3870 制冷熱交換器U型管自動成型機設計 ——夾緊機構設計 、彎管機主機部分設計

3870 制冷熱交換器U型管自動成型機設計 ——夾緊機構設計 、彎管機主機部分設計,制冷,熱交換器,自動,成型,設計,夾緊,機構,彎管,機主,部分,部份 畢業(yè)實習報告題目名稱：制冷熱交換器 U 型管自動成型機設計 ——夾緊機構設計、彎管機主機部分設計 院系名稱： 機 電 學 院 班 級： 機 自 072 學 號： 200700314216 學生姓名： 趙樂朝 指導教師： 樊 瑞 2011 年 03 月中原工學院畢業(yè)設計實習報告1目錄1 前言 ...................................................................................................................................................22 調研 ...................................................................................................................................................32.1 交換器用銅合金管的規(guī)格： ...............................................................................................32.2 國內外現(xiàn)狀以及各類彎管機的特點 ...................................................................................42.4 彎管的方式 ...........................................................................................................................52.5 小彎曲半徑管件的加工 .......................................................................................................63 對于課題的具體分析 .......................................................................................................................73.1 自動送料機構的擬定 ...........................................................................................................73.2 彎曲夾緊機構以及彎曲機構的擬定 ...................................................................................83.3 切斷機構的擬定 ...................................................................................................................83.4 彎管機主機整體方案的擬定 ...............................................................................................94 參考文獻 ...........................................................................................................................................9中原工學院畢業(yè)設計實習報告21 前言隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，彎管不斷出現(xiàn)在人們的生活當中：各種護欄、扶手拐彎處的尖角慢慢被淘汰了，取而代之的是飽滿的圓弧，這樣不僅提高了美觀度，更重要的是安全性能大大提高了。各種管道中，不可避免地要用到各種彎管，比如船舶管道、汽車油管、機車傳動系統(tǒng)、航空航天中的各種管路。而圓弧彎管相對于其他類型的彎管有許多優(yōu)勢，首先，各種物料在圓弧彎管處流動平穩(wěn)，對管壁沖擊力小且均勻；其次，圓弧彎管本身應力集中小，強度高，抗沖擊力大。隨著現(xiàn)代鋼制家具的興起，辦公椅、沙灘椅、行李車、購物車、童車、童床、電腦桌等等，幾根金屬管材構成幾條明亮的線，實用，便利，安全，可靠各種制冷設備如空調，冷凝器和交換器等基本上都是彎管了，小 U 型管，回形彎等等；衛(wèi)浴行業(yè)中的彎管現(xiàn)在是越來越多了，水龍頭、毛巾架、S 型附頭……；摩托車、汽車、電動車、自行車等交通工具上，車把手、保險杠、車架等、健身器材，燈飾，建筑行業(yè)等等行業(yè)……。其實，各種直徑、各種角度的圓弧彎管大多是用各種手動或機械彎管機加工生產(chǎn)出來的，當然，哪種配件用在哪個行業(yè)，作用不同，對于彎管的要求及側重點也不盡相同，這里就牽涉到了“彎管機”和“彎管工藝” ！上面提到了很多管材的應用，說明了在現(xiàn)代的工業(yè)以及人們的日常生活中，管材應用地很廣泛。本課題研究所涉及的管材是制冷行業(yè)中的小 U 型管。在制冷行業(yè)中，壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器以及冷熱交換器是制冷設備中的重要組成部分，它們的種類很多，但是無論哪一種設備都離不開 U 型管。它們中的管路常常是將小 U型管彎頭焊接到直管上形成的。U 型管彎頭制作質量的好壞直接影響以后工序工藝，U 型管質量的好壞直接影響著制冷設備的質量。這里就牽涉到了彎管機和彎管工藝。U 管的彎制方法有很多，相應的設備也有很多，但大多數(shù)都是用手動或機械彎管機加工生產(chǎn)出來的，而且很多是冷彎。在實際中通常是根據(jù)生產(chǎn)對 U 管的質量要求選擇相應的彎管機進行加工。本課題旨在尋求一種新的彎管工藝，在保證彎管質量的前提下盡可能提高彎管的速度。中原工學院畢業(yè)設計實習報告32 調研制冷技術無論是在我們的日常生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)中應用的都相當廣泛。制冷壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)的重要組成部分，這些設備的品種很多，但是對于任何一種而言 U 型管在他們中的應用都很多。制冷設備中的管道很多都是用 U 型管彎頭和直銅管焊接的，U 型管彎頭的質量好壞對制冷技術有直接的影響。因此彎管技術在制冷行業(yè)中是一項非常重要的技術。2.1 交換器用銅合金管的規(guī)格：2.1.1 熱交換器用銅合金管的牌號、狀態(tài)、規(guī)格如下表所示管材的牌號、狀態(tài)、規(guī)格應符合表 1 的規(guī)定。表 1 牌號、狀態(tài)、規(guī)格（GB/T 8890-1998）2.1.2 管材的尺寸以及所允許的尺寸偏差，管材的公稱尺寸管材的公稱尺寸應符合表 2 的規(guī)定表 2 管材的公稱尺寸系列（GB/T 8890-1998）中原工學院畢業(yè)設計實習報告42.2 國內外現(xiàn)狀以及各類彎管機的特點管料的機械冷態(tài)彎曲大都采用各種彎管機械進行?，F(xiàn)在國內外常用的彎管機形式多樣，按不同的標準可以劃分為很多種。按傳動方式的不同可以分為：手動彎管機、氣動彎管機、機械傳動彎管機和液壓傳動彎管機。按控制方式的不同可以分為人工控制、半自動控制、自動控制和數(shù)控彎管機。手動彎管機一般用于彎制管徑 25mm 一下的管件。生產(chǎn)特點：生產(chǎn)效率低、加工精度低、工人勞動量大，只適合單件小批量生產(chǎn)。氣動彎管機一般用于彎制管徑不超過 32mm 的管件。其特點是生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，但是產(chǎn)品規(guī)格受限，適于大批量生產(chǎn)。機械傳動彎管機一般用于彎制管徑 d 不大于 159mm 的管件，生產(chǎn)效率高，成本低，產(chǎn)品規(guī)格多，彎管機通用性好。液動彎管機可以用來彎制各種管徑的管件，但是生產(chǎn)投入成本較高，通用性最好，生產(chǎn)效率高，而且易于實現(xiàn)自動化，適用于大批量生產(chǎn)。2.3 管料彎曲變形分析管料彎曲基本變形機理與板料彎曲加工是相同的，特殊之處在于管料斷面是中空的，被折彎的管料外側與內側壁厚變化相反。管料斷面的形狀變化，內側管面的褶皺缺陷往往成為管料彎曲加工中的問題。加工過程中管料斷面的形狀變化如圖 1 所示，與板料彎曲相似，管料彎曲時，彎曲橫斷面上，外側壁厚發(fā)生拉伸變形，內側壁厚發(fā)生壓縮變形。當彎曲達到一定程度后，內側管壁在壓應力的作用下仍會失穩(wěn)而發(fā)生皺折，外側管壁在拉應力的作用下會產(chǎn)生裂紋。另外，彎管外側的管壁由于受切向拉伸而向內側轉移，導致管料彎曲后整個斷面形狀呈橢圓形。中原工學院畢業(yè)設計實習報告5圖 1.管料彎曲變形示意圖2.4 彎管的方式管材彎曲成型是直接靠特別的磨具來實現(xiàn)的，通常按模具的特征大致可以分為四類：沖模強制成型法，其代表就是用沖床來生產(chǎn)彎管件。滾輪彎曲法，常見于電動三輥卷彎機，其特點是只能卷制不同的弧形，目前應用最廣的是不銹鋼裝飾行業(yè)。滾壓法，常見于電動機平臺式彎管機，目前液壓彎管機械中的雙彎機也是采用這種成型方法。纏繞式彎曲法，目前市場上所有的單頭液壓彎管機及數(shù)控彎管機采用的都是這種成型法，其特點是產(chǎn)品變形小，基本上可以避免管材表面的劃傷，進行有芯彎曲時管材的橢圓度和減薄量都可以控制在最小范圍內。若按采用芯棒情況又可以分為兩類，即有芯棒彎曲法和無芯棒彎曲法，液壓彎管機和數(shù)控彎管機都是按纏繞式彎曲進行設計的，并都可以進行有芯彎曲和無芯彎曲。管料的壓彎和繞彎示意圖：圖 2.壓彎法彎管示意圖 圖 3.管料繞彎示意圖2.5 小彎曲半徑管件的加工管料彎曲制品斷面有一定橢圓度是難免的。但不同的加工方法（包括是否使用芯棒）對橢圓變化程度影響不同。用壓縮彎曲或回轉牽引彎曲法加工，當 R/d=2.0時，橢圓率 η 約為 5%（η=(a-b)/a 各符號見圖 1）管料彎曲的加工極限決定于破裂和折皺缺陷的產(chǎn)生。一般對于壁厚 t 和管徑d 之比較小的薄壁管料，折皺是制約加工極限的主要因素；而采用回轉牽引彎曲時，由于整個管料都收拉伸，容易發(fā)生破裂，其加工極限決定于是否達到破裂的拉伸極限。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，為了獲得緊湊的結構，對減小管子的彎曲半徑提出了新的要求。相對彎曲半徑 R/d<1.5 的管件稱為小彎曲半徑管件。這類管件的彎制目前可以采用以下加工方法，但第二和第三種已不屬于彎曲變形。帶有軸向頂鐓裝置的機械冷彎如圖 4 所示：中原工學院畢業(yè)設計實習報告6圖 4.軸向頂鐓機械冷彎示意圖如圖 4 所示，為了改善小彎曲半徑彎頭的質量，采用頂鐓裝置，即在管子末端施加了軸向推力。在軸向推力的作用下，可以使管子外側拉伸區(qū)的切向拉伸應力由+σ1 減小大+σ3，使彎曲中性線外移（圖 5 中由 R2 移到 R1）.這樣，彎頭截面的畸變和外側壁厚減薄都得到改善。但內側壓縮區(qū)的壓縮應力-σ1 增大至-σ3，這樣將增加內壁產(chǎn)生皺折的可能性，為此在內側加防皺板。軸向推力的大小根據(jù)具體要求而定。通常以中性線外移至等于平均彎曲半徑的原則來確定。對相對彎曲半徑 R/d<1.5 的管件的彎曲加工，除了上述的彎曲方法外還有其他兩種方法：冷擠壓彎管和芯棒熱擠壓彎管，如圖 6 和圖 7 所示。圖 6.冷擠壓管冷擠壓管彎管法利用金屬管料的塑性，在常溫狀態(tài)下將直管毛坯壓入帶有彎型槽的模具中，形成管子的彎頭。目前該方法常用于加工最小相對彎曲半徑 R/d=1.3的彎頭。制成的彎頭具有較小的橢圓度（≤2%―5%） ，外側管壁減薄量小于 9%。采用這種方法模具結構簡單，不需專門機床，生產(chǎn)率高。熱推擠壓管方法是把管料邊加熱邊向前推擠，從牛角芯棒處擠出。管料受推力和芯棒阻力作用，更由于管料內側壁外側加熱溫度高，內側金屬向外轉移，使部分金屬材料重新分布，彎曲件質量好。只要選擇合適的管料，就能加工出管壁厚度均勻、橢圓度很小（η=1%）的彎頭。 ，其缺點是：不能制得帶直段的彎曲件，牛角芯棒制作較困難，并且需要專門的機床。圖 7.熱推擠壓管圖 5.切向應力疊加中原工學院畢業(yè)設計實習報告73 對于課題的具體分析本課題研究設計的是制冷熱交換器 U 型管自動成型機設計——夾緊機構設計、彎管機主機部分設計。該機為制冷熱交換器銅質管件的自動成型設備。機器的功能是通過送料、夾緊、彎曲和切斷等動作，將直銅管彎制成 U 型彎頭的自動液壓傳動彎管機。常見的彎管方法有 4 種：沖模強制成型法、滾輪彎曲法、滾壓法和纏繞式彎曲法。目前市場上所有的單頭液壓彎管機及數(shù)控彎管機采用的是纏繞式彎曲成型法，其特點是產(chǎn)品變形小，基本上可以避免管材表面的劃傷，進行有芯彎曲時管材的橢圓度和減薄量都可以控制在最小范圍內。由于冷熱交換器 U 管的內徑較小，此 U 型管是小型 U 型管，彎管質量要求較高，采用纏繞式彎管法可以保證變形小，并可以避免管材表面的劃傷。3.1 自動送料機構的擬定三種常見的棒料供料機構和送料夾緊機構如圖 8、圖 9 和圖 10 所示圖 8.杠桿式圖 9.滾珠式 圖 10.滾子式本設計是關于管材的自動送料，且管徑較小，對變形質量要求較高，擬定采用杠桿式送料機構。3.2 彎曲夾緊機構以及彎曲機構的擬定常見的管材彎曲機構有三種：壓彎法彎管、壓縮式繞彎彎管和回轉式牽引彎曲，本設備所要加工的是小 U 型管彎頭，對加工質量要求較高，結合各彎曲方法的特點，擬采用回轉牽引式彎曲機構進行彎管，如圖 11 所示：中原工學院畢業(yè)設計實習報告8圖 11.回轉牽引式彎曲機構3.3 切斷機構的擬定切斷機構是由一臺小型電動機通過帶驅動鋸片高速旋轉進行切割，以減小截斷面的變形量。3.4 彎管機主機整體方案的擬定綜合而得，初步擬定該機的自動循環(huán)工作過程為：送料夾緊機構夾緊管坯→送料機構按照要求的長度向右送料→彎曲夾緊機構將管坯夾緊→動模與定模合模，同時芯軸插入管坯→彎曲（動模隨彎曲機構轉動）→送料夾松開→送料機構復位，芯軸同時退出→開模（動模復位）→切斷→切斷機構復位→彎曲機構復位。如圖12 所示：圖 12.U 型管成型機主機工作示意圖1-管坯；2-送料機構；3-送料夾緊機構；4-彎曲夾緊機構；5-萬向節(jié)式球頭；6-動模；7-芯軸；8-壓縮彈簧；9-調整螺釘螺母；10-定模；11-退件孔；12-切斷機構；13-退件機構彎曲機構中采用了芯軸，其目的是防止管坯的內壁產(chǎn)生皺折，常見的芯軸有四種，如圖 13 所示：中原工學院畢業(yè)設計實習報告9圖 13 .幾種常見的芯棒結構4 參考文獻1.制冷裝置制造工藝/李玉春編著.—北京：人民郵電出版社，2003.22.現(xiàn)代液壓技術應用 220 例/張利平主編. —2 版. —北京：化學工業(yè)出版社，2009.53.機構參考手冊/C.H.柯熱夫尼柯夫等編著. —北京:機械工業(yè)出版社，1998.104.管材管件應用技術手冊/柳金海編.—北京：機械工業(yè)出版社，2004.3