鋼管旋切機(jī)設(shè)計(jì)控制部分畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-23 18:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （5） 刀具形狀簡(jiǎn)單—與斜軋或楔橫軋所用的軋輥相比，本工藝所用刀具形狀簡(jiǎn)單，因而易于制造，成本低廉，且安裝、調(diào)整方便。在軋切工藝中，各工藝參數(shù)、刀具形狀參數(shù)及軋切溫度等因素對(duì)軋切過程與軋切質(zhì)量均有較大的影響。 鋼管軋切過程 切割階段分析 如圖1 所示，被軋切的管子2置于一對(duì)托輪3上，首先刀具1先旋轉(zhuǎn)，隨后液 壓缸帶動(dòng)連桿迫使刀具向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割。整個(gè)切割過程可分為三個(gè)階段：(1) 切入階段 ——旋轉(zhuǎn)的刀具開始切入靜止的管子，并通過摩擦力帶動(dòng)管子轉(zhuǎn)動(dòng)；(2) 軋切階段 ——刀具在帶動(dòng)管子轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)軋切工件，此時(shí)管子材料因屈服而產(chǎn)生塑性變形，刀具刃口下部的管材沿徑向、 軸向和切向三個(gè)方向產(chǎn)生流動(dòng)，使管壁厚度逐 漸減小。(3) 切斷階段 ——在刀具持續(xù)軋切下，管壁越來越薄，直到管子被切斷為止。圖 1 管子扎切示意1－刀具；2－工件；3－托盤 管子的旋轉(zhuǎn)條件為使旋轉(zhuǎn)的刀具壓住管子后能帶動(dòng)它轉(zhuǎn)動(dòng)，某些工藝參數(shù)和刀具參數(shù)必須滿足一定條件，稱之為旋轉(zhuǎn)條件。軋切初期，沿刀刃和管子之間的接觸圓弧A B ，工件受到刀刃所加的壓力，該壓力是一種分布載荷，同時(shí)工件還與刀刃處于轉(zhuǎn)動(dòng)接觸狀態(tài)，而受到摩擦力的作用，如圖2 所示。為簡(jiǎn)化分析起見，作如下兩點(diǎn)假設(shè)。(1) 刀刃作用于工件的分布?jí)毫偷度信c工件間的摩擦力均看作為集中力，它們均作用于接觸弧的中點(diǎn)C ；刀刃對(duì)工件的壓力以P 表示, 其方向 為沿刀具法向；摩擦力以T 表示，方向沿刀具的切向，順轉(zhuǎn)向?yàn)檎? 圖2 中 a ——T 力離工件中心的垂直距離；b——P 力離工件中心的垂直距離；216。 ——接觸弧A B 所對(duì)應(yīng)的刀具圓心角；r0 ——工件入口處的半徑；r ——工件出口處的半徑；R ——刀具半徑；Z ——壓下量； (2) 工件在轉(zhuǎn)動(dòng)過 程中所受的其他阻力忽略不計(jì)。由圖2 可知，作用于管子的力P 與T 分別產(chǎn)生軋制力矩 Mp和摩擦力矩M t，為滿足旋轉(zhuǎn)條件，M p必須大于或等于M t，即Mt≥Mp ，或 T a ≥ P b 61因T = μP ，得到b/a≤ μ其中μ為摩擦系數(shù)。由圖2分析可得cosФ/2=a+R/R+r推出a=rcosΦ/2RcosΦ/2(1/cosΦ/21) 于是可得a=[rR(1/cosΦ/21)]cosΦ/2 62將b = (R + r) sinΦ/2，及a = [ r R ( 1/cosμ/2 1) ]cosФ/2 63代入上式，且當(dāng)Ф ≈ 0 時(shí)，cosФ/2 ≈ 1 ，可得μ≥ (1 + R/r) tgФ/2圖 2 軋切力分析經(jīng)變換，上式可簡(jiǎn)化為 [2]≥ (1 +d/D)( Z/d) 或Z/d≤ (1 + d/D) 64?2 ?2由上式可見，μ值越大，旋 轉(zhuǎn)條件越容易滿足， 這是很顯然的。當(dāng)摩擦系數(shù)μ，管子與刀具直徑之比d/D 一定時(shí)，存在有一個(gè)相應(yīng)的滿足旋轉(zhuǎn)條件的極限相對(duì)壓下量Z/d 。當(dāng)管子與刀具直徑之比 d/D較大時(shí)，相 對(duì)壓 下量必須取較小的值，而 d/D 較小時(shí)， 則允許的相對(duì)壓下量就比 較大。當(dāng)?shù)毒咧睆紻 = 300mm，管子直徑d = 70mm，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際工況取摩擦系數(shù)μ= ，可算出極限壓下量Zmax = 0. 6mm。而 ～，故旋轉(zhuǎn)條件能充分得到滿足。 鋼管軋切時(shí)的變形分析 軋切時(shí)，隨著楔形刀刃的軋入， 鋼管在徑向壓力的作用下，產(chǎn)生劇烈而復(fù)雜的變形， 這種變形，是由刀刃刃口及兩側(cè)作用于鋼管所引起的。刃口作用于鋼管主要產(chǎn)生徑向壓縮、切向 擴(kuò)展及 軸向延伸等變形。其中徑向壓縮包括鋼管的徑向壓縮和材料本身的徑向壓縮，前者指材料向鋼管內(nèi)部流動(dòng)產(chǎn)生的減徑作用后者則是軋切的主要變形，唯此鋼管才得以被塑性切斷。刀刃 軋入工件后，部分材料沿切向流動(dòng)，使工件呈橢圓狀。刀刃下部的材料 還會(huì)沿軸向延伸而 變形， 這時(shí)在連皮材料內(nèi)部將產(chǎn)生拉應(yīng)力，成 為延伸 變形的阻力。刀刃 側(cè)面作用于 鋼管,使材料產(chǎn)生徑向壓縮、切向 擴(kuò)展、軸向壓縮和外徑擴(kuò)展等變形。其中徑向壓縮和切向擴(kuò)展同刀刃刃口作用時(shí)所產(chǎn)生的變形情況相似。軸向壓縮使刃口下部的連皮材料產(chǎn)生拉應(yīng)力，外徑擴(kuò)展是指切口斜面受壓后，材料向管子外徑方向流動(dòng)，致使工件沿切口外徑邊緣處略微鼓起并呈橢圓狀。以上凡由切向擴(kuò)展和外徑擴(kuò)展所引起的橢圓變形，在整個(gè)軋切過程中沿整個(gè)圓周不斷重復(fù)交替出現(xiàn)，隨著軋切深度的增加將逐漸減弱，甚至接近消失。因外徑擴(kuò)展產(chǎn)生的凸起狀，將在托輪的對(duì)滾碾壓作用下漸趨敷平。軋切時(shí)，管子在刀具刃口及兩側(cè)的作用下， 產(chǎn)生劇烈而復(fù)雜的變形。刃口作用于管子，主要產(chǎn)生徑向壓縮 、切向擴(kuò)展及軸向延伸。徑向壓縮包括管子的徑向壓縮和材料本身的徑向壓縮，前者指材料向管子內(nèi)部流動(dòng)產(chǎn)生的減徑作用，后者則是軋切的主要變形，唯此管子才得以被塑性切斷。刀刃 軋入工件后，部分材料沿切向移動(dòng)產(chǎn)生切向擴(kuò)展，并使工件呈 橢圓狀。同 時(shí)刀刃下部的材料 還會(huì)向軸向壓縮， 這時(shí)管壁尚相連部分材料內(nèi)部將產(chǎn)生拉應(yīng)力，成為延伸變形的阻力。刀刃兩側(cè)作用于管子，使管子材料產(chǎn)生徑向壓縮、切向擴(kuò)展、 軸向壓縮和外徑擴(kuò)展等變形。其中，徑向壓縮和切向擴(kuò)展同刃口作用 時(shí)情況相似。 軸向壓縮使刃口下部尚相連部分材料產(chǎn)生拉應(yīng)力，外徑擴(kuò)展是指材料向管子外徑方向流動(dòng)， 致使切口外徑邊緣處略顯鼓起并呈橢圓狀。由切向擴(kuò)展和外徑擴(kuò)展共同引起的橢圓變形，在整個(gè)軋切階段中，沿整個(gè)圓周不斷地重復(fù)交替出現(xiàn)，隨著 軋切深度的增加，這種變形逐漸減小，甚至近乎消失。至于外徑擴(kuò)展產(chǎn)生的突起狀，將在托 輪的對(duì)滾碾壓作用下趨于敷平。在軋切初期， 變形主要由刃口的作用引起，到 軋切后期，刀刃兩側(cè)造成的軸向壓縮變形所產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力起主要作用，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的拉伸強(qiáng)度時(shí)，管子就被切斷。根據(jù)以上的工藝分析，在設(shè)計(jì)過程中， 對(duì)各有關(guān)的工藝參數(shù)、刀具形狀、參數(shù)、軋切溫度以及潤(rùn)滑條件等因素，作了細(xì)致、合理的 選擇 ，實(shí)踐表明本設(shè)備的工藝要求能得到充分的滿足。 各參數(shù)對(duì)軋切工藝的影響 壓下量的影響壓下量Z 一方面影響到管子的旋轉(zhuǎn)，另一方面影響到軋切壓力、軋切力矩與軋切效率。壓下量Z 越大，軋切效率就越高，但軋切壓力與軋切力矩也越大，對(duì)機(jī)床的力學(xué)要求也就越高，當(dāng)然壓下量的增大受到極限壓下量Zmax 的限制，否則將影響軋切過程的順利進(jìn)行。壓下量Z 越小，軋切壓力與 軋切力矩就越小，但軋切效率也就越低。在軋切初期刀刃開始作用于管子時(shí)，刀刃與管子摩擦?xí)r間增多，刀刃受到的沖擊力增多。在軋切時(shí)刀刃兩側(cè)與管子的摩擦?xí)r間增多，特別在管子不直時(shí)，刀刃受到的軸向沖擊力增多，刀具極易崩刃。另外，壓下量Z 越大，在 軋切時(shí)每一瞬時(shí)對(duì)管子端面的壓下量也大，在軋切結(jié)束時(shí)管子端面的不平整程度就大，成形質(zhì)量差，尺寸精度下降，反之
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