板材坡口機(jī)總體設(shè)計(jì)
板材坡口機(jī)總體設(shè)計(jì),板材,坡口機(jī),總體,整體,設(shè)計(jì)
遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
前言
板材坡口機(jī)是一種使用最廣泛的板材加工機(jī)械，早已實(shí)現(xiàn)了液壓化,80年代迅速實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，CIMT'95展出了18臺(tái)板材坡口機(jī)，其中外國(guó)7臺(tái)，中國(guó)11臺(tái)。除了中國(guó)臺(tái)灣的一臺(tái)以外，其余的17臺(tái)全部是數(shù)控板材坡口機(jī)。在我國(guó)歷屆國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上,這一屆展覽會(huì)展出的板材坡口機(jī)最多，國(guó)產(chǎn)板材坡口機(jī)也很多，且水平較高。板材坡口機(jī)是用于焊接板材前打坡口的機(jī)械。對(duì)于普通板材坡口機(jī)來(lái)說(shuō)，只有高度熟練的操作人員才能做好此工作，即使如此也需要相當(dāng)長(zhǎng)的調(diào)整時(shí)間。用先進(jìn)的液壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)裝備的板材坡口機(jī)不但可以大大縮短調(diào)整時(shí)間，而且沒(méi)有工作經(jīng)驗(yàn)的操作人員也能生產(chǎn)出達(dá)到要求的板材坡口機(jī)。本文研究的板材坡口機(jī)用于鋁板的坡口加工，具有很好的實(shí)用價(jià)值，這種板材坡口機(jī)控制系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)控制，銑削系統(tǒng)為核心系統(tǒng)。相對(duì)數(shù)控系統(tǒng)裝備的板材坡口機(jī)其成本要低的多，而且對(duì)操作人員的熟練度要求較低。本文主要闡述了銑削系統(tǒng)、液壓缸的設(shè)計(jì)以及液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
1 緒論
1.1 課題來(lái)源
阜新封閉母線有限責(zé)任公司（原阜新封閉母線廠）是國(guó)家定點(diǎn)設(shè)計(jì)，制造封閉母線及其成套設(shè)備的專業(yè)企業(yè)，是中國(guó)最早研制、生產(chǎn)全連式相對(duì)封閉母線的廠商，擁有八十年代世界先進(jìn)水平的封閉母線鉚焊生產(chǎn)設(shè)備和2.5萬(wàn)安培大電流實(shí)驗(yàn)裝備，是東北輸變電上市公司之一。板材坡口機(jī)是封閉母線生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備，為滿足客戶的需求，公司迫切需要設(shè)計(jì)一種實(shí)用且成本較低的產(chǎn)品。
1.2 課題的設(shè)計(jì)目的及意義
隨著板材坡口機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，它的功能越來(lái)越齊全，操作越來(lái)越方便。雖然以數(shù)控系統(tǒng)為控制系統(tǒng)的板材坡口機(jī)生產(chǎn)效率會(huì)很高，而且質(zhì)量也非常好，但這些對(duì)于鋁板的坡口加工來(lái)說(shuō)，消耗的成本過(guò)高，固我們采取常用的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使用液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣不但能滿足生產(chǎn)要求還能節(jié)省資金。
1.3 與課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
1.3.1 板材坡口機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況
近年來(lái)，繼液壓技術(shù)之后，數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于鍛壓機(jī)械的各個(gè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的數(shù)控板材坡口機(jī)也有一定的發(fā)展。從1986年10月第一臺(tái)XBJ67Y-160K/3200數(shù)控板材坡口機(jī)由天水鍛壓機(jī)床廠研制成功以為，國(guó)內(nèi)數(shù)控板材坡口機(jī)技術(shù)發(fā)展較為有代表性的單位有濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所、黃石鍛壓機(jī)床廠和上海沖剪機(jī)床廠。黃石鍛壓機(jī)床廠和濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所聯(lián)合先后完成了XBJ67K-100/3000和XBJ67K-100/3100S型數(shù)控板材坡口機(jī)。其中XBJ67K-100/3100S板材坡口機(jī)產(chǎn)品屬于70年代末開(kāi)發(fā)的新型板材坡口機(jī)。上海沖剪機(jī)床廠更是異軍突起，從1986年以來(lái)先后開(kāi)發(fā)成功具有現(xiàn)代水平的XBJ12K與XBJ67K兩大系列數(shù)控板材坡口機(jī)和具有當(dāng)代水平的高精度數(shù)控板材坡口機(jī)。其中XBJ67K系列數(shù)控板材坡口機(jī)采用瑞士CYBELEC CNC7200P板材坡口機(jī)專用數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過(guò)X軸（后擋料位置）、Y軸（機(jī)械擋料位置）來(lái)控制坡口角度，并由當(dāng)柵尺檢測(cè)出滑塊位置，由CNC來(lái)控制滑塊上下死點(diǎn)、快慢速度換點(diǎn)和板料壓緊點(diǎn)等。
不甘落后的上海新力機(jī)器廠奮起直追，1992年下半年起先后研制成功了XBJ67K系列數(shù)控板料折彎?rùn)C(jī)，其中XBJ67K02-100/3200數(shù)控板材坡口機(jī)采用臺(tái)灣心得科技公司生產(chǎn)的CD-SERVO1702型數(shù)控系統(tǒng)，采用二軸切換方式實(shí)現(xiàn)二軸的分別控制和定位。該數(shù)控板材坡口機(jī)屬于經(jīng)濟(jì)型，整機(jī)性能穩(wěn)定、可靠、操作簡(jiǎn)便，該機(jī)已銷往海內(nèi)外。另一種XBJ67K100/320數(shù)控板材坡口機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)采用上海機(jī)床研究工作所開(kāi)發(fā)的MTC-1B型，該系統(tǒng)相當(dāng)于瑞士CYBELEC公司的CNC7200P，具有80年代先進(jìn)水平。該廠最新研制的XBJ67K22-100/3200數(shù)控板材坡口機(jī)，采用瑞士DNC73PCG-b數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用英語(yǔ)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話編程，并控制折彎銑削力，配有9in高分辨率顯示屏幕，輸入各銑削角度后可顯示所銑削產(chǎn)品的單色圖象，直觀地提示操作工人應(yīng)如何進(jìn)行操作，滑塊位置由沅柵尺檢測(cè)等等。
另外，我國(guó)最近又研制成功了XBJ67K-DNC系列三種數(shù)控板材坡口機(jī)，該系統(tǒng)板材坡口機(jī)采用瑞士Cybelec DNC7200型數(shù)控系統(tǒng)。該機(jī)具有如下特點(diǎn)：圖形顯示功能和計(jì)算機(jī)輔助編程功能（CAP），即操作者根據(jù)加工圖紙，將銑削角度和銑削邊緣的長(zhǎng)度輸入后由DNC顯示工件的截面圖，并計(jì)算所需工件展開(kāi)長(zhǎng)度；引用存儲(chǔ)器里的模具參數(shù)等計(jì)算最佳銑削順序和每道順序的定位尺寸；壓力計(jì)算功能可以計(jì)算自由銑削及凹模銑削所需壓力；在圓弧銑削計(jì)算功能，用直線逼近方式模擬大圓弧銑削加工，計(jì)算每一工序的定位尺寸；輔助參數(shù)計(jì)算機(jī)功能，如計(jì)算滑塊的上死點(diǎn)位置，由DNC連續(xù)控制協(xié)助操作能避免錯(cuò)誤動(dòng)作。
在CIMT＇展出的產(chǎn)品中，國(guó)產(chǎn)板材坡口機(jī)較多，而且水平較高。下面簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)公司的展品：
1）上海沖剪機(jī)床廠展出的XBJ67K-160/3200型板材坡口機(jī)，兩個(gè)油缸各自采用電液伺服閉環(huán)控制。采用Cybelec公司Press Cad900數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)7軸數(shù)控（Y1、Y2、X2、R、Z1、Z2）?；瑝K上有長(zhǎng)孔，布置液壓撓度補(bǔ)償裝置。上模有液壓快速夾緊裝置，工作臺(tái)前有氣動(dòng)前托料架。
2）新力機(jī)器廠展出的XBJ63K37-100/3100型板材坡口機(jī)，兩個(gè)油缸各自采用電液比例閉環(huán)控制。采用Cybelec公司Press Cad900數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)7軸數(shù)控制（Y1、Y2、X1、X2、R、Z1、Z2）。工作臺(tái)上有液壓撓度補(bǔ)償裝置。上模有液壓快速夾緊裝置。該廠現(xiàn)有3個(gè)系列數(shù)控板材坡口機(jī)，K24系列為電液伺服閉環(huán)控制，采用Cybelec DNC70或DelemDA-24數(shù)控系統(tǒng)，4軸數(shù)控。K02系列和K22系列是2軸數(shù)控，主機(jī)為扭軸機(jī)械擋塊結(jié)構(gòu)，前者用心得公司BD-100數(shù)控系統(tǒng)，后者用Cybelec DNC 73PGG-6數(shù)控系統(tǒng)。
3）亞細(xì)亞機(jī)械有限公司展出的XBJⅡ-100/3100型板材坡口機(jī)是按瑞士Beyeler公司的圖紙生產(chǎn)的，兩個(gè)油缸各自采用比例閥和光柵組成的電液比例閉環(huán)控制，但是光柵的動(dòng)尺和定尺直接裝在床身和滑塊上，而不是在工作臺(tái)兩端各裝一C型臂，與動(dòng)尺連接。這樣不能消除加載時(shí)和偏載時(shí)床身變形不一致對(duì)銑削精度的影響。采用Cybelec數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)3軸數(shù)控；Y1、Y2、X。數(shù)控系統(tǒng)不是懸掛式箱形結(jié)構(gòu)，而是與電氣控制柜裝成一體。該公司是日本亞細(xì)亞國(guó)際商事株式會(huì)社在中國(guó)開(kāi)設(shè)的工廠，而亞細(xì)亞國(guó)際商事株式會(huì)社是Cybelec公司的亞洲總代理。Beyeler公司是瑞士生產(chǎn)板材坡口機(jī)的著名公司，板材坡口機(jī)的規(guī)格從500N到50000KN，工作臺(tái)最大長(zhǎng)度18000mm。據(jù)稱最近制造了世界100000KN板材坡口機(jī)，用于海上石油鉆井平臺(tái)板材的銑削。
4）江都機(jī)床總廠展出的XBJ67K-160/4000型板材坡口機(jī)和揚(yáng)州鍛壓機(jī)床廠展出的XBJ-PB12A-125/3200型板材坡口機(jī)，都是用電液比例控制系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)油缸進(jìn)行閉環(huán)控制。前者采用Delem DA-24e數(shù)控系統(tǒng)，4軸數(shù)控：Y1、Y2、X、R。工作臺(tái)上有液壓撓度補(bǔ)償裝置。后者采用Cybelec DNC70數(shù)控系統(tǒng)，3軸數(shù)控；Y1、Y2、X。
5）北京鍛壓機(jī)床廠展出XBJ67K-63/2500型板材坡口機(jī)，天水鍛壓機(jī)床廠。無(wú)錫治金機(jī)械廠和靖江鍛壓機(jī)床廠各殿出XBJ67K-100/3200型板材坡口機(jī)。主機(jī)者是扭軸機(jī)械擋塊結(jié)構(gòu)。采用DelemDA-24或Cybelec DNC70數(shù)控系統(tǒng)，2軸數(shù)控：Y和X。
6）臺(tái)灣曄俊公司展出的XBJ6020型板材坡口機(jī)，銑削力600KN，工作臺(tái)長(zhǎng)度2000mm。主機(jī)采用齒輪齒條同步機(jī)構(gòu)，操縱盒子上有滑塊位置調(diào)節(jié)和顯示裝置，是普通板材坡口機(jī)。該公司也生產(chǎn)數(shù)控板材坡口機(jī)，銑削力從450KN到3000KN，工作臺(tái)最長(zhǎng)長(zhǎng)度3600mm，共20種規(guī)格。
我國(guó)板材坡口機(jī)技術(shù)水平近年來(lái)得到迅速提高，在CIMT＇展出的10臺(tái)板材坡口機(jī)全部數(shù)控化，使板材坡口機(jī)的精度、功能和可靠性提高到了一個(gè)新階段。
1.3.2 板材坡口機(jī)在國(guó)外的發(fā)展情況
國(guó)外的板材坡口機(jī)早已實(shí)現(xiàn)液壓化，現(xiàn)在已普遍采用電液比例（或伺服）控制技術(shù)對(duì)兩個(gè)油缸的同步位置，速度和壓力進(jìn)行精確控制。與機(jī)械液壓伺服閥的液壓系統(tǒng)相比，不僅調(diào)整方便，控制精度高，容易實(shí)現(xiàn)雙機(jī)聯(lián)運(yùn)，而且機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。液壓系統(tǒng)集成化，與數(shù)控系統(tǒng)連接簡(jiǎn)單方便，從而使板材坡口機(jī)的制造、裝配、調(diào)試和維修的工作量都相應(yīng)減少。
國(guó)外著名的液壓件公司如Rexroth、Bosch等都可全套提供板材坡口機(jī)的比例控制液壓系統(tǒng)，其控制閥塊（包括充液閥）直接裝在油缸頂部，使液壓管路減少到最佳程度。著名的Cybelec、Delem、Autobend等公司可以提供板材坡口機(jī)專用的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。上述液壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)全都可以匹配，為板材坡口機(jī)制造廠提供了極大的方便。為了進(jìn)一步提高銑削精度，國(guó)外有些板材坡口機(jī)公司已開(kāi)發(fā)了多種板料厚度自動(dòng)測(cè)量裝置、銑削角度自動(dòng)測(cè)量裝置、銑削角度回彈量自動(dòng)測(cè)量及補(bǔ)償裝置，并已經(jīng)在板材坡口機(jī)上得到實(shí)際應(yīng)用。
為了減輕板材銑邊操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，已有幾家板材坡口機(jī)公司開(kāi)發(fā)了多軸數(shù)控的專用機(jī)器人與板材坡口機(jī)公司開(kāi)發(fā)了多軸數(shù)控的專用機(jī)器人與板材坡口機(jī)組成“板材坡口機(jī)—機(jī)器人”系統(tǒng)，在生產(chǎn)尺寸較小，形狀不太復(fù)雜的典型板材銑邊件時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。
CNC在國(guó)外板材坡口機(jī)已經(jīng)普遍應(yīng)用，如瑞典Pullmax公司的Ursviken分部每年大約生產(chǎn)200臺(tái)板材坡口機(jī)，其中90%以上的產(chǎn)品裝有CNC。該公司OPTIM型640KN CNC板材坡口機(jī)采用Cybelec 公司KNC900數(shù)控系統(tǒng)。該公司另一種新式的板材坡口機(jī)具有伺服控制（帶有偏心銑削功能），銑削過(guò)程中可以補(bǔ)償機(jī)身變形的“雙工作基準(zhǔn)面”，重復(fù)精度可高達(dá)0.01mm。多軸控制所具有的多性能使板材坡口機(jī)實(shí)現(xiàn)有效控制,懸浮結(jié)構(gòu)和液壓模具夾緊裝置實(shí)現(xiàn)模具自動(dòng)快速換模，并裝有板料的測(cè)厚裝置，用以檢查銑削板的厚度變化是否在板材坡口機(jī)的允許范圍之內(nèi)。
Adira的XBJ-DNC系列全電—液壓系統(tǒng)控制的上傳動(dòng)板材坡口機(jī)，采用Cybelec DNC33P6系統(tǒng)，全部實(shí)現(xiàn)DNC控制。
美國(guó)的Pacific Press & Shear公司的CNC三點(diǎn)板材坡口機(jī)，在工件銑削精度和機(jī)器操作方面都另具特色。而瑞士的Hammarler公司AP系列三點(diǎn)板材坡口機(jī)更是80年代冷加工設(shè)備的佼佼者，它不僅有數(shù)控或程序控制功能，并較好地解決了金屬板料銑削的高質(zhì)量和高重復(fù)精度問(wèn)題。因此，在多層次金屬板料銑削過(guò)程中，工件精度幾乎不受工件長(zhǎng)度的影響。國(guó)外還有由機(jī)器人和板材坡口機(jī)組成的柔性板材坡口機(jī)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)折柔性銑削。如日本天田公司5500KNFDB型精密板材坡口機(jī)和意大利普利瑪公司設(shè)計(jì)的由機(jī)器人組成“板材坡口機(jī)—機(jī)器人”系統(tǒng)。機(jī)器人裝在板材坡口機(jī)的工作臺(tái)上，沿工作臺(tái)移向自動(dòng)疊料機(jī)，以鉗爪夾住一塊板料（板料已升起到與夾鉗相同的水平面上），回到其工作位置，操作板料直到完成全部銑削工序?yàn)橹?，然后再回到自?dòng)疊料機(jī)處卸下已成形的工件并夾起另一塊板料。
1.3.3 對(duì)板材坡口機(jī)行業(yè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的建議
如今我國(guó)的板材坡口機(jī)技術(shù)水平已經(jīng)提高到了一個(gè)新階段，但是我國(guó)板材坡口機(jī)行業(yè)需要進(jìn)一步發(fā)展和提高，應(yīng)該重視以下問(wèn)題。
1）板材坡口機(jī)制造廠必須盡快建立一支能夠熟練掌握板材坡口機(jī)數(shù)控系統(tǒng)和電液比例控制系統(tǒng)的技術(shù)隊(duì)伍。為了使數(shù)控板材坡口機(jī)作為商品進(jìn)入市場(chǎng)，讓用戶正常使用，各板材坡口機(jī)制造廠一定要擁有能夠擔(dān)當(dāng)起數(shù)控板材坡口機(jī)的設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試、維修和培訓(xùn)用戶任務(wù)的技術(shù)人員和工人的隊(duì)伍。
2）國(guó)內(nèi)板材坡口機(jī)的規(guī)格品種很少，龍其缺少大規(guī)格大噸位板材坡口機(jī)。大多數(shù)板材坡口機(jī)都沒(méi)有上下模的液壓快速夾緊裝置、工作臺(tái)撓度補(bǔ)償裝置、氣動(dòng)托持裝置、多種型式的后擋料器等可供用戶選擇的部件和附件。
3）大量使用金屬薄板的用戶，往往配套使用“沖剪折”三大件板料加工設(shè)備。因此，生產(chǎn)板料成形機(jī)床的制造廠正向“沖剪折”三大件產(chǎn)品成龍配套生產(chǎn)的方向發(fā)展。在國(guó)外這一趨勢(shì)早在幾年前就已出現(xiàn)。我國(guó)有條件的板材坡口機(jī)制造廠應(yīng)該不失時(shí)機(jī)開(kāi)發(fā)沖?；剞D(zhuǎn)頭壓力機(jī)或步?jīng)_壓力機(jī)。
4）外國(guó)著名的公司大舉涌入中國(guó)的板材坡口機(jī)市場(chǎng)，除了一些早已進(jìn)入的公司以外，近兩年又有一批公司或在中國(guó)建廠生產(chǎn)，或建立辦事處、經(jīng)銷機(jī)構(gòu)，或與國(guó)內(nèi)工廠洽談合資，一些首次來(lái)中國(guó)參展的公司也在積極尋找代理銷售服務(wù)單位。這對(duì)我國(guó)板材坡口機(jī)行業(yè)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。另一方面，為板材坡口機(jī)提供數(shù)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)，以及光柵尺、伺服電機(jī)等配套件的許多外國(guó)公司也正在積極爭(zhēng)奪中國(guó)市場(chǎng)，為迅速提高我國(guó)板材坡口機(jī)的水平提供了有利條件。一些外國(guó)板材坡口機(jī)公司也正在中國(guó)謀求技術(shù)合作、合資生產(chǎn)，也為我們提供了機(jī)遇。因此，面對(duì)這一挑戰(zhàn)與機(jī)遇、困難與有利條件并存的局面，我們必須抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，迅速提高和發(fā)展我國(guó)自己的板材坡口機(jī)技術(shù)。
1.4 刨邊機(jī)與坡口機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
刨邊機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：
(1) 刨邊機(jī)價(jià)格便宜,便于制造,壽命較長(zhǎng)
(2) 刨刀更換方便
(3) 刨刀僅能刨出V 形焊接坡口
(4) 刨邊機(jī)為被動(dòng)切削,無(wú)需動(dòng)力,但消耗遞送機(jī)的遞送力
(5) 刨刀需磨削,對(duì)工人磨削技術(shù)要求高
(6) 刨邊機(jī)無(wú)法消除鋼帶月牙彎
(7) 刨邊刨出的邊緣形狀不精確一致
(8) 刨邊機(jī)很難同時(shí)刨出鋼帶兩側(cè)形狀,無(wú)法保證鋼帶寬度一致
(9) 刨邊機(jī)對(duì)圓盤剪剪切后的鋼帶兩側(cè)質(zhì)量要求較高,圓盤剪出現(xiàn)弦崩刃時(shí)必須更換。坡口機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：
(1) 坡口機(jī)銑出的坡口形狀精確一致,有利于成型和焊接,是焊接的理想坡口,尤其是厚板時(shí)能銑出理想的X 型坡口
(2) 坡口機(jī)銑出的坡口角度準(zhǔn)確,從始到終不變,可避免成型縫“內(nèi)緊外松”或“外緊內(nèi) 松等缺陷
(3) 銑出的邊緣及坡口的表面粗糙度好,減少了錯(cuò)邊、燒穿、電流和電壓波動(dòng)等缺陷
(4) 可消除的部分月牙彎,對(duì)頭通過(guò)平穩(wěn)
(5) 在厚度大于12 mm 時(shí),可銑出X 型坡口,避免未焊透現(xiàn)象,且可有效降低焊縫高度,得到理想的焊縫形狀,并有利于鋼管內(nèi)外表面的防腐作業(yè)
(6) 可在兩側(cè)同時(shí)銑出焊接坡口,有利于成型穩(wěn)定,并保證鋼帶寬度不變
(7) 坡口機(jī)為主動(dòng)切削,需一定的動(dòng)力
(8) 銑邊刀片更換時(shí)較費(fèi)事
(9) 坡口機(jī)的振動(dòng)及噪音較大
1.5 銑邊與剪邊工藝的比較
板邊加工是焊接生產(chǎn)工藝中必不可少的工序,焊接的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益與待焊板邊質(zhì)量、加工寬度關(guān)系密切。采用坡口機(jī)銑邊工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓盤剪邊工藝,可根據(jù)板厚加工成要求的鈍邊尺寸、粗糙度和需要的焊接坡口,為焊接板材創(chuàng)造良好的條件。加之銑邊量比剪邊量窄,提高了成材率,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.5.1 板邊加工在焊接工藝中的必要性
GB /T14164標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:“不切邊板材寬度允許偏差為+ 20mm; ”“不切邊板材的鐮刀彎每5m不得大于25mm。”為了保證板材成型穩(wěn)定及焊接質(zhì)量,必須對(duì)板材進(jìn)行板邊加工,以消除“鐮刀彎”,并使其達(dá)到所要求的工作寬度。板材板邊質(zhì)量決定了焊接內(nèi)在質(zhì)量。為了保證焊接質(zhì)量,必須去除板邊氧化物、油及其它缺陷,且板材邊也不允許凹凸不平。為了易焊接(小規(guī)范) 、提高焊速、焊縫內(nèi)無(wú)未焊透,在板厚較薄時(shí)應(yīng)防止板材邊擠厚,在板厚較厚時(shí)應(yīng)加工出所要求的焊接坡口及鈍邊等。因此, 板材板邊加工是焊接工藝必不可少的工序,板邊加工工藝多種多樣,采用合理的板邊加工工藝既可提高焊管質(zhì)量又可提高成材率。
1.5.2 板邊加工工藝常用的帶鋼板邊加工工藝
①圓盤剪剪邊工藝
②前后兩臺(tái)坡口機(jī)粗銑+精銑工藝
③單銑邊工藝;
④圓盤剪剪邊+坡口機(jī)銑邊工藝
1.5.3 圓盤剪剪邊工藝
圓盤剪剪邊工藝是傳統(tǒng)的板邊加工工藝,采用上下兩個(gè)圓形剪刃,根據(jù)板材厚度,通過(guò)調(diào)整兩個(gè)剪刃間的間隙、重合量,將板邊切除,剪邊寬度一般為1～1. 2 t ( t為板厚) 。切除后的板邊質(zhì)量與剪刃質(zhì)量、間隙、重合量密切相關(guān),三者缺一不可。圓盤剪剪邊工藝是剪切與撕裂共同作用,其板邊形狀凹凸不平 、或向一面翅邊、或板邊與板面垂直方向有小夾角 ,易造成氣孔、漏弧以及ERW 焊管熔融氧化物難排出等焊接缺陷。剪邊工藝造成的板邊形狀優(yōu)點(diǎn)是剪刃調(diào)整好后使用周期較長(zhǎng),作業(yè)率高,刀盤消耗較低。
1.5.4 粗銑+精銑工藝
目前應(yīng)用最普遍的銑邊工藝為粗銑+精銑,粗銑機(jī)用直刀銑頭將板材板邊氧化物及缺陷銑去,并保證要求的工作寬度。精銑用X或Y形刀頭將板邊銑成所要求的坡口形狀。此工藝適合生產(chǎn)厚壁板材,但刀具損壞較快,最多用8 h必須更換一次刀頭,相對(duì)作業(yè)率偏低。在生產(chǎn)薄壁板材而且原料寬度變化小時(shí),可用一臺(tái)坡口機(jī),另一臺(tái)備用,以減少更換銑刀耽誤的時(shí)間。
1.5.5 單臺(tái)銑邊工藝
只用一臺(tái)坡口機(jī),同時(shí)完成粗銑和精銑工序,既要將板材銑到成型所要求的工作寬度,又要將板邊銑出焊接所要求的粗糙度及坡口形狀。單銑的條件為原料寬度偏差要小(10mm以內(nèi)) ,否則,料窄時(shí)會(huì)造成板邊氧化物等缺陷未清除,料寬時(shí)會(huì)造成打刀或?qū)⒌侗P卡死。此工藝適合生產(chǎn)薄壁、原料寬度變化小的板材。
1.5.6 圓盤剪剪邊+單坡口機(jī)銑邊工藝
此工藝綜合了圓盤剪剪邊和坡口機(jī)銑邊工藝各自的優(yōu)點(diǎn),圓盤剪剪去原料變化大的邊緣部分,坡口機(jī)銑到所要求工作寬度、坡口形式和鈍邊,在原料寬度變化大時(shí)會(huì)發(fā)揮更好的作用,但整體設(shè)備成本高。
1.5.7 板材焊接質(zhì)量好
由銑邊、剪邊工藝及焊接對(duì)板邊質(zhì)量要求分析可以看出,銑邊后, 板材板邊粗糙度大大改善,待焊表面平整,可銑出所要求的焊接坡口形式,易滿足焊接所要求的條件。所以,經(jīng)銑邊后板材的焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于剪邊后板材的焊接質(zhì)量。
1.5.8 板材成材率高
板材成材率與板材寬度、板邊狀態(tài)、成型質(zhì)量、內(nèi)外焊質(zhì)量、對(duì)頭切除長(zhǎng)度等有關(guān)。板材寬度一定時(shí),工作寬度與板邊加工工藝有關(guān)。用剪邊工藝時(shí),剪邊單邊寬度為1～1. 2 t,一般單邊為7～15mm,雙邊為15～30mm。壁厚增加,剪邊寬度就要加寬,用剪邊工藝影響成材率約在1%～2%。而用銑邊工藝銑削量與壁厚關(guān)系不大, 一般雙邊小于10mm, 影響成材率約0.7% ,即銑邊比剪邊節(jié)省材耗
0. 3%～1. 3%。
1.5.9 易加工厚板
在剪切小于8mm板厚時(shí),板邊質(zhì)量受圓盤剪間隙、重合量及剪刃磨損影響,會(huì)造成板邊毛刺、剪切面粗糙、凹凸不平等現(xiàn)象,而銑邊不會(huì)產(chǎn)生這些現(xiàn)象。在剪切大于10mm壁厚時(shí),剪切難,板邊質(zhì)量更差,而且不能加工焊接所需的坡口。所以剪邊同銑邊相比,會(huì)造成焊接質(zhì)量差、焊接缺陷多、焊縫通過(guò)率低、成材率低等問(wèn)題。
1.5.10 銑邊坡口參數(shù)
（1）坡口形式
在焊接壁厚大于10mm以上尤其是厚壁工件時(shí),必須開(kāi)Y、U、X形坡口給焊接提供方便。在坡口機(jī)銑削坡口的埋弧自動(dòng)焊接中,采用Y、X形坡口形式。板材壁厚小于11mm時(shí)多用Y形坡口;壁厚大于11mm時(shí)用X形坡口。
（2）坡口角度
為了消除未熔合(坡口暴露在焊縫邊) 、假咬邊等焊接缺陷,在埋弧焊接中坡口角度不宜過(guò)大,一般(單邊)小于30°,鈍邊可根據(jù)板厚度確定,應(yīng)小于7mm。隨著厚度增加,鈍邊可適當(dāng)減小,以不漏弧、易觀察內(nèi)焊不造成焊偏為目的。在大壁厚(15mm以上板材焊接時(shí),為了易于觀察內(nèi)焊紅線,可將外焊坡口適當(dāng)加大,但不宜超過(guò) 45°。
（3）坡口位置
內(nèi)焊開(kāi)坡口有利于熔深,因?yàn)閮?nèi)焊時(shí),待焊金屬溫度為室溫,溫度較低。外焊受內(nèi)焊的預(yù)熱,在同樣條件及線能量下,外焊比內(nèi)焊熔深大。內(nèi)焊為雙絲焊時(shí),內(nèi)焊開(kāi)坡口是最合理的,有利于跟蹤內(nèi)焊避免焊偏,同時(shí)降低內(nèi)焊道高度;但在內(nèi)焊為單絲時(shí),為了防止假咬邊,應(yīng)盡量不要在內(nèi)焊邊開(kāi)坡口或根據(jù)情況開(kāi)小角度坡口。外焊開(kāi)坡口一方面增加熔深,另一方面降低焊縫高度,減少應(yīng)力集中,也有利于鋼管外防腐,這一特點(diǎn)被公認(rèn)。但焊接時(shí),不易于目測(cè)跟蹤內(nèi)焊紅線,而造成內(nèi)焊焊偏。
1.5.11 銑邊工藝對(duì)工作條件的要求
（1）對(duì)板材質(zhì)量的要求
不同板材生產(chǎn)廠質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝及設(shè)備的差異,生產(chǎn)的板材板形不同,即板寬公差、月牙彎、平直度差別較大。板形太差銑邊時(shí)易產(chǎn)生脫銑、打刀等現(xiàn)象,給銑邊帶來(lái)困難。同生產(chǎn)廠簽定技術(shù)條件時(shí),必須對(duì)板形提出嚴(yán)格的技術(shù)要求,而且板邊緣夾渣等內(nèi)部缺陷范圍不得大于銑邊量,以保證銑邊質(zhì)量和焊縫質(zhì)量。若采用圓盤剪+銑邊工藝,可適當(dāng)放寬對(duì)板形的技術(shù)要求。
（2）對(duì)板材遞送的要求(板材糾偏)
在銑邊時(shí),為了防止一邊脫銑而另一邊銑削量過(guò)大,造成卡住坡口機(jī)、打刀等現(xiàn)象,對(duì)板材進(jìn)行糾偏顯得更為重要。板材糾偏主要以原料進(jìn)入平輥、立輥交替分布區(qū)前,時(shí)刻保證板材按要求位置運(yùn)行。若焊接機(jī)組為短流程(前擺式)機(jī)組,從拆卷機(jī)開(kāi)始控制;若是有活套或有飛焊小車的連續(xù)生產(chǎn)機(jī)組,在板材進(jìn)入坡口機(jī)前必須使板材按要求位置遞送,從拆卷機(jī)開(kāi)始保證板材遞送,銑邊效果肯定更佳; 板材在進(jìn)入夾送機(jī)前出現(xiàn)不平(一高一低) ,或板材在進(jìn)入成型機(jī)前出現(xiàn)跑偏時(shí),調(diào)整夾送機(jī)某邊壓下量是消除上述問(wèn)題的最佳方案。用立輥強(qiáng)制趕料會(huì)造成板材邊緣擠厚,且易使立輥損壞。
（3）對(duì)板材對(duì)頭焊接的要求(對(duì)頭質(zhì)量)
一般情況下,板卷的頭、尾各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)較差,需剪去一段長(zhǎng)度后進(jìn)行對(duì)頭焊接。若操作工人操作不慎,會(huì)造成對(duì)頭前后板材對(duì)不齊,增加硬彎(月牙彎) 、對(duì)焊錯(cuò)邊等缺陷,給銑邊帶來(lái)麻煩。所以必須提高對(duì)頭焊工操作水平,減少人為因素,防止料頭料尾切斜造成對(duì)頭前后月牙彎,為銑邊質(zhì)量提供保證。
1.5.12 存在問(wèn)題
(1)消耗成本較高。用坡口機(jī)代替圓盤剪需要的電能、銑刀消耗比圓盤剪費(fèi)用大,生產(chǎn)成本費(fèi)用增加。
(2)作業(yè)率降低。圓盤剪剪刃使用周期較長(zhǎng),而銑刀最多用8 h就需更換一次,每次更換時(shí)間約需30min,使作業(yè)率明顯降低。
1.5.13 結(jié)論
(1)銑邊質(zhì)量高于剪邊質(zhì)量,并可銑出所要求的坡口,為焊接創(chuàng)造有利條件,提高了焊接質(zhì)量。
(2)采用銑邊工藝,雖因刀刃磨損快、換刀頻繁而增加了材料消耗成本,降低了作業(yè)率;但銑邊量比圓盤剪剪邊量小,可提高成材率約1%,綜合經(jīng)濟(jì)效益可觀。
(3) 板材板形、生產(chǎn)工藝、操作水平是保證銑邊質(zhì)量的關(guān)鍵。
(4)隨著板材生產(chǎn)廠軋制技術(shù)的不斷發(fā)展, 板材尺寸精度得到有效提高,焊接板材生產(chǎn)中板邊以銑代剪工藝將廣泛普及。
1.6 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和預(yù)期結(jié)果
1.6.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
1）板材坡口機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2）液壓系統(tǒng)（包括液壓缸）的設(shè)計(jì)
3）板材坡口機(jī)的銑削系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4）控制系統(tǒng)概述
1.6.2 預(yù)期結(jié)果
能夠設(shè)計(jì)出一臺(tái)滿足阜新封閉母線廠需要的液壓銅排（鋁排）板材坡口機(jī)，并能提高一定的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。
2 板材坡口機(jī)的總體結(jié)構(gòu)概述
2.1 板材坡口機(jī)的結(jié)構(gòu)
由于銑邊工藝的特殊性決定了板材坡口機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通壓力機(jī)結(jié)構(gòu)上的差異。通常所有板材坡口機(jī)由以下幾部分組成:
1）油缸：提供板材坡口機(jī)壓緊板材所需的壓緊力且驅(qū)動(dòng)壓料腳上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2）壓料腳：在長(zhǎng)度上連接液壓缸,可上下往復(fù)往復(fù)運(yùn)動(dòng),完成板料的壓緊。
3）機(jī)架：由兩個(gè)立柱及三梁聯(lián)結(jié)而成。油缸、機(jī)床導(dǎo)軌及銑削系統(tǒng)等均固定在其上。兩個(gè)立柱是最主要受力構(gòu)件。
4）帶滾輪的板料的工作臺(tái)。
5）銑削系統(tǒng):由銑削頭，工作進(jìn)給系統(tǒng)，快速滑移系統(tǒng)等組成。
6）液壓系統(tǒng):由油箱、油泵、壓力閥組、同步閥組及液壓管道等組成。向油缸提供壓力油并控制其運(yùn)動(dòng)。
8）減速器：連接電動(dòng)機(jī)和銑削頭，使銑削頭具有變速功能。
9）主電動(dòng)機(jī)和三個(gè)輔助電動(dòng)機(jī)。
10）其它輔助功能機(jī)構(gòu)：便于板料的上、下料及折彎過(guò)程中的隨動(dòng)托料，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
總體設(shè)計(jì)要求
坡口機(jī)在屬于高精度設(shè)備,設(shè)計(jì)時(shí)需按有關(guān)機(jī)床設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。根據(jù)我對(duì)坡口機(jī)的研究與設(shè)計(jì),以及在焊管生產(chǎn)線上的應(yīng)用情況,對(duì)設(shè)計(jì)要求作介紹:
①坡口機(jī)的動(dòng)力傳遞推薦采用齒輪傳動(dòng),選用高精度齒輪,盡量減少電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、跳動(dòng)等對(duì)主軸精度的影響;
②銑頭應(yīng)設(shè)計(jì)成角度可調(diào),以便銑出理想的焊接坡口;
③要有效解決板材的左右竄動(dòng)和上下跳動(dòng)難題,從而避免打刀現(xiàn)象;
④銑刀盤要有防護(hù),防止鐵屑飛濺到鋼板上和操作人員的身上,以免造成鋼板表面壓痕和人身不安全事故發(fā)生;
⑤主軸箱需要稀油潤(rùn)滑,用于保證軸承潤(rùn)滑;
⑥為了保證刀具的耐用度,必須合理確定銑削速度。由于國(guó)內(nèi)刀片質(zhì)量及研究水平的提高,刀片的切削速度已有很大的提高。建議坡口機(jī)刀片盡量采用硬質(zhì)合金刀片,切削速度在150～260 m/ min。
(2) 刀片 坡口機(jī)必須適用于連續(xù)作業(yè)生產(chǎn),要求刀片具有很高的抗熱震裂、抗塑性變形能力和抗沖擊性,紅硬性高,耐磨性好。并要求更換方便、快捷,一個(gè)刀片有多個(gè)刃口可供使用。
(3) 順銑與逆銑 銑刀旋轉(zhuǎn)的方向與前進(jìn)的方向相同稱為順銑;銑刀旋轉(zhuǎn)的方向與前進(jìn)的方向相反稱為逆銑。順銑切削時(shí),刀齒一開(kāi)始就從最大的切削厚度處切入,逐漸切到零,避免了在已加工的板材邊緣表面上滑行,減少了加工表面冷作硬化現(xiàn)象和后刀面磨損,而且切削路程短,鐵屑短粗,平均切削厚度大,變形小,切削功率可比逆銑節(jié)約10 %左右。逆銑切削時(shí),每齒切下的鐵屑切削厚度是逐步從零增至最大。因此刀齒剛切入時(shí),在鋼帶由前一刀齒切削所形成的冷硬表面層表面上滑行一段距離,直到切至一定的切削厚度時(shí)才能切入,而且進(jìn)給量越小,滑行距離越長(zhǎng),所以刀齒后面與工件磨擦較大,擠壓嚴(yán)重,使刀具易于磨損,耐用度和粗糙度降低,還會(huì)造成嚴(yán)重的硬化層。因此針對(duì)實(shí)際需要我設(shè)計(jì)的坡口機(jī)采用順銑方式。對(duì)于阜新封閉母線廠所需要的,我們只需做一個(gè)簡(jiǎn)易的板材坡口機(jī)，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)包括液壓缸、銑削系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。
2.2 板材坡口機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)
總體方案設(shè)計(jì)包含功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)三部分。功能設(shè)計(jì)，即在調(diào)研并確定了板材坡口機(jī)的工作參數(shù)（運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、尺寸）之后，通過(guò)功能分解創(chuàng)新出或類比出可以實(shí)現(xiàn)加工要求的各種布局方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)功能的分解和合成來(lái)確定其布局方案，對(duì)于設(shè)計(jì)加工特定板料的專用板材坡口機(jī)較為有效。而銑削設(shè)計(jì)或類比設(shè)計(jì)主要通過(guò)查詢、比較確定可參照的板材坡口機(jī)布局方案，而大量用于設(shè)計(jì)一般的通用性板材坡口機(jī)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在總體布局方案基本確定之后，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)件進(jìn)行主要形狀和尺寸的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣有類比和創(chuàng)新設(shè)計(jì)兩類。類比技術(shù)是建立在成組技術(shù)和模塊化技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。而創(chuàng)新式設(shè)計(jì)主要是按照設(shè)計(jì)人員的意愿，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)模塊（板、梁、筋、孔、凸緣、法蘭等）的實(shí)體進(jìn)行拼裝、重疊等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。
性能設(shè)計(jì)是根據(jù)板材坡口機(jī)的總體性能要求對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差、精度和剛度等進(jìn)行設(shè)計(jì)分配。
3 控制系統(tǒng)的選擇及設(shè)計(jì)
3.1 控制系統(tǒng)的選擇
控制系統(tǒng)的傳動(dòng)主要有機(jī)械傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)等不同類型。機(jī)械傳動(dòng)是指依靠齒輪等一些機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞能量的傳動(dòng)；氣壓傳動(dòng)是以氣體的壓力能進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)換能量的氣體傳動(dòng)；液壓傳動(dòng)是以液體的壓力能進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)換能量的液體傳動(dòng)。由于液壓傳動(dòng)裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性?。徊倏v、控制簡(jiǎn)單，方便、省力；易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；液壓元件使用壽命長(zhǎng)，所以液壓傳動(dòng)系統(tǒng)自然就成為首選。但液壓傳動(dòng)也有其自身的缺點(diǎn)，如：液壓傳動(dòng)的工作性能受外界條件的變化很大；容易產(chǎn)生泄漏和壓力損失，傳動(dòng)效率低；易產(chǎn)生泄漏而造成污染；對(duì)液壓元件的加工精度、材料的材質(zhì)和熱處理工藝、維護(hù)和檢修水平等要求較高，故成本較高；對(duì)工作介質(zhì)的過(guò)濾要求嚴(yán)格。雖然液壓傳動(dòng)存在以上的一些缺點(diǎn)，但總的看來(lái)，該傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)多于缺點(diǎn)，故選用液壓傳動(dòng)。
3.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.2.1 液壓缸主要參數(shù)的確定
根據(jù)手冊(cè)[10]的推薦值，按主機(jī)類型選擇工作壓力，初選液壓系統(tǒng)工作壓力=2.2。
1）液壓缸缸筒內(nèi)徑
根據(jù)液壓缸的供油壓力與負(fù)載缸筒內(nèi)徑D可按下列公式初步計(jì)算：
（5-1）
式中：
——名義總壓力
——液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力
——液壓缸的機(jī)械效率，取=0.9
2）活塞桿直徑
查表，由工作壓力=2.2，選取速比，公稱壓力為3。則活塞桿直徑為：
據(jù)手冊(cè)調(diào)整D與d得：。
3）液壓缸工作循環(huán)中流量的計(jì)算
當(dāng)活塞桿伸出時(shí)
當(dāng)活塞干退出時(shí)
式中：
——液壓缸的容積效率，活塞密封為金屬環(huán)，為0.98
——活塞桿伸出速度，
——活塞桿退回速度，
——液壓缸內(nèi)徑
——活塞桿直徑
3.2.2 缸筒壁厚和外徑計(jì)算
1）缸筒壁厚的計(jì)算
缸筒常用無(wú)縫鋼管材料，本設(shè)計(jì)采用的是45號(hào)鋼。缸筒相當(dāng)于一個(gè)兩端封閉的圓筒形受壓容器，由材料力學(xué)可知，其應(yīng)力狀態(tài)是隨著缸筒內(nèi)徑和壁厚的比值改變而改變，因此在計(jì)算缸壁的合成應(yīng)力與厚度時(shí)，必須考慮不同的比值與材質(zhì)，采用不同的強(qiáng)度公式。由于是事先未知的，因此需要假設(shè)和驗(yàn)算過(guò)程。
表5-1 高精度冷拔無(wú)縫鋼機(jī)械性能表
Tab.5-1 Table of colddraw seamless steel mechanical properoty
材料
S45
S35
σb≥N/mm2
700
600
σs≥N/mm2
340
310
δs≥%
16
4
E≥N/mm2
20900
21200
μ
0.269
0.291
a 先求薄壁缸筒
當(dāng)，強(qiáng)度計(jì)算公式：
式中：
D—缸筒的內(nèi)徑
—最高容許壓力
—缸筒材料的許用應(yīng)力
—缸筒的內(nèi)應(yīng)力
許用應(yīng)力可以用下式計(jì)算：
式中：
—缸體材料的抗拉強(qiáng)度，查表可知
n—安全系數(shù)，一般取5
算出值后代入
取整mm
由于，而0.04〈 0.08滿足前面假設(shè)的條件，所以采用這種薄壁缸筒。
2）缸筒外徑
缸筒的壁厚確定以后，由下式計(jì)算出缸筒的外徑：
3.2.3 液壓缸的強(qiáng)度校核
以缸壁的厚度為參數(shù)，按照相應(yīng)的公式確定液壓缸有關(guān)尺寸：
液壓缸的缸體厚度：
缸體處過(guò)渡圓弧半徑：
缸的出油口直徑：
取整 mm
液壓缸進(jìn)行強(qiáng)度校核的有關(guān)數(shù)據(jù)為:
FH＝23000N，缸體材料采用的是45號(hào)鋼，材料的機(jī)械性能為，，泊松比，液體工作壓力為=2.2。
此缸的主要尺寸為：
缸的內(nèi)徑r1＝6.5 缸的外徑r2＝7
缸的缸底厚度t=1 缸的出油口直徑d=1.7
1）缸壁部分
此缸的最大應(yīng)力點(diǎn)在內(nèi)壁，其最大值為：
此時(shí)由于＜，所以安全。
2）缸底部分
本設(shè)計(jì)采用的是缸底為平底的，平底缸當(dāng)作均步載荷作用且周邊剛性固定的中心有孔的圓孔來(lái)考慮，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在圓板的周邊，可以按平板公式[2]計(jì)算：
式中：
——缸底因?yàn)殚_(kāi)孔而引入的削弱系數(shù)
此時(shí)許用應(yīng)力取最小的值為100Mpa，由于＜，所以安全。
3）活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
活塞桿常用35、45鋼等材料，對(duì)于沖擊震動(dòng)很大的活塞桿，也可以使用55鋼與40Cr。這里選用的是45 鋼作為活塞桿材料。其力學(xué)性能為：，，n 取2～2.5，則：
=142～177.5Mpa，取為177Mpa。
活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)行程而定：
l=S+L+H+（10～20）=230+40+26+20=316
式中：
S——最大的行程，S=230
L——導(dǎo)向套的長(zhǎng)度，一般取活塞桿直徑的0.6倍以上，即：
H——活塞桿插入活動(dòng)橫梁的長(zhǎng)度，取H為
由于，則按以下公式驗(yàn)算：
液壓缸的最大推力為：
所以：
式中：
——活塞桿直徑
——空心活塞桿內(nèi)徑，對(duì)于實(shí)心活塞桿
——活塞桿的壓或拉應(yīng)力
由于本設(shè)計(jì)中活塞桿直徑d=61mm＞dmin=27mm，所以活塞桿滿足強(qiáng)度要求。
3.3 液壓元件的選擇
1）選擇泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)
取系統(tǒng)的泄漏系數(shù)[8]為K=1.1,則液壓泵的最大流量為：
液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為2.2，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0，則考慮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為：
由于10個(gè)液壓缸并聯(lián)，所以：
根據(jù)和，查手冊(cè)選用D7B-002型高壓低噪聲定量葉片泵，該泵的額定流量為4.725L/min,排量為6.3mL/r，公稱壓力為25。又因?yàn)樵撘簤合到y(tǒng)的最大功率出現(xiàn)在退回階段，如果取液壓泵的總效率為0.75，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率為：
根據(jù)此數(shù)值查閱手冊(cè)，選取Y160M型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。
2）閥類元件及輔助元件
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類元件、輔助元件的實(shí)際流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。表5-2給出了一種方案。
濾油器：濾油器是用于濾除油液中非可溶性顆粒污染物，對(duì)油液進(jìn)行凈化，以保證系統(tǒng)工作得穩(wěn)定和延長(zhǎng)液壓元件得使用壽命。所以液壓泵吸油口需裝一粗濾油器。
表5-2 元件的型號(hào)及規(guī)格表
Tab.5-2 Table of model and specification of element
序號(hào)
產(chǎn)品名稱
估計(jì)通過(guò)量（L/min）
額定流量
（L/min）
額定壓力
（Mpa）
產(chǎn)品型號(hào)
1
2
3
4
5
6
定量葉片泵
溢流閥
三位四通換向滑閥
單向閥
單向閥
背壓閥
——
5
40
35
32
0.5
4.725
8
63
40
40
20
25
32～63
21
20
20
10
Y160M
CYF-B4L
HD-G（T）02
AF3-Eσ10B
AF3-Eσ10B
P-D6B
3）油管
各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、排出的最大流量計(jì)算。根據(jù)這些數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時(shí)，算得和液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：
這兩跟油管都按JB827-66選用內(nèi)徑16mm，外徑18mm的無(wú)縫的鋼管。
4）油箱
對(duì)于一般情況來(lái)說(shuō)，油箱的有效容積（液面高度為油箱高度80%時(shí)的容積）可以按液壓泵的額定流量估算出來(lái)。則：
式中：
V——油箱的有效容積
——與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)值：低壓系統(tǒng)=2～4，中壓系統(tǒng)=5～7，高壓系統(tǒng)=10～12。本設(shè)計(jì)中取=12。按GB2876-81規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=80L。
3.4 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
1）回路壓力損失計(jì)算
由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個(gè)回路的壓力損失值無(wú)法估算，僅閥類元件對(duì)壓力損失所造成的影響可以看得出來(lái)，供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時(shí)參考，這里估算從略。
4 板材坡口機(jī)銑削系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)車床上溜板箱的電動(dòng)機(jī)選擇，快移電動(dòng)機(jī)選擇型號(hào)為Y90S-4電動(dòng)機(jī)。額定功率為1.1kw,轉(zhuǎn)速為1500r/min。輸出最大轉(zhuǎn)矩為T=2.2
工作進(jìn)給電動(dòng)機(jī)選擇型號(hào)為Y802-4電動(dòng)機(jī)。額定功率為0.75kw,轉(zhuǎn)速為1500，輸出最大轉(zhuǎn)矩為T=2.2
4.2 軸的設(shè)計(jì)
由于快移電動(dòng)機(jī)的功率較大，所以在接下來(lái)設(shè)計(jì)軸的過(guò)程中，按快移電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。
4.2.1 軸的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度計(jì)算
d — 軸直徑 mm。
n — 軸的轉(zhuǎn)速 r/min。
p — 軸傳遞的功率 km。
表5-3 幾種常用軸用材料的［τ］及A值
Tab.5-1 Table of several shaft materials
軸的材料
Q235-A,20
35
45
40Cr,35SiMn,42SiMn
38SiMnMo,20CrMn
［τ］/N·mm2
12～20
20～30
30～40
40～52
A
160～135
135～118
118～107
107～98
根據(jù)實(shí)際需要，［τ］取35，d取45mm.
軸的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度校核：
4.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸段1
用于安裝聯(lián)軸器，其直徑應(yīng)該與聯(lián)軸器的孔位相配合，因此要先選用聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
KA — 工作情況選 KA=1.5。
T — 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)工作要求選用彈性柱銷聯(lián)軸器，型號(hào)為HL3，與輸出聯(lián)接的半聯(lián)軸器孔徑d1=45mm,半聯(lián)軸器輪轂寬度L=112mm（J形軸孔）與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L=84mm。
根據(jù)軸的直徑選取軸承，取深溝球軸承36209。軸承寬度為19mm。所以軸段1的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要L1=27mm
軸段2
選用花鍵連接，根據(jù)軸的直徑選小徑為46mm，規(guī)格為8×46×50×9的花鍵。根據(jù)實(shí)際需要花鍵長(zhǎng)度定為115mm。
花鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算：
N — 齒數(shù)。
d — 小徑。
D — 大徑。
B — 齒寬。
h — 花鍵齒工作高度，
c為倒角尺寸，mm。
dm — 花鍵的平均直徑，
dm=（D-d）/2=2mm
所以花鍵的聯(lián)接強(qiáng)度良好。L2=115mm
軸段3
同樣選取深溝球軸承6208。（同軸段1。）
L3=22mm。軸肩高度h＞0.07d1,d3= 40mm。
軸段4
根據(jù)軸的直徑選用深溝球軸承6207，軸承寬度為17mm。采用軸承蓋。
L4=39mm,軸肩高度h＞0.07 d1,d4=35mm。
軸段5
根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，軸段5主要用于軸伸出箱體與齒輪聯(lián)接。所以，軸肩高度h＞0.07，30mm
軸段6
軸肩高度h＞0.07d1 ，d6=26mm根據(jù)實(shí)際需要L6=49mm。由于軸段6主要用于與直齒圓柱齒輪的聯(lián)接，所以軸段6要有平鍵。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，查表（GB/T1096-1979），選用bh=87的平鍵。
4.3 齒輪的選擇及計(jì)算
根據(jù)軸的直徑，設(shè)計(jì)出齒輪孔的直徑為dk=26mm。
根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要齒輪模數(shù)取m=3，齒數(shù)Z=23mm。
分度圓直徑：
齒頂高：
ha* — 齒頂高系數(shù)，ha*=1。
齒頂圓直徑：
齒根高：
齒根圓直徑：
c* — 頂系系數(shù)，c* =0.25
齒高：
頂系：
基圓直徑：
齒距：
齒寬：
齒槽寬：
基圓齒距：
齒輪寬：
4.4 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
4.4.1 導(dǎo)軌的功用
在各類機(jī)器和儀器上，運(yùn)動(dòng)部件在支撐部件上運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)部件在支撐部件上運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)部件相互接觸的部分稱為導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的功用是為運(yùn)動(dòng)部件導(dǎo)向和承受載荷。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方稱為導(dǎo)軌，不運(yùn)動(dòng)的一方稱為支撐導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支撐導(dǎo)軌一般只有一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌和軸承在功用，工作原理和結(jié)構(gòu)上都有很多相同之處，特別是圓周運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌更是如此。因此，導(dǎo)軌設(shè)計(jì)與軸承設(shè)計(jì)有許多共同之處。
4.4.2 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副，動(dòng)導(dǎo)軌支撐在靜導(dǎo)軌上，支撐載荷并作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌一般長(zhǎng)短不一，動(dòng)導(dǎo)軌常比支撐導(dǎo)軌短。若動(dòng)導(dǎo)軌在支撐導(dǎo)軌上移動(dòng)的位置和長(zhǎng)度經(jīng)常改變，則支撐導(dǎo)軌外露部分容易掉入異物損壞導(dǎo)軌，需注意防護(hù)。此外，支撐導(dǎo)軌在長(zhǎng)度方向上磨損不均勻，會(huì)影響導(dǎo)向精度。
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度決定于運(yùn)動(dòng)部件的尺寸，行程及對(duì)強(qiáng)度，壽命，剛度的要求。
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌一般有螺旋螺母，齒輪齒條，液壓缸和氣缸等傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。這些傳動(dòng)件沒(méi)有導(dǎo)向作用，導(dǎo)軌導(dǎo)向和支撐作用。當(dāng)精度要求特別高時(shí)，為了減小導(dǎo)軌磨損而增設(shè)副導(dǎo)軌，專門用于承受載荷。
4.4.3 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)
本文設(shè)計(jì)中選用的是普通滑動(dòng)導(dǎo)軌，處于混合摩擦下工作，導(dǎo)軌面直接接觸，雖然在一定條件下具有一定的動(dòng)壓效應(yīng)，但是不足以把導(dǎo)軌隔開(kāi)，不能形成純液體摩擦。
它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維護(hù)均方便，所需費(fèi)用在各類導(dǎo)軌中是最低的。由于表面直接接觸，所以剛度好，承載能力大，抗震性好。
它的缺點(diǎn)是：摩擦系數(shù)大，磨損大，所需的驅(qū)動(dòng)功率大。動(dòng)靜摩擦系數(shù)差大；摩擦系數(shù)與運(yùn)動(dòng)速度是非線性關(guān)系，在低速運(yùn)動(dòng)（＜60mm/min）時(shí)容易產(chǎn)生爬行。
由于價(jià)格低廉，這種導(dǎo)軌被廣泛用于一般精度要求的機(jī)械設(shè)備。為了改善這種導(dǎo)軌的摩擦特性，常采用貼塑導(dǎo)軌或防爬油。
4.4.4 V型導(dǎo)軌的選用
V型導(dǎo)軌靠?jī)蓚?cè)導(dǎo)向，在各種截面中導(dǎo)向精度最高。三角形的夾角越小，導(dǎo)向精度越高，但有效承載面積（投影面積）減小，承載能力越低。一般做成夾角等于90度，對(duì)重型設(shè)備可增至110度到120度，對(duì)精密設(shè)備可減小到70度。
三角型一般作成對(duì)稱的，當(dāng)受到較大的水平力時(shí)，應(yīng)做成不對(duì)稱的三角形，受水平力大的一邊角度小一些，即陡一些，以免產(chǎn)生“上爬”。
V型導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)向精度高，精度保持性好，當(dāng)導(dǎo)軌磨損后，運(yùn)動(dòng)部件會(huì)自動(dòng)下沉以補(bǔ)償間隙。
5 經(jīng)濟(jì)性分析
本文所設(shè)計(jì)的液壓板材坡口機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高、能耗低及耐污染等特點(diǎn)，而且對(duì)工人的操作技巧要求非常低，不但能減少勞動(dòng)強(qiáng)度還可以增加生產(chǎn)效率。
在生產(chǎn)方面，一般的小型廠礦都能夠生產(chǎn)出來(lái)，不僅在老式機(jī)上進(jìn)行了改觀，而且也能夠適應(yīng)高自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。
6 結(jié)論
本文根據(jù)阜新封閉母線有限公司所需產(chǎn)品的要求，設(shè)計(jì)了一套板材坡口機(jī)的制造方案。按照這套方案所生產(chǎn)的產(chǎn)品，基本滿足公司的需求，并且具有一定的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。在液壓控制系統(tǒng)的選擇中，本文選取了帶有背壓閥的鎖緊回路來(lái)控制。采用這種回路的主要作用就是防止液壓缸中的活塞桿停止運(yùn)動(dòng)后，在外力或自重作用下突然下滑造成事故。帶有背壓閥主要是防止活塞突然前沖，產(chǎn)生激烈振動(dòng)。本文所設(shè)計(jì)的板材坡口機(jī)的材料都是以經(jīng)濟(jì)實(shí)用為中心選取的。所以這套設(shè)計(jì)方案無(wú)論是在價(jià)格方面，還是在安全方面都是一個(gè)很好的選擇。
本文所設(shè)計(jì)的不足之處主要是尺寸方面存在著差異，由于關(guān)于板材坡口機(jī)的資料很有限，而且都存在一定的范圍，而本文所要設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)超出了這個(gè)范圍，導(dǎo)致了所計(jì)算的一部分?jǐn)?shù)據(jù)源自于估算，從而影響到板材坡口機(jī)的總體尺寸設(shè)計(jì)。具體尺寸數(shù)據(jù)還需要通過(guò)專業(yè)書籍進(jìn)行校正。
致謝
本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一直是在導(dǎo)師康文龍老師的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的?？滴凝埨蠋熤螌W(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，為人和藹可親。并且在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，康文龍老師不斷對(duì)我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問(wèn)題，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問(wèn)題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠(chéng)摯的感謝和由衷的敬意。
此外，我還要感謝許多學(xué)長(zhǎng)和同學(xué)在整個(gè)過(guò)程中的幫助和配合。 參考文獻(xiàn)
[1]孟憲源.現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊(cè)[M].第1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.
[2] 隗金文,王慧.液壓傳動(dòng)[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2001.
[3] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（1）[M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.
[4] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（2）[M] .第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.
[5] 王孝培.實(shí)用沖壓技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[6] 李壯云,葛宜遠(yuǎn),陳堯明.液壓元件與系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.
[7] 冷興聚,王春華,王琦.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2002.
[8] 何存興.液壓元件[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981.
[10] 路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
[11] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3）[M] .第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.
[12] 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989.
[13] 官忠范.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989.
[14] 甘永立.幾何量公差與檢測(cè)[M].第五版.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2001.
[15] Fitch,E. C. Hydraulic Failure-Analysis & Prevention. Stillwater,OK,USA:FES,Inc.1984.
[14] Nam P Suh. The Principles Of Design[M]. New York: Oxford University Press.1990.
[15] Trimmer W. Harmonic electrostatic motors[J]. New York: Sensors and Acutators. 1989.
[16] Thielicke E. Microactuators and their technologies[J] . New York: Mechatronics. 2000.
[17] Fitch,E. C. Hydraulic Failure-Analysis & Prevention. Stillwater,OK,USA:FES,Inc.1984.
[18] Li Changyou, Shao Yaojian,Kamide. 1999.
[19]Li Changyou, Shao Yaojian,Kamide. 1996.
[20]Grain Kernel During Drying.Transactions of the CSAE.12 (1).1991
[21] M. Inoue, M. Kuroumaru, Structure of tip clearance flow in an isolated axial compressor rotor, American Society ofMechanical Engineers, Journal of Turbomachinery 111 (3) (1989) 250–256.
[22] J.A. Storer, N.A. Cumpsty, Tip leakage flow in axial compressors, American Society of Mechanical Engineers,Journal of Turboma
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