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卷板机设计论文+dwg图纸
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卷板机设计(论文+DWG图纸),卷板机设计论文+dwg图纸,CAD图纸+,设计卷板机设计CAD图纸,设计cad图纸
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第1章 绪 论近些年随着原子能、石油化工、海洋开发、宇航、军工等部门的迅速发展，卷板机作业的范围正在不断的扩大，要求也在不断提高，现在卷板机已经广泛应用于锅炉、造船、石油化工、航空、水电、装潢、金属结构等行业中，用于将金属板材卷制成圆柱、圆锥或者将任意形状卷曲成圆柱形或其一部分。1.1卷板的分类及特点卷板按照工作状况分为：冷卷和热卷两种。冷卷的精度高，操作方便，要求钢板不能有缺口及裂缝等缺陷，有时还需在滚弯前进行正火或退火处理。热卷的最大缺陷是产生氧化皮及明显热膨胀。因此，只有当弯制的板超过机器的冷卷能力或弯曲较大时，才能使用热卷法，但冷卷的板料厚度范围目前正在日益扩大。生产也应根据不同卷制方法的特点结合具体情况适当选用。例如有些不允许冷卷的刚度太差，而且弯曲困难。如果采用温卷的方法就比较合适。1.2卷板机的分类及特点卷板机按照辊筒数量布置形式分为：四辊式卷板机和三辊式卷板机，其中三辊又可以分为对称式和不对称式两种。对称式三辊卷板机：结构紧凑，重量轻，易于制造、维修，投资小，两侧辊可以作得很近，成形准确。但是剩余直边大，一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。（如图1.1-1所示）不对称三辊卷板机是一根下辊轴和上辊轴中心水平距离到极小位置，另一根下辊轴放在侧边，所以滚出的零件仅起始端有直边。这样在滚零件时，正反两次辊制就可以消除直边问题。（如图1.1-2所示）其缺点为：在滚弯时大大增加了辊轴的弯曲力，使辊轴容易弯曲，影响零件的精度，坯料需要调头，弯边，操作不方便，辊筒受力较大，弯卷能力较小。图1.1-1非对称式卷板机 图1.1-2对称式卷板机卷板机按辊位调节方式可以分为：上调式和下调式两种，其中上调式可以分为横竖上调式（机械或液压调节）；垂直上调式；下调式又可以分为不对称下调式（机械或液压调节）；对称下调式（含垂直下调式）（液压调节）水平下调式（液压调节）。垂直下调式：结构简单、紧凑；剩余直边小，有时设计成上辊可以沿轴向抽出的结构。它的缺点是：弯板时，板料有倾斜动作，对热卷及重型工件不安全，长坯料必须先经初弯，否则会碰地面。水平下调式：较四辊卷板机的结构紧凑，操作方便剩余直边小，坯料始终保持在同一水平面，进料安全方便。其缺点是：上辊轴承间距较大，坯料对中不如四辊卷板机方便。横竖上调式：如图1.1-3，调节辊筒的数目最少，具有各种三辊的优点，而且剩余直边小。其缺点：设计时结构复杂不易处理。 图1.1-3横竖上调式 图1.1-4立式卷板机按照辊筒方位，可以分为立式和卧式。按上辊受力类型，可以分为闭式（上辊中部有托辊）和开式（上辊无中部托辊），其中开式又可以分为有反压力装置的和无反压力装置的。立式：如图1.1-4，消除了氧化皮压伤，矩形板料可保证垂直进入辊间，防止扭斜，卷薄壁大直径，长条料等刚性较差的工件时，没有因自重而下榻的现象，板样测量较准，占地面积小。其缺点是：短工件只能在辊筒下部卷制，辊筒受力不均匀，易呈锥形；工件下端面与支撑面摩擦影响上下曲率的均匀性，卸料及工件放平料不方便，非矩形坯料支持不稳定。闭式：如图1.1-5 没有活动轴承机构结构较简单，上辊加中间支承辊后可作得很细可弯到较大的曲率，上辊刚度好，工件母线直线度好，下辊间距小，可卷薄板且曲率较准确，上辊行程大，有足够的位置装模具，可以作长拆边机用，但只能卷制圆心角小于180度的弧形板。 图1.1-5 闭式卷板机 图1.1-6 四辊卷板机四辊卷板机有四个辊，（如图1.1-6所示）上辊是主动辊，下辊可以上下移动，用以夹紧钢板，两个侧辊可以沿斜向升降，在四辊卷板机上可进行钢板的预弯工作，它靠下辊的上升，将钢板端头压紧在上下辊之间，再利用侧辊的移动使钢板端部发生弯曲变形，从而达到所要求的曲率。它的优点是：1、 预弯及卷圆时，钢板可不调头。2、 上下辊能夹紧钢板，防止弯曲时滑脱。3、 侧辊能起定位作用，在进料时可使钢板找正。便于弯曲锥形件，椭圆形件及仿形加工。综合以上各种卷板机的综合特点，在本次毕业设计中我选择了W12 40X2000型四辊卷板机进行设计1.3 W12X2000型四辊卷板机的用途W12X2000型四辊卷板机是专供金属板的卷曲和弯曲圆筒之用，是锅炉、造船、石油化工、水泥、电机及电器制造业中的主要设备之一。在常温的情况下，它可以将长达2m，厚度达40mm的钢板弯曲成圆柱面、圆锥面或任意形状的柱面或其一部分，在加热的情况下，它可以将长达2m,厚度达70mm的钢板卷曲成圆柱形或其一部分，它可以对一些厚度大，用常规方法无法弯卷的钢板进行加工，在加工的过程中它还可以对金属板端部进行直接弯曲，免去了端部预弯的工序，这是四辊卷板机比一般三辊卷板机优越之处。因此，W12X2000型四辊卷板机在锅炉、造船、石油化工、水泥、电机及电器制造业中得到了广泛应用。同时，这种设备的上市大大减轻了工人的劳动强度，提高了企业的效益。1.4 传动系统设计W12 40X2000型四辊卷板机是以上辊为主动辊，由主电动机通过主减速器及联轴器，从而带动上辊工作，下辊的作用是提供一定的向上力，（设该力为夹紧力W），与上辊一起夹紧所卷钢板，使上辊与被卷钢板间产生足够的摩擦力，在上辊旋转时能够带动钢板运动。两个侧辊用以形成卷筒所需的曲率，使板料达到所需的目的。在我设计的这台四辊卷板机中，我采用了由主电动机通过主减速器以及联轴器，从而带动上辊的旋转。而下辊的运动我采用在下辊的两端各放一个液压缸，通过液压缸内的液压油作用于活塞而使下辊能够实现上下的升降运动，以便夹紧钢板，用液压系统来控制下辊筒的升降以及两个液压缸在上升的过程中保持同步上升。在下辊的两侧设有两个侧辊，两个侧辊分别由两个电动机通过两个单级减速器以及联轴器带动；两个电动机可以分别单独控制也可以同时控制，两个侧辊可以沿着机架导轨做倾斜运动，通过丝杆丝母蜗轮蜗杆传动。第2章 卷板机轴辊受力分析2.1作用在卷板机辊子上的弯曲扭矩板料的最大变形弯矩 M 板料具有原始曲率半径R1时的初始变形弯矩 式中：截面的形状系数，矩形断面取 材料的相对强化模数，对于30，35钢取 W为横截面的断面模数，矩形截面 ，(B为材料宽度，为板材的屈服极限，35钢=250MPa)；则W=R 为弯曲最小半径，在最大弯矩产生于板材弯成上辊半径时，得到弯曲的最小半径。（，为上辊直径，mm; B为板材厚度，mm）。为板材屈服极限 =250MPa为板料由平板（）开始弯曲时的初始变形弯矩 kgfmm2.2卷板机的空载扭矩 kgfmm式中：、分别为板料、万向接送和主动辊的重量（kg） d-主动辊轴颈的直径（mm） -滑动摩擦系数。用青铜轴套时，取=0.05-0.08所以对取则： kgfmm2.3四辊卷板机的卷板力侧辊所受的力为 =辊筒所受到的力为 =则=将板料从平板弯曲到时消耗于板料变形的扭矩因为，所以消耗于摩擦阻力的扭矩式中：f-滚动摩擦系数（mm）滚筒与板料间。冷卷f=0.8mm热卷f=2 mm，工作辊与支承辊间f=0.3mm.-0.05、分别为a、b、c、辊轴径，其中=288mm, =240mm,=204mm。所以将上面数值代入得：板料松紧的摩擦阻力 =送进板料所需的拉力T拉力在轴承中所引起的摩擦损失 机器送板料的总力矩式中；-辊筒与未加工板料见滑动摩擦系数=0.2驱动扭矩作用在卷板机辊子上的压力（弯曲力）式中： -钢板材料的屈服极限 b-钢板的宽度(m) h-钢板厚度(mm) t-两侧辊间的中心距（mm）作用在卷板机辊子上的弯曲扭矩式中：D-辊子辊身直径 r-能够卷最小钢管直径 则： 第3章 电动机的选择与计算3.1功率计算确定式中各参数的值：f-辊子与钢板的滚动摩擦系数，钢板为0.0008d-辊筒的轴径v-辊身线速度-传动效率，0.68-0.80-辊子轴承处摩擦系数，滑动轴承为0.050.07=考虑到工作机器的安全系数，取功率为45KW的主电动机。3.2电动机的选择 由于四辊卷板机在工作中没有什么特殊的要求，因此在本次设计中我选用Y系列的电动机。Y系列的电动机具有效率高，性能好，噪声小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便的特点，主要应用于灰尘多、土扬水溅的场合、如农用机械、矿山机械、搅拌机、碾米机等，为一般用途电动机。根据前面计算的结果，主电动机选择Y280M-8型三相异步电动机，额定功率45KW，满载转速740r/min，额定转矩1.8，最大转矩2.0，质量592kg.第4章 主减速器的设计4.1电动机的确定按照设计要求以及工作条件选用Y系列三相异步电动机，卧式封闭结构，电压380V。电动机型号的选择，根据前面计算的结果，主电动机选择Y280M-8型三相异步电动机，额定功率45KW，满载转速740r/min，额定转矩1.8，最大转矩2.0，质量592kg.减速器中各部分的传动效率如下：-联轴器效率，=0.99-闭式圆柱齿轮传动效率，=0.97-一对滚动轴承效率，=0.99-主辊的传动效率，=0.96则各部分的传动效率：=0.9912=(2)工作辊的旋转转速= 取=4r/min4.2 传动比的分配总传动比=由传动方案可知： ； 所以本设计的三级减速器的总传动比为,主减速器传动系统各级传动比的分配如下： 4.3传动系统的运动和动力参数设计1.传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下：0 轴：（电动机轴） 1轴：（减速器的高速轴） 2 轴（减速器的中间轴） 3 轴（减速器的另一根中间轴）4 轴（减速器的低速轴）将上述计算结果和传动比及传动效率汇总如表4-1轴 号电 动 机三 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器 0 轴 1 轴 2 轴3 轴4 轴转速n(r/min) 740740113.8520.334.066功率P（kw）4544.5542.7841.0839.45转矩T（Nm）580.74574.933588.6819298.7792663.04L两轴联接件、传动件联轴器齿轮齿轮齿轮传动比i16.55.65传动效率0.990.96030.96030.96034.4 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算4.4.1选择精度等级，材料和齿数1）材料及热处理。由表10-1选得大、小齿轮的材料均为40Cr并经调质及表面淬火，齿面硬度为4855HRC。1） 表面淬火，轮齿变形不大，故精度等级、大小齿轮的齿数以及螺旋角分别为：精度等级为7级，小齿轮齿数、大齿轮的齿数。2） 选取螺旋角，初选螺旋角4.4.2 按齿面接触强度设计1） 确定公式内的各计算数值：1.试选2. 由文献1，选取区域系数3.由文献1，查得 4.因大、小齿轮均为硬齿面，故宜选取小的齿宽系数，5.由文献1，查得。6.计算接触疲劳许用应力（失效概率1%，安全系数S=1）=7.小齿轮的转矩8.计算应力循环次数由文献1，查得 2）试算小齿轮的分度圆直径 =70.53mm3)计算圆周速度4）计算齿宽b及模数5）计算纵向重合度6） 计算载荷系数K根据 ，7级精度，查文献1，取，由文献1，查得，从文献1中的硬齿面；齿轮栏中查得小齿轮相对支承非对称布置，6级精度，时，=1.22考虑齿轮为7级精度，取，故载荷系数另由文献1，查得。7） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径8） 计算模数 1）确定计算参数1.计算载荷系数2.由文献1，查得齿轮的弯曲疲劳强度极限3.由文献1，查得弯曲疲劳寿命系数，4.计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数，5.计算大、小齿轮的并加以比较4.4.3按齿根弯曲疲劳强度设计对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数与齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数相差不大，取标准模数m=3，取分度圆直径。取，则。4.4.4几何尺寸计算1）计算中心距将中心距圆整为278mm.2) 按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，等不必修正。1） 计算大、小齿轮的分度圆直径2） 计算齿轮的宽度取，4.5中间级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算4.5.1选择精度等级，材料和齿数1）材料及热处理。由表10-1选得大、小齿轮的材料均为40Cr并经调质及表面淬火，齿面硬度为4855HRC。1） 表面淬火，轮齿变形不大，故精度等级、大小齿轮的齿数以及螺旋角分别为：精度等级为7级，小齿轮齿数、大齿轮的齿数。2） 选取螺旋角，初选螺旋角4.5.2. 按齿面接触强度设计1）确定公式内的各计算数值：1.试选2. 由文献1，选取区域系数3.由文献1，查得 4.因大、小齿轮均为硬齿面，故宜选取小的齿宽系数，5.由文献1，查得。6.计算接触疲劳许用应力（失效概率1%，安全系数S=1）=7.小齿轮的转矩8.计算应力循环次数由文献1，查得 2）试算小齿轮的分度圆直径=135.34mm3)计算圆周速度3） 计算齿宽b及模数4） 计算纵向重合度5） 计算载荷系数K根据 ，7级精度，查文献1，取，由文献1，查得，从文献1中的硬齿面齿轮栏中查得小齿轮相对支承非对称布置，6级精度，时；=1.30考虑齿轮为7级精度，取，故载荷系数另由文献1，查得。6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径7） 计算模数4.5.3.按齿根弯曲疲劳强度设计1）确定计算参数1.计算载荷系数2.由文献1，查得齿轮的弯曲疲劳强度极限3.由文献1，查得弯曲疲劳寿命系数，4.计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数，5.计算大、小齿轮的并加以比较2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数与齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数相差不大，取标准模数m=3，取分度圆直径。取，则4.5.3几何尺寸计算1）计算中心距将中心距圆整为468mm.2) 按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，等不必修正3)计算大、小齿轮的分度圆直径4)计算齿轮的宽度取，4.6 低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算：4.6.1选择精度等级，材料和齿数1）材料及热处理。由表10-1选得大、小齿轮的材料均为40Cr并经调质及表面淬火，齿面硬度为4855HRC。2)表面淬火，轮齿变形不大，故精度等级、大小齿轮的齿数以及螺旋角分别为：精度等级为7级，小齿轮齿数28、大齿轮的齿数。 3）选取螺旋角，初选螺旋角4.6.2. 按齿面接触强度设计1).确定公式内的各计算数值1.试选2. 由文献1，选取区域系数3.由文献1，查得 4.因大、小齿轮均为硬齿面，故宜选取小的齿宽系数，5.由文献1，查得。6.计算接触疲劳许用应力（失效概率1%，安全系数S=1）=7.小齿轮的转矩8.计算应力循环次数由文献1，查得 2）试算小齿轮的分度圆直径3) 计算圆周速度4）计算齿宽b及模数5）计算纵向重合度6）计算载荷系数K根据 ，7级精度，查文献1，取，由文献1，查得，从文献1中的硬齿面齿轮栏中查得小齿轮相对支承非对称布置，6级精度，时，=1.24考虑齿轮为7级精度，取，故载荷系数另由文献1，查得。7）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径8）计算模数4.6.3按齿根弯曲疲劳强度设计1）确定计算参数1.计算载荷系数2.由文献1，查得齿轮的弯曲疲劳强度极限3.由文献1，查得弯曲疲劳寿命系数，4.计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数 5.计算大、小齿轮的并加以比较2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数与齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数相差不大，取标准模数m=8.5，取分度圆直径。取，则。4.6.4几何尺寸计算1） 计算中心距将中心距圆整为468mm.2) 按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，等不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径4）计算齿轮的宽度取，主减速器中所有齿轮的基本参数如下表：轴 号高速级齿轮 中间级齿轮低速级齿轮齿 数241562514028140法面模数35.58.5分度圆直径744821427942451226齿根圆直径70.254781357872341215齿顶圆直径77485147.5800253.51234.5中 心 距278468736齿 宽55529085175172螺旋升角14.1014.04齿轮精度等级7 级7级7级4.7高速轴的设计以及轴的校核1.选择轴的材料及热处理轴上小齿轮的直径娇小（），采用齿轮轴结构，轴的材料选用45号钢（调质）。2.轴的受力分析轴的受力简图如下：图4.7-1 轴的受力简图图4.7-2 轴在水平面内的受力图图4.7-3. 轴在垂直面内的受力图图4.7-4 轴在水平面内的弯矩图图4.7-5 轴在垂直面内的弯矩图图4.7-6 轴的合成弯矩图图4.7-7 轴的合成转矩图图中：a)计算齿轮的啮合力b)求水平面内的支承反力，做水平面内的弯矩图轴在水平面内的受礼简图如图4.7-2所示轴在水平面内的弯矩图如图4.7-4所示C）求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图轴在垂直面内的受力简图如图4.7-3所示=4152Nd)求支成承反力，作轴的合成弯矩图、转矩图 3.轴的初步计算=4.轴的结构设计按经验公式，减速器输入轴的轴端直径参考联轴器标准孔直径，取减速器高速轴的轴端直径。第5章 侧辊传动系统的设计5.1侧辊电动机的确定侧辊电动机选择Y180L-8型三相异步电动机，额定功率11kw，满载转速730r/min,堵转转矩1.7，最大转矩2.0。5.2侧辊减速器的确定在侧辊传动系统中，侧辊电动机通过一个单级减速器把扭矩传到丝杆丝母蜗轮蜗杆传动副，这样既达到了传递扭矩的作用，同时也改变了运动方向。单级圆柱齿轮减速器：传动轴线平行，结构简单，精度易保证，而且应用广泛，直齿一般圆周速度v=2550m/s，应用于重负荷场合，但也用语重载低速的场合。因此我选用了ZD15-8型单级减速器由于侧辊的上升速度为80mm/min，丝杆的螺距为16mm,故蜗轮的转速，因此，此时单级减速器分得的传动比为3.25，而蜗轮蜗杆分得的传动比为28。5.3蜗轮蜗杆传动设计1.选择蜗杆传动类型根据GB/T 10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）2.选择材料考虑到蜗杆传递的功率不大，速度也很小，故蜗杆采用45钢，因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了 节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而铁芯用灰铸铁HT100制造。3.按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由文献2查得，传动中心距1） 确定作用在蜗轮上的转矩 按，估算效率，则2)确定载荷系数K因工作载荷比较稳定，故载荷分布不均匀系数，由文献2，选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数1.05；则3)确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=1604)确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值/a=0.35,从文献2中查得=2.9。5)确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，从文献2中得蜗轮的基本许用应力应力循环次数 寿命系数 则 6）计算中心距取中心距a=250mm，因i=28,从文献2中取模数m=12.5mm,蜗杆分度圆，这时，由文献2，查得接触系数，因为，因此以上计算结果可用。4.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1)蜗杆轴向齿距；直径系数q=10;齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚。2） 蜗轮蜗轮齿数； 变位系数；验算传动比 ，这时传动比误差为=7.1%，是允许的。蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮咽喉母圆半径 5.校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据，从文献2中查得齿形系数。螺旋角系数 许用弯曲应力 从文献中查得铸锡磷青铜ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力。寿命系数 弯曲强度是满足的第6章 下辊筒液压缸的设计四辊卷板机下辊筒的升降我采用液压传动的方式来控制，由于下辊筒在运动的过程中对速度的要求不高，液压传动具有传动平稳，易于实现过载保护，易于实现自动化的特点。因此在下辊的传动方式中，我选择了采用液压传动。6.1下辊液压系统的工作原理下辊筒两端的压缸在上升的过程中要求一定要同步，在下辊筒上升的过程中要求下辊筒与上辊筒的轴线保持平行，如果在下辊上升的过程中出现一端上升的速度快，而另一端上升的慢的情况。这样卷制出来圆筒就会一头大一头小的喇叭筒形状，造成加工缺陷。我设计的这套液压控制系统的工作原理图（如图1-2所示）当1DT电磁铁带电时，使得3DT、4DT电磁铁得电，油缸A口进油，使得辊子两端升起，B口回油。完成下辊筒的上升，若在上升的过程中油缸1的一段到达了指定刻度时，油缸2一段尚未到达，则电磁铁3DT断电，油缸1停止进油，直至油缸2一端也到达指定刻度时，4DT电磁铁断电。由此来保证四辊卷板机在加工过程中，下辊与上辊之间间隙保持一致，实现下辊的轴线与上辊的轴线始终保持平行。当2DT电磁铁带电时，使3DT、4DT电磁铁得电，B口进油，使辊子下降，A口回油。 图6.1-1 下辊筒液压系统的工作原理图6.2下辊筒液压缸设计一、 估算需要克服的总负载力F其中：K-载荷系数 K=1.2-负载力 则： 液压缸的机械效率：确定液压缸的有效工作压力P，查表取卷板机的工作压力P=16MPa二、 计算液压缸的内径、活塞直径D和活塞杆直径d当无杆腔受力时：当有杆腔受力时：确定式中个参数数值D-液压缸内径（mm）d-活塞杆直径（mm）d=(0.3-0.5)D=40mmP-液压缸有效工作压力（MPa）F-液压缸最大牵引力（N）则：三、 液压缸缸筒长度L的确定液压缸的缸筒长度=活塞行程+活塞宽度+活塞导向长度+活塞密封长度+其他长度确定式中各参数的数值：活塞的行程L=200mm活塞的最小导向长度H：其中：L-活塞行程 D-缸筒直径 圆整后，取H=70mm活塞宽度取B=95mm导向套滑动面长度A当D80mm时， A=（0.6-1.0）d=32mm计算L=32+95+70+300=397mm图6.2-1 液压缸内个段长度四、液压缸的强度和刚度校核1. 缸筒壁厚的校核确定式中个参数的数值：-缸筒内的最大工作压力-缸筒材料的许用应力，=，为材料的抗拉强度，n为安全系数，一般取n=3.5-5,则D-缸筒内径圆整后取2.缸筒壁厚的校核 因为126.38故该液压缸的壁厚合格。3.缸底厚度的确定其中：D-缸筒内径 -缸筒的工作压力-缸筒材料的许用应力则： 取，缸底的厚度为16mm。4.液压缸缸盖固定螺栓直径的校核确定式中个参数的数值：-螺栓螺纹的底径 K-螺栓拧紧系数，一般K=1.2-2.5，取K=2 F-液压缸的最大作用力Z-螺栓个数-螺栓材料的许用应力，=，为螺栓材料的屈服极限，n为安全系数，一般取n=1.2-2.5，取n=2., 则。则： 取=8mm5.活塞杆直径d的强度校核-活塞杆材料的许用应力，=，为材料的抗拉强度，n为安全系数，一般取1.4，则=436MPaF-活塞杆所受的负载力，F=23300Nd-活塞杆直径因为8.25, 则活塞杆直径合格。第7章 辊筒轴的强度校核为保证卷出的圆筒不变形，辊筒要有足够的弯曲强度。辊筒总受合力 支座反力 所受均布力 辊筒最大弯矩中心C处 弯曲模量 弯曲应力 对于辊筒材料为45钢所以弯曲强度合适。至此本设备的规格性能已全部确定，归纳如下：.本机器的技术参数如下（mm）1. 钢板的最大厚度（mm）402. 钢板的最大宽度（mm）20003. 钢板的屈服极限（MPa） 2504. 满载最小弯曲直径（mm）14005. 上辊直径（mm） 4806. 下辊直径（mm） 4007. 侧辊直径（mm） 3408. 弯板速度(m/min) 69. 下辊的上升速度（mm/min） 8010. 下辊的最大行程（mm） 20011. 工作状态 冷卷12. 主减速器的传动比 18013. 辅助减速器的传动比 5.614. 主电动机功率(KW) 4515. 电动机转数(r/min) 74016. 液压系统的工作压力（MPa） 16第8章 专题论文四辊卷板机液压同步控制系统的研究摘要：介绍了液压同步控制系统的组成、四辊卷板机下辊液压同步控制系统的工作原理。8.1前言液压同步系统在工业生产中应用很广泛，如卷板机、大型压力机、大型液折边机等。这类机械设备能否生产出合格产品或工件，液压缸的同步精度起着关键的作用。液压缸同步是指两个或两个以上液压缸同时运动时，不管各自的负载如何，都保持相同的运动速度或位移。液压缸制造精度误差、液压控制系统的液压损失、空气的混入及外界负载偏置和结构变形等，都是影响液压缸同步精度的因素。由于不同机械设备对液压缸同步精度的要求有所不同，其机械结果的简繁程度、成本高低也都有所不同。采用那种方案来保证同步精度，要根据具体机械设备工作状况而定。下面针对四辊卷板机同步控制问题进行一些研究。8.2四辊卷板机工作原理四辊卷板机由四个辊子组成，上辊为主传动且上辊位置固定，下辊两端由液压缸带动升降。下辊升起可使其与上辊夹紧板材头部，按需要改变侧辊与上辊的距离进行弯曲板材两端头部。然后下辊下降，两个侧辊升起，板材弯卷成圆柱形。四辊卷板机的下辊的作用是提供一定的向上力，（设该力为夹紧力W），与上辊一起夹紧所卷钢板，使上辊与被卷钢板间产生足够的摩擦力，在上辊旋转时能够带动钢板运动。此外，在两侧辊作用卷板时，下辊还起支承点作用。四辊卷板机下辊筒的升降我采用液压传动的方式来控制，因为下辊的重量本身就很大，在卷板的过程中下辊还要有给上辊一个向上力，使上辊与被卷钢板间产生足够的摩擦力，使上辊与下辊在卷板的过程中能够始终保持夹紧工件，在上辊旋转时，能带动钢板运动。在下辊运动的过程中要求下辊筒可以升高也可以下降到不超过200mm的任意高度上。由于下辊在运动的过程中对速度的要求不高，液压传动具有传动平稳，易于实现过载保护，易于实现自动化的特点。因此在下辊的传动方式上面，我选择了采用液压传动。在四辊卷板机卷板的过程中要求下辊两端液压缸不仅提供压力，还应该具有保压的功能。在设计时下辊的作用力（夹紧力W）小于所卷钢板受压状态时塑性变形所需要的力。图1为上、下两辊的正确工作状态，这时上、下两辊轴线平行，在这种状态下，夹紧力W均匀地作用在钢板整个宽度L上，这时夹紧力不会使钢板产生局部塑性变形，所卷制出的工件是合格的。图8-1 上、下两辊的正确工作状态而在实际的加工过程中，如果钢板放置时偏离辊子中间位置，则下辊两端所受到的力就会不均匀，使得下辊轴线与上辊轴线处于不平行状况时，夹紧力W不是均匀地作用在钢板整个宽度线上，而是出现了集中载荷F。并且钢板的一端与压辊呈现点接触状态，造成所接触部分发生塑性变形，在卷制圆筒时出现一端被压迫，使圆筒一端直径变大。造成上、下两辊轴线不平行的根本原因是由于作用在下辊两端的液压缸在运动中的不同步。所以所就此问题设计了这套四辊卷板机液压缸同步控制系统。图8-2 上、下两辊非正常工作状态8.3液压同步控制系统研究及设计原理在本设备中的液压同步控制系统我采用了开关量控制，即采用电磁换向阀直接进行控制的方法。开关量一般应用在开环控制回路中，电磁换向阀能够起到控制油路通、断的作用，通过控制电磁换向阀是否带电即可控制油路的通、断。当1DT电磁铁带电时，使得3DT、4DT电磁铁得电，油缸A口进油，使得辊子两端升起，B口回油。若油缸1的一段到达了指定刻度时，油缸2一段尚未到达，则电磁铁3DT断电，油缸1停止进油，直至油缸2一端也到达指定刻度时，4DT电磁铁断电。由此来保证四辊卷板机在加工过程中，下辊与上辊之间间隙保持一致，实现下辊的轴线与上辊的轴线始终保持平行。2DT电磁铁带电时，3DT、4DT电磁铁得电，B口进油，使辊子下降，A口回油。 图8-3 四辊卷板机液压系统工作原理图8.4.结论这样对设置在两个支路中的电磁换向阀的控制，即可以实现对下辊两侧的液压缸进行同步控制，从而可以实现上辊和下辊的轴线在工作的过程中保持平行，避免了次品的产生， 大大提高了工作效率。结束语我所设计的这台四辊卷板机由四个辊筒所组成，其中一个上辊、两个侧辊和一个下辊。最大可以将40mm厚、2m长的钢板卷曲成圆柱、圆锥或其一部分。上辊为主传动，由主电动机通过主减速器和联轴器与上辊筒相连接，为卷制钢板提供扭矩；下辊作垂直升降运动，通过液压缸内的液压油作用于活塞而获得，以便夹紧板材，为液压传动，在下辊的两侧设有两个侧辊，侧辊可以沿着机架导轨做倾斜运动，由侧辊电动机通过一个单级减速器把扭矩传到丝杆丝母蜗轮蜗杆传动副，这样既达到了传递扭矩的作用，同时也改变了运动方向。在本次设计中，我设计了一套液压同步控制系统，通过控制电磁换向阀的通断，来控制下辊两端液压缸的同步上升，达到在下辊上升的过程中，下辊中心线能够始终同上辊中心线保持水平，这样就可以避免因钢板位置偏离中间位置，而使下辊受力不均匀，使下辊在上升的过程中一端受力大，一端受力小，使卷出来的圆筒一端大而一端小的情况发生。本次毕业设计是一次大型综合的设 计，通过这次做毕业设计使我对大学四年所学的知识有了更加深刻的回顾，也培养了我使用工具书的能力，同时它也是对我大学四年所学知识的一次检验。通过做毕业设计使我学习到了许多在课本上面所学习不到的致知识，也提高了我的动手能力。相信他们都是我在未来工作中能够用得上的。致 谢经过两个月的毕业设计，我终于完成了此项任务。在此我首先感谢我的知道教师张文生老师和在做毕业设计中给我帮助过的老师们。在这次设计中广泛参考了相关工艺的工程实例，认真结合各种资料数据，在不熟悉的情况下克服困难，同时得到了指导教师的大力帮助。学到了很多内容，收益颇多。过程中我总结和巩固了四年来相关的知识体系，使之进一步加深和系统化，并养成了刻苦钻研及创造精神，这次设计使我全面、具体地把以前所学零散的知识综合了起来，使自己对理论知识的了解更加深刻了。我认为毕业设计应有先进性，在提高设计水平的同时，促进学术发展，虽然自己的设计存在一些不足之处，但也建立了我毕业之时的理论经验基础。这次设计不仅使我对所学专业课程知识有所巩固，而且使我对CAD操作熟练了许多。当然，学以致用是我们最大的目的，对于书本上所学的知识，仅仅停留在表面上是不够的，不仅要知其然还要知其所以然。通过毕业设计，我对一台四辊卷板机的设计方法和步骤有了初步的了解，相信以后一定会对我的工作以及学习深造有深远的影响。设计中存在的不足还请各位老师与同行予以指导帮助，在此表示感谢！参考文献1. 濮良贵，纪名刚主编. 机械设计（第七版）.北京：高等教育出版社, 20022. 垄桂义主编. 机械设计课程设计图册.北京： 高等教育出版社, 20003. 沈兴全，吴秀玲主编. 液压传动与控制.北京： 国防工业出版社, 20054. 黎启柏主编. 液压元件手册. 北京：机械工业出版社, 20005. 任金泉主编. 机械设计课程设计. 陕西：西安交通大学出版社, 20036. 刘品，刘丽华主编. 互换性与测量技术基础. 黑龙江：哈尔滨工业大学出版社, 20017. 机械工程手册编委会主编. 机械工程手册（第7卷）. 北京：机械工业出版社, 19828. 机械设计手册编委会主编. 机械设计手册（第3卷）.北京： 机械工业出版社, 20049. 王宪军，赵存友主编. 液压传动. 黑龙江：哈尔滨工程大学出版社, 200210. 赵铁主编. 液压四辊卷板机同步控制系统的研究与改进.河南： 焦作工学院学报，1996，6：（3）333811. 王大川，沈利蓉主编. 卷板机轴辊的受载分析及板裁曲率半径的确定.山西： 山西煤炭.2002，12：（4）45-4612. 王青主编. 80X2800mm卷板机设计. 内蒙古：包钢科技. 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W12四辊卷板机改造. 制造与工艺. 2000,6(2):29-3215. 常英丽，刘晓涵主编. Z31900SM型四辊卷板机技术改进.2004，（7）：101-102附 录I(中文译文)3.5 刀具成本的检测加工成本是加工工具成本和切削成本的总和。机床成本由闲置费用，加工费用和工具改变费用组成。当改变切削速度的情况下闲置费用保持不变。从机械数据手册24上表明机械设备成本的公式如下：为了优化切割条件,必须确定切割深度大小和切割速度的数学关系式.在 我们学习的泰勒模型将被用于确定切削速度对切削刀具寿命的影响:VT =C -3-2V=切削速度T=切割时产生的标准金额侧翼磨损(例如.0.2毫米)N和C都是由被使用的材料或者工作条件所决定的常数. ,为了确定进给时的常数n和C我们以4140钢在实验的条件下进行研究，以LogV和LogT为坐标进行作图，画出了三种类型的进给图形，图3-8A、图3-8B是对KC313为研究对象在干和湿的条件下分别做出的图形，图3-9A和图3-9B是对KC732为研究对象在干和湿两种状态下所做的图形，另外,图3-10A、图3-10B是以KC5010为研究对象在干和湿两种状况下所做的图形. 从上述的图形可以看出不管测量的次数有多少,其结果都是呈直线分布的形式下降,从曲线我们能够看出，在相同的切削速度的条件下，增加磨损标准和对KC313和KC732使用冷却液都可以提高工具的使用寿命。然而，对于KC5010来说提高磨损标准和降低使用冷却液对提高KC5010工具寿命有好处。冷却乳液的这种抑制作用和对磨损机构的效果我们把它列入到了第五章。以及其他类型的磨损也将插入到那里研究。金属的切削研究主要集中在刀具的磨损、刀具的寿命和磨损机理。不过,未来的研究应该更加关注其他因素的影响:l 通过工厂体系建立磨损标准，基本的刀具磨损开端取决于工厂的产品。l 使用刀具的类型，向碳素钢刀具和高速切削刀具。这对于研究在干和湿的条件下研究影响刀具寿命的因素常数（C，n）是有用的。这将提高刀具的寿命，因为它也将影响到切削的经济性24。为了确定切削液在选择磨损标准时所起的作用,不同的磨损标准和经常的进给成本在HMS下必须被研究。不同切削标准的刀具寿命常数在表（3-7）所列的表格中被摘录和划分。从图3-8A/B。图3-9A/B、图3-10A/B的常数（C，n）的价值在表3-8和表3-9中被反映出来。在以后的图中说明这些参数和磨损标准的关系。图3-11描述了n和磨损标准的关系。当提高n时磨损标准的变化。(a)以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（干条件）(b)以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（湿条件）图3-8 KC313在不同的磨损标准下由时间（T）和速度（V）为坐标所做的图形（a）以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（干条件）(b) 以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（湿条件）(a)以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（干条件）(b)以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（湿条件）图3-9 KC732在不同的磨损标准下由时间（T）和速度（V）为坐标所做的图形（a）以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（干条件）(b) 以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（湿条件）（a） 以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（干条件）(b)以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（湿条件）图3-10 KC5010在不同的磨损标准下由时间（T）和速度（V）为坐标所做的图形 （a）以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（干条件） (b) 以Log（T）和Log(V)为坐标在不同的磨损标准的情况下所做的图形（湿条件）表3-7 刀具寿命常数的范围划分RangeCutting InsertCondition0 LogT 2.6KC313Dry0 Log T 4.1KC313Wet0 LogT 2.6KC5010Dry0 Log T 1.75KC5010Wet0 LogT 2.1KC732Dry0 Log T 2.4KC732Wet表3-8 在三种刀具材料下由C和n所做的磨损标准图（干条件下）WearCriteria(mm)KC 313KC 5010KC732CnCnCnconstantconstantconstantconstantconstantconstant0.151420.2605180.2486300.2880.21650.2125600.2649640.3640.251960.2405960.27810990.3710.32380.2936050.27912330.3930.352500.2756120.27913990.4210.42630.2816250.28115030.4340.452820.2926250.27815170.4340.52920.2946300.27615770.4420.553020.2966320.27415920.4430.63130.3006380.27416110.444 表3-9 在三种刀具材料下由C和n所做的磨损标准图（湿条件下）KC 313KC 5010KC732Wear criterion(mm)CnCnCn0.151670.2014970.298881.0500.3320.21870.2106190.3101051.960.3530.252280.2406100.3121297.180.39300.32440.2506280.3091545.250.42400.352670.2606260.3001782.380.45400.42910.2806190.2901918.670.46800.453380.3106150.2822137.960.49100.53030.3106160.279 2477.420.52400.553970.3406180.2782837.920.55400.64220.3506260.2793243.390.5830在这两种条件下价值能够得到提高，另外，湿润条件n的价值要比干燥条件n的价值低，直到磨损标准达到0.38以后，干燥条件的n开始大于湿润条件的 n。图3-11B可以看出C在磨损标准所做的图形中，在干和湿的条件下磨损标准提高时 C也随之提高。然而，湿的条件下C的价值要比干的条件下高。这证明在整个切削过程中通过使用冷却液提高刀具的寿命和提高磨损标准都可以一直的保护切削刀具材料。接下来，图3-12A描述了KC732材料在干和湿的条件下n与磨损标准之间的关系。磨损价值随着n的提高而提高。此外，湿曲线要比干曲线高。图3-12B描述的一个常数C和磨损价值的比例关系。然而，湿条件的C曲线比干条件下的曲线高，这表面对于材料KC732来说使用冷却液是有益处的。更为重要的这有利于提高磨损标准。C的价值越高，刀具的使用寿命也就变的越高。图3-13A表明冷却液对刀具性能的影响。因此。n越高，刀具的使用寿命就越低。图3-13B可以看出通过使用冷却液和提高磨损价值可以降低C，这说明刀具在湿润的条件下，刀具的使用寿命比较短。之前研究的都是材料KC313和材料KC732，提高n就意味着刀具的寿命将被缩短。然而。大幅度的提高湿曲线C超过干曲线C的补偿下降，KC313和KC732的使用寿命将延长。与次相反。KC5010对此正好相反。图3-14A和图3-14B是没有被碳包裹的情况（KC313）。他表面了在干和湿的切削条件下不同磨损标准的切削速度的价值的关系。（a） n与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）（b） C与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）图3-11 KC313的以泰勒常数与磨损标准为坐标建立的关系图（a）n与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）(b) C与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）(a) n与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）(b) C与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）图3-12 KC732的以泰勒常数与磨损标准为坐标建立的关系图（a）n与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）(b) C与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下） (a) n与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）(b)C与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）图3-13 KC5010的以泰勒常数与磨损标准为坐标建立的关系图（a）n与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）(b) C与磨损标准为坐标建立的关系图（干和湿条件下）.这两个条件表明当磨损标准增加的同时机床的成本下降。尽管如此，当成本增加的速度达到再增加就叨叨最佳时。图3-15A和图3-15B是由磨损标准在（0.4-0.6毫米）时，干和湿条件下经济性的比较。干切削的最佳切削速度是90米/分而湿切削的最佳切削速度是120米/分。在图3-16A和图3-16B中列出了在干和湿的条件下含有KC732涂层的速度与成本的函数关系。再次，当磨损标准增加的时候，成本下降。此外，干切削的最佳切削速度是260米/分，而湿切削的最佳切削速度是360米/分。这表面冷却液对这种材料很重要，它不仅可以降低成本，而且还可以提高生产率。图3-17A和图3-17B概括了在干和湿的条件下，对涂有TIALN的材料KC5010的切削速度和成本之间的关系。当切削速度提高时，切削成本也随之提高，当磨损标准提高，切削成本下降。在这两种切削条件下，最佳的切削成本是在速度最低达到210米/分的时候。图3-18A和图3-18B描述的是在不同的磨损标准和不同的切削条件下KC732和KC5010的切削成本的比较。它可以明确地反映出对于KC732来说，冷却液可以延长刀具的寿命。切削速度从260米/分到360米/分为最佳的切削速度。不过，对于KC5010来说在高速加工的情况下冷却液可以使它的刀具寿命降低而且使切削成本提高。从上面这些数据可以看出对于KC732来说，在速度为210米/分-310米/分的速度范围内干切削要比湿切削的经济效率高。当速度达到310米/分是效率最高。对于切削材料KC5010来说在干条件下速度为210米/分时切削成本有效。因此，不管KC732的成本，它的磨损都远远的超过没有处理的KC313和KC5010。表3-10总结了干和湿条件下的最佳切削速度和最佳的切削成本。图3-19A和图3-19B列出的是没有经过处理的KC313在干和湿的条件下，不同的切削速度下切削成本和磨损标准之间的关系。图3-20A和图3-20B列出了处理后的KC732在干和湿的条件下的磨损标准函数。图3-21A和图3-21B列除了KC5010在干和湿的条件下的磨损标准函数。曲线表面在切削速度相同的条件下，增加磨损标准，切削成本下降。在图3-22A表明在湿的条件下改变KC313的性能要比在干的条件下改变其性能使刀具的寿命降低。在图3-22B可以看出KC732和KC5010经过表面处理后的结果和侧面的磨损情况。这清楚的表明在湿润的条件下KC372表面涂TIN-TICN-TIN要比在干的条件下效果明显。在湿的条件下对KC5010表面涂TIALN会减少它的刀具寿命。最后，KC732在所有条件下它的切削性能都要远远的超过KC5010。(a) 在不同磨损标准下，切削速度与成本的关系图干切削条件下）(b) 在不同磨损标准下，切削速度与成本的关系图（湿切削条件下）图3-14 KC313的速度与切削成本的变化 （a）在不同磨损标准下，切削速度与成本的关系图（干切削条件下） (b) 在不同磨损标准下，切削速度与成本的关系图（湿切削条件下）(a) 在磨损标准为0.4毫米时，成本与切削速度的关系图(b) 在磨损标准为0.6毫米时，成本与切削速度的关系图图3-15 以成本和速度为坐标轴，在干和湿两种情况下分别在两种磨损标准下的比较。 （a）在磨损标准为0.4毫米时，成本与切削速度的关系图 (b) 在磨损标准为0.6毫米时，成本与切削速度的关系图(a) 在不同的磨损标准的情况下，切削速度和成本的关系图（干条件下）(b)在不同的磨损标准的情况下，切削速度和成本的关系图(湿条件下）图3-16 KC732的切削速度和成本的关系图 （a）在不同的磨损标准的情况下，切削速度和成本的关系图（干条件下）(b) 在不同的磨损标准的情况下，切削速度和成本的关系图（湿条件下）(a) 在不同的磨损标准的情况下，切削速度和成本的关系图（干条件下）(b) 在不同的磨损标准的情况下，切削速度和成本的关系图（湿条件下）图3-17 KC5010的切削速度和成本的关系图 （a）在不同的磨损标准的情况下，切削速度和成本的关系图（干条件下）(b) 在不同的磨损标准的情况下，切削速度和成本的关系图（湿条件下）(a)在磨损标准为0.4毫米的情况下，成本和速度的关系图(b)在磨损标准为0.6毫米的情况下，成本和速度的关系图图3-18 在不同的磨损标准的情况下，对KC732和KC5010的切削成本的比较。（a）在磨损标准为0.4毫米的情况下，成本和速度做出的关系图 (b) 在磨损标准为0.6毫米的情况下，成本和速度做出的关系图表3-10 在相同的磨损标准时，三种刀具材料的比较刀具类型磨损标准(mm)最佳成本/ 速度(m/min)干湿KC3130.647$ /9040$/90KC50100.634$ /21036$/210KC7320.629$ /26028.84$/360(a)在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（干条件下）(b)在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（湿条件下）图3-19 KC313 磨损标准和成本的关系图（a）在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（干条件下）(b) 在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（湿条件下）(a) 在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（干条件下）(b)在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（湿条件下）图3-20 KC732 磨损标准和成本的关系图（a）在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（干条件下）(b) 在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（湿条件下）(a) 在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（干条件下）(b) 在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（湿条件下）图3-21 KC5010 磨损标准和成本的变化图 （a）在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（干条件下）(b) 在不同的切削速度下，磨损标准与切削成本的关系图（湿条件下）(a) KC313在磨损标准为0.4毫米的情况下刀具的寿命图（干和湿）（b）在磨损标准为0.4毫米的情况下，KC732和KC5010的刀具寿命图（干和湿）图3-22 在磨损标准为0.4 毫米，干和湿条件下，刀具寿命的比较（a）KC313在磨损标准为0.4毫米的情况下刀具的寿命图（干和湿）(b) 在磨损标准为0.4毫米的情况下，KC732和KC5010的刀具寿命图（干和湿）在实验测试的速度范围内，分别在干和湿的情况下，对刀具材料重新进行测试。结果提出了不经过热处理的KC313，表面涂有TIALN的KC5010和KC732。从图3-23A和图3-23B可以看出KC313在切削速度分别为100米/分、160米/分的情况下，理论和实验的结果。理论和实验结果的一致表明了泰勒公式在刀具寿命预言中是正确的。图3-24A和图3-24B表明KC5010在理论和实验中的结果，在速度为280米/分和速度为390米/分的情况下完全的一致被证明。KC732的理论和实验的数据在速度分别为280米/分和390米/分的情况下在图3-25A和图3-25B中被证明。本节介绍样本结果与其他数字列入附录。(a)速度为100米/分的情况下KC313理论和实验的关系图(b)速度为160米/分的情况下KC313理论和实验的关系图图3-23 在不同速度的情况下KC313分别在干和湿时理论和实验的结果（a）速度为100米/分的情况下KC313理论和实验的关系图 (b) 速度为160米/分的情况下KC313理论和实验的关系图 (a)KC5010在速度为280米/分的情况下理论和实验的关系图(b)KC5010在速度为390米/分的情况下理论和实验的关系图图3-24 KC5010在不同的速度情况下，分别在干和湿时理论和实验的关系（a）KC5010在速度为280米/分的情况下理论和实验的关系图(b) KC5010在速度为390米/分的情况下理论和实验的关系图(a)KC732在速度为280米/分时理论和实验的关系图(b)KC732在速度为390米/分时理论和实验的关系图图3-25KC732在不同的速度情况下，分别在干和湿时理论和实验的关系（a）KC732在速度为280米/分时理论和实验的关系图(b) KC732在速度为390米/分时理论和实验的关系图附 录II（外文原文）3.5 Testing of Tool Life CostMachining cost is the sum of the machine tool cost and the cutter cost. The machine cost consists of idle cost, machining cost, and tool changing cost. The machining cost decreases with increased cutting speed; while the idle cost remains constant with changes in cutting speed. From the machining data handbook 24 the generalized machining cost equation is listed below: In order to optimize the cutting condition, it is essential to determine the mathematical relationship between the cuttings inserts type and cutting speed. In our study Taylors model will be used in relating the cutting tool life to the cutting speed:VT =C 3-2V= cutting speedT= Cutting time to produce a standard amount of flank wear (e.g. 0.2mm) n and C are constants for the material or conditions used.In order to determine constants n and C for the cutting inserts under study in machining 4140 steel and the conditions used in the experiments, a LogV against LogT is drawn and shown for the three types of cutting inserts under study Figure 3-8A, Figure 3-8B are for KC313 under dry and wet conditions, Figure 3-9A, and Figure 3-9B are for KC732. In addition, Figure 3-10A, and Figure 3-10B are for KC5010. It can be seen from the aforementioned figures that in-spite of considerable scatter in test measurements, the results fall reasonably well on a straight line. From the curves it can be seen that for the same cutting speed the tool life increases by increasing the wear criterion and introduction of coolant emulsion for KC313 and KC732. However, as seen in KC5010 tool life increases by increasing the wear criterion and decreases by introducing coolant. This negative behavior of KC5010 toward coolant emulsion and the effect of wear mechanisms behind it will be covered in Chapter 5. As well as the wear kinds on other inserts investigated in this research.Metal cutting studies focused on tools wear, tool life, and wear mechanisms. However, future research should pay more attention to other factors as well:l Wear criterion value set up by the factory system, which basically the tool wear threshold value that suits the factory product.l Types of tools used, such as carbide tips and high speed tools. Studying the variation of tool life wear under dry and wet cutting that effect the tool life equation constants (C,n) is useful. This will improve tool life because it also affects the economy of cutting 24.In order to determine the effect of cutting fluid on the selected wear criterion, relationship between different wear criteria and machining cost for the cutting inserts under HSM must be studied. The value of the tool life constants (C,n) for different wear criteria are extracted and plotted within the ranges listed in table (3-7). The values of the constants (C, n) extracted from Figure 3-8A/B, Figure 3-9AIB, and Figure 3-10 are shown in tables 3-8 and 3-9. Further explanation of the relationship between these parameters and wear criteria will be covered through out the next figures. Figure 3-11A represents the relationship between n and wear criterion. As wear criterion increase n.(a) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (dry condition).(b) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (wet condition)Figure 3-8 Time versus speed at different wear criteria KC313. (a) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteri(drycondition). (b) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (wet condition).(a) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (dry condition)(b) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (wet condition).Figure 3-9 Time versus speed at different wear criteria KC732 (a)Log (time) versus Log(speed) at different wear criteria (dry condition), (b) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (wet condition)(a) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (dry condition).(b) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (wet condition)Figure 3-10 Time versus speed at different wear criteria KC5010 (a) Log (time) versus Log(speed) at different wear criteria (dry condition), (b) Log (time) versus Log (speed) at different wear criteria (wet condition).Table 3-7 Ranges of plotted tool life constants.RangeCutting InsertCondition0 LogT 2.6KC313Dry0 Log T 4.1KC313Wet0 LogT 2.6KC5010Dry0 Log T 1.75KC5010Wet0 LogT 2.1KC732Dry0 Log T 2.4KC732WetTable 3-8 Wear Criteria versus C and n for three cutting inserts (Dry Condition).WearCriteria(mm)KC 313KC 5010KC732CnCnCnconstantconstantconstantconstantconstantconstant0.151420.2605180.2486300.2880.21650.2125600.2649640.3640.251960.2405960.27810990.3710.32380.2936050.27912330.3930.352500.2756120.27913990.4210.42630.2816250.28115030.4340.452820.2926250.27815170.4340.52920.2946300.27615770.4420.553020.2966320.27415920.4430.63130.3006380.27416110.444Table 3-9 Wear Criteria versus C and n for three cutting inserts (Wet Condition).KC 313KC 5010KC732Wear criterion(mm)CnCnCn0.151670.2014970.298881.0500.3320.21870.2106190.3101051.960.3530.252280.2406100.3121297.180.39300.32440.2506280.3091545.250.42400.352670.2606260.3001782.380.45400.42910.2806190.2901918.670.46800.453380.3106150.2822137.960.49100.53030.3106160.279 2477.420.52400.553970.3406180.2782837.920.55400.64220.3506260.2793243.390.5830values increase for both cutting conditions. In addition, n values for wet condition is lower than dry conditions up until wear criterion 0.38 after which n for wet starts to get bigger. Figure 3-11B shows C values versus wear criterion, and reveals C increases as the wear criterion increases for both dry and wet cutting. However, C values under wet condition are getting higher than under dry conditions. This proves the increase in tool life by introducing coolant emulsion and by increasing the wear criterion for this cutting tool material during cutting.Next, Figure 3-12A represents values of n with respect to wear criterion for KC732 material under dry and wet conditions. As the wear criteria increase n values increase. Furthermore, wear curve is higher than dry curve. Figure 3-12B presents a proportional relationship between constant C values and wear criterion. However, wet C curve is higher than dry curves, which indicates the benefit of using coolant emulsion for material KC732. This benefit becomes more essential by increasing the wear criterion. The higher the C value; the higher the tool life becomes. Figure 3-13A shows the effect of introducing coolant emulsion on cutting tool performance. Therefore, the higher n; the lower the tool life is. Figure 3-13B shows the drop in C values by increasing the wear criterion and coolant usage; thus indicating a shorter tool life in wet cutting condition. During the previous curves of KC313 and KC732 materials, the increase in n values was an indication off shortened tool life. However, the huge increase in wet C curves over dry C over compensated the drop and elongated tool life for KC313 and KC732. In contrast, the case is for KC5010. Figure 3-14A and Figure 3-14B are for uncoated cemented carbide (KC313). It shows the relationship between cost cutting speeds for different wear criteria under dry and wet cutting.(a) n values versus wear criterion (wet and dry).(b) C values versus wear criterion (wet and dry).Figure 3-11 Taylors constants for KC313 versus wear criteria,(a) n values versus wear criteria (wet and dry), (b) C values versus wear criteria (wet and dry).(a) n values versus wear criterion (wet and dry).(b) C values versus wear criterion (wet and dry).Figure 3-12 Taylors constants for KC732 versus wear criteria, (a) n values versus wear criteria (wet and dry), (b) C values versus wear criteria (wet and dry).(a) n values versus wear criterion (wet and dry). (b) C values versus wear criterion (wet and dry)Figure 3-13 Taylors constants for KC5010 versus wear criteria, (a) n values versus wear criteria (wet and dry), (b) C values versus wear criteria (wet and dry).Both conditions indicate as the wear criteria increases the machining cost decreases. Nonetheless, as the speed increases the cost reaches optimum value and then increases. Figure 3-15A and Figure 3-15B show economical comparison between dry and wet cutting at (0.4 and 0.6 mm) wear criterion. Optimum cutting speed for dry cutting is 90 m/min while 120 m/min is for wet cutting.Cost as a function of speed is presented in Figure 3-16A and Figure 3-16B for sandwich coating (KC732) under dry and wet conditions. Again, as wear criteria increases, cost decreases. Furthermore, the optimum speed of 260 m/min of dry cutting, increased to 360 m/min in cases of wet cutting. This indicates the importance of coolant with this material not only decreases cost but also increases productivity.Figure 3-17A and Figure 3-17B summarize the relationship of cost and speed for coated tools with TiALN (KC5010) under dry and wet cutting conditions. As the cutting speed increases the cost increases and as the wear criteria increases the cost decreases. The optimum cost was at the lowest speed (210 m/min) in both machining conditions.A cost comparison between KC732 and KC5010 at different wear criteria and machining conditions is presented in Figures 3-18A and 3-18B. It can be seen that KC732 responded positively to coolant in terms of extended tool life, and increased the optimum cutting speed from 260m/min to 360 nn/min. Nonetheless, coolant introduction to KC5010 at high speed cutting lowered the tool life and increased machining cost. The data presented in the aforementioned figures shows that dry cutting is more cost effective than wet cutting within speed range of 210 m/min-310 m/min for KC732 and vise versa at any speed higher than 310m/min. Cutting tool material KC5010 is cost effective at dry and 210 m/min. Therefore, in spite of the cost of the KC732; it is proven to be superior over KC313 (uncoated) and KC5010 in wear cost. Table 3-10 summarizes the optimum values of cost and speed under wet and dry cutting.Figures 3-19A, and 3-19B for KC313 (uncoated) show the relationship between costs and wear criterion at different cutting speeds under dry and wet conditions. Figure 3-20A, and Figure 3-20B are plotted for KC732 presenting cutting cost as a function of wear criteria for dry and wet conditions. Figure 3-21A and Figure 3-21B are plotted for KC5010. The curves show that for the same cutting velocity, by increases the selected wear criterion, the cost decreases.The improved performance of (KC313) under wet over dry cutting in terms off tool life is presented in Figure 3-22A. The results of the two coatings testing methods, of flank wear for the KC732 and KC5010 are shown in Figure 3-2B. Clearly this indicates improvement in cutting inserts life with TiN-TiCN-TiN coatings (KC732) under wet over dry cutting, and reduction in tool life of TiALN coating (KC5010) on wet cutting. Finally, KC732 provides superior performance under all cutting conditions over KC5010.(a) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (dry ).(b) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (wet).Figure 3-14 Cost variation with speed for KC313, (a) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (dry), (b) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (wet).(a) The variation of cost versus cutting speed at 0.4mm wear criterion. (b) The variation of cost versus cutting speed at 0.6mm wear criterionFigure 3-15 Cost versus speed comparison at wet and dry at two values of wear Criterion: (a) The variation of cost versus cutting speed at 0.4mm wear Criterion, (b) The variation of cost versus cutting speed at 0.6mm wear criterion.(a) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (dry ). (b) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (wet).Figure 3-16 Cost variation with speed for KC732, (a) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (dry), (b) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (wet).(a) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (dry ).(b) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (wet).Figure 3-17 Cost variation with speed for KC732, (a) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (dry), (b) The variation of cost versus cutting speed at different wear criteria (wet).(a) Cost versus speed at 0.4 mm wear criterion(b) Cost versus speed at 0.6 mm wear criterionFigure 3-18 Cost comparison between KC5010 and KC732 at different wear criteria (a) Cost versus speed at 0.4 mm wear criterion, (b) Cost versus speed at 0.6 mm wear criterion.Table 3-10 Comparison between three cutting inserts at the same wear criterion Tool TypeWear criterion(mm)Optimum Cost/ Speed(m/min)DryWetKC3130.647$ /9040$/90KC50100.634$ /21036$/
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