計的主要對象之一,因此,本設計題目即來自生產實際,又來源于科研項目。我國臥式儲罐設計制造技術的還落后于世界先進水平,制造較困難,加工費用高,且焊接、檢驗技術要求高,所以研究臥式儲罐設計對我國石油化工等行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。隨著焊接生產技術的高速發(fā)展, 對焊接生產的機械化和自動化提出了越來越高的要求, 焊接機械設備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設備正是為滿足市場需要而設計生產的。它是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉的機械裝置, 主要用于圓筒形焊件的焊接與裝配。本課題的設計分臥式儲罐下料制造工藝的設計和臥式儲罐筒體焊接夾具的設計兩大部分。臥式儲罐下料制造工藝的設計主要包括選材,對材料的預處理,劃線、號料、放樣以及對筒體和封頭的成型加工。此外還重點對筒體各筒節(jié)之間的焊接工藝進行了詳細的設計。臥式儲罐筒體焊接夾具的設計即對焊接滾輪架的設計,由于本次畢業(yè)設計是針對與薄壁、長度大的筒形工件,所以選用長軸式焊接滾輪架。長軸式焊接滾輪架的設計包括原理結構的設計、中心距的調節(jié)、滾輪結構、速度的選擇、電機的選擇、減速器的傳動比等方面的內容。查閱前人資料(譚湘夫.焊接用滾輪架的設計J.機械,(第2期).),他對于該課題的研究最主要是對焊接滾輪架工作原理與結構特點進行研究,其傳動原理及路線為:電機一級蝸輪減速器二級蝸輪減速器齒輪減速箱軸滾輪工件。此外,該作者對電動機的選擇做了重點的設計與計算。由于工作機所需功率: Pw = FV/ 102= UNV/ 102= 0. 735kW,傳動總效率為0. 2768,則電動機所需功率: P0= Pw/= 2. 66kW,最后,實際選用電機: Z2- 32 型,額定功率為2.2kw,額定轉速為n= 1500r/ min。選題背景2 選題背景工業(yè)生產中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設備,稱壓力容器。壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經濟的各個部門都起著重要作用的設備。臥式儲罐屬于比較典型的臥式壓力容器,主要由筒體、封頭、支座、接管、安全附件等組成,其支座通常采用鞍式支座。在大氣環(huán)境溫度下,壓力儲存的液化氣體(如液化石油氣體)容不大于100m3時,常用臥式儲罐。儲罐是一種用于儲存液體或氣體的密封容器,主要用于存儲或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質的設備。在化工、石油、能源、冶金、消防、輕工、環(huán)保、制藥、食品、城市燃氣等行業(yè)得到了廣泛的應用,儲存介質涵蓋了(丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油氣、液氨等)液化氣體、氧氣、氮氣、天然氣和城市煤氣等氣體,在國民經濟發(fā)展中起著不可替代的作用。而臥式液化氣儲罐是目前中、小型液化氣站儲存和運輸液化氣的主要容器之一,在石油化工行業(yè)中應用廣泛并占有相當大的比例,應用相當廣泛。然而我國臥式儲罐設計制造技術的還落后于世界先進水平,制造較困難,加工費用高,且焊接、檢驗技術要求高,所以研究臥式儲罐設計對我國石油化工等行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。臥式儲罐由于密封、承壓及介質等原因,容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設備和財產的安全及污染環(huán)境的事故。目前,世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產品,由國家指定的專門機構,按照國家規(guī)定的法規(guī)和標準實施監(jiān)督檢查和技術檢驗。為保證壓力容器的安全使用,在制造時就必須按照有關標準、規(guī)范,對壓力容器的原材料和加工制造過程進行嚴格的質量檢驗,因此,對投入運行的壓力容器也需要進行定期檢驗。壓力容器的檢驗內容主要有:對材料的化學成分和力學性能的常規(guī)理化檢驗;對焊接接頭的各種性能檢驗;對壓力容器各部分存在的各類缺陷的無損檢測;用高于操作壓力的液體對容器進行耐壓試驗等。質量檢驗在壓力容器制造過程中占重要的地位。在有些反應堆壓力容器的生產周期中,有一半的時間都是用于質量檢驗。 筒體是圓筒形壓力容器的主要承壓元件,它構成了完成化學反應或儲存物所需的最大空間。筒體一般是由鋼板卷制或壓制成型后組裝焊接而成。當筒體直徑較小是,可采用無縫鋼管制作。對于即軸向尺寸較大的筒體,采用環(huán)焊縫將幾個筒節(jié)拼焊制成。根據筒體的承載要求和鋼板厚度,其縱焊縫和環(huán)向焊縫可采用開坡口或不坡口的對接接頭。對于承受高壓的厚壁容器筒體,除了采用單層厚鋼板制作外,也可以采用層板包扎、熱套、繞帶或繞板等工藝制作多層筒體結構。封頭即是容器的端蓋。根據形狀的不同,分為球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭和平板封頭等結構形式。另一方面,目前國內外眾多的焊接設備制造廠都在生產焊接滾輪架。產品規(guī)格型號多,結構差別大,各自有不同的用途,各有特點。通過收集技術資料,以及對焊接滾輪架技術服務積累的一些相關知識,對目前國內進口主要品牌焊接滾輪架的技術性能、特點等做簡要的對比介紹,使用戶對焊接滾輪架的性能有進一步的了解。從重型焊接滾輪架國內目前的占有率來看,由于瑞典公司進入中國市場早,公司在國際上的知名度高,產品質量穩(wěn)定,故障率低,產品結構有獨特的特點,使許多大公司使用ESAB的產品,擁有較高的市場占有率,但是價格也高。意大利ANSALDO 公司的350T焊接滾輪架和焊接操作機在中國有兩種,由于其產品的設計結構,決定了它對工件加工的局限性。芬蘭PEMAMEK 公司的PEMN300TN滾輪架在內地有一。 焊接滾輪架是一種能夠將組合式被焊工件裝配起來并按照要求能夠移動焊件的機械化裝置,它屬于裝配焊接輔助機械裝備。對該產品的設計是焊接生產裝備工作的重要內容之一,也是焊接生產設計的主要任務之一。合理的設計與利用焊接滾輪支架不僅可以提高產品質量和生產率,而且也改善了勞動條件,同時還可以簡化焊接結構的裝配焊接工藝。隨著焊接生產技術的高速發(fā)展,對焊接生產機械化和自動化提出了越來越高的要求,焊接機械設備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設備正是為滿足市場需要而設計生產的。它是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉的機械裝置,主要用于圓筒形焊件的焊接與裝配。焊接設備的自動化在制造業(yè)中的廣泛應用徹底改了變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌,其中焊接生產過程的自動化已成為一種迫切的需求,它不僅可大大提高焊接生產率,更重要的是可確保焊接質量,改善操作環(huán)境。而焊接滾輪架作為焊接設備中的一部分,其結構也越來越趨向于自動化方面。本次畢業(yè)設計要求設計的臥式儲罐參數為:筒體公稱直徑Dg=1800mm,長度L=4600mm,壁厚=8mm,封頭為標準橢圓形封頭,加工能力:100件/年。本課題的設計分臥式儲罐下料制造工藝的設計和臥式儲罐筒體焊接夾具的設計兩大部分。臥式儲罐下料制造工藝的設計主要包括選材,對材料的預處理,劃線、號料、放樣以及對筒體和封頭的成型加工。此外還重點對筒體各筒節(jié)之間的焊接工藝進行了詳細的設計。臥式儲罐筒體焊接夾具的設計即對焊接滾輪架的設計,由于本次畢業(yè)設計是針對與薄壁、長度大的筒形工件,所以選用長軸式焊接滾輪架。長軸式焊接滾輪架的設計包括原理結構的設計、中心距的調節(jié)、滾輪結構、速度的選擇、電機的選擇、減速器的傳動比等方面的內容。最重要的是最后繪制所設計的長軸式焊接滾輪架的裝配圖,需弄清楚具體尺寸、結構等。本次臥式儲罐下料制造工藝設計和滾輪架進行研究與設計依據設計圖紙和國家相關標準規(guī)定進行編制;設計中全面了解筒體的制造工藝,了解各種滾輪支架的設計、工作原理與應用等。使所學到的焊接專業(yè)理論知識能夠應用到實際生產當中去,并最終完成畢業(yè)設計工作。在設計工作過程中,采取“邊設計,邊學習,邊調研,邊改進”的“四邊”原則,真正做到理論與實際相結合,力求達到學以致用,同時,通過本設計,培養(yǎng)自己的設計思維,加強自己動手能力的培養(yǎng),并為自己日后參加工作,奠定理論知識基礎,積累實際工作經驗。臥式儲罐的結構分析及相關參數3 臥式儲罐的結構分析及相關參數圖1 臥式儲罐的結構臥式儲罐是承受內壓的鋼制焊接壓力容器,主要由筒體、封頭、支座、接管、安全附件等組成,其支座通常采用鞍式支座。在規(guī)定的使用溫度和對應的工作壓力下,應保證其安全可靠。本設計中臥式儲罐的參數有:材料為16MnR,筒體公稱直徑Dg=1800mm,長度L=4600mm,壁厚=8mm。整個筒體是用3個筒節(jié)組對拼焊而成,而單個筒節(jié)是由兩個半圓筒對接焊接而成。這時筒體有縱環(huán)焊縫??v焊縫(A類焊接接頭)采用埋弧自動焊,不開坡口,應在室內焊接。其筒節(jié)間環(huán)焊縫(B類焊接接頭)亦采用埋弧自動焊,不開坡口;焊接最后一道環(huán)縫時,采用焊條電弧焊在內部封底,再用埋弧焊焊接外環(huán)縫。封頭為標準橢圓形封頭。臥式儲罐下料制造工藝4 臥式儲罐下料制造工藝4.1 材料的進廠入庫檢測儲罐結構材料16MnR,按技術要求符合GB6654-1996壓力容器用鋼板中的規(guī)定及第二次改造通知單的規(guī)定驗收合格后,應按企業(yè)標準入庫存放,并做好標記,妥善保管。4.2 鋼材的預處理鋼材的預處理是指對鋼板、管子和型鋼等材料的凈化處理、矯形和涂保護底漆。4.2.1 凈化處理凈化處理是臥式儲罐制造工藝中很重要的一道工序,指運用特定的方法或設備祛除表面的油污、鐵銹、雜質、氧化皮等。表面凈化的方法大體分兩類:機械法和化學法?;瘜W法主要有酸洗、堿洗、鹽洗等。機械法主要有砂輪打磨、噴沙、拋丸處理。本鋼板凈化處理選拋丸法。利用拋丸機械除銹的先進大型設備,鋼材經此處理,并經噴保護底漆,烘干處理等工序后,既可保護鋼材在生產和使用過程中不再生銹,又不影響機械加工和焊接質量。4.2.2 矯形矯形是利用材料的塑性變形能力,在力的作用下,使工件得到正確形狀的過程。本設計采用九輥矯板機進行機械矯形。參數如下表所示。表1 九輥矯板機參數表輥數輥距(mm)鋼板最小厚(mm)輥徑(mm)最大矯正度(m/s)主電機最大功率(kw)925052200.3180九輥矯板機矯平鋼板,是使板料通過矯板機的上下兩列輥子之間,在輥子壓力的作用下,受到多次反復彎曲,整個鋼板得到均勻的拉長,使多種原始曲率逐步趨向一致變?yōu)閱我?,并不斷減小,最終得到矯平。4.3 筒節(jié)的下料筒節(jié)的劃線是在鋼板上劃出展開圖。劃線前應確定胚料尺寸。胚料尺寸由筒節(jié)的展開尺寸和各種加工余量組,筒節(jié)的劃線及公差要求如下圖2所示。筒節(jié)的展開計算比較簡單,即以筒節(jié)的中性層直徑Dm為基準。筒體成形一般采用卷板機冷卷工藝,鋼板冷卷伸長量較小,通常忽略,故卷制伸長量l1=0。參照過程設備制造與檢測-表6-26,焊縫橫向收縮量近似值l2=2mm;參照過程設備制造與檢測-表6-27,對接焊縫縱向收縮量為0.15-0.30mm/m。參照過程設備制造與檢測-表6-25,焊縫坡口間隙l3=0。另外,查表可得邊緣加工余量l4和切割余量l5的相關數據。一般筒節(jié)劃線的公差要求長度l和寬度h如圖2所示,對角線ll-l2之差2mm,兩平行線的不平行度2mm。圖2 筒節(jié)的劃線及公差要求筒節(jié)實際用料線尺寸按下式計算:l=Dm-l=(Dg+)-l1+l2-l3+l4筒節(jié)切割下料線尺寸按下式計算:L=l+l5式中, L切割下料線尺寸,mm; l實際用料線尺寸,mm; Dm筒節(jié)中性層直徑,mm; Dg筒節(jié)內徑(公稱直徑),mm; 板厚,mm; l1鋼板卷制伸長量,mm; l2鋼板焊縫收縮量,mm; l3焊縫坡口間隙, mm;l4邊緣加工余量,mm;l5切割余量,mm;公差要求,mm;將數據帶入公式可得:筒體展開后形狀尺寸長為(1800+8)=5680mm,寬為4600mm。由于整個筒體是用3個筒節(jié)組對拼焊而成,而單個筒節(jié)是由2個半圓筒對接焊接而成,故每個筒節(jié)展開后形狀尺寸長為2840mm,寬為1534mm。則:單個筒節(jié)實際用料線尺寸:l=Dm/2-l=(Dg+)/2-l1+l2-l3+l4=5680/2-0+2-0+10=2852mm;h=H筒/3-h= H筒/3-h1+h2-h3+h4=1534-0+2-0+6=1542mm單個筒節(jié)切割下料線尺寸:L= l+l5=2852+53=28573mm;H= h+h5=1542+51=15471mm因此筒節(jié)下料單個鋼板的具體尺寸為(長寬厚)為285715478mm。筒節(jié)鋼板的下料選擇機械剪切下料。常用的機械剪切下料多采用圓板剪和龍門剪板機,而以龍門剪板機的應用最為廣泛,通常只能做直線剪切。4.4 筒體的卷制成形筒節(jié)的彎卷成型是鋼板在卷板機上彎卷而成的,卷制成形通常在三輥筒或四輥筒卷板機上進行的,實際上是一種彎曲工藝。根據鋼板的材質,厚度彎曲半徑,卷板機的形式和能力,在實際彎卷過程中分為冷卷和熱卷。通常對厚度小于60mm的鋼板可采用冷卷;本次設計的容器筒體鋼板厚度為8mm,因此選擇冷卷。卷板機型號為:CDW11-(數控上調式)40x4000。表2 表對稱式三輥卷板機CDWI1的參數規(guī) 格最大板厚最大寬度/mm上輥直徑/mm下輥直徑/mm下輥中心距/mm主電動機功率/kW40400055053061080卷板機可卷制的最小圓筒直徑Dmin根據 Dmin=d1+(0.150.20)d1式中 d1 卷板機的上輥直徑,mm;計算得 Dmin= d1+(0.150.20)d1=550+(0.150.20)550=(632.5660)mm1800mm故可知所選卷板機滿足要求。4.5 封頭的下料由于本設計封頭采用標準橢圓形封頭,其公稱直徑Dg=1800mm,壁厚=8mm。故封頭曲面深度hg=450mm,直邊高度h=25mm,中性層處直徑Dm=Dg+=1800+8=1808mm,其下料尺寸:圖3 封頭示意圖D0=1.19Dm+2h+3=1.191808+225+38=2226mm封頭由于其尺寸較大,且其形狀為圓形,所以對封頭的切割選擇火焰切割。4.6 封頭的沖壓成形封頭成型法主要有沖壓成型法、旋壓成型、爆炸成型等三種方法。沖壓成型就是用水壓機或油壓機借助沖模把毛坯沖壓成所需形狀,其成型質量好,生產效率高適用于批量生產。按沖壓前毛坯是否預先加熱分為冷沖壓和熱沖壓。由于表3 封頭冷、熱沖壓與相對厚度的關系沖壓狀態(tài)碳素鋼、低合金鋼合金鋼、不銹鋼冷沖壓/D01000.5/D01000.7熱沖壓/D01000.5/D01000.7毛坯材料為16MnR,低合金鋼,其相對厚度=/D0100=(8/2226)100=0.360.5故本設計采用沖壓成型冷沖壓。筒體的焊接工藝設計5 筒體的焊接工藝設計5.1 焊前準備5.1.1 筒節(jié)焊接前準備要求(1)焊接坡口面及其兩側母材表面的油污、鐵銹、氧化皮和其他影響焊接質量的雜質,焊前應清理干凈,焊前清理能夠有效的防止焊接過程中產生氣孔、夾雜等焊接缺陷的形成。(2)在多雨、潮濕季節(jié),對于需要預熱的碳鋼和低合金鋼焊件,應用火焰加熱炬將焊接區(qū)預熱至4050,以清除母材表面的吸附水。(3)藥皮焊條和焊劑應按企業(yè)焊材管理制度的規(guī)定烘干及保溫,焊絲表面的油污和銹斑應清理干凈。(4)焊工在焊接前應辨認所領用的焊材牌號和規(guī)格是否符合相應焊接工藝規(guī)程的規(guī)定。(5)焊工應檢查所用的焊接設備性能是否處于完好的狀態(tài),儀表指示是否準確。5.1.2 焊接過程和順序焊接過程至關重要,施工人員必須按照合理的結構順序,選擇合理的焊接工藝參數,嚴格施工。首先將兩側的半圓電焊在一起,然后將點固好的兩側拼接在一起。焊接過程應保持結構的對稱性,以減少變形和焊接殘余應力。5.2 筒節(jié)坡口加工與焊接5.2.1 筒節(jié)焊接坡口的選擇焊接接頭坡口形狀和幾何尺寸的設計,應遵循以下原則:(1)保證焊接質量;(2)坡口加工簡易;(3)便于焊接加工;(4)節(jié)省焊接材料。按焊接技術要求加工坡口,坡口兩側30mm范圍內清理污物,然后按焊接工藝施焊。簡體是由鋼板卷制而成,其邊緣部分由于變形和冷作硬化作用其性能已發(fā)生變化,不能滿足設計要求,應此需將此區(qū)域除去。筒節(jié)卷制成形后,按圖樣規(guī)定的筒體名義直徑測量簡節(jié)的實際周長,并劃二次線,割去余量后按焊接工藝要求加工坡口。筒體的縱縫、環(huán)縫的焊接采用埋弧自動焊,埋弧自動焊最大一次熔
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