毕业设计（论文）-复合管设计（全套图纸）.docx

摘要双金属复合管是一种高效复合材料，它由两种不同金属通过一定的工艺方法结合而成。这种管材具有成本低廉、用途广泛、综合性能好等优点。复合管利用了基材和覆合金属的最佳性能，相对于整体合金管能有效降低成本，而且在对整体合金管具有应力腐蚀开裂敏感性的氯化物和酸性环境中复合管可以提高安全性和可靠性，因此已经在腐蚀性较强的石油、石化企业、核工业以及医药、食品加工等领域获得广泛认同。双层金属复合管材由内层、外层两种金属构成，与组成材料的单一金属相比，综合了组分金属的物理、力学和化学特性，可以明显提高材料的强度、刚度、冲击载荷，减少结构件的重量。全套图纸加153893706目 录摘要1引论3第一章：主机工作原理31.主机工作原理简介31.1 制作工艺1.2 复合理论1.3 复合过程1.4卸载阶段1.5发展方向第二章：主机设计内容42.1 主机设计原理42.1.1 机械部分2.1.2 电气控制部分2.1.3复合分解2.2主要零部件分解. 5第三章 典型零件、部件和控制部分安装及检验83.1主机检验83.2主机检验83.3控制部分8第四章零件工艺134.1 主轴4.2 齿轮4.3 带轮4.4焊接支架第五章主机精调试115.1精调试的目的115.2生产性调试结论：参考文献 引论随着时代的进步，生活质量的提高，生活步伐的加速，人们对周边环境保护力度不够，水质污染事件越来越多；随着水质质量的改变，对输水管道的要求逐渐提高。应这方面的影响，现在市面上也有一些针对管道保护和加工制作方法应运而生的设备；内衬不锈钢作为新型材料有着极其实在的应用价值和广泛的市场前景。复合管塑性胀接成形过程是通过对内管内壁施加于胀管压力,通过内管的弹塑性变形把胀管压力传递给外管,卸载后使内外管实现套接,并且在两管之间存在着少量的残余接触压力。残余接触压力的存在使复合管在工作压力状态下,内外管能同步的共同变形、共同承受载荷。因此,塑性胀接的目的是胀后使复合管具有一定的刚度和强度,能够适应复杂应力、腐蚀和摩擦等特殊工况和环境的要求。通过对复合管塑性胀接成形弹塑性力学分析,研究胀管压力与残余接触压力之间的关系,对合理选择胀管压力和设计塑性胀接工艺,科学的控制复合管的复合质量,具有重要的意义。胀接在换热器制造过程中具有重要的作用,对换热器的质量起着决定的作用。近年来,胀管技术在换热器换热管与管板的连接工艺上应用己较成熟,其胀接过程的理论分析得到较大的发展。虽然金属复合管的塑性成形过程和换热器中的胀管技术比较相似但是还是两者之间还是有较大差别的,它们的制造目的、要求及影响因素均不同,因此,管子与管板胀接的理论解析式不适用于复合管塑性胀接复合。颜惠庚等按管子与管板均为理想弹塑性材料,得到了胀管压力与残余接触压力之间的解析式,显然,未考虑内管材料应变强化的影响,不可能得到较精确的计算结果王学生按照内管与外管刚接触时的应力为内管的屈服强度,仅考虑了内管材料应变强化的影响,得到了比较满意的计算结果,基本上能够反映复合管液压成形胀管压力的变化特性但是内管与外管刚接触时的应力作为内管的屈服强度并未真正的反映了内管材料应变强化特性,与内管实际流动应力还有一定的差距,同时也未考虑到外管材料应变强化特性及屈服状态特对复合管胀管压力和残余接触压力的影响。分析复合管塑性成形过程中内、外管的应力应变状态,掌握内、外管的变形规律,有助于确定复合管塑性成形过程工艺条件,控制复合管的质量。复合技术现在应用广泛，在其功能上和原理上基本上分为五种;1.冷滚压法2.缩径法3.冷扩法4.爆燃法5.钎焊法国内外普遍选用冷滚压法进行金属管复合，其优点在于加工成本低，损耗小，操作简单，可大批量生产加工。 第一章主机工作原理一、主机工作原理简介1.1制作工艺：首先对冷滚压法有一个概念性的认识。所谓冷滚压法是利用物理特性，通过改变基础形状，对两个物件进行相互之间的施压，达到复合的过程。通常把这种复合加工工艺分为5个阶段：1.内管直径扩张期，在这个阶段内管与外管是没有接触的，也可叫内部弹性变形期；2.内外管壁贴合期，这是初步意义的结合，对管径塑性和弹性量考核阶段；3.外管直径紧缩期，外部管径受到径向和轴向两个方向收紧力，管径产生塑性变形；4.复合期当内外管壁所承受两个方向的力，同时达到最大的塑性变形量，使得内外管不产生回弹的过程，称为复合期；5.卸载期在外管开始塑性变形前卸除压力，变为外管的弹性回复力对内管施压。1.2复合理论：复合管液压胀合时内层管将发生较大的塑性变形，应考虑材料的强化，不锈钢衬里材料根据其拉伸曲线可认为线弹性强化材料模型。而外层管在复合成形时一般控制在弹性范围之内，即使发生塑性变形也非常小，对于塑性较好的材料大都落在其屈服平台内，因此可忽略材料的强化，认为外层管为理想弹塑性材料模型。层管产生变形胀大，由弹性变形状态进入塑性变形状态，当液压力达到一定值时，内层管外壁与外层管内壁贴合；继续增大内压，内外层管同时产生变形直至与模具型腔相贴合；最后卸除液压力并开启模具取出成形零件，如内层管的弹性回复小于外层管的弹性回复，内外层管之间的间隙消除并具有一定的拉脱力1.3复合过程：塑性复合成形技术利用材料的弹塑性特性,使内外管接触并产生紧密的结合。塑性复合成形技术种类很多,但其复合过程与机理基本上是一致的,以内覆管为例,其塑性复合过程可以分为以下2个过程：1.内管变形阶段:开始时内层管与外层管之间存在间隙,当内管内壁施加加载压力后,内管管壁产生径向膨胀,直到内管外表面与外管内表面刚好接触,间隙消除,此时还未产生接触压力。2.复合阶段:随着加载压力的继续增加,开始了对外管的加载过程。外管首先出现弹性扩张,直到外管内表面满足屈服条件后,外管出现部分塑性扩张。随着加载压力不断加大,外管中的塑性区不断扩展,直到达到最大加载压力为止。1.4卸载阶段:加载压力从最大逐渐减少至零,这时内管与外管均处于卸载状态。由于第二阶段中产生了塑性变形,当加载压力完全消除后,内外管之间仍然接触,产生残余接触压力。在塑性复合过程中,内管发生了大塑性变形,外管则处于弹性变形状态或部分塑性变形状态,在卸载时由于外管的回弹量大于内管的回弹量,外管箍紧内管,两管之间形成胀紧力,即残余接触压力,达到紧密的机械结合;残余接触压力的大小取决于材料的回弹能力。如果在高温条件下,则在复合阶段管层间塑性变形量越大,越易在结合界面发生扩散反应,达到界面冶金结合。1.5 发展方向我国对金属复合管的塑性复合理论研究起步较晚,它随着柔性胀管技术在管子与管板连接中理论研究的发展而发展。胀管的目的是使内外管在胀后得到残余接触压力,获得一定的拉脱力和密封性能,使内外管在残余接触压力的作用下处于弹性结合状态因此研究残余接触压力是胀管理论研究的关键。液压胀管等柔性胀管技术的发展为胀管受力和变形分析带来了有利的条件。均匀胀管模型较为真实的反应了液压胀管过程时换热管与管板的实际受力状况。对未来的发展逐步实现各类材质的管件随意组合，使管件与管件有效的结合，方便日常的应用。成型技术的提高对质量利用率上显著的帮助，低消耗高质量从单一化到规模化成品化。随着现代科学技术的发展，对输送管道的技术要求越来越高，复合管件在石油、化工、核工业、航空、航天等领域的应用越来越广泛。复合管液压成形技术由于其独特的优点有很大的发展潜力。作为一项新技术，复合管液压成形技术在理论研究、实验研究、生产装备研制方面都有待深入。在借鉴前人研究的基础上，从材料成形性能出发，结合工艺和生产实际，自主设计制造了双金属复合管液压成形设备，研究了复合管件液压成形中加载路径对成形性能的影响规律，设计了合理的加载路径，分析了管材几何尺寸和模具几何因素对复合管件液压成形性能的影响。本文主要工作包括：1、 双金属复合管液压成形设备研制根据双金属复合管成形的工艺特点，结合实验室现有条件和国内研究实际，自主设计制造了双金属复合管成形装置。2、 设备整体由机器本体、模具、内压控制系统和密封系统等四部分组成。轴向进给采用电机控制方式，控制简便。此外，采用夹紧导向块，提高管件性能。 双金属复合管液压成形是一个复杂的塑性成形过程，涉及材料性能、模具几何形状以及工艺条件等诸多的影响因素。作为双金属复合管成形研究领域的一次尝试，在不少方面双层金属复合管液压成形工艺研究 第二章主机设计内容2.1主机设计原理：运用现代制造技术及控制，主机通过电机传动控制管件前进速度，到达主机前端的涨缩管模具，利用气缸有效伸缩性挤压管件直径，控制其特有的回弹性，达到管径复合的目的。由于复合管由异种材料构成且界面结合方式为机械结合,因此工作温度的循环变化将会影响复合管的使用性能,可能会使复合管在工作状态下内外管分层松脱。主机可分为机械和电气控制两大类。2.1.1机械部分1.机械部分有主体结构、行走机构，工作机构三部分： 主体结构：采用的焊接及焊后热处理技术，利用型材组织框架结构快速成型，保证基础的稳定牢固。焊后热处理阶段，消除内部应力，恢复型材原有的塑性，保障架构不变形。行走机构：利用齿轮齿条有效的配合机制，可传载大负荷，高精度平稳直线运行；燕尾轮与导轨确保行走支架直线稳定性及支撑管件规格大小可随改变；电机减速机配有制动器可保障行走部分的在行走过程中及时刹车的情况，管件不会受到惯性冲击。工作机构：气体通过空压机传送到气缸内，利用气动元件的伸缩特性，采用内壁滚压技术和管件原有的塑性特性进行复合内壁的结合；气缸的伸缩使管件挤压与微量转动，从而改变管件的内部结构，扩大管径与收缩管径。夹紧部位为防止管件表面的磨损，在夹紧表面装有软性材料（聚氨酯）。2.1.2电气控制部分 采用PLC模块化控制系统，可手动控制到自动控制转换，实现点动、中断暂停、停止等一系列工作操作程序。1.手动单击启动装置：从PLC程序中添加，手动点动装置，可实现小微量的点动行走，确保安全性能的提高，管件的点动行进在初始启动阶段尤为重要。2.主机后续动作的连贯自动性控制：启动一定时间内，可实现复合管的批量生产及工业化生产模式，必然要有自动工作程序，可按照“回零夹紧校验位置开动电机复合过程监控停止倒车停止松开夹紧回零”的顺序进行工作，逐一进行。回零控制可操作夹紧功能的动作指挥（1）动作可扩范围：复合管材就位开始，到回零完毕，等待下一步指令。（2）夹紧动作内容范围：夹紧并固定复合管材，阻止管材在复合过程中转动及移动，控制管件自由度，稳固管件。（3）夹紧配套装置：利用杠杆定理，支点浮动，采用气动装置作为动力，夹紧口根据管材直径可进行直径方向的调整；夹紧口采用聚氨酯材料作为缓冲装置。包括夹紧、气动系统，凡是与管件有直接接触摩擦的面。复合功能介绍（1）复合动作范围：管材夹紧完毕开始，到复合完毕，这一过程中所要的动作步骤。（2）复合动作内容：现转到推进模具，是复合的主要性动作，现在的复合模具与动力部分已经可以达到速度可控。（3）复合装置：专门设计针对不同型号管道的模具和动力部分。模具：模具轴及螺帽、滚珠、保持架、扭矩传感器；动力部分：动力行走架、走轮及走轮轴、行走电机、行走齿轮及单向离合器、主轴电机、主轴轴承座、主轴。冷却功能（1）动作范围：复合前开始，到复合后。（2）动作内容：始终保持循环冷却，保证复合过程中带走摩擦所产生的热量，避免温度过高导致的复合失败或金属相变化。（3）冷却装置：针对管道冷却，输送冷却液装置采用模头模尾配合复合管材达到冷却循环。组成包括：模头、模尾、两个水箱、水泵。2.2 主要零部件分解此节主要分析主机承载零部件如：轴； 主体零部件如：机架行动零部件如：行走轮 传载力零部件如：齿轮2.2.1主机主轴选取45#调质钢2.2.2主机支架的设计说明1.主机支架的结构组成及其作用。整体焊接结构，承载着传动部分的电机7.5kw，齿轮齿条、行走轮与导轨之间的平行面，机架底部为气路管线通道。上部是气缸和夹紧支座，管件通过模具及夹紧支座进行挤压作业，主机支架的稳定要牢固，安装时保持水平状态。2.2.3 行动零部件：利用导轨直线性和平稳性，行走轮采用45#钢，机加工而成，后期进行热处理工艺，提高表面接触面硬度。行走总成在运转时，应该能够达到速度可控，并且能够匀速、平稳的前进，同时轴向径向受到设计范围内的力时不受影响或影响不大。行走架通过四个走轮承重，通过齿轮齿条前进所以安装的时候各尺寸数据必须合乎图纸及运算标准，避免因承重及前进方向的偏差引起的行走不稳定、不连续性。行走总成是动力总成的一部分，其主体除行走架及其上的配备外，还包括行走齿条与导轨。齿条与导轨要求水平，笔直，能够保证动力总成平稳的前进。上图第1张为电机部分行走轮，第2张为管件托座的行走轮，内部安装轴承。2.2.4 传动零部件：动力总成包括行走架及其上的走轮、走轮轴、行走电机架；蜗杆减速器及其上的行走轴、行走齿轮与行走电机；电机上架以及其上的主轴座、主轴、主轴皮带轮；电机下架以及其上的主轴电机、主轴皮带轮等。齿轮的产生后极大的带动了传动效应，传载力大。主机采用铸件HT250材质，表面硬度方面更耐磨。动力总成的装配要求结构可靠牢固，这就要求每个部件的制作过程中尺寸准确，并且统一安装基准来加工。运转时，不应有异常的震动、抖动、杂音等。 第三章主机及零部件和控制部分安装检验3.1主机支架的检验 1. 依据焊接工艺参考文献郭晶：焊接材料选择和实践，检查焊缝是否打磨光滑，有无漏焊，存留焊渣等；2.检查机架加工面表面粗糙度，测量平面度以及直线度，机架是否产生焊后变形等焊接及加工缺陷。主机在装配过程中，每个工序、部件总成完成后都需要进行三检（自检、互检、专检）（1）铺设组装平台，一般为一块水平钢板；（2）摆放并固定主框架底座，焊接，检验焊接后的底座是否可靠，尺寸是否达标；（3）组装龙骨并焊接，检验焊接后的龙骨可靠度与尺寸精度；（4）固定并焊接所有支架，完成主框架结构，检验整体框架的焊接工艺；（5）按工艺要求对支架划线，检验划线的尺寸精度；（6）拼装完成所有支架总成后，安装齿条垫及齿条、导轨，检验；（7）主机划线，为各部件总成安装定位，检验划线精度；（8）总结验收一次，等待安装各部件总成。根据划线安装就位，划线定位、固定，检验。动力总成装配完成后，拆除装配支架，根据划线安装就位，划线定位，检验走轮与导轨、主机控制安装及检验（1）安装电路系统，联接各电力部件总成，用完好的控制柜检验电路；（2）安装控制箱，与主机电路联接，检验主机箱接线；（3）进行静态检验；（4）进行动态检验。3.2零部件的检验 1.对轴类件：按照图纸要求检查尺寸及重要面的公差和表面粗糙度，尤其是与轴承类配合的间隙面，是否按照图纸要求加工，轴的同心度。 2.传动部件的检查：需要对表面硬度进行检测。 3.对铸件的检查看图纸尺寸是否有变动，铸件是否有沙眼等铸造所产生的加工问题。转动部分：（1）将转动转杆调直，表面清洁打磨，上黄油；（2）将套杆调直，内部清洁，打孔，定尺；（3）将转杆套杆安装组合，检验，再试验机上开机磨合810小时，至噪音小于48分贝；（4）将转杆套杆通过行走架及模头轴承，装入主机，与主轴输出法兰联接。齿轮与齿条的配合。夹紧系统：（1）组装夹紧总成，检验；（2）将总成在夹紧试验台进行动力试验，并记录参数；（3）将夹紧总成划线，装入主机就位，检验；（4）将四台夹紧总成就位好，统一检验，定位固定。4.冷却系统：（1）前后水箱检验，就位；（2）联接管道、阀门、水泵、进水、出水管；（3）通电，密封性检验。3.3控制电器 PLC控制柜技术要求标准条目检测项目标准要求实测记录单项判定第一条外观方面要求外观整洁光滑、无锐边、无毛刺、无色差和划伤痕迹。第二条面板要求门板安装布局要求整齐美观、符合操作习惯。标示标框整洁齐全。背面走线要求整齐，门板各元件要求尽量统一线头长度，做到接线方式一致，整齐标准。第三条工艺要求1. 元件布局要求：整齐美观、符合各元件安装要求、并考虑设备操作散热和电磁干扰等方面要求。2. 二次线要求：整齐美观、无线头松动，各线都必须套号码管和接插件，且表示整齐清晰。3. 母线要求：柜内采用三相五线接线方式（即要求柜内接零、接地点清楚明确）。布线整齐美观、无线头松动，各线都必须色标齐全（黄、绿、红、蓝、黄绿双色），采用铜线接头时必须烫锡。第四条空载损耗电压：V;电流：A;输入功率：W。第五条绝缘电阻在常温状态下，主电路对外壳之间的绝缘电阻不得小于10M;热态状态下不得小于2M。第六条介电强度在常温状态下，主电路对外壳应能承受1min的耐电压试验，波形为实际50HZ正弦波，试验电压有效值为1760V，试验期间不得发生闪烁或击穿现象。第七条接地电阻应联接可靠的接地装置和清晰耐久的接地标志，且接地联接电阻。第八条缺项保护当三相输入电源缺相时，设备不能启动或在设备运动过程中自动停机。第九条额定发热升温当系统设备在额定工况下连续运行到达稳定后，对内部各主要部件进行检测，要求：控制变压器发热温升80K。主电路母线联接处温升40K。母线（铜）处温升35K。第十条漏电电流当采用电子控制元件时，元件对地（壳）泄漏电流5mA。第十一条设备噪声设备运行时，噪声应小于53dB(A)。第十二条变频工作特性变频节能控制仪应能根据变频器特性进行自动软起动。且可根据负载情况频率25Hz75Hz范围内可调。第十三条控制工作特性按照复合工艺生产要求进行动作控制。第十四条防护等级控制仪的防护等级应制成IP50。 第四章 零部件工艺4.1 主轴工艺主轴作为主机的传动力和承载方向的力的主要性，对轴的直径以及材料、热处理加工方面的选择尤为重要。下面附加加工工艺卡，由此卡来简单介绍一下轴的选择：此图所示的主轴在工艺上可分5个步骤进行：1. 根据图纸选择材料板235mm和圆钢80mm，可做微量的加工，组织焊接。2. 因为采用的是45#调质钢，首先要进行热处理加工，表面硬度控制在HBW210245.3. 固定在车床上，按照图纸要求尺寸进行深一步的精加工，在此期间注意配合面的表面粗糙度和板上的螺纹安装孔。4. 从车床上取下工件，在用铣床加工出键槽。按照主机电机功率7.5kw，工况系数为1.2，转速120r/min依以下公式计算：机械设计手册第3本第3章轴的强度19-16按许用转应力计算公式dA3p/n=1.2*37.5/120=47mm依次计算方式可得到第二个轴的直径结算与上图一样，加工工序也是一样。4.2齿轮工艺：首先齿轮选用的铸件材质为HT250，铸件在材料力学方面硬度要高与普通的板材，加工方法简便。加工工艺步骤：1. 首先选取毛料直径为120mm，放在车床上做粗加工，将毛料不规则面清扫；2. 放在插齿机上选用模数为2.5，齿数为44个做齿形加工；3. 放在车床上加工内圆；4. 返回插齿机加工键槽。几何参数：单位齿轮备注齿数Zmm44法向模数mcm2.5法向压力角n度分秒20螺旋角mm0有效齿宽b50齿顶高系数ha*1齿顶倒棱系数hd*0顶隙系数c*0.25全齿高系数xt*mm2.25径向变位系数x0.03公法线长度xLmm37.45分度圆直径dmm99顶圆直径damm115根圆直径dfmm934.3带轮 选用A型皮带传动，带轮采用HT250材质，加工而成。带轮加工工艺：1. 选取直径为230mm的铸件毛坯料，2. 放在车床上加工和圆孔