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钢管管端成型机设计.doc

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钢管管端成型机设计.doc

本科毕业设计说明书(论文)第1页共25页目录1绪论....................................................................12钢管管端成型机的总体方案论证与拟订......................................22.1主机结构方案..........................................................22.2液压站结构方案........................................................33液压系统的功能原理,计算与设计...........................................33.1明确液压系统的技术要求................................................33.2动力分析和运动分析....................................................33.3计算主要参数,作出工况图....................................................63.4拟定液压系统图................................................................93.5元件选型..............................................................94液压系统结构设计.......................................................134.1油箱的设计...........................................................134.2中间集成块组的设计...................................................154.3液压泵组的结构设计...................................................194.4管路的布置...........................................................195主机计算与设计.........................................................196零件图设计.............................................................20结束语...................................................................22致谢.....................................................................23参考文献.................................................................24本科毕业设计说明书(论文)第2页共25页1绪论钢管管端成型主要是指将钢管管端加工成杯状、喇叭状等异形,这一过程即胀管过程。胀管技术主要应用于换热器、冷凝器、高压加热器等设备制造中管子与管板的胀紧连接。目前国内胀管法主要分为机械胀管、爆炸胀管、橡胶胀管、液压胀管四种方法。爆炸胀管有时可以将管子炸裂并且爆炸声较大,产生很大的噪音,橡胶胀管和液压胀管是最新的胀管方法,生产效率很高,但是生产设备价格昂贵。基于以上考虑,本课题研究的钢管管端成型机采用机械胀管的方法比较经济,并且机械胀管法比较普遍,容易实现工作要求,原理简单易操作。该机用于将钢管管端加工成杯状、喇叭状,适用于批量生产,可以完成直径为27~42mm钢管的胀形加工,而且也可满足其它材料管件的胀形加工。目前,国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少,大多数都是专用机床,生产效率比较高,但是灵活性小,对于不同管件的加工具有一定的局限性。因此,有必要设计这样一种可以适应不同管件胀形加工的通用机床,并且在不需要进行大批量生产的情况下,代替了小批量单件生产时的手工胀管,而且可以节省时间和生产消耗,提高单件的生产效率,及时满足产品零部件的需要。因此本课题设计的这一产品具有较高的使用价值和普遍性。该机由主机和液压站构成。主机有两个执行器,均由液压系统控制,它们是工作液压缸和夹紧液压缸,并分别固定在机座上。机座为焊接体,材料为HT200工作液压缸、芯轴和胀套构成了胀管机构夹紧液压缸和夹紧块构成了夹紧机构。为了满足不同规格管件的要求,芯轴、胀套和夹紧块可以配套更换。由于生产周期较短,芯轴和胀套承受了较大的交变应力,非常易于损坏,所以需要及时更换。液压站体积较小,因此放置在机座的下部,可以减少整台机器的所占空间。液压站由中间集成块组和液压动力源构成,这两者直接安装在箱顶表面。液压控制阀均安装在集成块组上,通过集成块内部的通油孔道来实现功能。集成块通过管接头与管道和执行器连接。液压动力源由电动机和液压泵构成,二者直接通过梅花形联轴器连接,其轴的中心高可由电动机下的调整垫块来实现。该机结构简单,体积较小,容易拆装和搬运。一般的工厂都可以使用本机,减少生产消耗,提高生产效率,改善经济效益。本科毕业设计说明书(论文)第3页共25页2钢管管端成型机的总体方案论证与拟订本课题为钢管管端成型机的设计,用于将无缝钢管管端加工为杯状、喇叭状等异型。该机由主机和液压站组成。2.1主机结构方案机械胀管可分为前进式胀管法和后退式胀管法。前进式胀管法普遍应用在低温、低压热交换器的强度胀管,其适用范围,设计压力≤4MPa,胀杆和胀子的相对运行设计温度≤300℃。后退式胀管法应用在设计压力≤9.8MPa,设计温度≤400℃。本课题的设计压力为8.3MPa,因此用后退式胀管法,又叫拉胀法。主机结构有卧式和立式两种。由于本机采用拉胀法,若为立式则必定具有很大的高度,且设计时要考虑工作液压缸的背压问题,因此该机采用卧式结构。这样该机所占空间体积会明显减小,且容易对其具体结构进行布局,合理安排各机构的位置,并可在其机座下留有一定的空间放置液压站由于拉胀法使工件承受的力主要是由轴向转化为径向的力,因此对于工件的轴向定位影响较小,不需要很大的夹紧力,这是拉胀法优于前进式胀管法的明显之处,但是也必须需要夹紧装置将其固定。为提高机械效率,工作过程中尽量减少传动机构,以最简单的方式将液压缸活塞杆的轴向运动转换为芯轴的轴向运动。由于液压缸活塞杆端部直径较大,芯轴体积较小,因此需要一个中间装置将芯轴与活塞杆连接起来,并且使两者的中心线保持在同一高度。夹紧装置也由液压缸控制其运动方式和运动时间。为满足高的传动效率,夹紧缸活塞杆中心线应与工作缸活塞杆中心线相垂直且在同一平面内。基于以上考虑,得到主机总体方案。见图1图1总体方案结构图液压站本科毕业设计说明书(论文)第4页共25页2.2液压站结构方案该机的液压系统有两个执行器,即两个液压缸,一个作为工作缸,一个作为夹紧缸。其动作循环图分别见图2和图3液压站通常由液压动力源(泵站)、液压控制装置(阀站)、蓄能器架、电气控制柜(箱)几个独立的部分组成。由于本机结构简单,液压原理也相对比较简单,因此本机的液压站只由液压动力源(泵站)和液压控制装置(阀站)组成。液压动力源由电动机和液压泵组成,液压控制装置是中间集成块组,这两部分都安装在油箱顶面。液压控制阀均安装在中间集成块上,通过中间集成块内部的油道孔实现阀的控制功能。中间集成块与执行器间用管接头和管路连接。3液压系统的功能原理,计算与设计3.1明确液压系统的技术要求首先明确本设计中液压系统的技术要求,是我进行液压系统设计的出发点。本设计中,主机为卧式结构,间歇式运转,工作缸和夹紧缸需采用液压传动。对于工作缸,它采用拉胀法对工件管端端口进行胀形,并将液压缸活塞杆的直线运动转变为胀套的径向扩张对于夹紧缸,采用立式安装,通过前端法兰与机架相连接,将活塞杆的直线运动传递给夹紧块,使夹紧块沿工件的径向运动,从而实现对工件的夹紧与松开。整个生产过程中,工作循环较频繁,生产周期很短。3.2动力分析和运动分析3.2.1胀形力的计算胀形力由以下公式计算工进快退工进快退保压图2工作缸动作循环图图3工作缸动作循环图本科毕业设计说明书(论文)第5页共25页P=200Stddt1式中P扩散管胀口力,Ns扩散管坯料的屈服强度,MPat0扩散管坯料厚度,mmd0胀口前扩散管坯料外径,mmdt胀口前扩散管坯料内径,mm。此处用最大胀管直径来计算,可以得到最大胀形力,即d042mm,dt40.5mm,t01.5mm,将以上数值和s320MPa代入公式1得P=2103942105.11032033661073N因此得到工作载荷,即F工61073N。3.2.2载荷计算1计算作用在工作缸活塞上的总机械载荷FFF外载F封2式中F外载活塞杆上所受外部载荷,NF封密封处总摩擦力,N。F外载F工F摩F惯3式中F工沿活塞方向工作阻力,NF惯启动制动惯性力,N。由于此钢管管端成型机采用拉胀法,总体结构中没有导轨,因此F摩0F惯tgvG4本科毕业设计说明书(论文)第6页共25页式中G运动部件重量,N。芯轴与胀套体积公式42ldV5取芯轴与胀套的长度l大概为300mm,并取d40mm,将数值代入公式5得4103001040323V37.7105m3VG6将钢8.0t/m3,V37.7105m3代入公式6得G8.01039.837.710529.6N初取t3s,工进速度v8mm/s,则v16mm/s,将以上数值及g=9.8m/s2代入公式4得F惯38.910166.2930.016N将F工61073N,F惯0.016N,F摩0代入公式3得F外载6107300.01661073.016NF封P摩A工7本液压系统中选用O型密封圈密封,工作压力初选为8MPa16MPa,查表选P摩0.2MPa,并初选A工8423mm2,则D=125mm,由液压缸径D与活塞杆直径d满足d0.6D,则d=70mm,A2=12272mm2,将以上数值代入公式7得F封0.210684231061685N将F封1685N和F外载61073.016N代入公式2得F61073.016168561873.015N本科毕业设计说明书(论文)第7页共25页综上计算,可取F61873N。2计算作用在夹紧缸活塞上的总机械载荷F由于该机工作时工件主要承受径向载荷,因此夹紧力应适当取值。根据经验此处可取夹紧力为20000N,即外载F20000N。上夹紧块为铸铁件,其大致形状及外形尺寸如图2所示如图2所示尺寸,可以得上夹具块体积大概为V80404010912.8105m3将铸铁7.25t/m3和V12.8105m3代入公式6得G7.251039.812.81059.1N夹紧缸工作时,活塞杆伸出时的速度为v18.5mm/s,v212.4mm/s,则v20.9mm/s,其t4s,将以上数值代入公式4得F惯48.9109.201.930.005N夹紧缸工作压力初选为4MPa16MPa,查表选P摩0.2MPa,并初选A17854mm2,则D=100mm,由液压缸径D与活塞杆直径d满足d0.6D,则d=56mm,A2=5391mm2,将F惯0.005N和以上数值代入公式7得F封0.210678541061571N3.3计算主要参数,作出工况图1工作缸F工=61073N,F惯=0.016N,F封1685N,取机械效率η=0.90,A工8423mm2,A2=12272mm2,初定行程l=12mm,v18mm/s,v25mm/s工作缸的外负载计算见表1408040图4上夹具块外形尺寸图

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