卧式储罐下料制造工艺及夹具设计【说明书+CAD】
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长江大学毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）题目名称: 卧式储罐下料制造工艺及夹具设计 题目类型: 毕业设计 学生姓名： 陈 玉 琳 院（系）： 机械工程学院 专业班级： 装 备 10901 班 指导教师： 眭 满 仓 辅导教师： 时 间： 2013年3月5日2013年6月12日 第 41页（共 67页）目录长江大学毕业论文(设计)任务书III开题报告V长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见XV长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语XVI长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定XVII中文摘要XVIII外文摘要XIX正文11 前言12 选题背景23 卧式储罐的结构分析及相关参数54 卧式储罐下料制造工艺64.1 材料的进厂入库检测64.2 钢材的预处理64.3 筒节的下料64.4 筒体的卷制成形94.5 封头的下料94.6 封头的冲压成形105 筒体的焊接工艺设计115.1 焊前准备115.2 筒节坡口加工与焊接115.3 焊后热处理175.4 检测176 焊接夹具设计196.1 方案的选择和确定196.2 焊接滚轮架滚轮的设计计算226.3 焊接滚轮架的计算与校核266.4 焊接滚轮架的电动机驱动功率的确定及型号选择336.5 减速器传动比的确定346.6 机架的设计356.7 表面粗糙度357 总结37参考文献38致 谢40附录41长江大学毕业论文(设计)任务书院系 机械 专业 过程装备与控制工程 班级 装备10901 学生姓名 陈玉琳 指导教师/职称 眭满仓副教授 1. 毕业设计题目：卧式储罐下料制造工艺及夹具设计2. 毕业设计起止时间：2013年3月5日2013年6月12日3毕业设计所需资料及原始数据加工对象：卧式储罐筒体和封头下料计算，筒体成型工艺设计，相关要求见图样。加工能力：100件/年工装要求：筒体焊接夹具设计1机械制造工艺学王先逵主编（机械工业出版社）2机械制造工艺与机床夹具刘守勇主编（机械工业出版社）3机床夹具设计王秀伦、边文义、张运祥编著（中国铁道出版社）4机床夹具设计 王启平著（ 哈尔滨工业大学出版社）5金属机械加工工业人员手册金属机械加工工业人员手册修订组（上海科学技术出版社）6机械结构设计 卢耀祖、郑惠强著（同济大学出版社）7专用夹具的设计方法（上）林晓磊、宋若峰山东机械2004年第03期8专用夹具的设计方法（下）林晓磊、宋若峰山东机械2004年第03期9机床夹具的设计李青机械工程与自动化2004年第06期10专用加工设备夹具的设计与应用李卫民大众科技2005年第11期11过程装备制造工艺及检测 邹光华 化学工业出版 20104毕业设计应完成的主要内容 1.英语翻译一份； 2.开题报告一份； 3.设计说明书一份，包括工艺设计和设计分析与计算； 4.设计图样一份，包括装配图和主要零件图。5毕业设计的目标及具体要求（对外文翻译提出具体要求） 英语翻译必须是国外作者，包括国内学者在国外工作的，不能翻译国内作者的文献，翻译量符合毕业设计相关要求。6、完成毕业设计所需的条件及上机时数要求 必要的设计手册和工具书，上机时数200机时任务书批准日期 2013年 3月 12日 教研室（系）主任(签字) 任务书下达日期 2013年3月 13日 指导教师(签字) 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） 长江大学毕业论文开题报告开题报告长江大学毕业设计开题报告题 目 名 称 卧式储罐下料制造工艺及夹具设计 院 （系） 机械工程学院 专 业 班 级 装 备 10901 班 学 生 姓 名 陈 玉 琳 指 导 教 师 眭 满 仓 辅 导 教 师 开题报告日期 2013年4月19日 卧式储罐下料制造工艺及夹具设计学生：陈玉琳，机械工程学院（过程装备与控制工程）指导教师：眭满仓，机械工程学院1 题目来源储罐下料制造工艺及其夹具在实际的应用中非常广泛，同时也是工程设计的主要对象之一，因此，本设计题目即来自生产实际，又来源于科研项目。2 研究目的和意义工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。卧式储罐属于比较典型的卧式压力容器，主要由筒体、封头、支座、接管、安全附件等组成，其支座通常采用鞍式支座。在大气环境温度下，压力储存的液化气体（如液化石油气体）容不大于100m3时，常用卧式储罐。储罐由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。卧式储罐的容积一般都小于100m3，通常用于生产环节或加油站。年来随着制造工艺的提高其容积有逐渐增大的趋势。随着容积的增大，储罐在设计和使用中的安全可靠性就变得极为重要。然而我国卧式储罐设计制造技术的还远落后于世界先进水平，制造较困难，加工费用高，且焊接、检验技术要求高。所以研究卧式储罐设计及其焊接工艺对我国石油化工等行业有着极其重要的意义。而卧式储罐下料制造工艺作为焊接构件的前道工艺其相关制造工艺也有着严格的标准。对其进行研究也显得十分必要。另一方面，夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置。在我们实际生产中夹具的作用是将工件定位，以使加工工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。卧式储罐加工制造的整个工艺过程中，焊接工装夹具起着至关重要的作用。焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备。在现代焊接生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。在焊接生产过程中，焊接所需要的工时较少，而约占全部加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大的影响着焊接的生产速度。为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。3 阅读的主要参考文献及资料名称1 郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计M.第三版.北京：化学工业出版社，20102邹广华，刘强.过程装备制造与检测M.北京：化学工业出版社，20033童幸生.材料成型工艺基础M.武汉：华中科技大学出版社，20104王先逵.机械制造工艺学M.第二版.北京：机械工业出版社，20065陈焕明.焊接工装设计M.北京：航空工业出版社，20066王政.焊接工装夹具及变位机械性能、设计、选用M.北京：机械工业出版社，20017E.Keller，R.Lilgus，W.Klein，R.Winkow.模具、工装夹具制造实用技术M.刘希恭等.北京：机械工业出版社，20108濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2006 9田希川.液态CO2球形储罐的制造J.金属加工(热加工),2011,(第10期)：576010刘得建,温琦,张春红,徐闯.立式圆筒形钢制焊接油罐设计实例J.中国油脂,2012,(第10期)：848711王丽珍.大型液化石油气储罐的制造J.石油化工设备,2010,(第S1期)：3133 12付平,吴俊飞.卧式容器的参数化设计J.机械设计与制造,2009,(第6期)：2022 13宋志军,朱秀梅,纪成美.球面支承定位在机床夹具设计中的应用J.机械工程师,2007,(第2期)：13813914常德兴,郭旺.焊接滚轮架初探J.锅炉制造,2010,(第3期)；404115汪苏,刘小辉,朱小波.薄壁简体零件车焊复合加工柔性组合夹具设计J.现代机械,2006,(第6期)：616216施仁斌.薄壁筒体零件车焊复合加工柔性组合夹具设计J.湖南农机,2011,(第1期)：565717李贵红.细长薄壁圆筒零件加工夹具设计J.中国农机化,2012,(第2期)：104105,109 18谭湘夫.焊接用滚轮架的设计J.机械,2001,(第2期)：343519刘艳革.焊接用自调式滚轮架的设计J.化工机械,1999,(第1-6期)：10310520王斌修,田新国.薄壁不锈钢圆管三维激光切割夹具设计J.制造技术与机床,2013,(第1期)：151152,15421赵汝振,唐陶.一种薄板类零件曲面焊接夹具设计J.科技传播,2013,(第1期)22李宏策,郭雄华,李文芳.通用薄壁类零件柔性夹具设计J.机床与液压,2012,(第8期)：3637,7423朱敏红,徐云,王祥鑫.薄壁套的加工工艺与夹具设计J.机械制造与自动化,2012,(第4期)：616324聂兰启,刘国臣.大直径薄壁零件定心夹具设计J.金属加工(冷加工),2008,(第17期)：3925李露雁.工学结合实现薄壁零件切削变形控制研究：优化夹具设计J.科技信息,2010,(第35期)：129130,12726常德兴.焊接滚轮架结构、性能、特点比较J.中国高新技术企业杂志,2007,(第9期)：19027王传妹.滚轮式焊接架的设计及校验J.专用汽车,2001,(第3期)：35474 国内外研究现状和发展趋势与研究的主攻方向4.1 国内外卧式储罐研究现状和发展趋势20 世纪60 年代以前，美国的ASME 规范主要采用“按规则设计”即以压力容器主要部位的最大主应力不超过弹性范围内设计的安全准则。根据材料的需用应力对应容器的结构与尺寸做出具体的规定和计算。英国、日本等国家在20 世纪70 年代以前也都采用常规设计方法。我国的压力容器规范起步于20 世纪50 年代，1959 年颁布了多层高压容器设计与检验规程，1960 年又颁布了适用于中、低压容器的石油化工容器零部件标准，1967年钢制石油化工压力容器设计规程试用版开始发行，这是我国第一部较完整的设计规范，此后，历经数次修订，1988 年国家标准GB150-1989钢制压力容器和GB151-1989钢制管壳式换热器完成编制工作，于1989 年发行使用，这是我国最早的压力容器国家标准。随着工业的逐步发展，压力容器的设计与我国的具体情况相结合，我国首创了各种大型储罐施工方法，但总的来看，目前我国的储罐建设，不论是储罐的容积、数量还是国产化水平，均起于起步的初级阶段。近年来，卧式储罐的设计与施工都较过去有了更快的发展。我国油气储运系统的建设得到了空前的发展，对油气储运设施的安全可靠性提出了越来越高的要求。国内卧式储罐本体的发展方向：1、通用化与标准化。通用化与标准化也就意味着互换性的提高，这不仅有利于压力容器使用单位日常维护与后勤保障，而且能够最大限度地减少设计和制造成本。2、特殊化与专业化。如超高压容器、高温压力容器、耐强腐蚀压力容器、低温压力容器等。压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测、安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展，在世界各国投入了大量人力物力进行深入的研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产和使用更安全、更经济的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新产品所代替。4.2 卧式储罐下料制造工艺研究的主攻方向根据卧式储罐的结构设计，其下料制造工艺朝着经济性、安全性、环保型方向发展。4.3 国内外焊接夹具技术的研究现状与进步改革开放30多年来，我国与欧洲、美国、日本等国家先进制造企业进行了全面的接触，外资企业及其产品已广泛进入我国。从夹具技术层面看，主要取得如下几方面的进步。传统毛坯制造工艺正逐步向精密化、成品化方向发展，新工艺的出现使得传统的机械加工零件相对减少，为了保证产品精度和提高效率也都开始使用夹具。例如，过去20多年来焊接夹具的使用有了大量的增长，电加工已经发展成为成熟的工艺，广泛用于模具生产中，坐标测量机普遍进入车间，被检测的工件需要相应的通用型夹具，装配夹具在装配中的应用也与日俱增。从世界范围看，焊接工艺在制造业中的应用不断增加。根据美国焊接学会和国家标准化研究院对部分制造业大公司调查的数据，本世纪初焊接对于美国经济的贡献不少于78亿美元，约占这些公司总支出的7%。通常，在美国与夹具设计、制造和使用相关的成本约占到制造系统总成本的10% 20%。我国国民经济逐年高速增长，建设规模空前，花费在焊接工艺装备上的资金也不容小觑。随着对焊接结构精度要求的提高，增加生产率和降低生产成本，对焊接夹具的需求和要求也水涨船高。原先焊接结构都是单件小批生产，因而较早出现的焊接夹具都是焊接工作台加上一套通用组合元件和合件，与机加工用组合夹具完全相似。焊接机械装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。这里称之为辅助装置和设备是为了与焊机相区别。焊机是焊接过程中的核心装备，它包括焊接电源，焊接控制箱，焊接机头等，有自己的独立系统，不属于焊接机械装备的范畴。而焊接机械装备相对焊机处于辅助的地位，是配合焊机进行焊接生产的装置和设备。它包括的范围较广，按用途分，主要有焊接工装夹具、焊接变位机械和焊接输送机械三个方面，其次还有导电装置、焊剂输送与回收装置、坡口准备及焊缝清理精整装置等。他们又是焊接机械装备的从属装置1从使用范围来分，焊接机械装备又分为通用和专用两大类。通用焊接机械装备通用性强、适应性广，整台机械能适应产品结构的变化重复使用。它们可以组合在一起使用，也可以组装在焊接生产线上，成为焊接生产线的一个组成部分。由于这种装备通用性强，所以机械化、自动化水平不是很高，主要满足多品种、小批量焊接生产的需要。 专用焊接机械装备是为了适应单品种、大批量焊接生产的需要专门设计制造的。这种装备专业性强、生产率高、控制系统先进，能很好地满足产品结构、装焊工艺、生产批量的要求。例如：专用焊接工装夹具、专用焊接机床就属于这类装备。4.4 焊接夹具技术的发展趋势和研究的主攻方向1. 准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高零件的精度和可换性。 2. 有效的防止和减轻焊接变形。 3. 使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。 4. 以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善工人的劳动条件。 5. 扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。5 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路5.1 主要研究内容：1. 卧式储罐下料制造工艺；2. 卧式储罐的成型工艺； 3. 卧式储罐筒体的焊接工艺； 4. 焊接滚轮架的设计原理与结构设计； 5. 焊接滚轮架的滚轮的设计；6. 焊接速度与滚轮速度、焊接速度的确定以及电动机、减速器传动比的确定； 7. 焊接滚轮架力的校核；8. 绘制焊接滚轮架整体的装配图；5.2 重点研究的关键问题：下料前必须熟悉冲剪设备操作规程和下料材质重量规格要求，确保下料尺寸重量材质要求。焊接夹具设计的基本要求：1. 焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最易用力的部位，当夹县处于夹紧状态时，应能自锁。2焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。3. 夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而产生较大的应力。 4. 为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。5. 夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝衬垫等措施。 6. 接近焊接部位的夹具，应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和定位器表面的损伤。7. 夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。8. 注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。例如，凸焊和闪光焊时，夹具兼作导电体；钎焊时夹具兼作散热体，因此要求夹具本身具有良好的导电、导热性能。再如，真空电子束焊所使用的夹具，为了不影响电子束聚焦，在枪头附近的夹具零件，不能用磁性材料制作，夹具也不能带有剩磁。9. 用于大型板焊结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时要留有较大的裕度。10. 在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。11. 工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。12. 尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工装夹具。5.3 解决思路5.3.1卧式储罐基本制造工艺流程钢材预处理划线切割成形组对焊接检验（伴随整个过程）5.3.2专用夹具设计步骤 1. 明确设计任务与收集设计资料。 2拟定焊接滚轮架结构方案与绘制焊接滚轮架的草图。3进行必要的分析计算。工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。 4审查方案与改进设计。焊接草图画出后，应征求辅导老师的意见，并让辅导老师审查，然后根据其意见对夹具方案作进一步修改。 5绘制焊接滚轮架的装配总图。焊接滚轮架的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例采用1：5。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。 夹具总图的绘制次序如下： 1)用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。 2)依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。 3)标注必要的尺寸、公差和技术要求。 4)编制夹具明细表及标题栏。6 完成毕业设计所具备的工作条件及解决的方法6.1 已具备的条件：以前所学到的理论知识、所用的课本、搜集到的资料、老师提供的参考资料等。还有计算机，图书馆，网络资源。个人有一定的设计分析能力，有较强的计算机操作能力，机械绘图软件如Auto CAD的操作熟练等。6.2 尚缺条件与拟解决途径：加强练习运用office等办软件；加强计算机各种工程分析软件使用能力。在图书馆查阅卧式储罐下料制造工艺及夹具设计的设计手册和规定及标准等相关书籍。借助网络资源，在学校图书馆网站和一些化工机械论坛上查阅下载必要的资料，并在老师的指导，认真思考、归纳总结，逐步解决在设计过程中遇到的理论性困难问题。及时补充学习缺乏的知识。多与老师和同学联系，交流经验。7 工作的主要阶段、进度与时间安排第 34 周 选题完毕，并针对卧式储罐下料制造工艺及夹具设计了解基本概念，览相关书籍资料，了解国内外现状及标准，了解所需的相关技能； 第 57 周 查阅资料，翻译外文资料，撰写毕业设计开题报告； 第 8 周 整理外文翻译和开题报告，制作开题报告电子文档，准备开题答辩； 第 910 周 卧式储罐下料制造工艺进行分析；查阅相关资料，完成此部分设计； 第1113周 查阅相关资料并向老师请教，完成卧式储罐夹具设计，主要包括：相关方面的计算、确定参数，绘制相关图纸并建立图库，对资料进行整理；第 14 周 将两部分内容融合形成初稿； 第 15 周 检查修改补充设计定初稿，并交给老师评审，完成毕业设计定稿并录入，制作电子文档，答辩；8 指导老师审查意见长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名陈玉琳专业班级装备10901班毕业论文(设计)题目卧式储罐下料制造工艺及夹具设计指导教师眭满仓职 称副教授评审日期2013年6月10日评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面） 长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名陈玉琳专业班级装备10901班毕业论文(设计)题目卧式储罐下料制造工艺及夹具设计评阅教师职 称评阅日期2013年6月11日评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名陈玉琳专业班级装备10901班毕业论文(设计)题目卧式储罐下料制造工艺及夹具设计答辩时间 2013 年 6 月 13 日 8:0017:40时答辩地点7教209一、答辩小组组成答辩小组组长：周志宏成 员：张慢来 张琴 李美求 刘利军二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 2013年 6月13日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章)中文摘要卧式储罐下料制造工艺及夹具设计学生：陈玉琳，机械工程学院指导老师：眭满仓，机械工程学院【摘要】对压力容器在国内外研究现状和发展趋势进行了介绍，对卧式储罐的筒体和封头的下料制造工艺进行了详细的结构设计,分析了卧式储罐筒体的焊接工艺。近年来，焊接工业得到了很快的发展，焊接设备也相继出现，各种焊接支架也得到了运用，在圆形工件内外环缝的焊接中,长轴式焊接滚轮架仍旧有举足轻重的作用, 获得了广泛的应用,如何设计较好使用的滚轮架仍值得探讨。随着生产的自动化，滚轮架在生产中的地位也日益突出。目前国外众多的焊接设备制造厂都在生产焊接滚轮架。产品规格型号多，结构差别也很大，各自有着不同的用途，有不同的特点。本文重点对用于卧式储罐筒体焊接成型所需的设备长轴式焊接滚轮架进行了设计。【关键词】卧式储罐 下料 设计与制造 焊接 焊接滚轮架 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 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本次毕业设计所选题目是：卧式储罐下料制造工艺及夹具设计。储罐下料制造工艺及其夹具在实际的应用中非常广泛，同时也是工程设计的主要对象之一，因此，本设计题目即来自生产实际，又来源于科研项目。我国卧式储罐设计制造技术的还落后于世界先进水平，制造较困难，加工费用高，且焊接、检验技术要求高，所以研究卧式储罐设计对我国石油化工等行业的发展有着极其重要的意义。随着焊接生产技术的高速发展, 对焊接生产的机械化和自动化提出了越来越高的要求, 焊接机械设备的需求量也越来越大。焊接滚轮架设备正是为满足市场需要而设计生产的。它是借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形焊件旋转的机械装置, 主要用于圆筒形焊件的焊接与装配。本课题的设计分卧式储罐下料制造工艺的设计和卧式储罐筒体焊接夹具的设计两大部分。卧式储罐下料制造工艺的设计主要包括选材，对材料的预处理，划线、号料、放样以及对筒体和封头的成型加工。此外还重点对筒体各筒节之间的焊接工艺进行了详细的设计。卧式储罐筒体焊接夹具的设计即对焊接滚轮架的设计，由于本次毕业设计是针对与薄壁、长度大的筒形工件，所以选用长轴式焊接滚轮架。长轴式焊接滚轮架的设计包括原理结构的设计、中心距的调节、滚轮结构、速度的选择、电机的选择、减速器的传动比等方面的内容。查阅前人资料（谭湘夫.焊接用滚轮架的设计J.机械,(第2期).），他对于该课题的研究最主要是对焊接滚轮架工作原理与结构特点进行研究，其传动原理及路线为：电机一级蜗轮减速器二级蜗轮减速器齿轮减速箱轴滚轮工件。此外，该作者对电动机的选择做了重点的设计与计算。由于工作机所需功率: Pw = FV/ 102= UNV/ 102= 0. 735kW，传动总效率为0. 2768，则电动机所需功率: P0= Pw/= 2. 66kW，最后，实际选用电机: Z2- 32 型，额定功率为2.2kw，额定转速为n= 1500r/ min。选题背景2 选题背景工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。卧式储罐属于比较典型的卧式压力容器，主要由筒体、封头、支座、接管、安全附件等组成，其支座通常采用鞍式支座。在大气环境温度下，压力储存的液化气体（如液化石油气体）容不大于100m3时，常用卧式储罐。储罐是一种用于储存液体或气体的密封容器，主要用于存储或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备。在化工、石油、能源、冶金、消防、轻工、环保、制药、食品、城市燃气等行业得到了广泛的应用，储存介质涵盖了(丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油气、液氨等)液化气体、氧气、氮气、天然气和城市煤气等气体，在国民经济发展中起着不可替代的作用。而卧式液化气储罐是目前中、小型液化气站储存和运输液化气的主要容器之一，在石油化工行业中应用广泛并占有相当大的比例，应用相当广泛。然而我国卧式储罐设计制造技术的还落后于世界先进水平，制造较困难，加工费用高，且焊接、检验技术要求高，所以研究卧式储罐设计对我国石油化工等行业的发展有着极其重要的意义。卧式储罐由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。为保证压力容器的安全使用，在制造时就必须按照有关标准、规范，对压力容器的原材料和加工制造过程进行严格的质量检验，因此，对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。压力容器的检验内容主要有：对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验；对焊接接头的各种性能检验；对压力容器各部分存在的各类缺陷的无损检测；用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。质量检验在压力容器制造过程中占重要的地位。在有些反应堆压力容器的生产周期中，有一半的时间都是用于质量检验。 筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件，它构成了完成化学反应或储存物所需的最大空间。筒体一般是由钢板卷制或压制成型后组装焊接而成。当筒体直径较小是，可采用无缝钢管制作。对于即轴向尺寸较大的筒体，采用环焊缝将几个筒节拼焊制成。根据筒体的承载要求和钢板厚度，其纵焊缝和环向焊缝可采用开坡口或不坡口的对接接头。对于承受高压的厚壁容器筒体，除了采用单层厚钢板制作外，也可以采用层板包扎、热套、绕带或绕板等工艺制作多层筒体结构。封头即是容器的端盖。根据形状的不同，分为球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和平板封头等结构形式。另一方面，目前国内外众多的焊接设备制造厂都在生产焊接滚轮架。产品规格型号多，结构差别大，各自有不同的用途，各有特点。通过收集技术资料，以及对焊接滚轮架技术服务积累的一些相关知识，对目前国内进口主要品牌焊接滚轮架的技术性能、特点等做简要的对比介绍，使用户对焊接滚轮架的性能有进一步的了解。从重型焊接滚轮架国内目前的占有率来看，由于瑞典公司进入中国市场早，公司在国际上的知名度高，产品质量稳定，故障率低，产品结构有独特的特点，使许多大公司使用ESAB的产品，拥有较高的市场占有率，但是价格也高。意大利ANSALDO 公司的350T焊接滚轮架和焊接操作机在中国有两种，由于其产品的设计结构，决定了它对工件加工的局限性。芬兰PEMAMEK 公司的PEMN300TN滚轮架在内地有一。 焊接滚轮架是一种能够将组合式被焊工件装配起来并按照要求能够移动焊件的机械化装置，它属于装配焊接辅助机械装备。对该产品的设计是焊接生产装备工作的重要内容之一，也是焊接生产设计的主要任务之一。合理的设计与利用焊接滚轮支架不仅可以提高产品质量和生产率，而且也改善了劳动条件，同时还可以简化焊接结构的装配焊接工艺。随着焊接生产技术的高速发展,对焊接生产机械化和自动化提出了越来越高的要求,焊接机械设备的需求量也越来越大。焊接滚轮架设备正是为满足市场需要而设计生产的。它是借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形焊件旋转的机械装置，主要用于圆筒形焊件的焊接与装配。焊接设备的自动化在制造业中的广泛应用彻底改了变传统制造业的面貌，其中焊接生产过程的自动化已成为一种迫切的需求，它不仅可大大提高焊接生产率，更重要的是可确保焊接质量，改善操作环境。而焊接滚轮架作为焊接设备中的一部分，其结构也越来越趋向于自动化方面。本次毕业设计要求设计的卧式储罐参数为：筒体公称直径Dg=1800mm，长度L=4600mm，壁厚=8mm，封头为标准椭圆形封头，加工能力：100件/年。本课题的设计分卧式储罐下料制造工艺的设计和卧式储罐筒体焊接夹具的设计两大部分。卧式储罐下料制造工艺的设计主要包括选材，对材料的预处理，划线、号料、放样以及对筒体和封头的成型加工。此外还重点对筒体各筒节之间的焊接工艺进行了详细的设计。卧式储罐筒体焊接夹具的设计即对焊接滚轮架的设计，由于本次毕业设计是针对与薄壁、长度大的筒形工件，所以选用长轴式焊接滚轮架。长轴式焊接滚轮架的设计包括原理结构的设计、中心距的调节、滚轮结构、速度的选择、电机的选择、减速器的传动比等方面的内容。最重要的是最后绘制所设计的长轴式焊接滚轮架的装配图，需弄清楚具体尺寸、结构等。本次卧式储罐下料制造工艺设计和滚轮架进行研究与设计依据设计图纸和国家相关标准规定进行编制；设计中全面了解筒体的制造工艺，了解各种滚轮支架的设计、工作原理与应用等。使所学到的焊接专业理论知识能够应用到实际生产当中去，并最终完成毕业设计工作。在设计工作过程中，采取“边设计，边学习，边调研，边改进”的“四边”原则，真正做到理论与实际相结合，力求达到学以致用，同时，通过本设计，培养自己的设计思维，加强自己动手能力的培养，并为自己日后参加工作，奠定理论知识基础，积累实际工作经验。卧式储罐的结构分析及相关参数3 卧式储罐的结构分析及相关参数图1 卧式储罐的结构卧式储罐是承受内压的钢制焊接压力容器，主要由筒体、封头、支座、接管、安全附件等组成，其支座通常采用鞍式支座。在规定的使用温度和对应的工作压力下，应保证其安全可靠。本设计中卧式储罐的参数有：材料为16MnR，筒体公称直径Dg=1800mm，长度L=4600mm，壁厚=8mm。整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，而单个筒节是由两个半圆筒对接焊接而成。这时筒体有纵环焊缝。纵焊缝（A类焊接接头）采用埋弧自动焊，不开坡口，应在室内焊接。其筒节间环焊缝（B类焊接接头）亦采用埋弧自动焊，不开坡口；焊接最后一道环缝时，采用焊条电弧焊在内部封底，再用埋弧焊焊接外环缝。封头为标准椭圆形封头。卧式储罐下料制造工艺4 卧式储罐下料制造工艺4.1 材料的进厂入库检测储罐结构材料16MnR，按技术要求符合GB6654-1996压力容器用钢板中的规定及第二次改造通知单的规定验收合格后，应按企业标准入库存放，并做好标记，妥善保管。4.2 钢材的预处理钢材的预处理是指对钢板、管子和型钢等材料的净化处理、矫形和涂保护底漆。4.2.1 净化处理净化处理是卧式储罐制造工艺中很重要的一道工序，指运用特定的方法或设备祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等。表面净化的方法大体分两类：机械法和化学法。化学法主要有酸洗、碱洗、盐洗等。机械法主要有砂轮打磨、喷沙、抛丸处理。本钢板净化处理选抛丸法。利用抛丸机械除锈的先进大型设备，钢材经此处理，并经喷保护底漆，烘干处理等工序后，既可保护钢材在生产和使用过程中不再生锈，又不影响机械加工和焊接质量。4.2.2 矫形矫形是利用材料的塑性变形能力，在力的作用下，使工件得到正确形状的过程。本设计采用九辊矫板机进行机械矫形。参数如下表所示。表1 九辊矫板机参数表辊数辊距（mm)钢板最小厚（mm)辊径（mm)最大矫正度（m/s)主电机最大功率（kw)925052200.3180九辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。4.3 筒节的下料筒节的划线是在钢板上划出展开图。划线前应确定胚料尺寸。胚料尺寸由筒节的展开尺寸和各种加工余量组，筒节的划线及公差要求如下图2所示。筒节的展开计算比较简单，即以筒节的中性层直径Dm为基准。筒体成形一般采用卷板机冷卷工艺，钢板冷卷伸长量较小，通常忽略，故卷制伸长量l1=0。参照过程设备制造与检测-表6-26，焊缝横向收缩量近似值l2=2mm；参照过程设备制造与检测-表6-27，对接焊缝纵向收缩量为0.15-0.30mm/m。参照过程设备制造与检测-表6-25，焊缝坡口间隙l3=0。另外，查表可得边缘加工余量l4和切割余量l5的相关数据。一般筒节划线的公差要求长度l和宽度h如图2所示，对角线ll-l2之差2mm，两平行线的不平行度2mm。图2 筒节的划线及公差要求筒节实际用料线尺寸按下式计算：l=Dm-l=(Dg+)-l1+l2-l3+l4筒节切割下料线尺寸按下式计算：L=l+l5式中， L切割下料线尺寸，mm； l实际用料线尺寸，mm； Dm筒节中性层直径，mm； Dg筒节内径（公称直径），mm； 板厚，mm； l1钢板卷制伸长量，mm； l2钢板焊缝收缩量，mm； l3焊缝坡口间隙, mm；l4边缘加工余量，mm；l5切割余量，mm；公差要求，mm；将数据带入公式可得：筒体展开后形状尺寸长为（1800+8）=5680mm，宽为4600mm。由于整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，而单个筒节是由2个半圆筒对接焊接而成，故每个筒节展开后形状尺寸长为2840mm，宽为1534mm。则：单个筒节实际用料线尺寸：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单个筒节切割下料线尺寸：L= l+l5=2852+53=28573mm；H= h+h5=1542+51=15471mm因此筒节下料单个钢板的具体尺寸为（长宽厚）为285715478mm。筒节钢板的下料选择机械剪切下料。常用的机械剪切下料多采用圆板剪和龙门剪板机，而以龙门剪板机的应用最为广泛，通常只能做直线剪切。4.4 筒体的卷制成形筒节的弯卷成型是钢板在卷板机上弯卷而成的，卷制成形通常在三辊筒或四辊筒卷板机上进行的，实际上是一种弯曲工艺。根据钢板的材质，厚度弯曲半径，卷板机的形式和能力，在实际弯卷过程中分为冷卷和热卷。通常对厚度小于60mm的钢板可采用冷卷；本次设计的容器筒体钢板厚度为8mm，因此选择冷卷。卷板机型号为：CDW11-(数控上调式)40x4000。表2 表对称式三辊卷板机CDWI1的参数规 格最大板厚最大宽度/mm上辊直径/mm下辊直径/mm下辊中心距/mm主电动机功率/kW40400055053061080卷板机可卷制的最小圆筒直径Dmin根据 Dmin=d1+(0.150.20)d1式中 d1 卷板机的上辊直径，mm；计算得 Dmin= d1+(0.150.20)d1=550+（0.150.20）550=（632.5660）mm1800mm故可知所选卷板机满足要求。4.5 封头的下料由于本设计封头采用标准椭圆形封头，其公称直径Dg=1800mm，壁厚=8mm。故封头曲面深度hg=450mm，直边高度h=25mm，中性层处直径Dm=Dg+=1800+8=1808mm，其下料尺寸：图3 封头示意图D0=1.19Dm+2h+3=1.191808+225+38=2226mm封头由于其尺寸较大，且其形状为圆形，所以对封头的切割选择火焰切割。4.6 封头的冲压成形封头成型法主要有冲压成型法、旋压成型、爆炸成型等三种方法。冲压成型就是用水压机或油压机借助冲模把毛坯冲压成所需形状，其成型质量好，生产效率高适用于批量生产。按冲压前毛坯是否预先加热分为冷冲压和热冲压。由于表3 封头冷、热冲压与相对厚度的关系冲压状态碳素钢、低合金钢合金钢、不锈钢冷冲压/D01000.5/D01000.7热冲压/D01000.5/D01000.7毛坯材料为16MnR，低合金钢，其相对厚度=/D0100=（8/2226）100=0.360.5故本设计采用冲压成型冷冲压。筒体的焊接工艺设计5 筒体的焊接工艺设计5.1 焊前准备5.1.1 筒节焊接前准备要求（1）焊接坡口面及其两侧母材表面的油污、铁锈、氧化皮和其他影响焊接质量的杂质，焊前应清理干净，焊前清理能够有效的防止焊接过程中产生气孔、夹杂等焊接缺陷的形成。（2）在多雨、潮湿季节，对于需要预热的碳钢和低合金钢焊件，应用火焰加热炬将焊接区预热至4050，以清除母材表面的吸附水。（3）药皮焊条和焊剂应按企业焊材管理制度的规定烘干及保温，焊丝表面的油污和锈斑应清理干净。（4）焊工在焊接前应辨认所领用的焊材牌号和规格是否符合相应焊接工艺规程的规定。（5）焊工应检查所用的焊接设备性能是否处于完好的状态，仪表指示是否准确。5.1.2 焊接过程和顺序焊接过程至关重要，施工人员必须按照合理的结构顺序，选择合理的焊接工艺参数，严格施工。首先将两侧的半圆电焊在一起，然后将点固好的两侧拼接在一起。焊接过程应保持结构的对称性，以减少变形和焊接残余应力。5.2 筒节坡口加工与焊接5.2.1 筒节焊接坡口的选择焊接接头坡口形状和几何尺寸的设计，应遵循以下原则：(1)保证焊接质量；(2)坡口加工简易；(3)便于焊接加工；(4)节省焊接材料。按焊接技术要求加工坡口，坡口两侧30mm范围内清理污物，然后按焊接工艺施焊。简体是由钢板卷制而成，其边缘部分由于变形和冷作硬化作用其性能已发生变化，不能满足设计要求，应此需将此区域除去。筒节卷制成形后，按图样规定的筒体名义直径测量简节的实际周长，并划二次线，割去余量后按焊接工艺要求加工坡口。筒体的纵缝、环缝的焊接采用埋弧自动焊，埋弧自动焊最大一次熔透深度为1214mm，根据埋弧焊坡口加工要求其坡口形式为I形坡口。5.2.2 焊接方法的选择筒节钢板的壁厚为8mm，为了确保焊接质量和提高焊接效率，筒节纵、环焊缝的焊接均选择埋弧焊自动焊作为的焊接方法。 埋弧焊，是电弧在焊剂层下燃烧，用机械自动引燃电弧并进行控制，自动完成焊丝的送进和电弧移动的一种电弧焊方法。焊丝与焊件之间燃烧的电弧是埋在颗粒状焊剂下面的电弧热将焊丝端部及电弧直接作用的母材和焊剂熔化并使部分蒸发，金属和焊剂所蒸发的气体在电弧周围形成一个封闭空腔，电弧在这个空腔中燃烧。空腔被一层由熔渣所构成的渣膜所包围，这层渣膜不仅很好的隔绝了空气和电弧与熔池的接触，而且使弧光不能辐射出来。被电弧加热熔化的焊丝以熔滴的形式落下，与熔融母材金属混合形成熔池。密度较小的熔渣浮在熔池之上，熔渣除了对熔池金属的机械保护作用外，焊接过程中还与熔池金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。电弧向前移动，熔池金属逐渐冷却后结晶形成焊缝。浮在熔池上的熔渣冷却后，形成渣壳可继续对高温下的焊缝起保护作用，避免被氧化。埋弧焊具有以下优点： (1)焊接效率高 (2)焊缝质量优异； (3)接头坡口制备简易； (4)改善焊接环境； 5.2.3 焊接材料的选择焊接材料的选择和使用一直是压力容器和焊接行业非常关注的问题。2000年版压力容器焊接工艺评定(JB4708-2000)和压力容器焊接工艺规程(JB/T4709-2000)标准对钢制压力容器焊接的基本要求和焊材的选择使用提出了相关规定。焊接材料应选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料。从力学性能“等强匹配”的角度选择焊接材料，一般要求焊缝的强度性能与母材等强或稍低于母材。焊缝中的碳含量不应超过0.14%，其他合金元素要求低于母材中的含量，以防止裂纹及焊缝强度过高。本次毕业设计焊接材料的选用指焊丝、焊剂的选用。焊丝与焊剂是各自独立的焊接材料。埋弧焊所用的焊丝有实心和药芯两类。后者只在某些特殊的工艺场合应用。生产中普遍使用的是实心焊丝。焊丝的品种随所焊金属种类的增加而增加，目前已有碳素结构钢、合金结构钢、高合金钢和各种有色金属焊丝以及堆焊用的特殊合金焊丝。焊接直径的选择依用途而定。自动埋弧焊一般使用直径3-6mm的焊丝，以充分发挥埋弧焊的大电流和高熔敷率的优点。埋弧焊时各种直径的普通钢焊丝使用的电流如表4所示。表4 各种直径普通钢焊丝埋弧焊使用的电流范围焊丝直径（mm）1.62.02.53.04.05.06.0电流范围（A）115-500125-600150-700200-1000340-1100400-1300600-1600可见对于一定的电流值可能使用不同直径的焊丝。同一电流使用较小直径的焊丝时，可获得加大熔深、减小熔宽的效果。当工件装配不良时，宜选用较粗的焊丝。 焊丝表面应当干净光滑，焊接时能顺利地送进，以免给焊接过程带来干扰。除不锈钢焊丝和有色金属焊丝外，各种低碳钢和低合金钢焊丝的表面最好镀铜。埋弧焊使用的焊剂是颗粒状可熔化的物质，其作用相当于焊条的涂料。对焊剂的基本要求：（1）具有良好的冶金性能（2）具有良好的工艺性能因为本设计中受压部件用的是普通低合碳钢16MnR，它的碳含量较低，故无淬硬倾向，焊接性良好。焊接时不必采取特殊的工艺措施。由于厚20mm以下的16Mn钢板，且不开坡口，埋弧焊可选用H08MnA焊丝。故本次毕业设计焊丝选用H08MnA。对应的选用焊剂为SJ101，由过程装备制造与检测表5-18可知，其焊剂颗粒度为0.32mm。5.2.4 焊接设备自动埋弧焊机的选择为MZ-1000型埋弧焊机。它是根据电弧电压反馈调节原理设计的变速送丝式焊机，有交流和直流两种，适合与焊接水平位置会与水平面倾斜不大于15度的开坡口和不开坡口的平板对接、角接和搭接的焊缝。表5 自动埋弧焊机MZ-1000的技术规格送丝方式焊机的结构特点焊接电流/A焊丝直径/mm送丝速度/cm.min-1焊接速度/ cm.min-1焊接电流种类送丝速度调整方法变速送丝焊车40012003650200（弧压35V）25117直流或交流用电位器调整直流电动机转速焊接圆筒件的内、外焊缝还需借助于轮胎或滚轮架等辅助设备。焊件的装配不仅要求组件的尺寸与配合符合设计图样的要求，而且要保证接头的装配及定位焊缝的质量符合工艺规范的要求。对于筒节的焊接，可将卷制好的板材放置在滚轮架上，并与其他夹具相配合以保证结构的精度。本设计将重点研究焊接滚轮架的设计。5.2.5 焊接规范的选择影响埋弧焊焊接质量的主要参数有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、电流种类等。当其他条件不变时，无论是 Y 形坡口还是 I 形坡口，正常焊接条件下，熔深与焊接电流变化成正比，电流小，熔深浅，余高和宽度不足；电流过大，熔深大，余高过大，易产生高温裂纹。电弧电压和电弧长度成正比，在相同的电弧电压和焊接电流时，如果选用的焊剂不同，电弧空间电场强度不同，则电弧长度不同。如果其他条件不变，电弧电压低，熔深大，焊缝宽度窄，易产生热裂纹；电弧电压高时，焊缝宽度增加，余高不够。埋弧焊时，电弧电压是依据焊接电流调整的，即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧，所以电弧电压的变化范围是有限的。焊接速度对熔深和熔宽都有影响，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较大，随着焊接速度增加，焊缝熔深和熔都将减小，即熔深和熔宽与焊接速度成反比，如图 4 所示。图4 焊接速度对焊缝成形的影响H-熔深 B-熔宽 焊接速度对焊缝断面形状的影响，如图 5 所示。焊接速度过小，熔化金属量多，焊缝成形差；焊接速度较大时，熔化金属量不足，容易产生咬边。实际焊接时，为了提高生产率，在增加焊接速度的同时必须加大电弧功率，才能保证焊缝质量。图5 焊接速度对焊缝断面形状的影响a）-I形接头 b）-Y形接头 根据板厚和所开坡口形式，对于本次设计：单层卧式储罐筒体纵缝埋弧自动焊的焊接工艺参数为：焊接电流600640A，电弧电压35V, 焊接速度37.5m/h，电流种类为直流电；单层卧式储罐筒体环缝埋弧自动焊的焊接工艺参数为：焊接电流650700A，电弧电压38V, 焊接速度32m/h，电流种类为直流电；在焊缝的两端需添加引弧板和收弧板，以获得相同质量的焊缝。 根据母材成分和焊缝等强原则，埋弧焊所选用的焊丝牌号为：H08MnA 焊剂牌号为：SJ101，焊丝直径为5mm。此处焊接采用埋弧自动焊，焊机型号（MZ-1000）按技术要求中对焊接工艺要求施焊。最终参数确定如下表6 筒体纵缝埋弧自动焊焊接参数焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m*h-1线能量/kj*cm-15600640343637.51718.1表7 筒体环缝埋弧自动焊焊接参数焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m*h-1线能量/kj*cm-1565070036403223.4325.235.3 焊后热处理 由于该卧式储罐筒体为冷成形，且圆筒钢材厚度=8mm130时支反力和圆周力急剧增大，相反，当中心角角太小时，滚轮架上的筒体焊件放置有可能不稳定。因此在实际应用中为使焊件在滚轮架上获得可靠的稳定性，并保证焊件可以平稳的转动，中心角应大于40。我国制定的焊接滚轮架行业标准（JB/T9187-1999）中规定：中心角：45110滚轮的转速：n=(1000VDr)/60=1000(1570)/450 60 =（0.1770.826）r/min 当V=32m/h时n=(1000VDr)/60=（100032/450 ）60 =0.377r/min 式中：Dr滚轮直径，mm ； V滚轮的圆周速度，m/h 。6.2.3 焊接滚轮架滚轮中心距的调节为了焊接不同直径的焊件，焊接滚轮架的滚轮间距应该能够调节。调节方式有两种：一种是自调式的；一种是非自调式的。自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮的间距，非自调式滚轮架是通过调节支架上的滚轮座来调节滚轮的间距的。本次采用非自调式滚轮架。非自调式焊接滚轮架是利用主动滚轮与焊件之间的摩擦力带动焊件旋转的一种焊接变位机械，可根据工件直径大小不同，移动滚轮组，调节滚轮中心距。非自调式焊接滚轮架结构形式如图9所示。中心角：45110，由三角关系可知，中心距：L=（D+Dr）sin2式中：L两滚轮间中心距离，mm；D焊接工件的直径，mm；Dr滚轮直径，mm。 图9 滚轮座移动式调节中心距1-滚轮座 2-支架当D=310mm时，L =（D+Dr）sin2=（310+450）sin(45/2)=291mmL=（D+Dr）sin2=（310+450）sin(110/2)=623mm当D=250mm时，L=（D+Dr）sin2=（2500+450）sin(45/2)=1129mmL=（D+Dr）sin2=（2500+450）sin(110/2)=2416mm根据以上计算，两滚轮间中心距的调节范围选定为：500mm1200mm。由于卧式储罐筒体公称直径Dg=1800mm ，则：L=（D+Dr）sin2=（1800+450）sin(45/2)=861mmL=（D+Dr）sin2=（1800+450）sin(110/2)=1843mm故焊接本次毕业设计卧式储罐筒体时，中心距可设置为1000mm。6.2.4 偏心系数的确定本次毕业设计焊接为均匀的筒形焊件，其偏心距e=0，则偏心系数=0。6.2.5 焊接滚轮架滚轮结构焊接滚轮架的滚轮结构主要有钢轮、橡胶轮、组合轮、履带轮四种类型，其特点和使用范围见表9。表9 滚轮的结构特点形式特点适用范围钢 轮承载能力强，制造简单一般用于60t以上的焊件和需预热处理的焊件橡胶轮钢轮外包橡胶，摩擦力大，传动平稳但橡胶易压坏一般用于10t以下的焊件和有色金属容器组合轮钢轮与橡胶轮相结合，承载能力比橡胶轮高，传动平稳一般多用于1060t的焊件履带轮大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂。用于轻型，薄壁大直径的焊件及有色金属容器由于筒体质量m=1634kg 49.9mm，故预取滚轮轴径dr=60mm合理。通常，为了制造和维修的方便，也为了滚轮的统一，常将主、从动滚轮的轴径取同一数值。即本次设计主、从动滚轮的轴径均取60mm。6.3.4 附着力验算为了保证焊件在主动滚轮上不打滑，焊件在滚轮上的附着力Kf（滑动摩擦力）应满足Kf = Ff1F1 3式中：焊接在滚轮上的附着系数，即滑动摩擦因素，对于橡胶轮， = 0.30.4。本次设计取=0.3。代入数据得：Kf = Ff1F1 = 524610.3840 = 18.7 3Kf = Ff1F1 = 320350.3509 = 18.8 3故实际附着力满足设计要求。6.4 焊接滚轮架的电动机驱动功率的确定及型号选择6.4.1 焊接滚轮架的电动机驱动功率的确定焊接滚轮架的电动机驱动功率：式中：N每个主动滚轮电动机驱动功率，kw；Mn主动滚轮轴的传递转矩，Nm；n主动滚轮的转速，即许用最高转速，r/min；传动机构总效率，本毕业设计有一级蜗杆传动，故=0.4。代入数据计算得 = 4.53461020.82695500.4 = 0.098kw6.4.2 焊接滚轮架的电动机驱型号的确定上面计算的电动机功率为0.098kw，但根据目前厂家生产的焊接滚轮架的实际产品。电动机功率应进行放大。这是因为滚轮或工件不能做到绝对的平滑，尤其是许多筒状工件都有横向焊缝，当横向焊缝通过滚轮是会产生很大的附加力矩。考虑上诉因素功率应留足够余量才能使滚轮架稳定工作。另外1990年颁布了焊接滚轮架的行业标准（GB/T9187-1999）中规定了不同吨位的焊接滚轮架的电动机最小功率：表10 焊接滚轮架驱动功率推荐值额定载重量（X1）/t0.626102560100160250电机最小功率/kw0.40.7511.41.42.22.82.85.6根据上诉情况电动机功率应放大数倍，电动机功率选定为： 功率：P=1.1KW ，转数：n=1000r/min， 型号：Z2-32直流电动机作为该焊件滚轮架的驱动力源。6.5 减速器传动比的确定由于焊接速度为32m/ h，对应的滚轮转速为0.377r/min，故总的传动比为：I = n电动机n滚轮 = 10000.377 = 2652.5为适应不同焊接速度的要求，主动滚轮要经常变更转速。在电动机与蜗杆减速器之间。常采用无级变速器。当输入轴转速n1一定时，输出轴最快转速n2max与最慢转速n2min之比，即变速范围R。且R=imax/imin,一般设计为对称调速，即升速比与降速比相等。选用调速范围R=0,826/0.177=4.67，即R=4.67。升速比imax=i=R=2.16，降速比imin=1/i=1/R=0.46。由于传动比比较大，可进行多次减速，故i总 =i1i2i3 式中i1无级变速器传动比 i2蜗杆减速器传动比 i3主动轮中蜗杆传动比且本设计选用单极圆柱蜗杆减速器，选取i2=53，令无级变速器的传动比为1，则i3=2652.5/153=50。6.6 机架的设计机架零件支撑着机器中的全部零件，保证组成机器的各零件处于正确的工作位置，承受各零件的作用力，并传递到基础上。 每台机器都有各自的特殊功能，因而，为满足这些特殊要求，机架零件具有各自的结构形状。常见的机架结构形状可以分为以下几类机座类，如各种机床的机身；底座类，如由电动机、减速器和卷筒组成的电动绞车的底座；箱体类，如减速器的机体。由于机架零件形状复杂，一般多采用铸件。铸铁因具有铸造性能好、价廉、吸收振动能力强及刚度高等特点，在机架零件中应用最广。受载情况严重的机架零件，可用铸钢。对于结构简单、生产批量不大的大中型机架，常用由型钢和钢板焊接成的焊接件。它质量小，生产工期短，不同部件可用不同牌号的钢材。焊接的机架零件质量比铸造的可减轻40左右。为提高强度和刚度在接头处常焊以加强板和加强筋。为减少机械加工，应在机架上安装各部件的支承面处焊有钢板，以便区分加工面。焊后应热处理消除内应力。 由于结构简单，生产批量不大，所以本次毕业设计焊接滚轮架的机架部分采用工字钢和钢板焊接而成。 6.7 表面粗糙度在规定表面粗糙度参数的允许值时，应考虑如下原则： 1)在满足零件功能和外观要求的前提下，尽量取大的粗糙度参数值。 2)同一零件上，工作表面的粗糙度值应小于非工作表面。 3)摩擦表面的粗糙度值应小于非摩擦表面；滚动摩擦表面的粗糙度值应小于滑动摩擦表面；运动速度高、单位压力大的摩擦表面的粗糙度值应小于运动速度低、单位压力小的摩擦表面。 4)对承受变动载荷的零件表面，以及最容易产生应力集中的部位，例如零件的团角、沟槽处，粗糙度值应较小。 5
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