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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
課題
名稱
蛇形管彎管機(jī)設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)083班
學(xué)生姓名： 劉海洋
學(xué) 號(hào)： 2008307331
指導(dǎo)教師： 孫有亮
開題時(shí)間： 2012年4月2日
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計(jì)
一、論文資料的準(zhǔn)備
1.資料準(zhǔn)備
1)去張家口東鍋爐廠參觀實(shí)習(xí)，了解彎管機(jī)的各部件、結(jié)構(gòu)組成及工作原理，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容有了初步了解。
2）在中國知網(wǎng)搜索相關(guān)論文，加深對(duì)彎管機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的了解，并熟悉設(shè)計(jì)過程。并了解常用的彎曲加工方法和彎管設(shè)備，認(rèn)識(shí)了國內(nèi)外數(shù)控彎管機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢以及數(shù)控系統(tǒng)的伺服運(yùn)動(dòng)控制模塊、電液伺服控制模塊及其機(jī)械、電氣、液壓系統(tǒng)等。
3）在百度搜索彎管機(jī)視頻，了解彎管機(jī)的現(xiàn)狀、流行趨勢及加工要求。并加深對(duì)彎管機(jī)工作過程的了解，熟悉加工對(duì)工件結(jié)構(gòu)的要求。
4）到圖書館借閱機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)資料，了解設(shè)計(jì)中需要注意的問題。查詢數(shù)控資料，了解電氣控制相關(guān)資料，并熟悉數(shù)控機(jī)床的電器控制元件。查詢液壓資料，了解彎管機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求，熟悉液壓系統(tǒng)工作過程。
2.管材彎曲加工的種類和技術(shù)現(xiàn)狀
管材彎曲加工的方法很多。按成形方法區(qū)分，主要有滾彎曲,模彎曲和無模彎曲三種。按彎曲時(shí)加熱與否，可分為冷彎曲和熱彎曲。按彎曲時(shí)有無填充物，又分為有芯彎管和無芯彎管。近年來，彎管彎曲成形技術(shù)取得了新進(jìn)展，相繼開發(fā)出了零半徑鋼管彎曲加工，熱應(yīng)力彎曲和激光彎曲成形等最新技術(shù)。
滾彎時(shí)用三個(gè)驅(qū)動(dòng)輥輪對(duì)管材進(jìn)行彎曲加工的加工方法。滾彎方法及滾彎機(jī)工作原理與板材滾彎基本相同，區(qū)別僅在于管材滾彎所用的滾輪具有與彎曲管坯斷面形狀相吻合的工作表面。通過改變滾輪的間隔，就可作各種曲率半徑的彎曲，尤其對(duì)彎制環(huán)形或螺旋線形彎管件特別方便。不過，滾彎方法對(duì)彎曲半徑有一定的限制，僅適用于曲率半徑要求大的厚壁管件。
模彎曲是一種鋼管在彎曲模型中實(shí)現(xiàn)彎曲的成形過程，它包括壓彎，推彎和繞彎三種方式。壓彎是最早用于管材彎曲加工的工藝方法。它是在液壓機(jī)上利用模具或胎具對(duì)
管坯進(jìn)行彎曲加工。壓彎方法既可以彎制帶直段的管件，又可以彎制彎頭。由于壓彎具有生產(chǎn)效率高，模具調(diào)整簡單等突出有點(diǎn)，故在生產(chǎn)中一直被廣泛應(yīng)用。推彎是在一般壓力機(jī)，液壓機(jī)或?qū)Ｓ猛浦茩C(jī)上進(jìn)行彎曲加工，主要用于彎制彎頭。推彎包括型模式冷推彎管和芯棒式熱推彎管。型模式冷推彎管是在普通液壓機(jī)或曲柄壓力機(jī)上，利用金屬的塑性，在常溫狀態(tài)在將管坯壓入帶有彎曲型腔的型模中，從而形成彎頭。芯棒式特推彎管是在專用推制機(jī)上，在推力和牛角芯棒阻力的作用下，邊加熱邊推制，使管坯產(chǎn)生周向擴(kuò)張和軸向彎曲變形，從而將較小直徑的管坯推制成較大直徑的彎頭。繞彎使最常用的彎管方法，包括碾壓式和拉拔式。按彎管設(shè)備的不同，繞彎又可以分為手工彎管和彎管機(jī)彎管兩類。
手工彎管是利用簡單的彎管裝置對(duì)管坯進(jìn)行彎曲加工。它不需要專用的彎管設(shè)備，彎管裝置制造成本低，調(diào)節(jié)使用方便，但勞動(dòng)量大，生產(chǎn)率低。
彎管機(jī)彎管是在立式或臥式彎管機(jī)上進(jìn)行冷態(tài)彎曲加工，是用得最多的一種彎管方式。目前，彎管機(jī)彎管主要包括有芯彎管，無芯彎管和頂壓彎管三種工藝方法。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，管道的規(guī)格和用材也在向大型化和高強(qiáng)度發(fā)展。目前，600MW的火力發(fā)電機(jī)組的主蒸汽管路的直徑已達(dá)663mm，壁厚達(dá)103mm，材料為12CrMoV高溫合金鋼。對(duì)于這種達(dá)口徑，厚壁及高強(qiáng)度鋼管的彎制加工，最適宜的方法就是無模彎曲。
無模彎曲使利用局部加熱代替彎曲模具和芯棒等工具進(jìn)行彎曲加工的方法。按加熱方式的不同，可分為中頻感應(yīng)彎管和火焰加熱彎管兩種。中頻彎管原理如下圖1-7所示，它是將中頻感應(yīng)圈套在管坯上，依靠中頻感應(yīng)電流將管坯加熱到所需的高溫，隨即對(duì)加熱部分進(jìn)行彎曲，并在彎曲后緊接著噴水冷卻，從而獲得所需的管件?；鹧鎻澒艿脑砼c中頻彎管相同，只不過是用火焰加熱圈代替了中頻感應(yīng)圈來加熱管坯。
無模彎曲不需要模具，彎管成形質(zhì)量好，彎管能力強(qiáng)，具有生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。由于無模彎曲的彎曲力臂自由回轉(zhuǎn)，彎曲半徑可隨彎曲力臂長度的變化任意改變，故其適應(yīng)性比其他彎曲方法強(qiáng)。同時(shí)，由于加熱線圈與管材的形狀無關(guān)，故利用無模彎曲代替彎模成形，可以巧妙地解決異形鋼管的彎曲加工問題。近年來，國內(nèi)外都已開發(fā)出原子能發(fā)電廠使用的不銹鋼管和橋梁建筑行業(yè)使用的大，中型光管的無模彎曲成形技術(shù)和全自動(dòng)CNC三維彎曲成形生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線利用CAD/CAM進(jìn)行配管設(shè)計(jì)及全線計(jì)算機(jī)控制，以擴(kuò)大彎管加工范圍，并使管坯供給，準(zhǔn)備，彎曲加工及配管組合后的焊接，切斷和檢測等工序全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
熱應(yīng)力彎曲是一種利用工件內(nèi)部溫度分布不均勻所產(chǎn)生的熱應(yīng)力來驅(qū)動(dòng)工件變形的
特殊的成形方法，具有無外力，無模具，便于現(xiàn)場操作等優(yōu)點(diǎn)。通常產(chǎn)生熱應(yīng)力的方法是對(duì)工件進(jìn)行局部加熱或冷卻。加熱方式包括火焰局部加熱和加熱爐內(nèi)整體加熱；冷卻方式剝奪空冷，噴水冷卻及浸水冷卻。
由于鋼管的形狀所致，采用火焰加熱和噴水冷卻的方案難以形成合適的溫度場，工藝過程不易控制。
激光成形是一種利用激光束照射材料表面式形成的內(nèi)部非均勻熱應(yīng)立場來實(shí)現(xiàn)材料成形的新技術(shù)。通過調(diào)整激光加工工藝參數(shù)和選擇合適的掃描詭計(jì)就能成形任意的彎曲
件，異形件和其他復(fù)雜的三維曲面等零件。與常規(guī)成形相比，其具有顯著的優(yōu)點(diǎn)是：
1)生產(chǎn)周期短，柔性大，特別適合小批量的大型零件生產(chǎn)；
2)激光成形為非接觸式成形，變形時(shí)無外力作用，因而不產(chǎn)生回彈變形和由此帶來題；
3)激光成形屬熱態(tài)變形，總的變形由多次掃描累積而成，故能夠成形在常溫下不易成
形的難變形材料。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)）
畢業(yè)設(shè)計(jì)是工科大學(xué)生完成學(xué)業(yè)中最重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是將在大學(xué)學(xué)到的理論知識(shí)系統(tǒng)化、條理化、實(shí)用化最關(guān)鍵的一環(huán)。通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能，提高分析與解決實(shí)際問題的能力；較復(fù)雜工程計(jì)算的工作能力；計(jì)算機(jī)繪圖與手工繪畫相結(jié)合的工程圖繪制能力。掌握一般機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路、方法和步驟，掌握常用工程材料的性能和選配能力。盡快完成學(xué)生到工程技術(shù)人員的過渡。
通過對(duì)彎管機(jī)數(shù)控改造的總體設(shè)計(jì)以及機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)控彎管機(jī)的工作原理、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行掌握、理解。使其滿足工作職能要求，完成對(duì)彎管機(jī)數(shù)控改造的各部分設(shè)計(jì)。即能將管坯準(zhǔn)確進(jìn)給到所要加工的位置，并且使管坯彎曲相應(yīng)的角度。并在此前提下滿足操作簡便、安全、外觀、經(jīng)濟(jì)上的要求，做到和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。
重點(diǎn)：本課題分三個(gè)部分：蛇形彎管機(jī)的總體設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。
對(duì)總體設(shè)計(jì)需對(duì)蛇形彎管機(jī)的工作原理、各機(jī)構(gòu)之間關(guān)系、各零、部件組成及關(guān)系進(jìn)行掌握。由于彎曲半徑較小，需要增加加熱系統(tǒng)及相關(guān)控制元件。
創(chuàng)新點(diǎn)：新型彎管機(jī)主要由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其自動(dòng)化程度要有所提高，可以自動(dòng)進(jìn)料，自動(dòng)加熱，自動(dòng)進(jìn)行彎管彎曲加工。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
1. 對(duì)彎管工藝進(jìn)行工藝分析，指出常見的彎管缺陷并提出相應(yīng)的解決措施；
2. 新型數(shù)控彎管機(jī)的方案設(shè)計(jì)，包括機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
3. 分析管材彎曲變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，建立管材彎曲力矩的計(jì)算公式，對(duì)加緊模和管坯夾持部分進(jìn)行受力分析，建立加緊機(jī)構(gòu)所需加緊力的計(jì)算公式和校核公式，并計(jì)算新型彎管機(jī)的各個(gè)力能參數(shù)。
具體參數(shù)如下：
1)設(shè)計(jì)要求：在現(xiàn)有60mm普通平面彎管機(jī)的基礎(chǔ)上，改裝成數(shù)控空間彎管機(jī)。
2)技術(shù)要求：彎管直徑為DN15~ DN25mm，角度誤差為±1o，進(jìn)給精度為±1mm。
3)工作要求：彎管生產(chǎn)率為60個(gè)/小時(shí)。
研究方法與思路：
1.根據(jù)工作要求及設(shè)計(jì)要求確定其工作原理，選擇機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)方式。
2.初步確定主機(jī)、主要元件或構(gòu)件的基本參數(shù)和技術(shù)性能，如功率、承載、速度、行程或調(diào)節(jié)幅度、外形尺寸等。在運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力分析，確定各機(jī)構(gòu)各部分傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩和力的大小，根據(jù)這些數(shù)據(jù)和使用要求進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、發(fā)熱效率等方面的計(jì)算或校核，使設(shè)計(jì)出的數(shù)控空間角度彎管機(jī)在給定的年限內(nèi)工作。
3.通常提出幾種不同方案，從技術(shù)和設(shè)計(jì)兩個(gè)方面比較論證，選擇最理想的，即在考慮滿足職能要求的同時(shí)，要注意取得較好的經(jīng)濟(jì)效果，能滿足給定的生產(chǎn)效率。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
3.28~4.4 完成畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告、開題報(bào)告
4.5~4.11完成外文翻譯
4.12~4.18 設(shè)計(jì)任務(wù)分析與總體方案的確定。
4.19~6.6 實(shí)施設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、實(shí)驗(yàn)。
6.7~6.20 進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真樣機(jī)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并編寫設(shè)計(jì)說明書。
6.21~6.26 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及成績評(píng)定。
五、主要參考文獻(xiàn)
【1】董剛,李建功,潘鳳章主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第三版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998
【2】成大先主編.械設(shè)計(jì)圖冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1997
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【6】雷天覺主編.液壓工程手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1990
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【8】王愛玲主編.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.北京：國防工業(yè)出版社,2003
【9】趙如福主編.金屬機(jī)械加工人員手冊（第三版）.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1990
【10】《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊》編委會(huì)編著.現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1995
【11】郭愛蓮主編.新編機(jī)械工程技術(shù)手冊.經(jīng)濟(jì)日報(bào)出版社,1991
【12】楊公源主編.機(jī)電控制技術(shù)及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社,2005
【13】袁任光編著.可編程序控制器選用手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002
【14】饒振綱,王勇衛(wèi)編著.滾珠絲杠副及自鎖裝置.北京:國防工業(yè)出版社,1990
【15】陸玉,何在洲,佟延偉主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第三版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1999
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導(dǎo)師課題、社會(huì)實(shí)踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成進(jìn)度計(jì)劃表
序號(hào)
起止日期
計(jì)劃完成內(nèi)容
實(shí)際完成情況
檢查人簽名檢查日期
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
指導(dǎo)教師批準(zhǔn)，并簽名： 年 月 日